Robot công nghiệp - Viện Điện ĐH Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN  BÁO CÁO NHẬN THỨC Đề tài: “Robot” Học phần: Nhập môn kỹ thuật điện (EE1010) Mã lớp học: 74920 Giảng viên hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức Họ và tên: Nguyễn Tiến Khang – 20132044 Nguyễn Văn Mạnh – 20132506 Nguyễn Đức Mạnh – 20132531 Phạm Xuân Ngọc – 20132800 Hà Nội, 2014 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức MỤC LỤC HÌNH VẼ Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 2 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức LỜI NÓI ĐẦU Năm 1961, Robot kỹ thuật số và được lập trình đầu tiên ra đời, có tên gọi Unimate, từ đó đến nay,ngành robot học không ngừng phát triển và chế tạo robot trở thành 1 ngành công nghiệp được chú trọng phát triển ở nhiều quốc gia, với sự đi đầu của các cường quốc như Mỹ, Nhật Bản….Ngày nay, robot có mặt trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống của con người: sản xuất, y tế, quân sự, hàng không vũ trụ, Các robot thương mại và robot công nghiệp được sử dụng phổ biến để thực hiện các công việc với giá rẻ hơn, chính xác và đáng tin cậy hơn con người. Chúng cũng được sử dụng trong các công việc mà độ ô nhiễm cao, nguy hiểm, hoặc đơn điệu. Robot được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, lắp ráp, đóng gói và mở gói, vận chuyển, và thăm dò không gian cũng như lòng đất, phẫu thuật, chế tạo vũ khí, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, dây chuyền sản xuất hàng loạt… Ngoài ra, còn có các robot phục vụ các nhu cầu khác của con người như: giải trí, giúp việc, hỗ trợ người khuyết tật….Hiện nay các loại robot đang không ngừng được hoàn thiện và chế tạo mới nhằm hướng tới mục tiêu robot có khả năng tư duy như con người, chính vì vậy mà phạm vi ứng dụng của robot không ngừng mở rộng trong mọi lĩnh vực, đặc biệt là thay thế con người trong sản xuất, tăng năng suất lao động. Trước những yêu cầu đòi hỏi bức thiết của việc ứng dụng robot vào thực tiễn cuộc sống, nhóm chúng em đã thực hiện tìm hiểu tổng quan về lịch sử phát triển, cấu tạo,các bài toán và ứng dụng của robot. Từ đó, chúng em đã có cái nhìn tổng quát nhất về ngành robot học,cũng như có thêm những kiến thức mới về ngành kỹ thuật Điều khiển - Tự động hóa. Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của TS Dương Minh Đức trong suốt thời gian thực hiện báo cáo này. Với sự giúp đỡ tận tình đó két hợp cùng sự nỗ lực cố gắng của cả nhóm, chúng em đã hoàn thành báo cáo này. Tuy nhiên, do hạn chế về chuyên môn, kiến thức chưa sâu nên bản báo cáo có thể sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em xin chân thành tiếp thu những ý kiến chỉ bảo đóng góp của thầy để bài báo cáo sẽ hoàn thiện tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện báo cáo Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 3 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1. Sơ lược quá trình phát triển Thuật ngữ robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng sản xuất. Những robot xuất hiện lần đầu tiên trên ở trên NewYork vào ngày 09/10/1922 trong vở “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Karen Kapek viết năm 1921, còn từ robot là cách gọi tắt của từ robota - theo tiếng Tiệp có nghĩa là công việc lao dịch. Những robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp thực sự lại là những tay máy. Vào năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình. Đến năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối. Sử dụng những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển. Năm 1968 R.S. Mosher, thuộc hãng General Electric, đã chế tạo một thiết bị biết đi có bốn chân, có chiều dài hơn 3m, nặng 1.400kg, sử dụng động cơ đốt trong có công suất gắn 100 mã lực (hình 1.1) Hình 1.1. Robot 4 chân của hãng R.S Mosher và hãng General Electric Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt được vào năm 197G là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 được điều khiển từ trái đất (hình 1.2). Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 4 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức Hình 1.2. Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod 1 Viện nghiên cứu thuộc Trường Đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế robot Shakey di động tinh vi hơn để thực hiện những thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tượng (hình 1.3). Robot này được lập trình trước để nhận dạng đối tượng bằng camera, xác định đường đi đến đối tượng và thực hiện một số tác động trên đối tượng. Hình 1.3. Robot Shakey - robot đầu tiên nhận dạng đối tượng bằng camera Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại Học Viện Công nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ). Trên cơ sở đó năm 1954, George Devol đã thiết kế robot lập trình với điều khiển chương trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh được gọi là thiết bị chuyển khớp được lập trình. Joseph Engelberger, người mà Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 5 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức ngày nay thường được gọi là cha đẻ của robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau khi mua bản quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ robot điều khiển theo chương trình. Năm 1962, robot Unmation đầu tiên được đưa vào sử dụng tại hãng General Motors; và năm 1976 cánh tay robot đầu tiên trong không gian đã được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan Không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hoả (hình 1.4) Hình 1.4. Robot Unmation 1.2. Những ứng dụng điển hình của robot Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Những ứng dụng ban đầu bao gồm gắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn. Một trong những công việc kém năng suất nhất của con người là rèn kim loại ở nhiệt độ cao. Các công việc này đòi hỏi công nhân di chuyển phôi có khối lượng lớn với nhiệt độ cao khắp nơi trong xưởng. Việc tuyển dụng công nhân làm việc trong môi trường nhiệt độ cao như vậy là một vấn đề khó khăn đối với ngành công nghiệp này, và robot ban đầu đã được sử dụng để thay thế công nhân làm việc trong điều kiện môi trường ngặt nghèo như trong lò đúc, xưởng rèn, và xưởng hàn. Đối với robot thì nhiệt độ cao lại không đáng sợ. Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 6 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức Hình 1.5. Robot hàn ARC 1 Hình 1.6 - Robot gắp hàng - đóng gói bia 2 1 ABB Robotics 2 ABB Robotics Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 7 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức Hình 1.7 - Robot sơn ô tô tự động 3 Hình 1.8 - Robot hàn điểm trong sản xuất xe hơi 4 3 ABB Robotics 4 New China Factory Auto Tech Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 8 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức Hình 1.9 - Robot xếp chồng sản phẩm 5 Hình 1.10 - Robot rà phá bom mìn warrior 710 6 5 ABB Robotics 6 www.irobot.com Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 9 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS. Dương Minh Đức Hình 1.11 – Robot tự hành thám hiểm sao hỏa và mặt trăng 7 Robot còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa như phục vụ cho máy công cụ, làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, dò phá bom mìn, làm bánh,… 1.3. Phân loại robot 1.3.1.Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động 1. Robot toạ độ vuông góc (cartesian robot) 2. Robot toạ độ trụ (cylindrical robot) 3. Robot toạ độ cầu (spherical robot) 4. Robot khớp bản lề (articular robot) 1.3.2.Phân loại theo thiết kế Theo quá trình phát triển của robot, ta có thể chia ra theo các mức độ sau đây: 1. Robot thế hệ thứ nhất: Bao gồm các dạng robot hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi (playback robots), theo chương trình định trước. Chương trình ở đây cũng có hai dạng; chương trình “cứng” không thay đổi được như điều khiển bằng hệ thống cam và điều khiển với chương trình có thể thay đổi theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử dụng nhờ các panel điều khiển hoặc máy tính. 2. Robot thể hiện thứ hai Trong trường hợp này robot được trang bị các bộ cảm biến (sensors) cho phép cung cấp tín hiệu phản hồi hỗ trợ lại hệ thống điều khiển về vị trí, trạng thái không gian của robot cũng như những thông tin về môi trường bên ngoài như trạng thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà robot phối hợp, nhiệt độ của 7 Internet Báo cáo nhận thức, đề tài “Robot” Trang 10 [...]... ngày 19 tháng 12 năm 2014 Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 25 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 2 3 4 Springer Handbook of Robotics https://www.youtube.com/channel/UCM_CsBtYQd5zVuYdwmNpT6g https://www.qualcomm.com/robots https://www.irobot.com Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 26 ... với robot là khả năng nắm giữ trọng lượng của nó khoảng 3.9kg Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 12 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức 3 Under water robot Robot dưới nước là một trong số những loại robot có nhiều ứng dụng nhất trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học, tìm kiếm, cứu hộ Với khả năng lặn sâu dưới nưới đến hàng... nhận thức, đề tài Robot Trang 18 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức 2.2.1.Điều khiển lực Điều khiển lực là trường hợp tổng quát của điều khiển quỹ đạo, vì đại đa số robot trong quá trình làm việc sẽ tiếp xúc vởi môt trường khi di chuyển theo một quỹ đạo đạt trước Khi đó cần thiết xíiều khiển cả vị trí robot và lực robot sinh ra Ví dụ các robot lắp... lý vào từng bậc chuyển động của robot được thiết kế theo yêu cầu của khách hàng Vì vậy, trên một robot thường gặp đồng thời nhiều dạng truyền động Đặc biệt là ở tay gắp của robot các truyền dẫn rất đa dạng như khí nén hút chân không hay điện tử CHƯƠNG 3 CÁC BÀI TOÁN VỀ ROBOT Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 21 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh... tìm đường đi cho robot trước khi nó xuất phát Ở bài toán cục bộ,môi trường làm việc của robot hoàn toàn không được biết trước hoặc chỉ biết được một phần, robot hoàn toàn phải nhờ vào sự cảm nhận môi trường thong qua cảm biến gắn trên nó để dò đường Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 24 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức KẾT LUẬN Trải qua 3 tháng... dụ về robot từ Nachi và từ ABB 1.4.3 .Robot đeo được Các sản phẩm thông minh đeo được (wearable) đang trở nên phổ biến và nó cũng thành một xu hướng phát triển của robot Có rất nhiều loại khác nhau, từ màn Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 14 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức hình đến thiết bị bổ trợ, hay cao hơn là bộ xương ngoài Một số robot. .. 2.3.3.Nguồn dẫn truyền động điện cơ Với những công việc đòi hỏi chính xác, loại robot với truyền động điện tỏ ra đắc dụng nhất vì chúng cho phép bảo đảm được độ chính xác dịch chuyển cao và khả năng thực hiện những thao tác phức tạp Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 20 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức Nguồn dẫn truyền động điện cơ được chia ra... tốc độ cao cơ cấu song song Robot gắp và chuyển tốc độ cao dựa trên chuyển động song song có vẻ đang được các công ty lớn đón nhận Robot này hết sức phù hợp với không gian làm việc Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 15 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức nhỏ, công việc có tính lặp lại cao, và khả năng tải mở rộng Các robot đang mang lại tốc độ tương... gian hoạt động của robot Riêng đối với các vị trí trên biên của vùng không gian hoạt động, trong một số trường hợp ta mới có lời giải duy nhất Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 22 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức 3.2 Bài toán tĩnh học Tĩnh học nghiên cứu quan hệ về lực ở trạng thái cân bằng của các phần thay đổi của robot Mét robot có thể hoạt... chỗ an toàn hơn Cũng theo ông Pratt, khi "đồng hành" cùng các chuyên gia, các robot sẽ hoạt động hiệu quả hơn là khi hoạt động riêng lẻ Báo cáo nhận thức, đề tài Robot Trang 16 Viện Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội GV Hướng dẫn: TS Dương Minh Đức CHƯƠNG 2 CẤU TẠO CỦA ROBOT Về mặt truyền động và điều khiển, robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác