bài giảng điều khiển robot công nghiệp

điều khiển robot công nghiệp ( Ngành TđH) TS Nguyễn Mạnh Tiến (Email : tiennm@mail.hut.edu.vn) Số tiết : 60 tiết Lý thuyết: 45 Bài tập lớn : 15 (1 tập lớn) ánh giá : Thi : 75 % Quá trinh : 25 % 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH Lý thuyết (45 tiết) Chơng : Tổng quan robot công nghiệp (3 tiết) Chơng : ộng học vị trí Robot (8 tiết) Chơng : Động học vị trí vi sai (4 tiết) Chơng : ộng lực học (6 tiết) Chơng : iều khiển robot (18 tiết) Chơng : Cơ cấu chấp hành cảm biến (3 tiết) 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH Bài tập lớn (15 tiết) Chọn ba phơng án : + động học vị trí, động lực học + Thiết kế hệ thống điều khiển mô Matlab Xây dựng mô hình mô máy tính Xây dựng mô hình vật lí Thời gian : Đợc nghỉ 15 tiết làm tập + Tuần (31/8) : Giao BTLT + Tuần (8/9) : Giao BT mô hình 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH Thi gian hc 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH Tài liệu tham khảo Tiếng Việt : Nguyễn Mạnh Tiến - điều khiển Robot công nghiệp - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật - 2007 Nguyễn Thiện Phúc Robot công nghiệp Nhà Xuất KHKT.2006 Tiếng Anh : Paul Richard P Robot manipulator The MIT Press 1982 Tsuneo Yoshikawa Foundation of Robot : Analysis and control MIT 1990 Wesley E Sneyder Industrial Robots : Computet Interfacing and Control Prentice Hall J Somlo, B Lanto, P.T Cat Advanced Robot Control Akademia Kiado Budapest 1997 King sun Robotics : Control, Sensing, Vision and Intelligent McGraw Hill , 1987 Mikell P Groover , et al Industrial Robotics : Technology Gramming and Application McGraw Hill 1996 Lorenzo Sciaviacco, Bruno Siciliano Modeling and Control Manipulator The McGraw-Hill Companies, Inc 358 trang 10 Lewis F.L , Abdallah C.T , Dawson D.M Control of Robot Manipulator Macmillan Publishing Company, 1993 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH Định nghĩa ROBOT CÔNG NGHIệP Thuật ngữ Robot xuất lần năm 1920 kịch nhà viết kịch ngời Tiệp Karel Capeck : Giống ngời, khỏe, làm việc gấp đôI ng ời Viện Robot Hoa kỳ : Robot cấu đa chức đợc lập trình trớc với cảm biến bên ngoài, thực chức (task) : Lắp ráp, vận chuyển Kỹ thuật : Robot cánh tay vài bậc tự do, thực chuyển động nh tay ngời đợc điều khiển máy tính Robot công nghiệp Cơ cấu lập trinh đợc thực tự động công việc hữu ích mà trợ giúp ngời Hội nhà chế tạo ngời sử dụng : Robot thiết bị thao tác chức nh ngời hợp tác thông minh 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH lịch sử phát triển Thời gian Gia kỷ17 Sự kiện quan trọng J de Vancanson chế tạo số búp bê có khí đánh nhạc 1801 J Jacquard phát minh khung dệt vai lập trinh 1805 H Maillader chế tạo búp bê khí biết vẽ tranh 1892 S Babbitt (Mỹ) thiết kế cần trục truyền động động có cấu kẹp để gắp thỏi thép đúc khỏi lò nung 1938 W Pollard H Roselund (Mỹ) thiết kế cấu phun sơn lập trinh cho công ty DeVilbiss 1946 G.C Devol (Mỹ) sáng chế thiết bị điều khiển ghi lại tín hiệu điện từ hoá, sau đợc sử dụng để điều khiển máy khí 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 1951 Cơ cấu tay máy điều khiển từ xa mang vật liệu phóng xạ đợc chế tạo 1952 Mẫu máy điều khiển số đợc trng bày Viện công nghệ Massachusetts sau vài năm nghiên cứu chế tạo 1954 G.C Devol ký ban quyền phát minh thiết kế Robot 1960 Robot "Unimate" đợc giới thiệu Robot truyền động thuỷ lực; sử dụng dạng nguyên lý điều khiển số cho điều khiển cấu tay máy Công ty Ford lắp đặt Robot Unimate 1961 Công ty General Motor (GM) lắp đặt robot công nghiệp (robot 1962 Unimate) dây chuyển san xuất 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 1966 Công ty Trallfa (Nauy) lắp đặt Robot phun sơn 1968 Robot di chuyển "Shakey" đợc chế tạo Viện Nghiên cứu Stanford (Mỹ) Robot đợc trạn bị số cam biến tiếp xúc, máy tinh, di chuyển mặt sàn Tay máy Stanford Robot nhỏ điều khiển điện đợc chế tạo Trờng Dại học 1970 Stanford (Mỹ) Hiệp hội robot công nghiệp Nhật (JIRA) bắt đầu đề xuất sử dụng robot 1971 công nghiệp Nhật Viện Nghiên cứu Stanford (Mỹ) công bố ngôn ng lập trinh máy tính cho 1973 Robot : WAVE ASEA giới thiệu Robot IRb6 với hệ truyền động điện 1974 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 1974 Công ty Cincinnati Milacron giới thiệu Robot T3 điều khiển máy tính 1975 Robot "Sigma" đợc sử dụng công nghiệp lắp ráp - ứng dụng Robot dây chuyền lắp ráp 1976 Phòng thí nghiệm Charles Stack Draper (Mỹ) chế tạo cấu nhún có tâm xa sử dụng cho Robot lắp ráp 1978 Robot PUMA (máy lắp ráp vạn nng lập trinh) đợc trinh diễn 1978 Robot T3 hãng Cincinnati Milacron đợc lập trinh thực công việc khoan hàn phận máy bay 1979 Robot SCARA đợc sáng chế cho dây chuyền lắp ráp Trờng Dại học Yamanashi (Nhật) Một số Robot thơng mại đợc giới thiệu vào 1981 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 10 ứng dụng robot Trong công nghiệp ứng dụng vận chuyển, bốc dỡ vật liệu ứng dụng gia công vật liệu + Hàn, gia công kim loại , sơn ứng dụng lắp ráp, kiểm tra + Lắp ráp khí, điện tử, + Kiểm tra đo kích thức máy, chi tiết + Kiểm tra chất lợng sản phẩm Trong giáo dục, y tế Lĩnh vực khác 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 34 Phc v mỏy tin 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 35 Robot phi hp lm vic trờn dõy chuyn t ng 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 36 Robot lm vic trờn dõy chuyn hn v ụtụ Toyota 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 37 Robot kim tra kớch thc ụtụ 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 38 Mỏy kim tra kớch thc 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 39 Số lợng robot Tính đến 2003 : Thế giới có 770.000 đơn vị ( thực tế 1.000.000 đơn vị) + Nhật : 350.000 (45,5%) + Châu âu : 233.000 (30,3%) : đức: 105.000 ; Italia : 47.000; Tây Ban Nha : 18.000; Anh : 14.000 + Bắc Mỹ : 104.000 (13,5%) Dự báo đến 2006 : Tổng số Robot : 875.000 ( 4,3 %) 11/09/15 IU KHIN TH Trong : ROBOT Nhật :K52 330.000 40 Số lợng robot tăng trởng (Theo UNECE/IRF ) a Số lợng Robot 2003 tăng so 2002 : + Bắc Mỹ : +35 % + Châu : +18 % + Châu  u : +25 % + Khu vực khác : +19 % b Tốc độ tăng hàng năm : Bắc Mỹ : 9,9 %; Châu Âu :5,3 % c Nhật : Số lợng Robot giảm : Năm 1997 : 413.000 đơn vị; Năm 2002 : 350.000; Năm 2006 (dụ đoán ) : 333.000 d Rôbot công nghiệp đa : tốc độ tăng hàng năm : 9,5 % : 11/09/15 năm 2002 : 375.000 IU KHIN ROBOT K52 TH năm 2006 : 542.000 41 Số lợng robot Mật độ robot công nghiệp năm 2002 Nhóm : Nhật : 310; Hàn Quốc : 130 Nhóm : Đức : 135; Italia : 109; Nhóm : Phần lan : 68 Pháp : 67; (RB/10000 CN) Thụy điển : 91; Tây ban Nha : 66 Công nghiệp ôtô : Nhật : 1.700/10.000 công nhân; Italia : 1130; Đức ; 1000; Mỹ :660; Tây ban Nha : 760; Thuỵ đIển : 570; Anh : 550 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 42 Số lợng robot Gía thành : gía thành Robot giảm : + Không kể đến chất lợng : Năm 1990 : 100 Năm 2002 : 57 + Kể đến chất lợng : 2002 :27 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 43 Một vài nét nghiên cứu Robot VN Phòng thí nghiệm TĐH (GS Nguyến Thiện Phúc) : Robot điều khiển khí nén, điện, xử lý ảnh, 1996-2000 : Đề tài KHCN 10-04 : Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị điều khiển thông minh phục vụ TĐH bảo vệ môI trờng : + Robot xí nghiệp dợc phẩm + Robot sơn xe tăng + Robot xúc than mỏ + Giảng dạy robot Trờng ĐH 2001- : Đề tài NCKH cấp nhà nớc : Nghiên cứu RB 2008-2010 : ti KC.03.06/06-10 : Nghiờn cu thit k v ch to Robot hn t hnh phc v cho ngnh úng tu Vit nam" 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 44 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 45 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 46 Một số hớng nghiên cứu robot Điều khiển PID kinh điển Điều khiển thích nghi : Nhận dạng tham số + điều khiển Điều khiển bền vững : + Sử dụng lý thuyêt Liapunov + Điều khiển mờ + Điều khiển trợt nâng cao + Điều khiển mờ - trợt (FSMC) + Điều khiển trợt thích nghi (SMAC) + Điều khiển mờ - trợt Thích nghi Điều khiển Robot xử lý ảnh (K47, K48, K49) Điều khiển Robot theo quĩ đạo nội suy (K50) 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 47 Mt s lun ỏn TS v Th.S v Robot Nguyn Nh Hin (NCS 2003) H thng iu khin thớch nghi bn vng Vừ Quang Vinh (NCS -2004) Nghiờn cu h iu khin m cho c cu tay mỏy Nguyn Hong Mai (NCS 2002-2008) Nõng cao cht lng h iu khin chuyn ng bng phng phỏp thớch nghi mode trt Hunh Trớ Thanh (CH 2002-2004) : Nõng cao cht lng iu khin chuyn ng RB dựng phng phỏp K thớch nghi t chnh (LH thớch nghi) Vng Th Diu Hng (CH 2003-2005) K v mụ phng RB dng ngún tay Bựi Khỏnh Ho (CH 2003-2005) Nõng cao cht lng iu khin chuyn ng RB dựng phng phỏp K bn vng V Phỳ Cng (CH 2005-2007) H thng K bn vng thớch nghi cho RB Ngụ Vit Ho (CH 2006-2008) K RB s dng phng phỏp Jacoby xp x Bựi Trung Hiu (CH 2008-2009) K Chuyn ng vi kh rng buc cỏc khp 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 48 [...]... KHIN ROBOT K52 TH 19 Cơ cấu Hình cầu 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 20 Cơ cấu khớp nối 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 21 Cơ cấu scara (Selective Complian Assembly Robot Arm) Cơ cấu adeptone 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 22 C cu cỏc C cu hỡnh tr C cu SCARA C cu hỡnh cu C cu khp nụi 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 23 Cu hỡnh iu khin robot SCARA 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 24 Cấu hình hệ thống điều khiển robot. ..1980 Robot công nghiệp bắt đầu một thời kỳ phát triển nhanh, với các robot mới Robot truyền động trực tiếp (DDR) đợc sáng chế ở Trờng Đại học Carnegie- 1981 Mellon Hãng máy tính IBM chế tạo Robot RS-1 cho lắp ráp 1982 Một số hệ thống lập trinh "OFF-line" đợc trinh diễn cho Robot 1984 ứng dụng robot tiếp tục phát triển mạnh tập trung vào tích hợp robot trong các 1986 dây chuyền... KHIN ROBOT K52 TH 30 Robot Funuc M hệ toạ độ trụ 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 31 Robot Universal -15 (toạ độ cầu) 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 32 Robot Puma 760 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 33 ứng dụng robot 1 Trong công nghiệp ứng dụng trong vận chuyển, bốc dỡ vật liệu ứng dụng trong gia công vật liệu + Hàn, gia công kim loại , sơn ứng dụng trong lắp ráp, kiểm tra + Lắp ráp cơ khí, điện tử, +... nền kinh tế thế giới với tập trung sản xuất các san phẩm 1991 phức tạp và ứng dụng công nghệ vi điện tử và công nghệ hiển thị trong robot của dây chuyền sn xuất tự động hóa 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 11 Cu trúc chung robot CN 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 12 He thong chuyen dong 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 13 Khớp robot a Thanh ra Thanh vào Thanh ra Thanh vào b Thanh vào Thanh ra Thanh vào Thanh... KHIN ROBOT K52 TH 28 Robot LR mate 100 (Fanuc) 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 29 Robot LR mate 100 (Fanuc) ứng dụng : Lắp ráp, bốc dỡ, hàn, giáo dục Đặc tính kĩ thuật : 5trục ; khối lợng tảI : 4 kg; Độ lặp lại : 0.04 mm Trục 1 320 o 150 o/s Trục 2 180 150 o/s Trục 3 360 180 o/s Trục 4 240 100 o/s Trục 5 11/09/15 400 240 o/s IU KHIN ROBOT K52 TH 30 Robot Funuc M hệ toạ độ trụ 11/09/15 IU KHIN ROBOT. .. ĐK2 (qđn) ROBOT (q2) (un) Bộ ĐKn (qn) CBn CB2 CB1 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 25 Cấu hình hệ thống điều khiển robot Bộ nhớ ngoài Máy in Bàn phím dạy học MôI trờng làm việc động lực học RB động học RB Hệ thống Bàn phím Video I/O BUS ĐO Lực ĐK SECVO THị giác KĐ CS camera 11/09/15 Cảm biến Vị trí, Tốc độ IU Động cơ Cảm biến secvo ROBOT KHIN Lực K52 TH Màn hình 26 Dang RB1 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52... Thanh vào IU KHIN ROBOT K52 TH Thanh ra 14 Cổ tay robot 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 15 Cơ cấu bàn tay + Cơ cấu kẹp (Gripper) +Cơ cấu dụng cụ (Tool) 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 16 Cơ cấu bàn tay cơ cấu kẹp Cơ cấu thanh truyền Cơ cấu trục cam 11/09/15 Cơ cấu bánh răng thanh răng CơTH cấu trục vít vô tận IU KHIN ROBOT K52 17 Các DạNG Cơ cấu Hình học Cơ cấu decac 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 18 Cơ... cơ khí, điện tử, + Kiểm tra đo kích thức máy, chi tiết + Kiểm tra chất lợng sản phẩm 2 Trong giáo dục, y tế 3 Lĩnh vực khác 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 34 Phc v mỏy tin 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 35 Robot phi hp lm vic trờn dõy chuyn t ng 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 36 ... điều khiển Điều khiển bền vững : + Sử dụng lý thuyêt Liapunov + Điều khiển mờ + Điều khiển trợt nâng cao + Điều khiển mờ - trợt (FSMC) + Điều khiển trợt thích nghi (SMAC) + Điều khiển mờ - trợt... lực; sử dụng dạng nguyên lý điều khiển số cho điều khiển cấu tay máy Công ty Ford lắp đặt Robot Unimate 1961 Công ty General Motor (GM) lắp đặt robot công nghiệp (robot 1962 Unimate) dây chuyển... KHIN ROBOT K52 TH 44 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 45 11/09/15 IU KHIN ROBOT K52 TH 46 Một số hớng nghiên cứu robot Điều khiển PID kinh điển Điều khiển thích nghi : Nhận dạng tham số + điều khiển