CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Sơ lược về quá trình phát triển Robot Vào tại những năm 80, nhất là vào những năm 90, các kĩ thuật tiên tiến về vi xử lý và công nghệ thông tin được sử dụng một cách rộng rãi, số lượng robot công nghiệp cũng ngày một càng gia tăng, kể từ đó dẫn đến giá thành giảm đi rõ rêt, tính năng đã có nhiều bước biến đổi vượt bậc. Nhờ vậy mà robot công nghiệp từ đó đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Hiện nay thì các ngành khoa học liên quan về robot đã trở thành 1 lĩnh vực rất rộng rãi , bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ bản động học, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động lập trình quỹ đạo,… Robot công nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt có thể bắt chước được những chức năng lao động công nghiệp của loài người. Nói đến thiết bị tự động linh hoạt là nói đến khả năng thao tác với nhiều bậc tự do, được điều khiển và lập trình có thể thay đổi được, còn nói đến sự bắt chước các chức năng lao động công nghiệp là có ý nói đến sự không hạn chế từ các chức năng lao động chân tay đơn giản đến trí khôn nhân tạo, tùy theo loại hình công việc lao động cần đến chức năng đó hay không.
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ROBOT Vào năm 1801, Jacquad đã phát minh thành công cỗ máy dệt sử dụng bìa đục lỗ để xác định được hình ảnh cần dệt. Đây là môt trong những cỡ máy tự động đầu tiên của thế giới thời bấy giờ.1 Máy dệt tự động đầu tiên bằng máy đục lỗ và chân dung Jacquard Vào năm 1738, Vaucauson cũng đã chế tạo ra con vịt máy được chạy và điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí, con vịt này có thể di chuyển, bơi,… ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Trang 11/66 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 1.2 Sơ đồ của vịt máy Vaucauson Đây là giai đoạn đầu của cộng nghệ tự động hóa. Ngoài ra, với mong muốn chế tạo ra được một người máy với sứ mệnh thay thế và phục vụ cho con người, từ những thế kỷ trước, các nhà khoa học kỹ sư đã cố gắng thiết kế tạo ra các máy móc có hình dạng vóc dáng và có thể thực hiện được các hoạt động của con người. Vào năm 1865 trên tạp chí American Magazine có đăng một câu chuyện khoa học viễn tưởng về một người máy có thể di chuyển trên 2 chân hoạt động bằng hơi nước gọi là Steam Man(Người máy hơi nước).3 Câu chuyện viễn tưởng về Người hơi nước ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Trang 12/66 Vào năm 1968, robot đầu tiên có thể di chuyển bằng 4 chân được chế tạo bởi R.S Mosher ở công ty General Electric, sử dụng động cơ thủy lực 68kW, mỗi chân được điều khiển bời một động cơ server thủy lực và chúng được điều khiển bởi con người.4 Robot di chuyển bằng 4 chân Và kỉ nguyên thời đại của robot bắt đầu với sự xuất hiện của tay máy đầu tiên với chương trình bộ nhớ được chế tạo bởi George Devol vào năm 1954.
Thiết bị này có thể chuyển động lặp đi lặp lại quỹ đạo từ thời điểm này qua thời điểm khác. Robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo bởi công ty Unimation Inc, nó kết hợp các đặc tính lặp lại của các máy điều khiển bằng vô tuyến và được lắp đặt tại công ty General Motors vào năm 1961 được áp dụng trong việc đúc kim loại trong dây chuyền của công ty.5 Robot công nghiệp đầu tiên của thế giới lắp đặt tại General Motors 1961 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Trang 13/66 Vào thập niên 1980, do sự đầu tư lớn vào ngành công nghiệp ô tô mà ngành công nghiệp robot phát triển khá mạnh và nhanh chóng. Năm 1954, Robot có thể lập trình đầu tiên trên thế giới được thiết kế bởi George Devol.Devol thành lập Unimation, tới năm 1959 robot thương mại lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường. Kể từ đó, những cánh tay robot được sử dụng nhiều trong công nghiệp và từ năm 1980 robot công nghiệp phát triển như vũ bão.
Tuy nhiên thì từ thế kỷ XXI thì robot công nghiệp phát triển chậm lại thay vào đó là sự phát triển của robot dịch vụ và y sinh.3 Định nghĩa về Robot Robot hay người máy là một loại máy có thể thực hiện những công việc một cách tự động hóa bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình sẵn. Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, ảo, thường là một hệ thống cơ khí-điện tử. Cánh tay robot là một tay máy sở hữu nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển vật liệu hay dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình sẵn nhằm mục đích hoàn thành các nhiệm vụ đa dạng. Từ ngữ ‘Robot’ thường được hiểu với 2 nghĩa : robot cơ khí và phần mềm tự hoạt động.
Do sự đa dạng về độ tự động hóa của hệ thống cơ điện tử mà ranh giới phân chia giữa robot với phần còn lại không được thể hiện rõ ràng. Về lĩnh vực này thì Mỹ và Nhật Bản là những nước đi đầu thế giới. Theo những người nghiên cứu thuộc trường phái S-E-V trước kia, Robot công nghiệp là những cỗ máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương trình để nó thực hiện thay đổi vị trí của những đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hóa quá trình sản xuất. Còn theo chuẩn ASNOR từ Pháp : robot là một cơ cấu chuyển đổi tự động có thể chương trình hóa, lặp đi lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình được đặt ra trên các trục tọa độ có khả năng định vị, di chuyển các đối tượng vật chất, chi tiết, đạo cụ, giá lắp…theo những hành trình thay đổi đã được chương trình hóa mà nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghiệp khác nhau.
Ngoài ra, theo tiêu chuẩn GHOST-1980: robot là máy tự động có sự liên kết giữa một tay máy và một cụm chương trình điều khiển hóa, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sự điều khiển có thể thay thế những chức năng tương tự của con người. Bên cạnh khái niệm về robot thì còn có khái niệm về Robotic. Đây là 1 ngành có nhiệm vụ nghiên cứu về thiết kế, chế tạo các loại robot và ứng dụng nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau của xã hội loài người như nghiên cứu khoa học kỹ thuật, kinh tế,. Robotic là một công trình khoa học liên ngành gồm cơ khí điện tử kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin.
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Trang 14/66 1.3 PHÂN LOẠI ROBOT Để phân loại Robot thì còn phụ thuộc vào nhiều chức năng được thiết kế và nhu cầu thị trường. Hiện nay, theo hiệp hội quốc tế nghiên cứu chuyên về robot thì được chia làm 2 loại đó là Robot công nghiệp và Robot dịch vụ.1 ROBOT CÔNG NGHIỆP Có thể lập trình ( Reprogrammable ) : các chuyển động và chức năng phụ có thể được lập trình và thay đổi mà không cần thay đổi phần cứng. Đa mục đích ( Multipurpose ) : có thể thích nghi với nhiều ứng dụng khi cấu hình vật lí thay đổi. Và thay đổi cấu hình phần cứng ( Physical alterations ) : Thay đổi cấu trúc cơ khí hoặc hệ thống điều khiển mà không kể đến việc thay đổi chương trình hay ROM,… Còn theo Viện nghiên cứu robot của Mỹ : Robot là tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình đã được lập trình sẵn để hoàn thành và nâng cao hiệu quả các nhiệm vụ đặt ra khác nhau trong công nghiệp Hình 1.7 Robot công nghiệp trong sản xuất ô tô Theo tiêu chuẩn của RUSSIA Nga thì robot công nghiệp là một cỗ máy tự động, được đặt cố định hay cũng có thể di động được, có thể liên kết giữa một tay máy với một hệ thống điều khiển theo một chương trình để hoàn thành chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.
Vì thế nên robot công nghiệp có thể hiểu là thiết bị tự động linh hoạt. Thực hiện chức năng theo chương trình đã được lập trình sẵn. Robot công nghiệp là thiết bị tự động hóa và ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống sản xuất linh hoạt.2 ROBOT DỊCH VỤ Hiện nay, khái niệm về robot dịch vụ cũng chưa có thể xác định được chính xác, tuy nhiên dựa trên kiểu ứng dụng, hoạt động, trang thiết bị mà hiệp hội nghiên cứu robot đưa ra khái niệm như sau : Robot dịch vụ là robot vận hành tự động hoặc bán tự động để thực hiện công việc hữu ích cho máy móc cũng như làm cho cuộc sống con người tiện nghi, phong phú hơn,. Robot dịch vụ được chia làm 2 loại là dịch vụ cá nhân và dịch vụ chuyên nghiệp.
Robot dịch vụ mảng cá nhân là một dạng để dành cho việc giáo dục, trợ cấp, giải trí ở gia đình. Những robot này bao gồm phục vụ công việc gia đình, trợ giúp người tàn tật hay còn có thể làm bạn hoặc hoạt động dưới dạng thú cưng,… Robot dịch vụ dạng chuyên nghiệp thì dành cho việc phục vụ các công việc công cộng hoặc chuyên nghiệp.8 Bảng phân loại Robot dịch vụ Trang 15/66 1.4 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM, ỨNG DỤNG 1.1 ƯU ĐIỂM Chắc chắn một điều là robot sẽ giúp làm tăng năng suất lao động, hiệu quả, an toàn, chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm. - Robot không cần thiết phải làm việc trong môi trường tiện nghi. Nó thể làm việc trong môi trường nguy hiểm mà không cần thiết bị trợ giúp bên ngoài, có thể làm việc liên tục mà không làm hư hỏng sản phảm hay sai lệch.
Nó có thể làm việc lặp đi lặp lại một cách chính xác trong toàn bộ thời gian quá trình làm việc. Có thể thực hiện công việc chính xác hơn con người. Có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ trong cùng một thời điểm, thực hiện công việc một cách ngắn gọn nhất. - Ngoài ra Robot còn giúp giảm được các chi phí liên quan đến chi phí vận hành và nguồn lao động.
- Thay thế con người tạo ra năng suất và hiệu quả kinh tế.2 NHƯỢC ĐIỂM - Robot thường sẽ không có khả năng đáp ứng những trường hợp khẩn cấp. - Do là được vận hành theo cơ chế tự động hóa, hệ thống được điều khiển bằng máy tính nên nguy cơ bị hack xâm nhập rất cao và khi hệ thống bị tấn công sẽ dẫn đến trì trệ và gây ra những thiệt hại nghiêm trọng.