CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG. Lịch sử hình thành. Xu hướng phát triển.
Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu của đề tài. Phạm vi nghiên cứu đề tài. Thiết kế mô hình.
CƠ SỞ ROBOT CÔNG NGHIỆP. Một số định nghĩa về robot. Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom). Trường công tác của robot (Workspace or Range of motion).
Cấu trúc và phân loại robot công nghiệp. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp. Phân loại robot. Động học và động lực hoc robot.
Động học robot. Động lực học robot. Thiết kế quỹ đạo robot. Cơ sở điều khiển robot.
Yêu cầu điều khiển robot. Nguyên tắc điều khiển. Các phương pháp điều khiển Robot. Điều khiển lực.
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN. Mô hình hóa hệ thống cơ khí. Yêu cầu bài toán thiết kế. Mô hình cánh tay robot.
Trường công tác. Giải các bài toán robot 4 bậc tự do. Bài toán động học thuận. Bài toán động học ngược.
Bài toán động lực học. Bài toán thiết kế quỹ dạo. Mô hình hóa hệ thống điều khiển. Điều khiển phản hồi.
Sơ đồ hệ thống điều khiển. Thiết kế bộ điều khiển. Sơ đồ khối hệ thống và tính toán chọn động cơ. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG.
Thiết kế hệ thống và thi công hệ thống cơ khí. Thiết kế hệ thống cơ khí. Thi công cơ khí. Thiết kế mạch điều khiển.
Chọn vi điều khiển. Mạch công suất module L298:. LCD và giao tiếp I2C. Tính toán chọn động cơ.
Thiết kế giao diện điều khiển. Ý tưởng thiết kế giao diện.2 Các chế độ điều khiển. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ. Kết quả, phân tích và đánh giá.
Kết quả nghiên cứu cơ học. Kết quả xây dựng mô hình. Hướng phát triển.Đánh giá kết quả đạt được. Hướng phát triển.
80 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 82 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. Hệ tọa độ khớp robot. Trường công tác của robot.
Cấu trúc chung của hệ robot. Robot tọa độ kiểu Descarte.5 Robot tọa độ trụ. Robot tọa độ cầu. Robot kiểu SCARA.
Cấu trúc hệ điều khiển hở. Cấu trúc hệ điều khiển phản hồi. Quy tắc đặt trục tọa độ Denavit - Hartenberg. Sơ đồ hệ thống điều khiển phản hồi.
Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển phản hồi. Cấu trúc bộ điều khiển PID. Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu. Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh.
Mô hình yêu cầu làm việc. Mô hình cánh tay robot. Không gian làm việc của robot. Hệ trục tọa độ theo quy tắc Denavit – Hatenberg.
Cấu trúc điều khiển. Cấu trúc bộ điều khiển PD. Sơ đồ hệ điều khiển PID. Đồ thị đáp ứng góc quay các khớp.
Đồ thị đáp ứng vận tốc góc các khớp. Đồ thị momen điều khiển các khớp. Sơ đồ khối hệ điều khiển. Bộ truyền bánh răng.
Vi điều khiển Arduino Mega 2560. Giao tiếp USB 2. Nguyên lý của Encoder. Các bước thực hiện nhiệm vụ điều khiển.
Giao diện chương trình điều khiển cánh tay robot. Cửa số chọn cổng kết nối. Màn hình điều khiển Manual (Teach). Màn hình điều khiển Auto.
76 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Mô hình các khâu của cánh tay robot. Thông số kĩ thuật của robot. Bảng thông số động học D-H:.
Các chi tiết của bộ truyền đai. Chi tiết cơ bản và phương pháp gia công khung đế. Chi tiết cơ bản và phương pháp gia công khâu 1. Chi tiết cơ bản và phương pháp gia công khâu 2.
Chi tiết cơ bản và phương pháp gia công khâu 3. GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lịch sử hình thành Thuật ngữ “Robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm “Rosum’s Universal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Czech thì Robot là người làm tạp dịch.
Trong tác phẩm này nhân vật Rosum và con trai ông đã tạo ra những chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người. Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực. Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Mỹ đã xuất hiện những tay máy chép hình điều khiển từ xa, trong các phòng thí nghiệm phóng xạ. Năm 1959, Devol và Engelber đã chế tạo Robot công nghiệp đầu tiên tại công ty Unimation.
Tiếp theo Mỹ, các nước khác cũng bắt đầu sản xuất Robot Công Nghiệp: Anh – (1967), Thụy Điển – (1968), CHLB Đức – (1971), Pháp – (1972), Ý – (1973),… Năm 1967, Nhật Bản mới nhập chiếc Robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF (American Machine and Foundry Company) của Mỹ. Từ những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. Năm 1967, tại trường đại học tổng hợp Stanford, người ta đã tạo ra loại Robot lắp ráp tự động điều khiển bằng vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Năm 1976, hãng General Motor đã chế tạo thành công cánh tay robot được sử dụng trên tàu Viking của cơ quan hàng không vũ trụ NASA nhằm lấy mẫu đất trên sao hỏa.
Ngày nay, chuyên ngành khoa học nghiên cứu về Robot “Robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v. Xu hướng phát triển Robot đã có những tiến bộ đáng kể trong hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều thời gian qua là: Tay máy robot (Robot Manipulators), Robot di động (Mobile Robots), Robot phỏng sinh học (Bio Inspired Robots) và Robot cá nhân (Personal Robots).
Robot di động được nghiên cứu nhiều như xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous Guided Vehicles), Robot tự hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), Máy bay không người lái UAV (Unmanned Arial Vehicles). Ngày nay, ngoài ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy thì các ứng dụng khác như trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng là động lực cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển. Tình hình nghiên cứu phát triển robot ở Việt Nam : Các công trình nghiên cứu khoa học về robot được công bố của các nhà khoa học Việt Nam rất đa dạng và theo sát được các hướng nghiên cứu của thế giới, liên quan nhiều đến các vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển và phát triển trí thông minh cho robot. Lĩnh vực điều khiển robot rất phong phú từ các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp tính momen, phương pháp điều khiển trượt đến các phương pháp điều khiển thông minh như điều khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển tự thích nghi, các phương pháp dạy học cho robot … Các nghiên cứu về thị giác robot được quan tâm cả ở robot công nghiệp và robot di động, nhất là lĩnh vực nhận dạng và điều khiển robot trên cơ sở thông tin hình ảnh.
Các vấn đề về xử lý ngôn ngữ tự nhiên, nhận dạng và tổng hợp tiếng nói tiếng Việt bắt đầu được chú ý cho các loại robot dịch vụ. Mặc dù có nhiều loại robot đã được Nhà nước hỗ trợ cho nghiên cứu chế tạo qua các đề tài nghiên cứu các cấp suốt 25 năm qua nhưng hầu như các robot đó ít được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Nhiều nhóm nghiên cứu phát triển robot được hình thành ở các trường đại học, viện nghiên cứu ở 3 miền đất nước nhưng chủ yếu phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo. Ứng dụng mạnh mẽ của robot trong sản xuất chỉ có hiệu quả khi dây chuyền sản xuất có nhu cầu tự động hóa hóa cao trong khi đó nền sản xuất của Việt Nam đang ở giai đoạn công nghiệp hóa sử dụng lao động thủ công với giá nhân công rẻ.
Mặc dù vậy các nghiên cứu phát triển robot ở Việt Nam vẫn phát triển mạnh đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực công nghệ cao đang rất thiếu cho quá trình phát triển của đất nước. Nội dung nghiên cứu Với đề tài được giao nhóm xác định các vấn đề phải giải quyết sau: a.Cơ khí: - Tính toán, thiết kế robot có cấu hình phù hợp cho yêu cầu linh hoạt về công việc đặt ra. - Hệ thống cơ khí, truyền động chính xác, gia công phải đảm bảo độ chuẩn theo yêu cầu kích thước bản vẽ. Đảm bảo cho robot chạy êm, đúng yêu cầu kĩ thuật.
- Các khâu đảm bảo không gian làm việc ổn định, tự do, không va chạm, đảm bảo gắp phôi được ở vị trí mong muốn.Mạch điều khiển : - Mạch điều khiển thiết kế hoạt động ổn định, hạn chế được tối đa ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu. - Thiết kế giao diện điều khiển đơn giản, trực quan.Phương pháp điều khiển: - Xây dựng mô hình toán học cho robot. Từ đó lựa chọn, thiết kế giải thuật điều khiển đảm bảo cánh tay robot bám quỹ đạo mong muốn và hoạt động ổn định dưới tác động của các yếu tố nhiễu. - Mô phỏng để đánh giá giải thuật.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài 1. Lý thuyết Về phần lý thuyết chúng em nghiên cứu các mảng sau: - Nghiên cứu các bài toán động học thuận (ngược), bài toán động lực học - Thiết kế quỹ đạo cho robot và bài toán nội suy - Một số phương pháp điều khiển robot 1. Thực nghiệm Ứng dụng những thứ đã học được trong chuyên ngành “cơ điện tử” vào nghiên cứu: - Thiết kế hệ thống đồng thời song song cả phần cơ khí, điện, điện tử, lập trình. - Mô hình hóa phần cơ khí, phần điện.
- Tối ưu hóa tất cả từ phần lên ý tưởng đến phần gia công hoàn chỉnh sản phẩm. Phạm vi nghiên cứu đề tài Đây là đề tài có nhiều ứng dụng trong thực tế, vì vậy sẽ có rất nhiều phương pháp, cũng như là hướng giải quyết, phát triển khác nhau. Nhóm quyết định xây dựng mô hình cánh tay robot gắp vật và di chuyển theo quỹ đạo định trước. Lý thuyết - Giải quyết các bài toán động học ngược, động học thuận của robot.
- Giải quyết các bài toán động lực học tay máy. - Giải quyết bài toán nội suy theo đường thẳng và theo đường cong. - Nghiên cứu thuật toán điều khiển robot. Thiết kế mô hình - Tính toán, thiết kế mô hình cánh tay robot 4 bậc tự do di chuyển gắp thả vật ở các vị trí, đồng thời di chuyển theo quỹ đạo đường thẳng, đường tròn.
