CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN dẫn của thầy Đường Khánh Sơn, em đã chọn đề tài “Chế tạo Robot vẽ di chuyển bằng bánh Omni” cho tiểu luận tốt nghiệp của mình. Mục đích của đề tài Xuất phát từ những ưu điểm của robot nên em đã tìm hiểu, nghiên xây dựng mô hình thực tế “Chế tạo Robot vẽ di chuyển bằng bánh Omni” phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu và sáng tạo. Hơn nữa còn có thể nâng cao sự sáng tạo cho các loại robot dùng bánh xe Omni từ di chuyển đơn sơ, cấu tạo chưa hoàn thiện, sang một sản phẩm giúp ít được cho công việc và có độ chắc chắn hơn. Cụ thể hơn là xây dựng bộ não trên vi điều khiển được tích hợp sẵn trong Arduino, áp dụng kiến thức đã học để lập trình cho Arduino bằng ngôn ngữ Arduino (được xây dựng trên ngôn ngữ C), để biên dịch chương trình và nạp chương trình lên board bằng phần mềm Arduino IDE.
Tìm hiểu về Gcode cho máy CNC, giao tiếp tín hiệu thông qua kết nôi Bluetooth, áp dụng cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển số vào việc nghiên cứu và giải quyết bài toán điều khiển robot vẽ bốn bánh xe Omni một cách linh hoạt với độ chính xác cao là một công việc cần thiết. Lịch sử hình thành và phát triển Thuật ngữ robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng sản xuất. Những robot xuất hiện lần đầu tiên trên ở trên NewYork vào ngày 09/10/1922 trong vở “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Karen Kapek viết năm 1921, còn từ robot là cách gọi tắt của từ Robota - theo tiếng Tiệp Khắc có nghĩa là công việc lao dịch. Những robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp thực sự lại là những tay máy.
Vào năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình. Đến năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết lực tác động lên khâu SVTH: Nguyễn Hữu Tài Trang 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN cuối. Sử dụng những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển. Mosher, thuộc hãng General Electric, đã chế tạo một thiết bị biết đi có bốn chân, có chiều dài hơn 3m, nặng 1.400kg, sử dụng động cơ đốt trong có công suất gắn 100 mã lực (hình 1.
Robot 4 chân của hãng R.S Mosher và hãng General Electric. Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt được vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 được điều khiển từ trái đất (hình 1. Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod. SVTH: Nguyễn Hữu Tài Trang 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Viện nghiên cứu thuộc Trường Đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế robot Shakey di động tinh vi hơn để thực hiện những thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tượng (hình 1.
Robot này được lập trình trước để nhận dạng đối tượng bằng camera, xác định đường đi đến đối tượng và thực hiện một số tác động trên đối tượng. Robot Shakey-robot đầu tiên nhận dạng đối tượng bằng camera. Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại Massachusetts (Hoa Kỳ). Trên cơ sở đó năm 1954, George Devol đã thiết kế robot lập trình với điều khiển chương trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh được gọi là thiết bị chuyển khớp được lập trình.
Joseph Engelberger, người mà ngày nay thường được gọi là cha đẻ của robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau khi mua bản quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ robot điều khiển theo chương trình. Năm 1962, robot Unmation đầu tiên được đưa vào sử dụng tại hãng General Motors; và năm 1976 cánh tay robot đầu tiên trong không gian đã được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan Không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hoả (hình 1. SVTH: Nguyễn Hữu Tài Trang 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1. Tay robot trên tàu thám hiểm Viking 1.
Trong hoạt động sản xuất, đa số những robot công nghiệp có hình dạng của “cánh tay cơ khí, (trên hình 1.9) trình bày một robot là một cánh tay cơ khí khác xa với robot R2D2, nhưng đối với sản xuất nó mang lại lợi ích to lớn. Robot lập trình được đầu tiên do George Dovol thiết kế. Theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các robot ngày càng được chế tạo nhỏ gọn hơn, thực hiện được nhiều chức năng hơn, thông minh hơn. Một lĩnh vực được nhiều nước quan tâm là các robot tự hành, các chuyển động của chúng ngày càng đa SVTH: Nguyễn Hữu Tài Trang 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN dạng, bắt chước các chuyển động của chân người hay các loài động vật như: Bò sát, động vật 4 chân… Hình 1.
Mobile robot tại WorldSkills Abu Dhabi. Chính công nghệ tiên tiến ở tất cả các lĩnh vực: Cơ khí, vi mạch, điều khiển, công nghệ thông tin… Đã tạo ra nền tảng cũng như những thách thức lớn đối với khoa học nghiên cứu robot. Chính vì vậy, con người đã và đang tiếp tục phát triển và nâng cao mức độ hoàn thiện trong lĩnh vực đầy hấp dẫn này. Robot thám hiểm mặt trăng.
Các ứng dụng của robot 1. Các ưu điểm khi sử dụng robot Các loại robot tham gia vào qui trình sản xuất cũng như trong đời sống, sinh hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyền công nghệ, SVTH: Nguyễn Hữu Tài Trang 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của sản phẩm tạo ra. Robot có thể thay thế con người làm việc ổn định bằng các thao tác đơn giản và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổi công việc để thích nghi với sự thay đổi của qui trình công nghệ. Sự thay thế hợp lý của robot còn góp phần giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm nhân công ở những nước mà nguồn nhân công là rất ít hoặc chi phí cao như: Nhật Bản, các nước Tây Âu, Hoa Kỳ… Tất nhiên nguồn năng lượng từ robot là rất lớn, chính vì vậy nếu có nhu cầu tăng năng suất thì cần có sự hỗ trợ của chúng mới thay thế được sức lao động của con người.
Chúng có thể làm những công việc đơn giản nhưng dễ nhầm lẫn, nhàm chán. Robot có khả năng nghe được siêu âm, cảm nhận được từ trường. Bên cạnh đó, một ưu điểm của robot là môi trường làm việc, chúng có thể thay thế con người làm việc ở những môi trường độc hại, ẩm ướt, bụi bẩn hay nguy hiểm. Ở những nơi như nhà máy hóa chất, các nhà máy phóng xạ, trong đại dương hay các hành tinh khác… Thì việc ứng dụng robot để cải thiện điều kiện làm việc là rất hữu dụng.
Một số lĩnh vực ứng dụng của robot Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Những ứng dụng ban đầu bao gồm gắp, đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn. Cánh tay robot hàn. SVTH: Nguyễn Hữu Tài Trang 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Một trong những công việc kém năng suất nhất của con người là rèn kim loại ở nhiệt độ cao.
Các công việc này đòi hỏi công nhân di chuyển phôi có khối lượng lớn với nhiệt độ cao khắp nơi trong xưởng. Việc tuyển dụng công nhân làm việc trong môi trường nhiệt độ cao như vậy là một vấn đề khó khăn đối với ngành công nghiệp này, và robot ban đầu đã được sử dụng để thay thế công nhân làm việc trong điều kiện môi trường ngặt nghèo như trong lò đúc, xưởng rèn, và xưởng hàn. Đối với robot thì nhiệt độ cao lại không đáng sợ. Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việc sử dụng robot nhiều nhất: khung xe được cố định vào một xe được điều khiển từ xa di chuyển khắp nhà máy.
Khi xe đến trạm hàn, kẹp sẽ cố định các chi tiết đúng vào vị trí cần hàn, trong khi đó robot di chuyển dọc theo các điểm hàn được lập trình trước (hình 1. Robot hàn trong sản xuất ô tô. Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại đối với sức khoẻ của con người, nhưng lại hoàn toàn không nguy hiểm đối với robot. Ngoài ra, con người phải mất hơn hai năm để nắm được kỹ thuật và kỹ năng trở thành một thợ sơn lành nghề trong khi robot có thể học được tất cả kiến thức đó chỉ trong vài giờ và có khả năng lặp lại một cách chính xác các động tác sơn phức tạp.
Điều đó thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc kết hợp giữa năng suất và chất lượng cũng như cải thiện chế độ làm việc cho con người trong môi trường độc hại. Tất cả robot phun sơn đều được “dạy” bởi SVTH: Nguyễn Hữu Tài Trang 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN một thợ sơn chuyên nghiệp giữ đầu phun và dịch chuyển nó đi đúng quỹ đạo, quỹ đạo đó được ghi lại, và khi robot thực hiện công việc phun sơn thì nó chỉ việc đi theo quỹ đạo đã được định sẵn trước đó. Như thế, robot phun sơn phải có các khớp sao cho người thợ sơn có thể dễ dàng dẫn hướng cho chúng. Ứng dụng này đưa đến sự phát triển một loại tay robot dạng “vòi voi” có độ linh hoạt cao.
Robot còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa như phục vụ cho máy công cụ, làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, gắp hàng ra khỏi băng tải và đặt chúng vào các trạm chuyển trung gian. Ở mục sau, ba ứng dụng của robot trong công nghiệp được khảo sát ở các giai đoạn nghiên cứu khác nhau. Một kỹ thuật sản xuất có mục tiêu lâu dài là nhà máy tự động hoàn toàn, ở đó một bản thiết kế được thể hiện tại một trạm thiết kế bằng máy tính, không có sự can thiệp của con người vào quá trình sản xuất.