CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN: cung cấp thông tin về tổng quan đề tài cùng mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT SONG SONG: cung cấp thông tin về lịch sự robot song song và ứng dụng trong những giai đoạn gần đây. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN: cung cấp thông tin về việc lựa chọn phương án cho các phần: Cơ khí, Điện và Điều khiển.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ: cung cấp thông tin về việc thiết kế phần cứng của robot. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN: cung cấp thông tin về việc thiết kế phần Điện cho robot. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT (CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO DIỆN): cung cấp thông tin về việc thiết phần Điều khiển robot cùng giao diện tương tác với người dùng. KIỂM NGHIỆM SAI SỐ: cung cấp thông tin về phần Kiểm nghiệm các sai số trong việc điều khiển robot (sai số lặp lại, sai số ngẫu nhiên, sai số tuyệt đối).
ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH VÀ THỰC NGHIỆM: cung cấp thông tin về phần ứng dụng xử lý ảnh vào robot trong việc gắp thả và phân loại vật theo màu, cùng đánh giá qua các thực nghiệm. TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: cung cấp thông tin về những kết quả đạt được cùng hướng phát triển tiếp theo của đề tài. 13 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT SONG SONG 2.1 Robot song song và ứng dụng Xuất phát từ nhu cầu và khả năng linh hoạt hóa trong sản xuất, các cơ cấu Robot cũng ngày càng phát triển rất đa dạng và phong phú. Trong những thập niên gần đây, Robot cấu trúc song song được Gough và Whitehall nghiên cứu năm 1962 và sự chú ý ứng dụng của Robot cấu trúc song song đã được khởi động bởi Stewart vào năm 1965.
Ông là người cho ra đời một buồng (phòng) tập lái máy bay dựa trên cơ cấu song song. Hiện nay cơ cấu song song được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Loại Robot song song điển hình gồm có bàn máy động được nối với giá cốđịnh, dẫn động theo nhiều nhánh song song hay còn gọi là số chân. Thường số chân bằng số bậc tự do, được điều khiển bởi nguồn phát động đặt trên giá cố định hoặc ngay trên chân.
Chính lý do này mà các Robot song song đôi khi gọi là các Robot có bệ. Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT SONG SONG. Robot song song đời đầu: Gough-Stewart platform Các cơ cấu tác động điều khiển tải ngoài, nên cơ cấu chấp hành song song thường có khả năng chịu tải lớn. Do tính ưu việt của Robot song song nên ngày càng thu hút được nhiều nhà khoa học nghiên cứu, đồng thời cũng được ứng dụng ngày càng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực: + Ngành Vật lý : Giá đỡ kính hiển vi, giá đỡ thiết bị đo chính xác.
14 + Ngành Cơ khí : Máy gia công cơ khí chính xác,máy công cụ. + Ngành Bưu chính viễn thông : Giá đỡ Ăngten, vệ tinh địa tĩnh. + Ngành chế tạo ôtô : Hệ thống thử tải lốp ôtô, buồng tập lái ôtô. + Ngành quân sự : Robot song song được dùng làm bệ đỡ ổn định được đặt trên tàu thủy, các công trình thủy, trên xe, trên máy bay, trên chiến xa và tàu ngầm.
Để giữ cân bằng cho ăngten, camera theo dõi mục tiêu, cho rada,cho các thiết bị đo laser, bệ ổn định cho pháo và tên lửa, buồng tập lái máy bay, xe tăng, tàu chiến. Về xu hướng hiện tại trong nghiên cứu robot song song, robot song song lai (hybrid prallel robot) đã nhận được nhiều sự chú ý để kết hợp các ưu điểm của cả robot nối tiếp và song song. Robot song song dạng vi mô (Micro Parallel Robot) sử dụng các khớp phù hợp cũng là một chủ đề nóng, nhắm vào một số ứng dụng vi mô có độ chính xác cao, chẳng hạn như căn chỉnh sợi quang. Các robot song song có tính di động thấp đã được nghiên cứu rất lâu, nhưng vẫn còn một số thách thức chưa được giải quyết, chẳng hạn như đảm bảo hiệu suất động.
Robot song song đã được xác định là một trong những thiết bị thông minh quan trọng cho hệ thống sản xuất tiếp theo; do đó, các phương pháp tích hợp và ứng dụng cũng cần được khám phá.2 Ưu, nhược điểm của các robot song song nói chung Ưu điểm + Khả năng chịu tải cao: các thành phần cấu tạo nhỏ hơn nên khối lượng của các thành phần cũng nhỏ hơn. + Độ cứng vững cao do kết cấu hình học của chúng: Tât cả các lực tác động đồng thời được chia sẻ cho tất cả các chân. Cấu trúc động học một cách đặc biệt của các khớp liên kết cho phép chuyển tất cả các lực tác dụng thành các lực kéo/nén của các chân. + Có thể thực hiện được các thao tác phức tạp và họat động với độ chính xác cao: với cấu trúc song song, sai số chỉ phụ thuộc vào sai số dọc trục của các cụm cơ cấu chân riêng lẻ và các sai số không bị tích lũy.
+ Có thể thiết kế ở các kích thước khác nhau. + Đơn giản hóa các cơ cấu máy và giảm số lượng phần tử do các chân và khớp nối được thiết kế sẵn thành các cụm chi ti ết tiêu chuẩn. 15 + Cung cấp khả năng di động cao trong quá trình làm vi ệc do có khối lượng và kích thước nhỏ gọn. + Các cơ cấu chấp hành đều có thể định vị trên tấm nền.
+ Tầm hoạt động của Robot cơ cấu song song rất rộng từ việc lắp ráp các chi tiết cực nhỏ tới các chuyển động thực hiện các chức năng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao như: phay, khoan, tiện, hàn, lắp ráp. + Các Robot cơ cấu song song làm việc không cần bệ đỡ và có thể di chuyển tới mọi nơi trong môi trường sản xuất. Chúng có thể làm việc ngay cả khi trên thuyền và treo trên trần, tường. + Giá thành của các Robot song song ứng dụng trong gia công cơ khí ít hơn so với máy CNC có tính năng tương đương.
Nhược điểm + Khoảng không gian làm việc nhỏ và khó thiết kế. + Việc giải các bài toán động học, động lực học phức tạp. + Có nhiều điểm suy biến (kỳ dị) trong không gian làm việc.3 Một số dạng robot song song 2.1 Delta robot Tổng quan Robot Delta có cấu hình đơn giản bao gồm 3 cánh tay và được định hướng cố định. Nó được phát minh vào những năm 1980 bởi Reymond Clavel tại EPFL, Thụy Sĩ, lấy cảm hứng từ một nhà sản xuất sô cô la.
16 Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT SONG SONG. Robot Delta hãng ABB Robot này được sử dụng rộng rãi để nhặt và đóng gói (pick-and-place) các vật nhẹ, nhỏ ở tốc độ cao (có thể lên tới 300 lần nhặt mỗi phút). Nó có một dấu chân nhỏ gọn và có thể được gắn theo nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như trên trần nhà, tường hoặc sàn nhà. Nó có thể có 3, 4 hoặc 6 trục, tùy thuộc vào ứng dụng và bộ phận công tác cuối, chẳng hạn như dụng cụ kẹp, giác hút hoặc nam châm.
Nó đã được cải tiến và điều chỉnh bởi nhiều công ty và nhà nghiên cứu khác nhau, chẳng hạn như ABB, igus, FANUC và Harvard. Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT SONG SONG. Robot Delta 5 trục hãng ABB trong ứng dụng đóng gói, sắp xếp hàng hóa có trọng lượng nhẹ 17 Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT SONG SONG. Robot Delta 3 trục hãng FANUC trong ứng dụng công nghiệp Một số ưu, nhược điểm Ưu điểm Sử dụng hiệu quả không gian làm việc, tận dụng thiết kế nhỏ gọn.
Vị trí của các động cơ được đặt song song mặt bằng làm việc làm làm gia tăng tốc độ mà các loại robot khác không thể so sánh được. Trong các ứng dụng trên đại diện cho các ngành sản xuất hàng loạt nên yếu tố tốc độ được ưu tiên hàng đầu. Nhược điểm Lợi thế lớn nhất là tốc độ cũng mang tới một số điểm yếu trong các lĩnh vực khác. Đối với Delta robot sự cân bằng này đánh đổi giữa tốc độ cho phạm vi tiếp cận và tải trọng.
Thiết kế cơ khí không cho phép Delta robot di chuyển những vật nặng. Điều này ảnh hưởng trực tiếp tới phạm vi ứng dụng mà bạn có thể áp dụng cho Delta robot. Phạm vi hoạt động cũng là một hạn chế hiện hữu mà bạn có thể thấy rõ trong các ứng dụng của nó. Một lần nữa bởi thiết kế cơ khí, cấu trúc cơ học, phạm vi hoạt động bị giảm xuống đáng kể với Delta robot.
Kiểu dáng hình nón, tay gắp kết nối bởi các thanh trục dài đồng nghĩa là càng đi xuống dưới Delta robot càng khó di chuyển hoạt động.2 Robot dây (Cable-Driven Parallel Robot) Tổng quan Trong lĩnh vực robot và máy phát chuyển động, ý tưởng về một robot hoàn toàn bị treo và điều khiển bằng dây cáp đã được giới thiệu vào những năm 1980. Kể từ đó, một số nhà nghiên cứu trên thế giới đã lên ý tưởng tạo ra một thế hệ hệ thống robot mới khai thác những tiềm năng vượt trội của việc sử dụng dây cáp để điều khiển robot. Việc sử dụng dây cáp để hạn chế bệ di động trong không gian mang lại một số lợi thế đầy hứa hẹn chủ yếu đến từ thiết kế trọng lượng siêu nhẹ của robot. Trong bộ điều khiển song song dẫn động bằng cáp (CDPM), bộ truyền động tuyến tính của bộ điều khiển song song được thay thế bằng bộ điều khiển cáp chạy bằng điện, điều này ngay lập tức dẫn đến không gian làm việc lớn hơn.
Ví dụ, hãy xem xét ứng dụng quay video một trận bóng đá bằng camera bay trên sân vận động. Trong ứng dụng này, cấu trúc song song điều khiển bằng cáp có thể đóng vai trò thay thế ngay lập tức. Một hệ thống như vậy đã được thiết kế bằng cách sử dụng bốn cặp cáp treo gói camera có điều khiển xoay và nghiêng. Những hệ thống như vậy có sẵn trên thị trường và được gọi là Cablecam, Skycam hoặc Spidercam.
Hình CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT SONG SONG. Mô hình tổng quát và mô hình nghiên cứu của robot dây 19 Ứng dụng của robot dây Một ứng dụng thú vị khác của robot điều khiển bằng dây cáp là trong thế hệ tiếp theo của kính viễn vọng vô tuyến. Một tập đoàn quốc tế gồm các nhà thiên văn vô tuyến và kỹ sư đã đồng ý nghiên cứu các công nghệ để xây dựng mảng kilômét vuông (SKA), kính viễn vọng vô tuyến sóng cm-to-m cho thế hệ điều tra tiếp theo về các hiện tượng vũ trụ.