CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1. Lịch sử phát triển Thuật ngữ Industrial Robot (IR) xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty AMF(American Manchine and Foundry company) quảng cáo mô tả thiết bị mang dáng dấp và có một số chắc năng như tay người được điều khiển tự dộng một số thao tác sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran. - Từ những năm 50 ở mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên. - Đang đầu những năm 60 xuất hiện sản phẩm đầu tiên tên Versatran của công ty AMF.
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các IR theo bản quyền của Mỹ từ năm 1967. - Ở các nước Tây Âu khác như: Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển từ những năm 70. - Châu Á có Nhật bắt đầu nghiên cứu và chế tạp các IR từ năm 1968. Đến nay trên thế giới có khoảng trên 20 công ty sản xuất IR trong số đó có 80 công ty của Nhật, 90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty ở Nga, Tiệp… Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của tay máy – người máy 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 trình dạng chương trình cứng không có khả năng nhận biết thông tin.
- Thế hệ 2: thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kì dạng chương trình mềm bước đầu đa có khả năng nhận biết thông tin. - Thế hệ 3: thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kì dạng tinh khôn có khả năng nhận biết thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người. Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại, trong đó có hơn 40% là loại tay máy có kiểu điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất. Sự xuất hiện của robot và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã hội loại người làm xuất hiện một ngàng khoa học mới là ngành robot học (Robotic).
Trên thế giới ở nhiều nước đã xuất hiện những viện nghiên cứu về robot. ở ViệtNam, từ những năm giữa thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về robot. Sơ đồ cấu trúc chức năng của IR (Industrial Robot) Robot là gì ? cho tới hiện nay chưa có một định nghĩa chính xác về Robot, và cứ hai năm một lần trên thế giới người ta lại tổ chức một hội nghị khoa học bàn về Robot nhằm thông tin những thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và chế tạo Robot đồng thời thống nhất các thuật ngữ về Robotic. Để hiểu được về IR, trước hết chúng ta quan sát sơ đồ cấu trúc và chức năng của IR như sau: CÁNH TAY MAY TƯƠNG TÁC 3 BẬC TỰ DO Trang 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Người vận hành Liên hệ ngược Thiết bị liên lạc với người vận hành Liên hệ ngược Hệ thống điều khiển Hệ thống cảm biến Hệ thống Hệ thống truyền động chịu lực Môi trường bên ngoài Hình 1.
1 Sơ đồ cấu trúc và chức năng của IR 1. Sơ đồ cấu trúc và chức năng của robot Trong sơ đồ trên các đường chỉ mối quan hệ thông tin nhận, thông tin chỉ huy thực hiện của robot, các đường chỉ mối liên hệ thông tin ngược, thông tin phản hồi quá trình làm việc của robot. Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành là thực hiện quá trình “dạy học” cho robot, nhờ đó robot biết được nhiệm vụ cần phải thực hiện. Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện thực hiện tái hiện laj các hành động nhiệm vụ đã được giao.
CÁNH TAY MAY TƯƠNG TÁC 3 BẬC TỰ DO Trang 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ phận chấp hành giúp cho robot có đủ “sức”, tức chịu tải trọng mà robot phải chịu trong quá trình làm việc, bộ phần này bao gồm các bộ phận, phần 1 – bộ phận truyền chuyển động - phần tạo các khả năng chuyển động cho robot và phần 2 bộ phận chịu lực – phần chịu lực của robot. Bộ phận cảm biến tín hiệu làm nhiệm vụ nhận biết, đo lường và biến đổi thông thông tin các loại tín hiệu như: các nội tín trong bản thân robot – đó là các tín hiệu về vị trí, vận tốc, gia tốc trong từng thành phần của bô phận chấp hành các ngoại tín hiệu là các tín hiệu từ môi trường bên ngoài có ảnh hưởng tới hoạt động của robot. Với cấu trúc và chức năng như trên robot phần nào mang tính “người” còn phần máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc. Với IR, tính chất người và “máy” cũng được thể hiện đầy đủ như trên, tuy nhiên chỉ hình thức mang dáng dấp của tay “người”.
Cấu trúc tổng quát của IR Tay máy công nghiệp thường có các bộ phận chính sau: - Hệ thống điều khiển. - Hệ thống chấp hành: bao gồm các nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống chịu lực. - Bộ phận công tác: bộ phận công tác là bộ phận cuối cùng của tay máy, nơi cầm nắm các thiết bị công nghệ vật liệu hay vật cần duy chuyển, bộ phận chấp hành. Phần kết cấu cơ khí của tay máy bao gồm các loại động cơ như: các động cơ thủy lực, khí nén, cơ cấu servo, động cơ bước, mỗi chuyển động của robot thường có một động cơ riêng và các thanh chịu lực.
hệ thống điều khiển thường các loại đơn giản làm việc có chu kì vận hành theo nguyên lý của hệ thống điều khiển hở hoặc kín. Giới thiệu chung về Robot và nhu cầu thực tế hiện nay Robot là máy, thiết bị tự động linh hoạt phục vụ con người: - Có hình dạng giống người hoặc cánh tay người. - Có khả năng thao tác tự động. - Có khả năng bắt chước thao tác giống người.
Cuộc sống ngày càng văn minh hiện đại, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao, đòi hỏi phải nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm. Vì vậy càng phải ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá vào sản xuất nên càng tăng nhanh nhu cầu về ứng dụng Robot để tạo ra các hệ thống sản xuất tự động và linh hoạt. Robot là máy, thiết bị cố định hoặc di động, được tích hợp từ nhiều bộ phận trong đó các bộ phận chính bao gồm: - Cơ cấu chấp hành. - Hệ thống dẫn động.
CÁNH TAY MAY TƯƠNG TÁC 3 BẬC TỰ DO Trang 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Hệ thống điều khiển theo chương trình có khả năng lập trình linh hoạt. Trong những năm gần đây thì việc áp dụng các loại Robot vào các dây chuyền sản xuất ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các doanh nghiệp.Ví dụ như các loại Robot: Robot hàn, Robot phun sơn ở các công ty sản xuất và lắp ráp ô tô. Đặc biệt là ở các công ty sản xuất và lắp ráp các linh kiện điện tử. Đây là công việc đòi hỏi chính xác cao, và thường lặp lại nên dễ gây mệt mỏi cho người làm vì vậy sử dụng Robot ở các công ty này là rất phổ biến.
Ngoài ra hiện nay ở các phân xưởng sản xuất sử dụng rất nhiều loại cánh tay robot hoặc ở các công việc trong môi trường độc hại, thường xuyên tiếp xúc với hoá chất độc hại thì cũng sử dụng Robot làm thay con người. 2 Một số hình ảnh về Robot công nghiệp 1. Ứng dụng robot phản hồi lực “Robot phản hồi lực” là một bộ phận “chấp hành” quan trọng đáp ứng được yêu cầu cao về độ tin cậy, độ chính xác, khả năng phối hợp, khả năng tự ứng xử thông minh, đa ứng dụng, đặc biệt là khả năng đáp ứng được thời gian thực. Các ứng dụng: Trong giáo dục: - Phục vụ đào tạo chuyên môn cho sinh viên chuyên ngành Robot học.
- Giúp người học có them hiểu biết, có cái nhìn cụ thể và toàn diện hơn về Robot. Trong công nghiệp: CÁNH TAY MAY TƯƠNG TÁC 3 BẬC TỰ DO Trang 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thực hiện thao tác “nắm”, “gắp” và di chuyển đối tượng có khối lượng nhất định một cách chính xác, ví dụ: thực hiện động thái hàn điểm như người thợ, thao tác sơn cánh cửa trong công nghiệp. - Có thể hoạt động nơi môi trường làm việc độc hại, ô nhiễm. - Thực hiện các công việc yêu cầu đến độ chính xác cao mà con người không thể tự thực hiện.
Trong an ninh quốc phòng: Tìm kiếm cứu nạn, trinh sát nơi khắc nghiệt như ô nhiễm hóa chất, phóng xạ, cấp cứu thảm họa, rà phá bom mìn. 3 Người sử dụng dạy cho robot gắp sản phẩm Hình 1. 4 Người sử dụng di chuyển Robot bằng tương tác CÁNH TAY MAY TƯƠNG TÁC 3 BẬC TỰ DO Trang 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. 5 Ứng dụng Robot phản hồi lực trong việc kiểm tra khuôn mẫu, biên dạng chi tiết CÁNH TAY MAY TƯƠNG TÁC 3 BẬC TỰ DO Trang 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II – PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC 2.
Dàn ý nghiên cứu Giới thiệu tổng quát về tay máy. Xây dựng phầm mềm. Thiết kế và thi công. Đối tượng nghiên cứu Mô hình cánh tay máy 2.
Tính cấp thiết của đề tài Nghiên cứu chế tạo cánh tay robot phản hồi lực 4 bậc tự do nhằm: - Tăng cường khả năng linh hoạt của robot - Rút ngắn thời gian lập trình - Giúp cho robot vận hành an toàn hơn, có thể nhận biết được vật cản trong qua trình làm việc 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Thiết kế chế tạo và điều khiển cánh tay robot theo vị trí do người vận hành điều khiển và tương tác lực với môi trường bên ngoài 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu trong phạm vi nhà trường và hoạt động sản xuất trong công nghiệp 2. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, số liệu được tính toán phân tích cụ thể, và dực trên các mô hình lý thuyết và thực nghiệm.
Phân tích và thiết kế cấu trúc được chọn Robot công nghiệp rất phong phú đa dạng được phân loại theo kết cấu và theo hệ thống truyền động.