khai thác hết những giá trị của nó. Vì vậy, để khắc phục những khoảng trống còn chƣa đƣợc nghiên cứu, trong [1] và [2] - khái niệm vùng hoạt động của robot đã đƣợc khảo sát, nghiên cứu có hệ thống hơn và khá chi tiết hơn. Dƣới đây, tóm tắt lại một số nội dung chính về vùng hoạt động của robot đã đƣợc nghiên cứu, trình bày trong [1] và [2], làm cơ sở cho những hƣớng nghiên cứu tiếp theo trong Luận văn này.
2.2.1- Một số định nghĩa a- Vùng hoạt động a- Vùng hoạt động
Vùng hoạt động của robot là một vùng phẳng hoặc không gian xác định, trong đó bàn tay kẹp có thể thực hiện những thao tác kỹ thuật, công nghệ nhất định nào đó ứng với các thông số hình học và số bậc tự do của nó.
Với mỗi robot, xét về lý thuyết, vùng hoạt động đƣợc chia ra làm nhiều dạng khác nhau, đó là vùng hoạt động cực đại, vùng hoạt động một phần, vùng hoạt động có hƣớng không đổi và vùng hoạt động toàn phần. Hình 2.4 mô tả một số dạng vùng hoạt động của một số robot.
Luận văn Cao học Trường ĐHBK Hà Nội
Học viên: Nguyễn Bá Ân Page 33
Hình 2.4- Một số dạng vùng hoạt động robot.
Hình 2.4- Một số dạng vùng hoạt động robot (tiếp).
b- Định nghĩa về các dạng vùng hoạt động
Vùng hoạt động cực đại - là vùng tập hợp các vị trí trong mặt phẳng hay trong không gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) có thể đạt tới đƣợc ứng với các thông số hình học và bậc tự do xác định của robot (hình 2.4). Vùng hoạt động cực đại luôn có kích thƣớc (thể tích) lớn nhất. Vùng hoạt động cực đại chƣa tính đến sự định hƣớng của bàn tay kẹp.
Các vùng hoạt động còn lại dƣới đây đều tính đến sự định hƣớng của bàn tay kẹp.
Vùng hoạt động một phần- là vùng tập hợp các vị trí trong mặt phẳng hay trong không gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) có thể đạt tới đƣợc theo một số hƣớng khác nhau ứng với các thông số hình học và bậc tự do xác định của robot.
Hình 2.5 mô tả các khả năng của bàn tay kẹp đạt tới vị trí hàn M hay M* ở một số hƣớng khác nhau trong vùng hoạt động cực đại ABCDEF. Các vị trí lân cận M*, bàn tay (mỏ hàn) chỉ tiếp cận đƣợc chi tiết hàn (hàn đƣợc) theo một số hƣớng (chẳng hạn: hƣớng 1, hƣớng 2); do hạn chế về kích thƣớc hay bậc tự do mà bàn tay kẹp không thể đƣa mỏ
Luận văn Cao học Trường ĐHBK Hà Nội
Học viên: Nguyễn Bá Ân Page 34
hàn để hàn tại vị trí M* theo những hƣớng khác nhau (chẳng hạn hƣớng 3, hƣớng 4, hƣớng 5, hƣớng 6 nhƣ đối với vị trí M). Khi đó, vùng tập hợp bởi các điểm ở lân cận M* (xung quanh M*) trong mặt phẳng hay không gian, gọi là vùng làm việc một phần.
Nhƣng tại vị trí M, mỏ hàn có thể hàn đƣợc ở nhiều hƣớng khác nhau hơn, thậm chí nếu tại M và những vị trí xung quanh M, mỏ hàn có thể hàn đƣợc ở mọi hƣớng, khi đó vùng tập hợp bởi điểm M và các điểm ở xung quanh (lân cận) M gọi là vùng hoạt động toàn phần. Dƣới đây là định nghĩa về vùng hoạt động toàn phần
Vùng hoạt động toàn phần - là vùng tập hợp các vị trí trong mặt phẳng hay không gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) có thể đạt tới đƣợc theo mọi hƣớng ứng với các thông
Hình 2.5- Các khả năng định hƣớng của robot.
số hình học và bậc tự do xác định của robot. Hình 2.5- vùng hoạt động toàn phần tạo bởi tập hợp điểm M và các điểm ở xung quanh M, khi đó mỏ hàn hàn đƣợc mọi hƣớng.
Vùng hoạt động có hướng không đổi - là vùng tập hợp các vị trí trong mặt phẳng hay trong không gian mà tâm bàn tay kẹp (điểm M) chỉ đạt tới theo một hƣớng không đổi ứng với các thông số hình học và bậc tự do xác định của robot.
Luận văn Cao học Trường ĐHBK Hà Nội
Học viên: Nguyễn Bá Ân Page 35
Hình 2.6- Vùng hoạt động có hƣớng không đổi.
Hình 2.6 mô tả vùng hoạt động có hƣớng không đổi của hai robot ba bậc tự do, hoạt động trong hệ toạ độ Đề các. Đối với những robot này, khi tiếp cận đối tƣợng hay khi hàn, tâm bàn tay kẹp chỉ đạt đƣợc theo một hƣớng duy nhất (robot bên trái có hƣớng tiếp cận đối tƣợng chỉ theo một hƣớng chuyển động q1, còn robot bên phải, tiếp cận đối tƣợng theo hƣớng q3). Những robot dạng này, chỉ tiếp cận đƣợc đối tƣợng theo một hƣớng là do dạng cấu trúc động học của bản thân robot quyết định, cụ thể là do dạng (loại) khớp động học liên kết giữa các khâu của robot và cách bố trí vị trí các khớp trong chuỗi động học quyết định khả năng định hƣớng của chúng. Chẳng hạn, các robot toàn khớp trƣợt (hình 2.4b), hoặc robot có một số khớp quay và khớp trƣợt (hình 2.4c) chỉ tiếp cận và định hƣớng vào đối tƣợng công tác theo một hƣớng duy nhất.
Vùng hoạt động thực tế - trong thực tế, khi lắp đặt robot tại nơi làm việc, do không gian nơi làm việc bị hạn chế bởi các trang thiết bị đi kèm (chẳng hạn, máy gia công (máy tiện, máy hàn, .v.v.), đồ gá, phôi, trang thiết bị phụ, .v.v.) hoặc do cách bố trí lắp đặt mà một số vị trí trong vùng động hoạt, ở đó cánh tay rô bốt, theo lý thuyết có thể với tới, nhƣng khi làm việc thực tế lại bị hạn chế; thậm chí vùng hoạt động còn bị hạn chế bởi ngay cả những robot cùng làm việc phối hợp (hình 2.7). Do vậy, thể tích của vùng hoạt động thực tế của robot sẽ bằng thể tích vùng hoạt động cực đại trừ đi thể tích vùng hoạt
Luận văn Cao học Trường ĐHBK Hà Nội
Học viên: Nguyễn Bá Ân Page 36
Hình 2.7- Vùng hoạt động thực tế của hai robot.
động bị hạn chế (do không gian lắp đặt hoặc cách bố trí robot).