Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 1 1 TỔNG QUAN 1.1 ĐỊNH NGHĨA Ngày nay bên cạnh sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp máy tính thì lónh vực robot cũng không ngừng phát triển theo. Có rất nhiều quốc gia trên thế giới nghiên cứu về lónh vực này như là: Nhật Bản, Mỹ, Úc, Nga… Và các kết quả đạt được khiến con người không phải không ngạc nhiên. Do vậy cũng có rất nhiều khái niệm, cũng như đònh nghóa về robot. Theo viện nghiên cứu của Hoa Kỳ thì robot được đònh nghóa như sau: “Robot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển nguyên vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau“. Còn theo giáo sư Masahioo (viện công nghệ Tokyo) thì robot công nghiệp phải có các đặc điểm sau: + Có khả năng thay đổi chuyển động. + Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghó). + Có tính vạn năng. + Có những đặc điểm của người. Nói chung có rất nhiều đònh nghóa về robot, tuy nhiên có một sự thống nhất trong tất cả các đònh nghóa là ở đặc điểm “điều khiển theo chương trình”. Tổng GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 2 quát hơn có thể nói robot là một sản phẩm được chế tạo theo một kỹ thuật mới, chúng vừa có thể giải phóng con người khỏi những công việc lao động chân tay nặng nhọc, vừa có khả năng nâng cao chất lượng cũng như số lượng sản phẩm. robot thực sự là một sản phẩm minh chứng cho khả năng tiềm ẩn của con người. 1.2 PHÂN LOẠI VÀ ỨNG DỤNG Người ta phân biệt robot dựa vào các yếu tố chính sau: + Theo dạng hình học của không gian họat động. + Theo thế hệ robot. + Theo bộ điều khiển. + Theo nguồn dẫn động. Ở luận văn này chỉ giới thiệu cách phân loại robot theo thế hệ. 1.2.1 Robot thế hệ thứ nhất Bao gồm các robot hoạt động lập lại theo chu trình đã được lập trình từ trước (playback robots). Chương trình ở đây cũng có 2 dạng: chương trình cứng không thay đổi được, như điều khiển bằng hệ thống cam; và điều khiển theo chương trình có thể thay đổi được theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử dụng nhờ các panel hoặc máy tính. * Đặc điểm: + Sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tắc giới hạn hành trình. + Điều khiển vòng hở. + Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lổ để đưa chương trình vào bộ điều khiển, tuy nhiên loại này không thể thay đổi được chương trình. Sử dụng phổ biến trong công việc gắp đặt. 1.2.2 Robot thế hệ thứ ha i Robot thế hệ này bao gồm các robot sử dụng các cảm biến trong điều khiển (sensor-controlled) cho phép tạo được những vòng điều khiển kín kiểu servo. * Đặc điểm: + Điều khiển vòng kín các chuyển động của tay máy. + Có thể tự ra quyết đònh lựa chọn các chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phản hồi từ các cảm biến nhờ các chương trình đã được lập trước. Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các công cụ như bàn phím, panel điều khiển. 1.2.3 Robot thế hệ thứ ba Đây là dạng phát triển cao nhất của robot. Các robot ở đây được trang bò các thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghi theo những thông tin và tác động của môi trường lên chúng, nhờ đó chúng tự biết phải làm gì để hoàn thành công việc đã được đặt ra trước. Robot thế hệ này bao gồm các robot được trang GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 3 bò hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển (vision-controlled robots) cho phép nhìn thấy và nhận dạng các đối tượng thao tác. * Đặc điểm: + Có những đặc điểm như robot thế hệ thứ hai và điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh. + Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình dạng và kích thước khá khác biệt nhau. Robot thế hệ này được ứng dụng trong các lónh vực: trong công nghệ chế tạo xe hơi, điện tử, cơ khí cụ thể như là hàn các đường nối, sơn dầu, lắp ráp, đóng gói, gia công linh kiện, vận chuyển… 1.2.4 Robot thế hệ thứ tư Bao gồm các robot sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi (adaptively controlled robots) có khả năng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mô hình tính toán xác đònh nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với điều kiện của môi trường thao tác. * Đặc điểm: + Có những đặc điểm giống như thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng lựa chọn chương trình hoạt động và lập trình cho các hoạt động dựa trên các tín hiệu thu nhận từ cảm biến. + Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tương đối lớn để giải quyết các bài toán tối ưu với điều kiện biên không được xác đònh trước. Kết quả của bài toán sẽ là một tập hợp các tín hiệu điều khiển và đáp ứng của robot. 1.2.5 Robot thế hệ thứ năm Là những robot được trang bò trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent robots). * Đặc điểm: + Được trang bò các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, xác đònh khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc… Để ra quyết đònh và giải quyết các vấn đề hoặc nhiệm vụ đặt ra cho nó. + Được trang bò mạng neuron có khả năng tự học. Được trang bò các thuật toán dạng neuron fuzzy/fuzzy logic để tự suy nghó và ra quyết đònh cho các ứng xử tương thích với tín hiệu điều khiển nhận được từ môi trường xung quanh theo những thuật toán tối ưu một hay nhiều mục tiêu đồng thời. Hiện nay trong lónh vực giải trí, nhiều dạng robot thế hệ này đang được phát triển như là robot Aibo do hãng Sony sản xuất hay robot đi trên hai chân và khiêu vũ của hãng Honda. Gần đây có một robot mới có tên là ROBOSCOUT do Nhật chế tạo. Robot này nó có thể đi, nói, nghe, tránh vật cản, hai cánh tay nó có thể cầm khay thức ăn nặng 1kg. Đặc biệt nếu như bạn nói vào một bộ điều khiển từ xa nó sẽ đáp lại bằng chính giọng nói của bạn bằng hàng trăm câu đã được lập trình sẵn. GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 4 Để thống nhất trong cách gọi, kể từ chương 2 thuật ngữ robot và tay máy được xem là một. GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng . Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 1 1 TỔNG QUAN 1. 1 ĐỊNH NGHĨA Ngày nay bên cạnh sự phát triển không ngừng của. các đònh nghóa là ở đặc điểm điều khiển theo chương trình”. Tổng GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 2 quát hơn có. Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 3 bò hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển (vision-controlled robots) cho phép nhìn thấy và nhận dạng các đối tượng