1.2 Giới thiệu sơ lượt về Robot công nghiệp
1.2.2 Cấu trúc cơ bản của Robot công nghiệp
1.2.2.1 Các thành phần chính của Robot công nghiệp
Hình 1.4: Sơ đồ khối của Robot công nghiệp
Một Robot công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như: cánh tay Robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều khiển, thiết bị dạy học, máy tính,… các phần mềm lập trình cũng nên được coi là một thành phần của hệ thống Robot.
Hình 1.5: Các thành phần chính của hệ thống Robot
Cánh tay Robot (tay máy): Là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bằng các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của Robot. Cổ tay tạo nên sự khéo léo linh hoạt và bàn tay trực tiếp hình thành thao tác trên đối tượng.
Nguồn động lực: Là các động cơ điện (động cơ DC, động cơ servo hoặc động cơ step), hệ thống xi-lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động.
Dụng cụ thao tác: Được gắn trên khâu cuối của Robot có thể có nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ làm việc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn,…
Thiết bị dạy-học (Teach-Pendant): Dùng để dạy Robot các thao tác cần thiết theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó Robot sẽ tự lặp lại các động tác được dạy.
Hệ thống cảm biến: Gồm các sensor và các thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết. Các cảm biến để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của Robot và trạng thái ngoài môi trường.
Hệ thống điều khiển: Máy tính hay vi xử lý để giảm sát và điều khiển hoạt động của Robot.
Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển Robot: Được cài đặt trên máy tính, dùng điều khiển Robot thông qua bộ điều khiển (controller).
Một bộ điều khiển có thể có các cổng vào-ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như: các cảm biến (giúp Robot nhận biết trạng thái của bản thân, xác định vị trí của đối tượng làm việc,…), điều khiển các băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với Robot,…
1.2.2.2 Kết cấu của tay máy
Tay máy là phần cơ sở quyết định khả năng làm việc của Robot. Đây là các thiết bị cơ khí đảm bảo cho Robot khả năng di chuyển, chuyển động trong không gian và khả năng thực hiện các thao tác làm việc. Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay người. Tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tay Robot có hình dáng rất khác xa cánh tay người. Trong thiết kế và sử dụng tay máy thì chúng ta cần quan tâm đến các thông số liên quan đến khả năng làm việc của Robot như: tầm với (hay vùng công tác), số bậc tự do (thể hiện sự khéo léo linh hoạt của Robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp,...
Các tay máy có đặc điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu được nối với nhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở tính từ thân đến đầu công tác. Các khớp được sử dụng phổ biến là khớp trượt và khớp quay. Tùy theo số lượng và cách bố trí các khớp mà có thể tạo ra các tay máy có các kiểu tọa độ khác nhau.
1.2.2.3 Phân loại theo hình dạng hình học của không gian hoạt động
Robot được phân loại theo sự phối hợp giữa ba trục chuyển động cơ bản rồi sau đó được bổ sung để mở rộng thêm bậc chuyển động nhằm tăng thêm độ linh hoạt. Vùng giới hạn tầm hoạt động của Robot được gọi là không gian làm việc.
- Robot khớp bản lề (Articular Robot): Có ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trục chuyển động quay.
-Robot toạ độ trụ (Cylindrical Robot): Có ba bậc chuyển động cơ bản gồm hai trục chuyển động tịnh tiến và một chuyển động trục quay.
-Robot toạ độ cầu (Spherical Robot): Có ba bậc chuyển động cơ bản gồm một trục chuyển động tịnh tiến và hai trục chuyển động quay.
- Robot Scara (Scara Robot): Có ba bậc chuyển động cơ bản gồm một trục chuyển động tịnh tiến và hai trục chuyển động quay.
- Robot toạ độ vuông góc (Cartesian Robot): Có ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục vuông góc.
Hình 1.6: Phân loại Robot theo hình dạng hình học của không gian hoạt động 1.2.2.4 Phân loại theo thế hệ
Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của Robot đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau:
- Thế hệ 1: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình cứng không có khả năng nhận biết thông tin.
- Thế hệ 2: Thế hệ có điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm bước đầu đã có khả năng nhận biết thông tin.
- Thế hệ 3: Thế hệ có kiều điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận biết thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người.
1.2.2.5 Phân loại theo hệ thống truyền động
- Robot dùng nguồn cấp điện: Thường dùng các động cơ điện như: động cơ bước, động cơ DC servo, động cơ AC servo,… Robot loại này có thiết kế gọn, chạy êm, định vị rất chính xác. Các ứng dụng phổ biến là Robot sơn, hàn, …
- Robot dùng nguồn khí nén: Hệ thống cán được trang bị máy nén, bình chứa khí và động cơ kéo máy nén. Robot loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy là các xy-lanh khí nén thực hiện chuyển động thẳng và chuyển động quay. Do khí nén là lưu chất nén được nén Robot loại này thường sử dụng trong các thao tác gắp đặt không cần độ chính xác cao.
- Dùng nguồn thuỷ lực: Nguồn thuỷ lực sử dụng lưu chất không nén được là dầu ép. Hệ thống cần trang bị bơm để tạo áp lực dầu. Tay máy là các xy-lanh thuỷ lực chuyển động thẳng và quay động cơ dầu. Robot loại này được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn.
1.2.2.6 Phân loại theo phương pháp điều khiển
- Điều khiển hở: Trong hệ thống không có hồi tiếp các thông số làm việc của Robot. Cơ cấu truyền động trong loại điều khiển này được truyền động theo bước.
Các động cơ DC thường, động cơ thủy lực, khí nén,… thường được dùng trong điều khiển hở.
Hình 1.7: Sơ đồ điều khiển hở
- Điều khiển kín: Điều khiển kín hay còn gọi là điều khiển servo, kiểu điều khiển này giống điều khiển hở nhưng có thêm phần hồi tiếp các thông số làm việc về bộ xử lý trung tâm để điều khiển để tăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển.
Thường dùng các loại động cơ servo (DC, AC, thủy lực, khí nén,…).
Hình 1.8: Sơ đồ điều khiển kín
Ngoài ra, cũng dựa theo cách phân loại này người ra phân thành: Robot điều khiển tự động, Robot điều khiển bằng cách dạy học, Robot điều khiển bằng tay, Robot điều khiển từ xa, Robot tự hành, ...