CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM c ơ BẢN VÀ PHÂN LOẠI ROBOT. CÁC KHÁI NIỆM Cơ BẢN VÀ PHÂN LOẠI ROBOT. Lịch sử phát triển của R obot. Khái niệm Robot và Robotics.
Robot công nghiệp (RBCN). CẤU TRÚC Cơ BẢN CỦA RBCN. Kết cấu chung. Kết cấu cùa tay máy.
PHÂN LOẠI ROBOT. Phân loại theo kết cấu. Phân loại theo điều khiển. Phân loại theo ứng dụng.
21 CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC TAY MÁY. VỊ TRÍ VÀ HƯỚNG CỦA VẬT RẮN TRONG KHỒNG GIAN. Hệ toạ độ vật. Ma trận quay.
Phép quay một vector. PHÉP QUAY MỘT VECTOR QUANH MỘT TRỰC BẤT KỲ. Tổng hợp các ma trận quay.2 Phép quay quanh trục bất kỳ. Mô tả tối thiểu của hướng.
PHÉP CHUYỂN Đổl THUẦN NHẤT. BÀI TOÁN THUẬN CỦA ĐỘNG HỌC TAY MÁY. Mô tả quy tắc Denavỉt-Hartenberg. Một số ví dụ áp dụng quy tắc Denavit-Hartenberg.
Vùng hoạt động của phần công tác. BÀI TOÁN NGƯỢC CỦA ĐỘNG HỌC TAY MÁY. Cơ cấu 3 khâu phẳng. BÀI TOÁN VẬN T ố c.
lacobỉan hình học.2, Sacobian giải tích. 51 CHUƠNG3: ĐÔNG LUC HỌC TAY MÁY. PHƯƠNG PHÁP LAGRANGE. Tính động năng.
Tính thế năng. Phân tích ý nghĩa cơ học của mô hình Lagrange. PH03NG PHÁP NEWTON-EƯLER. Mồ hình động lực học.
Tính gia tốc của khâu. 60 CHƯƠNG 4: c ơ s ồ ĐlỀU KHIỂN ROBOT. THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO. Quỹ đạo trong không gian khớp.
Quỹ đạo trong không gian công tá c. ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG. Điều khiển trong không gian khớp. Điều khiển độc lập.
Điều khiển tập trung. Điều khiển trong không gian công tác. 100 CHUƠNG 5: c ơ sở THIẾT KẾ v à LỰA c h ọ n ROBOT. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA RBCN.
Sức nâng cùa tay máy. Sô' bậc tự do của phần công tác. Đô chính xác định vị. Tốc độ dịch chuyển.
Đặc tính của hệ điều khiển. THIẾT KẾ VÀ TỔ Hộp ROBOT. Các nguyên tắc chung. Các công việc phải tiến hành khi thiết kế robot.
Thiết kế robot theo phương pháp tổ hợp modul. MỘT SỐ KẾT CẤU ĐIỂN h ìn h c ủ a ROBOT. Robot cố định trên nền, dùng hệ toạ độ Đêcac và toạ độ trụ. Robot cố định trên nền, dùng hệ toạ độ cầu.
Robot có điều khiển thích nghi. Cơ CẤU TAY KẸP. Khái niệm và phân loại tay kẹp. Kết cấu của tay kẹp.
Phương pháp tính toán tay kẹp.136 VI CHƯƠNG 6: HỆ THốNG ĐlÊU KHIỂN ROBOT. HỆ THỐNG CHẤP HÀNH. Truyền dẫn cơ khí. Khuếch đại công suất.
Nguồn cung cấp chính. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG c ơ SERVO. Điều khiển động cơ điện. Điều khiển động cơ thuỷ lực.
HỆ THỐNG CẢM BIÊN. Khái niệm và phân loại cảm biến. Nguyên lý làm việc của một số loại sensor. HỆ THỐNG ĐlỀU KHIỂN.
Kiến trúc chức năng. Môi trường lập trình. Cấu trúc phần cứng. 168 CHƯƠNG 7: ữ^G DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP.
CÁC LĨNH Vực ữ^G DỤNG ĐIỂN h ìn h c ủ a RBCN. CÁC HỆ THỐNG SẢN XUẤT có sử d ụ n g RBCN. Robot hoá các thiết bị công nghệ. Robot hoá các tế bào sản xuất.
Robot hoá hệ thống sản xuất. Robot trong sản xuất linh hoạt. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KINH TẾ KHI SỬDỰNG RBCN. Xác định nha cầu sử dụng robot.
Tính toán hiệu quả kinh tế khi sử dụng RBCN. 190 CliươNG 8: TAY MẢY c ó KỂT CẤU động học song s o n g. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI TAY MÁY SONG SONG. Khái niệm về t a y m á y s o n g s o n g.
Phân loại tay máy song song. PHÂN TÍCH VỊ TRÍ CỦA TAY MÁY SONG SONG. Mô tả hình học của tay máy. Động học ngược.
Động học thuận. iACOBIAN CỦA TAY MÁY SONG SONG. PHÂN TÍCH TĨNH VÀ ĐỘ CÚNG VŨNG CỦA TAY MÁY SONG SONG. Phân tích tĩnh tay máy song song.
Độ cứng vững của tay máy song song. ĐỘNG Lực HỌC CỦA TAY MÁY SONG SONG. Phương pháp công khả d ĩ. Phưcmg pháp Lagrange.
221 PHỤ LỤC: HỆ THỐNG ĐlÊU KHIỂN TUYẾN t ín h. XÂY DỤHG MÔ HÌNH HỆ THốNG. Mô tả hệ thống thuỷ lực. Mô tả hê thống dao động có lực cản.
HÀM TRUYỀN VÀ s ơ Đ ồ KHỐl. BIẾN ĐỔI LAPLACE. TÁC ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN. Điều khiển tỷ lệ.
Điều khiển tích phân. Điều khiển vi phân. Điều khiển đóng mở. Điều khiển kết hợp.
Ví dụ về tác động điều khiển. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG. Tính ổn định của hệ thống. Trạng thái xác lập.
Trạng thái quá độ. 245 TÀI LIỆU THAM KHẢO.248 VIII LỜI NÓI ĐẦU CHO LẦN XUẤT BẢN THỨ Tư Vào đầu th ế kỷ trước, ỷ tưởng đầu tiên về robot xuất hiện, thể hiện ICỚC mơ cháy bỏng của con người là tạo rơ những người máy đ ể thay th ế mình trong những công việc nặng nhọc, nhàm chán, nguy hiểm. Vào khoảng năm 1940, mẫu robot đầu tiên (Master- Slave Manipulators) ra đời tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và Argonne của Mỹ, đ ể vận chuyển các hoạt chất phóng xạ [7]. Đến thập kỷ 80 trên th ế giới đã có tới 40 nghìn robot thuộc 500 kiểu, do 200 hãng tham gia sản xuất /2 /.
Ngày nay robot đã được sử dụng rộng rãi trong sởn xuất, nghiên cứu khoa học và đời sống. Đó là thiết bị khổng thể thiếu được trên các hệ thống sản xuất, đặc biệt là các hệ thống sản xuất linh hoạt. Robot ngày càng khéo léo và thông minh, được coi là sản phẩm điển hình của một ngành kỹ thuật mới: ngành cơ - điện tử (Mechơtronics). Cho đến nay, hầu hết các trường đại học kỹ thuật ở Việt N am đã dưa môn kỹ thuật robot vào chương trình chính khóa.
Môn học này được giảng dạy chủ yếu cho các chuyên ngành cơ khí, song các khía cạnh riêng biệt của nó như kỹ th uật điêu khiển, lập trình, mô phỏng cũng được các ngành khác rất quan tâm. Ngày 12-10-2003 đã xảy ra mốt sư kiên, đánh dấu mốc phát triển mới trong lĩnh vực nghiên cứu, đào tạo và ứng dụng khoa học và công nghệ robot tại Việt Nam: Hội Khoa học Công nghệ Robot Việt Nam (Vietnamese Assiciation o f Robotỉcs - VAR) được thành lập. Sự ra đời của Hội phản ánh nhu cầu cấp thiết của công nghiệp, quốc phòng và cuộc sống, đáp ứng sự mong mỏi của đông đảo các nhà khoa học, các nhà sản xuất, các giáo sư, nghiên cứu sinh, sinh viên tại các trường đại học và tất cả những ai quan tâm đến robot. Trong bối cảnh đó, chúng tôi đã biên soạn cuốn "K ỹ thuật R o b o t”, được Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật lần xuất bản 1 lần đầu vào năm 2002.
Sau đó, cuốn sách đ ã được tái bản và bổ sung lần thứ 2 (năm 2004) và lẩn thứ 3 (năm 2006). Lần này, theo yêu cầu của Nhà xuất bản Khoa học và K ỹ thuật chúng tôi cho tái bản, cố bổ sung thêm một s ố vấn đ ề mới phát triển trong những năm qua, đồng thời có hiệu chỉnh, sửa chữa một sô' chỗ. Chúng tôi tin tưởng rằng với những bổ sung và sửa chữa, tài liệu sẽ đáp ứng tốt hơn nhu cầu giảng dạy và học tập môn "Robot công nghiệp" và các môn liên quan như "Tự động hóa hệ thống sản xuất", "Công nghệ sản xuất linh hoạt", "Điều khiển hệ thống sản xuất nhờ máy tính",., tại các trường đại học kỹ thuật. Về tổng thể, tài liệu hình thành ba mảng kiến thức chính: - Nền tảng cơ học và cơ khí trong kết cấu tay máy (các chương 2, 3, 5 và 8), Điều khiển robot (chương 6), và ứng dụng robot (chương 7).
Tuy nhiên, sự phân chia này là tương đối, vì không th ể phân tách rạch ròi giữa cơ học và kết cấu, cơ khí và điều khiển. Chương 4 được hình thành như cầu nối giữa cơ khí và điều khiển. Ngoài ra, phần p h ụ lục được biên soạn đ ể bạn đọc tiện ôn lại các kiến thức liên quan về điều khiển tuyến lính, một vấn đề được đề cập nhiều trong tài liệu. Nhân lần tái bản này, tác giả xin trân trọng cảm ơn các giáo sư, các nhà khoa học, các đồng nghiệp, các hội viên của Hội Khoa học và Công nghệ Robot Việt Nam và toàn th ể các bạn đọc đ ã nhiệt tình ủng hộ và góp ý cho tài liệu xuất bản lần đầu tiên và những lẩn tái bản sau này.
Xin chân thành cảm ơn Nhà xuất bản Khoa học và K ỹ thuật đđ tạo t điều ề kiện đ ể cuốn "Kỹ V thuật é robot"được « ra đời và tái bản nhiều lần, phục vụ bạn đọc. Mặc dù đã được chính tác già và đồng sự sử dụng làm giáo trình chính trong đào tạo nhiều khoá đại học và sau đại học, lạí dược kiểm tra cẩn thận trước mỗi lần xuất bản, nhưng tài liệu chắc chắn vẫn còn thiểu sót. Chúng tôi chân thành mong muốn nhận được và hết sức cẩm ơn mọi ý kiến đóng góp tiếp tục của bạn đọc. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vê' Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 70 Trần Hưng Đạo, Hà Nội.
Hà Nội, tháng 11 năm 2012 TÁC GIẢ CHƯONO 1 CAC KHÁI NIỆM Cff BẢN VÀ PHÂN LOẠI ROBOT m m 1.1, CÁC KHÁI NIỆM C ơ BẢN VÀ PHÂN LOẠI ROBOT 1. Lịch sử phát triển của Robot Qua phần này, tác giả muốn chuyển tới bạn đọc không chỉ các mốc quan trọng trong quá trình phát triển của kỹ thuật robot, mà (mục tiêu chính) thể hiện mong muốn bạn đọc, thông qua các sự kiện rút ra những gì về logic của quá trình, về hoài bão iớn lao, về các ý tưởng táo bạo, về các giải pháp công nghệ của các tiền bối, những người đã đặt nền móng và xây cho chúng ta một lâu đài đồ sộ và tráng lệ này. Từ đó, chúng ta sẽ cùng nhau phấn đấu để khám phá, gìn giữ, xây thêm cho lâu đài này rộng lớn, tráng lệ hơn, để phục vụ cho nhân loại theo tôn chỉ được Issac Asimov đề xuất từ năm 1940 cho kỹ thuật robot. Từ thời cổ xưa, con người đã mong muốn tạo ra những vật giống như mình, bắt chúng phục vụ cho bản thân mình.
Ví dụ, trong kho thần thoại Hy Lạp có chuyện người khổng lồ Prômêtê nặn ra con người từ đất sét và trao cho ngọn lửa thiêng để duy trì sự sống, hoặQ chuyện thần HêPhaiXtôn rèn ra nô lệ Talus khổng lồ bằng đồng và giao cho nhiệm vụ bảo vệ hoang đảo Crete. Những chuyện này xảy ra từ trên 3 thiên niên kỷ trước Công nguyên. Người được coi là tác giả của các robot khả trình giống người - Programmable Human-lỉke Robotỉc Device đầu tiên (tất nhiên, theo tên gọi hiện nay), các đồng hồ cơ khí có hình người và con vật hoạt động là một kỹ sư cơ khí người Arập, AlJazari (1136-1206). Ngưòi có nhiều bản thiết kế và sản phẩm robot giống người là nhà danh hoạ kiêm kỹ sư ngưòi Italia, Leonado da Vinci (1452-1519).