CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.13. Giới thiệu về Robot công nghiệp
2.13.1. Khái niệm
Lĩnh vực nghiên cứu về robot hiện nay rất đa dạng và phong phú. Trong
khuôn khổ của đề tài này, chúng em chỉ nêu ra những kiến thức chủ yếu liên quan đến robot cơng nghiệp hay cịn gọi là tay máy.
Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America): Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thơng qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau.
2.13.2. Các thành phần của robot công nghiệp
Sơ đồ tổng quan cấu thành của một Robot công nghiệp chuyên dùng:
Hình 2. 32 Sơ đồ tổng thể
Cánh tay Robot (Robot Arm ): là các bộ phận cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bởi các khớp nối.
Nguồn động lực: Các thiết bị tạo chuyển động cho Robot, có thể là các thiết
bị khí nén, thuỷ lực, điện. Đối với các chuyển động cần độ chính xác cao, yêu cầu gọn nhẹ người ta có thể dùng các loại nguồn truyền động là các motor bước, các motor servo.
Bộ điều khiển (Controller): Là thành phần quan trọng quyết định khả năng hoạt động và độ chính xác của Robot. Bộ phận này thơng thường được tích hợp dưới dạng các board mạch điều khiển, có thể có các loại sau:
IC diều khiển trung tâm (CPU) kết hợp với các card điều khiển phân theo modul.
Các thiết bị điều khiển Robot sử dụng PLC (Programable Logic Controller). Sử dụng các bộ điều khiển PMAC ( Programable Multi-Axies Controller ). Các bộ điều khiển thiết kế theo các dạng điều khiển hiện đại như : Bộ điều khiển mờ, bộ điều khiển theo mạng neuron…
Cảm biến (Sensor): Là thiết bị chuyển các đại lượng vật lý thành các tín hiệu
điện cung cấp cho hệ thống nhằm nâng cao khả năng linh hoạt và độ chính xác trong điều khiển. Như vậy Robot chính là một hệ thống điều khiển kín với vịng hồi tiếp ( Feedback ) được thực hiện từ tín hiêu thu về từ cảm biến.Các loại cảm biến thường gặp như: Cảm biến quang, Cảm biến vị trí và dịch chuyển, Cảm biến vận tốc, Cảm biến gia tốc và rung…
Các chương trình:
Các chương trình ln tương thích với các bộ điều khiển. Chính vì vậy các loại ngơn ngữ để viết chương trình điều khiển cho Robot cũng kha đa dạng, có thể là ngơn ngữ viết cho vi xử lý (ngôn ngữ máy ), ngôn ngữ viết cho PLC (thuộc các hãng khác nhau ), hay các ngơn ngữ trên máy tính như: Pascal, C, C++, Visual Basic, Matlab…
2.13.3. Bậc tự do của cánh tay robot
Bậc tự do
Là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do. Cơ hệ của robot là một cơ cấu hở (là cơ cấu có một khâu nối giá), do đó bậc tự do được tính theo cơng thức: pi
ở đây:
n – số khâu động pi – là số khớp loại i
Trong đó, khớp loại i là khớp khống chế i bậc tự do (i = 1, 2, …, 5: số bậc tự do bị hạn chế).
Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnh tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng số khâu động. Đối với cơ cấu hở, số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
Hình 2. 33 Ví dụ về tính bậc tự do của Robot
Như hình trên, ta xác định được 5 khâu động nối liền giữa các khớp và 5 khớp loại 5 (4 khớp xoay và 1 khớp tịnh tiến) do đó: n=5 và p5=5. Thay vào công thức ta được: w = 6.5 -5.5 = 5.Vậy số bậc tự do của robot trên là 5 bậc.
2.13.4. Hệ toạ độ trong Robot
Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau (links) thông qua các khớp (joints) tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản đứng yên. Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay hệ toạ độ chuẩn).
Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng.