báo cáo tổng hợp về tình hình nghiên cứu ứng dụng và phát triển khoa học công nghệ robot ở việt nam

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG HỢP VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ROBOT Ở VIỆT NAM Chủ biên: GS.TSKH. Nguyễn Thiện Phúc HÀ NỘI – TP HỒ CHÍ MINH 5/2010 3 BÁO CÁO TỔNG HỢP VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ROBOT Ở VIỆT NAM NỘI DUNG Mở đầu I. Các cơ sở hình thành và phát triển KHCN robot ở trong nước 1.1. Các đề tài nghiên cứu khoa học về robot 1.2. Bảng tổng hợp các cơ sở giảng dạy về robot 1.3. Các sách giáo trình và chuyên khảo về robotics II. Các báo cáo khoa học kết quả nghiên cứu ứng dụng và phát triển robotics ở Việt Nam 2.1. Động học và động lực học robot 2.2. Thiết kế, chế tạo và điều khiển robot công nghiệp 2.3. Thiết kế, chế tạo và điều khiển robot di động và robot dịch vụ 2.4. Điều khiển robot 2.5. Robot song song III. Các nhóm sản phẩm nghiên cứu về robot 3.1. Nhóm sản phẩm robot công nghiệp 3.2. Nhóm sản phẩm robot dịch vụ IV. Các cụm thiết bị đặc trưng hợp thành robot 4.1. Môđun quay dùng bánh răng con lăn 4.2. Môđun tịnh tiến dùng vitme bi 4.3. Môđun di chuyển bằng bánh xe đa hướng 4.4. Môđun thiết bị điều khiển động cơ V. Robocon và phong trào sáng tạo khoa học của sinh viên học sinh 4 MỞ ĐẦU Công việc nghiên cứu khảo sát tình hình nghiên cứu ứng dụng robot ở trong đã tiến hành trong một thời gian dài, ở cả 3 miền đất nước, và nhiều khu vực công nghiệp, sản xuất, kinh doanh, nghiên cứu và đào tạo. Kết quả công việc nghiên cứu khảo sát đó đã được trình bày trong 5 quyển báo cáo chuyên đề. Quyển 1 và 2 là các chuyên đề về kết quả khảo sát ở Phía Nam và Miền Trung. Quyển 3, 4, 5 chủ yếu là kết quả khảo sát ở Phía Bắc. 1. Nghiên cứu khảo sát các số liệu về tình hình ứng dụng robot ở khu vực phía Nam - Nghiên cứu khảo sát các số liệu về nhu cầu phát triển robot ở khu vực Phía Nam 2. Nghiên cứu khảo sát các số liệu về tình hình ứng dụng robot ở khu vực Miền Trung - Nghiên cứu khảo sát các số liệu về nhu cầu phát triển robot ở khu vực Miền Trung 3. Khảo sát các ngành công nghiệp liên quan đến sự phát triển robot ở Việt nam 4. Khảo sát tình hình liên quan đến robot ở một số cơ sở sản xuất kinh doanh. 5. Khảo sát tình hình liên quan đến robot ở khu vực các trường đại học và cao đẳng kỹ thuật ở Phía Bắc Trong báo cáo này bao gồm các thông tin số liệu tổng hợp và các hình ảnh chọn lọc. Các kết quả nghiên cứu về robot được đưa vào báo cáo tổng hợp, ngoài những bài báo khoa học là những sản phẩm có ảnh chụp các robot như những kết quả cụ thể. Phần phân tích đánh gía được trình bày trong báo cáo riêng. 5 I. CÁC CƠ SỞ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ROBOT Ở TRONG NƯỚC 1.1. Các đề tài nghiên cứu khoa học về robot Đề tài 58A-03 với nội dung nghiên cứu ứng dụng robot trong kỹ thuật bảo hộ lao động. Đây là đề tài đầu tiên ở trong nước về robot với mục tiêu tiếp cận và bước đầu nghiên cứu ứng dụng trong kỹ thuật bảo hộ lao động. Việc hình thành được một đề tài nhà nước về robot trong những năm 1980 – 1985 là sự cố gắng với quyết tâm lớn của Viện nghiên cứu bảo hộ lao động và Phòng Cơ học máy, phối thuộc giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Viện Cơ học. Tuy mức kinh phí được cấp thời đó còn rất nhỏ nhoi, nhưng đề tài cũng có được 2 sản phẩm tiêu biểu là : Robot TM – 1 và TM – 2 Trên hình 1 là ảnh chụp buổi trình diễn của Robot TM-1 đang cầm bó hoa lên chào đón mọi người. Robot TM-1 hoạt động theo tọa độ trụ, truyền động bằng thủy lực. Hình 1 Robot TM-2 theo mẫu Robot Balaman (người cân bằng) của Nhật Bản (hình 2). Trông hình dáng bên ngoài như chiếc cẩu con, nhưng bên trong là 6 một hệ thống truyền động khí nén có đặc điểm là khi treo tải trọng lên hệ thống này tự điều chỉnh để cân bằng với trọng tải đó. Vì thế việc di chuyển tải trọng này hầu như không tốn them năng lượng , nên có thể dễ dàng trực tiếp bằng tay để kết hợp với sự đa dạng và chính xác của tay người. Do có ưu điểm lớn đó robot loại này được dùng rộng rãi ở nhiều cơ sở sản xuất tại Nhật Bản và được chế tạo lại theo mẫu ở nhiều nước khác. Hình 2. Robot TM2 Đề tài này cũng đã có tác động tốt đến sự quan tâm trong nước về một lĩnh vực khoa học công nghệ cao, còn hoàn toàn mới mẻ ở thời điểm bấy giờ. Một số kết quả được áp dụng gián tiếp ở một số cơ sở, ví dụ Viện kỹ thuật quân sự dùng thiết bị tương tự Robot TM-2 để vận chuyển các đầu đạn cỡ lớn, hoặc tại Phòng Cơ học máy, ĐHBK – HN dùng các cơ cấu tay máy phục vụ các máy đột dập sản xuất vỏ hộp “cao sao vàng” với sản lượng lớn v.v. Từ khi có chương trình nhà nước về Tự động hóa, nội dung nghiên cứu về robot được quan tâm hơn. Tuy nhiên chỉ được đầu tư ở mức một đề tài nhỏ hoặc một vài nhánh đề tài. Đề tài 52B.03.01 “Ứng dụng tay máy – người máy công nghiệp” có được sản phẩm TM 1, 5 bậc tự do, truyền động thủy lực và một vài cơ cấu tay máy ứng dụng cho máy đột dập trong các nguyên công cấp thoát phôi dạng tấm. 7 Sản phẩm của đề tài nhánh KHCN.04.06.04 là robot RPS-406 có 5 bậc tự do, truyền dẫn thủy lực, điều khiển dùng PLC ứng dụng để phun men sứ vệ sinh. Robot RPS – 406 Kết quả của đề tài nhánh KHCN.04.10.02 là thiết kế, chế tạo và lập trình điều khiển robot RPB-4102 dùng trong công nghệ phun phủ và công nghệ nhiệt luyện tôi cao tần. Robot có 6 bậc tự do, 3 bậc thân dưới dùng truyền dẫn thủy lực, 3 bậc cổ tay dùng động cơ bước, điều khiển bằng PC. Robot RPB 4102 Đề tài KC.03.02 thuộc chương trình khoa học công nghệ tự động hóa của Nhà nước, có tên gọi “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot phục vụ sản xuất trong các điều kiện môi trường độc hại và không an toàn”. Đề tài này có sản phẩm là 5 loại robot công nghiệp. Đó là robot hàn cắt các tấm kim loại và đã được thử nghiệm tại nhà máy đóng tàu Hà Nội. Robot 8 vạn năng cấp phôi cho máy tôi cao tần ở Công ty Công nghiệp Cơ khí Sài Gòn; Tay máy lấy sản phẩm phôi PET trên máy ép nhựa tại Công ty CP nhựa Đô Thành, Tp HCM; Tay máy phục vụ việc vận chuyển đạn sung cối 81mm trong dây chuyền nạp thuốc đạn; Robot camera crane phục vụ trường quay phim truyền hình. Phần mô tả chi tiết các sản phẩm của đề tài KC.03.02 sẽ giới thiệu kết hợp ở phần “Giới thiệu một số sản phẩm nghiên cứu về robot công nghiệp”. Đề tài KC03.08 “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng”. Tổng số các sản phẩm của Đề tài tạo ra là 13 chia thành 4 nhóm sản phẩm như đã đăng ký. Trong số đó có 10 sản phẩm mới không theo mẫu nào của nước ngoài và 2 sản phẩm tạo ra cải biên mẫu của nước ngoài. Cũng trong số đó đã chuyển giao công nghệ cho 4 doanh nghiệp trên cơ sở cải tiến áp dụng 4 sản phẩm Đề tài. Ngoài 9 sản phẩm ở dạng thiết bị Đề tài có 4 sản phẩm khác ở dạng các phần mềm máy tính đã được cấp giấy chứng nhận bản quyền. Vận dụng các kết quả của Đề tài và cải tiến các sản phẩm nói trên, với nguồn kinh phí từ các hợp đồng ký với 2 công ty, 2 Viện nghiên cứu, 2 bệnh viện ở Hà Nội đã và đang tạo ra một số thiết bị theo mẫu sản phẩm Đề tài. Trong số đó có thể kể đến Robocar PHC (phun hóa chất phòng dịch), Robocar BB (bưng bê thùng rác nhiễm khuẩn, nhiễm độc, nhiễm xạ). Các robocar này đã trưng bày ở Techmart 2005 tại Tp Hồ Chí Minh và đã được cấp Cúp vàng. Các kết quả sau đây có thể xem là các kết quả nổi bật của Đề tài về ý nghĩa khoa học, tính mới và tính sáng tạo đã đạt được: Tạo ra Robot RP kiểu mới có nhiều ưu điểm nổi trội, được nâng cấp di chuyển linh hoạt bằng bánh xe nên gọi tên là Robocar RP và thông minh hóa nhờ có các sensor cùng hệ điều khiển tương ứng. Trên cơ sở đó đã tạo ra các biến thể của Robocar RP như một nhóm sản phẩm, như là Robocar “Chữ thập đỏ”, xe lăn điện chạy 9 tự động, xe ghế chạy điện tự động, Robocar PHC (phun hóa chất phòng dịch), Robocar BB (bưng bê các thùng rác nhiễm khuẩn, nhiễm độc, nhiễm xạ). Các robocar này biết tự xử lý khi gặp chướng ngại, biết tìm đồ vật theo màu sắc, biết đi men theo tường chắn khi hoạt động ở môi trường không được xác định trước hành trình và khoảng cách di chuyển cụ thể. Tạo ra các môđun dây chuyền sản xuất (DCSX) dùng robot SCA TM chọn lựa sản phẩm theo màu sắc. Robot SCA TM cải tiến với bậc tự do thứ 4 thay bằng khí nén tác động nhanh hoặc cải tiến theo phương án môđun hóa cho mỗi bậc tự do chuyển dịch. Trong đó dùng môđun quay bánh răng con lăn (BRCL). Môđun quay này có nhiều ưu điểm vượt trội rất nhỏ gọn và, nhất là triệt tiêu khe hở cạnh răng nên không bị trễ khi điều khiển. Tạo ra một máy đo tọa độ dạng mới, hoạt động theo tọa độ trụ. Đó là kết quả nghiên cứu phân tích của loại máy đo tọa độ hiện hành bằng các tiếp cận khác, cụ thể là theo phương pháp của robotics. Máy đo tọa độ dạng mới này với tên gọi là Robot RE - 03 có thể chế tạo ra với giá thành thấp mà vẫn đạt được độ chính xác cần thiết khi tái hiện các bề mặt nhờ tích hợp 3 môđun thiết bị đo đã được chuẩn hóa trong kỹ thuật đo lường. Đó là môđun dịch chuyển góc , môđun dịch chuyển hướng tâm r, môđun dịch chuyển theo chiều Z, và kết hợp với một chương trình phần mềm tự tạo để tái hiện các bề mặt cong phức tạp. Kèm theo các sản phẩm nói trên là những chương trình phần mềm. Trong số đó có 4 chương trình đã được cấp giấy chứng nhận bản quyền. Một kết quả khoa học mà Đề tài xem là quan trọng là thành công trong việc thực hiện ý tưởng mô đun hóa hệ thống thiết bị. Mỗi môđun gồm cả phần cơ khí chấp hành, phần điện tử điều khiển và chương trình phần mềm. Các 10 môđun đó được nghiên cứu rất cơ bản nên có thể nhanh chóng ghép nối thành những kiểu robot khác nhau đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của thực tế. Để minh họa có thể dẫ ra các mô đun sau: Mô đun di chuyển hợp lý có nhiều ưu điểm là một xe di chuyển 3 bánh, bánh chủ động kiêm bánh lái. Bánh này được cải tiến từ động cơ xe đạp điện, lắp lốp và chạy nhiều tốc độ. Xe di chuyển được trang bị nhiều loại sensor và phần điều khiển tương ứng để tự động chạy men theo tường hoặc tự động tìm kiếm đồ vật theo mầu sắc quy định. Mô đun tay máy gọn nhẹ và linh hoạt là cơ cấu pantograph với 2 con trượt, không cần đối trọng và vẫn giữ được cân bằng ở mọi vị trí thao tác, dễ điều khiển v.v. Mô đun quay dùng bánh răng con lăn tương xứng với mô đun tịnh tiến dùng vitme bi, đã đáp ứng được mong ước có những bộ truyền không bị trễ khi điều khiển, có ma sát lăn nên hiệu suất cao, có khả năng tạo màng dầu thủy động nên chịu được tải trọng nặng v.v. Loại này có nhiều ưu điểm hơn truyền động bánh răng song (harmonic driver) không chỉ dùng trong robot mà còn có khả năng thay thế được nhiều loại bánh răng khác. Trong giai đoạn 2006 – 2010 đang triển khai các đề tài dự án thuộc Chương trình nghiên cứu cấp Nhà nước KC.03/06-10. + Robot trinh sát phục vụ công tác an ninh do Viện điện tử, tin học và tự động hóa, Bộ Công thương thực hiện. + Robot S/R trong hệ thống kho tự động (đề tài KC.03.14/06-10) do Trung tâm Công nghệ cao Tp Hồ Chí Minh thực hiện. + Robot song song dạng Hexapod (Dự án KC.03.16/06.10) tiến hành tại Trung tâm NCUWD & DVKHKT – Sở Khoa học và Công nghệ Tp Hồ Chí Minh. 11 1.2. Bảng tổng hợp các cơ sở giảng dạy về robot (Khu vực phía Bắc) TT Trường Khoa Chuyên ngành Môn học Số ĐVHT Ghi chú 1 Đại học Bách khoa Hà Nội Cơ khí Cơ điện tử 1 Robotics 3 Cơ điện tử 2 Robotics 3 Cơ điện tử 3 Robot công nghiệp và máy CNC 3 Cơ điện tử 4 Robot công nghiệp và máy CNC 3 Điện Điều khiển tự động Robotics 3 Tự động hóa XNCN Điều khiển robot 3 Trung tâm đào tạo kỹ sư tài năng Điều khiển tự động Robotics 4 Cơ điện tử Robot công nghiệp và máy CNC 4 2 Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Cơ khí Cơ điện tử Robot công nghiệp 2 Điện Tự động hóa Robot công nghiệp 2 3 Đại học sự phạm kỹ thuật Hưng Yên Cơ khí Công nghệ Cơ điện tử Robot công nghiệp 3 Điện Tự động hóa Robot công nghiệp 3 [...]... Hướng dẫn lắp ráp thiết kế robot từ các linh kiện thơng dụng, Nhà xuất bản Đà Nẵng 14 Trần Thế San, Thực hành chế tạo Robot điều khiển từ xa, Nhà xuất Bản Đà Nẵng II CÁC BÁO CÁO KHOA HỌC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN ROBOTICS Ở VIỆT NAM 2.1 Động học và động lực học robot 2.1.1 Về một số phương pháp mới để đánh giá tham số của một hệ điều khiển phương pháp sai số đầu vào, N.G.Nath, Nguyen N... tục Robot hàn này được triển khai thử nghiệm tại nhà máy đóng tàu ở Thanh Trì Hà Nội Ứng dung thử nghiệm Robot hàn tại nhà máy đóng tàu Hà Nội Một đề tài khác của Đại học Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh về Robot hàn ứng ứng dụng trong cơng nghệ đóng tàu” cũng được triển khai có kết quả 24 Robot hàn ứng ứng dụng trong cơng nghệ đóng tàu Ở Trường Sư phạm kỹ thuật Hưng n cũng có đề tài nghiên cứu và. .. Đại học Cơng Cơ khí Kỹ sư cơ điện tử Robot hàn 3 nghiệp Hà Nội Cao đẳng Cơ điện Robot hàn tử 5 Đại học điện lực Cơng Cơng nghệ nghệ cơ Robot cơng nghiệp 4 Robot cơng nghiệp 3 cơ điện tử khí Cơ khí Tự chọn Cơng nghệ động học 3 và máy CNC cơng Cơ kỹ Kỹ thuật robot thuộc thuật nghệ và ĐHQG – HN tự Kỹ thuật robot 3 Cơ điện tử 6 Đại tự Robot cơng nghiệp Kỹ thuật robot 3 Cơng nghệ hàn Tay 3 động hóa 7 Đại học. .. lĩnh vực có nhu cầu ứng dụng robot nhiều nhất ở ta Vì thế cũng có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng robot hàn theo 2 hướng: Một là nghiên cứu khai thác các robot hàn nhập ngoại; Hai là tự tạo ra các robot hàn Hình ảnh dưới đây là robot hàn, sản phẩm của Đề tài KC.03.02 Robot Hàn có trọng lượng khoảng 300 kg, được dùng để hàn hồ quang, cắt kim loại bằng gas, plasma và phun phủ Robot hàn có thể hàn... Tập I: Robot Cơng nghệ, Nhà xuất bản Đại học QG Tp Hồ Chí Minh 9 Lê Hồi Quốc, Bộ điều khiển khả lập trình: Vận hành và ứng dụng, Nhà xuất bản Đại học QG Tp Hồ Chí Minh, 2006 10 Tạ Duy Liêm, Máy móc và thiết bị Cơng nghệ cao trong sản xuất cơ khí – Tập 1 Robot và hệ thống cơng nghệ robot hóa, Nhà xuất bản KHKT 11 Đào Văn Hiệp, Kỹ thuật Robot, Nhà xuất Bản KHKT 12 Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển Robot cơng... của robot RP nói trên, gọi tắt là cơ cấu robot RP Nếu sử dụng cơ cấu này làm phần chủ yếu của robot thì có thể tạo ra nhiều mẫu robot đáp ứng các u cầu đa dạng trong một thời gian ngắn, bởi vì theo đó có thể tạo sẵn các “gam” cụm bộ phận hợp thành robot Đó là một phương cách dễ hình thành ra ngành cơng nghiệp robot khi thị trường chưa đòi hỏi sản lượng lớn robot cho từng mẫu Robot RPS-406 Trên cơ sở ứng. .. số điều khiển chân robot hexapod sử dụng trong cắt gọt tạo hình kiểu điêu khắc, Nguyễn Văn Bạo, Phan Văn Đồng, Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ 7, Hà Nội, 2002 22 2.5.20 Nghiên cứu ứng dụng Robot song song thao tác dưới hầm sâu Nguyễn Thiện Phúc, Nguyễn Tiến Đức, Lê Hồng Giang, Hồng Văn Bạo, Đăng Văn Huynh, Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ 7, Hà Nội, 2002 2.5.21 Sử dụng robot tripod và thuật giải xác... Cơ khí kỹ thuật Nam máy cơng nghiệp Định Điện – Cơng điện tử 8 Đại học Giao Cơ khí nghệ tự Kỹ thuật robot 3 động Cơ điện tử Robot cơng nghiệp 3 – Kỹ thuật Cơ điện Robot cơng nghiệp 3 thơng vận tải 9 Đại học Phương Điện Đơng Cơ điện tử tử Kỹ thuật điện – tự Robot cơng nghiệp động 12 3 cơ Robot cơng nghiệp 2 Học viện Cơng Điện Kỹ thuật điện – Robot cơng nghiệp 3 nghệ Bưu chính 10 Đại học sư phạm Cơ điện... phẩm nhựa đang ứng dụng thử nghiệm tại Cơng ty Nhựa Đơ Thành Tp Hồ Chí Minh Cơ cấu robot RP Cơ cấu Robot RP là sản phẩm của Trung tâm NCKT tự động hố, Đại học Bách Khoa Hà Nội Ở đây đã đỊ xt chän lo¹i c¬ cÊu víi bé th«ng sè tèi -u ®Ĩ lµm m«®un chn ho¸ t¹o nªn mét nhãm robot kiĨu míi, ký hiƯu lµ cơ cấu Robot RP Robot RP thc lo¹i robot pháng sinh (b¾t ch-íc c¬ cÊu tay ng-êi) Sù kh¸c biƯt cđa robot nµy víi... điều khiển khi ứng dụng gia cơng các bề mặt theo kiểu điêu khắc, Nguyễn Hồng Thái, Hồng Văn Bạo, Phan Văn Đồng, Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ 7, Hà Nội, 2002 2.5.22 Thiết kế và chế tạo mơ hình HEXAPOD, Đặng Văn Nghìn, Nguyễn Minh Tuấn, Từ Diệp Cơng Thành, Hội thảo tồn quốc lần thứ nhất về Cơ điện tử 23 III CÁC NHĨM SẢN PHẨM NGHIÊN CỨU VỀ ROBOT 3.1 Nhóm sản phẩm robot cơng nghiệp Robot hàn Các cơng . 5/2010 3 BÁO CÁO TỔNG HỢP VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ROBOT Ở VIỆT NAM NỘI DUNG Mở đầu I. Các cơ sở hình thành và phát triển KHCN robot ở trong nước. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG HỢP VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ROBOT Ở VIỆT NAM Chủ biên: GS.TSKH tài nghiên cứu khoa học về robot 1.2. Bảng tổng hợp các cơ sở giảng dạy về robot 1.3. Các sách giáo trình và chuyên khảo về robotics II. Các báo cáo khoa học kết quả nghiên cứu ứng dụng và phát