Giáo trình Robot Công nghiệp Phần 1 - GS. Nguyễn Thiện Phúc (ĐHBK Hà Nội)

Giáo trình về robot công nghiệp phần 1, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Đề tài: Giáo Trình Robot Công Nghiệp Phần 1

Tóm tắt

I. Khám phá giáo trình robot công nghiệp Tổng quan từ A Z

Giáo trình robot công nghiệp cung cấp một nền tảng kiến thức toàn diện, từ cơ bản đến nâng cao, đóng vai trò cốt lõi trong chương trình đào tạo chuyên ngành cơ điện tử tại các trường đại học kỹ thuật. Sự ra đời của robot công nghiệp đánh dấu một bước ngoặt trong tự động hóa sản xuất, nhằm nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và tạo ra các hệ thống sản xuất có tính linh hoạt cao. Thuật ngữ "robot" lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1922 trong tác phẩm của Karel Capek, nhưng phải đến năm 1959, robot công nghiệp đầu tiên mới được chế tạo bởi Devol và Joseph E. Engelber tại công ty Unimation. Ứng dụng thực tế đầu tiên diễn ra vào năm 1961 tại một nhà máy của General Motors. Từ đó, lịch sử phát triển của robotics - ngành khoa học công nghệ về robot - đã trải qua nhiều giai đoạn hấp dẫn. Ban đầu là các tay máy chép hình cơ khí, thủy lực, sau đó là sự tích hợp máy vi tính và các loại cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường, tạo ra các robot có khả năng lắp ráp tự động. Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, robotics đã trở thành hạt nhân kích hoạt cho sự phát triển của cơ điện tử và sản xuất công nghiệp hiện đại, không chỉ là công cụ tiết kiệm chi phí lao động mà còn là một phần không thể thiếu trong "kế hoạch cạnh tranh toàn cầu". Nội dung giáo trình bao quát các vấn đề từ cấu trúc cơ cấu, động học, động lực học, lập trình quỹ đạo đến điều khiển chuyển động, mang lại cái nhìn sâu sắc và cập nhật về một lĩnh vực công nghệ mũi nhọn.

1.1. Lịch sử hình thành và sự ra đời của robot công nghiệp

Lịch sử của robot công nghiệp bắt đầu từ những ý tưởng viễn tưởng và dần trở thành hiện thực sau Chiến tranh thế giới thứ hai. Tại Hoa Kỳ, các tay máy chép hình điều khiển từ xa đã xuất hiện trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Giữa những năm 1950, các phiên bản thủy lực và điện từ như Minotaur I và Handyman ra đời. Cột mốc quan trọng là vào năm 1959, khi Devol và Joseph E. Engelber chế tạo thành công robot công nghiệp đầu tiên tại công ty Unimation. Chiếc robot này được đưa vào ứng dụng lần đầu vào năm 1961 tại nhà máy ô tô của General Motors, đánh dấu kỷ nguyên mới cho tự động hóa. Nhật Bản, một cường quốc về robot sau này, chỉ nhập khẩu chiếc robot đầu tiên vào năm 1967. Sự phát triển mạnh mẽ diễn ra vào những năm 1970 khi các nghiên cứu tập trung vào việc tích hợp cảm biến lực và thị giác, tiêu biểu là các dự án tại Đại học Stanford và công ty IBM.

1.2. Các định nghĩa cốt lõi về robot và khoa học robotics

Có nhiều định nghĩa khác nhau về robot công nghiệp. Ban đầu, nó được xem là một loại "máy tự động vạn năng". Viện Kỹ thuật Robot của Hoa Kỳ định nghĩa đây là "loại tay máy nhiều chức năng, với chương trình làm việc thay đổi được". Tiêu chuẩn ISO định nghĩa "robot công nghiệp là một tay máy đa mục tiêu, có một số bậc tự do, dễ dàng lập trình, điều khiển trợ động". Một cách hiểu toàn diện hơn, robot công nghiệp là thiết bị tự động linh hoạt, bắt chước các chức năng lao động của con người, nhấn mạnh vào khả năng thao tác đa bậc tự do và chương trình thay đổi được. Trong khi đó, Robotics là ngành khoa học công nghệ nghiên cứu về robot, bao gồm các lĩnh vực như cấu trúc cơ cấu, động học, động lực học, lập trình, cảm biến và điều khiển chuyển động. Đây là môn học bắt buộc trong chương trình đào tạo cơ điện tử ở nhiều quốc gia tiên tiến.

II. Giải mã vai trò của robot công nghiệp trong sản xuất mới

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vai trò của tự động hóa sản xuất là cực kỳ quan trọng. Các hệ thống sản xuất truyền thống, sử dụng máy tự động "cứng" chỉ thực hiện một nhiệm vụ cố định, ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế. Thị trường hàng hóa luôn biến động, đòi hỏi sự thay đổi liên tục về chủng loại, mẫu mã và tính năng sản phẩm. Đây chính là thách thức lớn nhất mà sản xuất "cứng" không thể đáp ứng. Nhu cầu cấp thiết đặt ra là phải xây dựng được các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt. Robot công nghiệp chính là bộ phận cấu thành không thể thiếu để giải quyết bài toán này. Vai trò của robotics đã có sự thay đổi mang tính cách mạng. Theo nhận định trên các diễn đàn quốc tế: “Trước đây người ta coi robot là một phương tiện để tiết kiệm chi phí lao động, thế nhưng robotics ngày nay đã đóng vai trò quan trọng hơn trong sản xuất, chúng là một phần của kế hoạch cạnh tranh toàn cầu”. Đầu tư cho robotics không còn là sự lựa chọn, mà là động lực quyết định sự tồn tại trong cạnh tranh. Việc ứng dụng sớm các thành tựu của robotics, đặc biệt là "robot có thị giác" và robot thông minh, được xem là chìa khóa để trở thành công ty đầu ngành, mở đường cho những chiến lược sản xuất với nhiều cơ hội mới.

2.1. Nhu cầu cấp thiết về hệ thống sản xuất tự động linh hoạt

Sự cạnh tranh hàng hóa khốc liệt đặt ra yêu cầu sống còn cho các doanh nghiệp: hệ thống sản xuất phải có tính linh hoạt cao. Các dây chuyền tự động "cứng" truyền thống có chi phí đầu tư lớn nhưng lại nhanh chóng trở nên lạc hậu khi thị trường thay đổi. Chúng không thể thích ứng với việc thay đổi mẫu mã, kích cỡ sản phẩm một cách nhanh chóng. Do đó, xu hướng tạo ra các dây chuyền và thiết bị tự động linh hoạt đang hình thành mạnh mẽ. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS), với khả năng thay đổi quy trình sản xuất chủ yếu bằng phần mềm điều khiển, trở thành giải pháp tối ưu. Robot công nghiệp, với khả năng lập trình lại và thực hiện nhiều thao tác đa dạng, chính là nhân tố cốt lõi để xây dựng nên các hệ thống linh hoạt này, giúp doanh nghiệp đáp ứng kịp thời sự biến động của thị trường.

2.2. Nhận thức mới về vai trò chiến lược của khoa học robotics

Quan niệm về robotics đã thay đổi sâu sắc. Từ một công cụ giúp giảm chi phí lao động, robotics nay được công nhận là một yếu tố chiến lược trong cạnh tranh toàn cầu. Nhiều chuyên gia khẳng định rằng "nhu cầu tồn tại trong cạnh tranh là một động lực quyết định đầu tư cho ngành robotics". Các công ty lớn như Ford Motor nhận định sự phát triển của robot đang mở ra những cơ hội sản xuất hoàn toàn mới. Đặc biệt, các công nghệ như robot có khả năng "nhìn được" (Vision-guided robotics) và robot thông minh được xem là hạt nhân cho sự sáng tạo ra hệ thống thiết bị công nghiệp thế hệ mới. Hàn Quốc thậm chí còn nhận định rằng: “Robot thông minh có khả năng tiềm tàng để trở thành động cơ phát triển chủ lực của đất nước”.

III. Top ứng dụng robot công nghiệp giúp tối ưu hóa sản xuất

Mục tiêu chính khi ứng dụng robot công nghiệp là nâng cao năng suất, giảm giá thành, cải thiện chất lượng sản phẩm và điều kiện lao động. Robot có thể thực hiện thao tác một cách ổn định, hợp lý, vượt qua cả người thợ lành nghề, từ đó đảm bảo chất lượng đồng đều và tăng khả năng cạnh tranh. Về chi phí, một robot có thể thay thế một công nhân, và chi phí đầu tư sẽ được hoàn lại trong vòng 3-5 năm, đặc biệt hiệu quả ở các quốc gia có chi phí lao động cao. Năng suất dây chuyền có thể tăng lên đến 3 lần, theo số liệu của hãng Fanuc, vì robot không mệt mỏi và có thể hoạt động với nhịp độ cao. Ưu điểm nổi bật nhất là cải thiện điều kiện lao động, đưa con người ra khỏi môi trường độc hại, nguy hiểm, nóng nực, bụi bặm hoặc các công việc đơn điệu, căng thẳng. Robot công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: ngành đúc (rót kim loại, lấy vật đúc), gia công áp lực (đưa phôi, rèn dập), nhiệt luyện và đặc biệt phổ biến trong công nghệ hàn, nhất là ngành công nghiệp ô tô. Trong gia công và lắp ráp, robot đảm nhiệm việc tháo lắp phôi cho máy CNC, thực hiện các công đoạn lắp ráp đòi hỏi độ chính xác cao.

3.1. Phân tích mục tiêu và hiệu quả ứng dụng robot công nghiệp

Ứng dụng robot công nghiệp mang lại bốn lợi ích chính. Thứ nhất, nâng cao chất lượng sản phẩm nhờ khả năng thực hiện quy trình thao tác ổn định và chính xác. Thứ hai, giảm giá thành sản phẩm thông qua việc cắt giảm chi phí nhân công trực tiếp, bảo hiểm và phụ cấp. Tại Hoa Kỳ, một robot có thể mang lại lợi nhuận trung bình 13 USD mỗi giờ làm việc. Thứ ba, tăng năng suất dây chuyền do robot có thể hoạt động liên tục với nhịp độ cao mà con người khó theo kịp. Thứ tư, cải thiện điều kiện làm việc bằng cách thay thế con người trong các môi trường độc hại như hóa chất, phóng xạ, tiếng ồn, nhiệt độ cao, giảm thiểu tai nạn lao động.

3.2. Quy trình 4 bước triển khai robot hóa trong dây chuyền

Để đầu tư robot hóa hiệu quả, cần tuân theo một quy trình chặt chẽ. Bước một, nghiên cứu quá trình công nghệ và phân tích toàn bộ hệ thống sản xuất để đánh giá hiệu quả tổng thể. Bước hai, xác định các đối tượng cần robot hóa, ưu tiên những công đoạn nặng nhọc, độc hại, đơn điệu hoặc đòi hỏi sự chính xác cao. Bước ba, xây dựng mô hình quá trình sản xuất đã được robot hóa, đảm bảo dòng chảy nguyên liệu và thành phẩm nhịp nhàng. Bước bốn, chọn lựa mẫu robot thích hợp hoặc chế tạo robot chuyên dùng. Việc lựa chọn đúng loại robot là cực kỳ quan trọng để tránh đầu tư lãng phí, đặc biệt là xu hướng sử dụng cấu trúc module hóa để hạ giá thành và đáp ứng nhu cầu đa dạng.

3.3. Ví dụ ứng dụng robot trong ngành gia công hàn và lắp ráp

Trong thực tế, robot công nghiệp đã chứng tỏ hiệu quả vượt trội. Ngành công nghiệp ô tô sử dụng robot phổ biến nhất trong các dây chuyền hàn vỏ xe, như tại Toyota. Trong ngành đúc, robot phục vụ máy đúc áp lực, thực hiện các công việc từ rót kim loại nóng chảy đến làm sạch vật đúc. Trong gia công cơ khí, robot được dùng để cấp phôi và tháo sản phẩm cho máy tiện, máy phay CNC. Chi phí lắp ráp chiếm tới 40% giá thành trong ngành chế tạo máy, do đó việc sử dụng robot lắp ráp có ý nghĩa rất quan trọng, giúp tăng tốc độ và độ chính xác, đặc biệt trong các hệ thống sản xuất linh hoạt.

IV. Bí quyết tích hợp cơ điện tử và robot trong hệ SXLH

Sự phát triển của cơ điện tử và robotics là nền tảng cốt lõi để xây dựng các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS - Flexible Manufacturing System). Cơ điện tử (Mechatronics), được đánh giá là một trong 10 công nghệ làm thay đổi thế giới, là lĩnh vực khoa học công nghệ hình thành từ sự cộng năng của cơ khí, điện tử và công nghệ thông tin. Bản chất của cơ điện tử không phải là sự kết hợp đơn thuần, mà là sự tích hợp sâu sắc để tạo ra sản phẩm có tính năng vượt trội như thao tác linh hoạt và xử lý thông minh hơn. Trong đó, phần mềm nhúng (embedded software) đóng vai trò chủ đạo. Robot công nghiệp được coi là hình ảnh thu nhỏ của một hệ thống cơ điện tử hiện đại. Nó giải quyết các vấn đề phức tạp về giao tiếp giữa bộ phận chấp hành cơ khí và hệ thống điều khiển, cũng như tương tác với môi trường. Đây là lý do tại sao robotics là môn học trọng tâm trong đào tạo cơ điện tử. Trong một FMS, robot đóng vai trò là module linh hoạt, thực hiện các công việc chuyển tiếp như cấp phôi, vận chuyển, thao tác trong kho tự động, kết nối các máy công tác CNC thành một hệ thống sản xuất thông minh và đồng bộ.

4.1. Tìm hiểu bản chất của cơ điện tử và vai trò cốt lõi

Cơ điện tử là sự tích hợp cộng năng giữa ba ngành chính: cơ khí, điện tử, và công nghệ thông tin. Mục tiêu của nó là hoàn thiện, linh hoạt hóa và thông minh hóa các thiết bị máy móc. Sự liên kết này tạo ra những sản phẩm có tính năng vượt trội. Khoa học cơ điện tử không chỉ dựa trên nền tảng của các ngành hợp thành mà còn khám phá các quy luật liên kết đa ngành, chẳng hạn như điều khiển thời gian thực (real-time), tối ưu hóa năng lượng, hay bù trừ sai số chế tạo. Đây chính là yếu tố tạo nên sự khác biệt và sức mạnh của cơ điện tử trong công nghiệp hiện đại.

4.2. Cách robot trở thành hạt nhân của hệ thống sản xuất FMS

Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) ra đời để đáp ứng nhu cầu thay đổi liên tục của thị trường. Ý tưởng chủ đạo của FMS là "linh hoạt hoá" và "modun hoá". Trong hệ thống này, robot công nghiệp đóng vai trò là một module cấu thành không thể thiếu. Robot thực hiện các nhiệm vụ kết nối giữa các máy công tác, chẳng hạn như cấp thoát phôi cho trung tâm gia công, vận chuyển chi tiết. Bản thân cấu trúc tay máy robot là một cơ cấu không gian hở, có độ cơ động cao và được điều khiển bằng chương trình thay đổi được. Vì vậy, robot chính là hạt nhân tạo ra sự linh hoạt, giúp toàn bộ dây chuyền có thể thích ứng với các yêu cầu sản phẩm khác nhau mà không cần đầu tư lại toàn bộ thiết bị.

V. Phân tích thị trường robot công nghiệp toàn cầu và VN

Thị trường robot công nghiệp toàn cầu đã có những bước tăng trưởng ấn tượng, được ghi nhận qua các khảo sát của Hiệp hội Robotics quốc tế (IER) và Ủy ban kinh tế châu Âu của Liên hiệp quốc (UNECE). Các báo cáo "World Robotics" cho thấy sự gia tăng đầu tư mạnh mẽ, đặc biệt ở châu Á, nơi chiếm thị phần lớn nhất, chủ yếu trong ngành công nghiệp ô tô và lắp ráp điện tử. Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc gia có mật độ sử dụng robot trên 10.000 công nhân cao nhất thế giới. Tại Việt Nam, giai đoạn trước 1990 gần như chưa có sự du nhập kỹ thuật robot. Giai đoạn tiếp theo, nhiều cơ sở liên doanh đã nhập khẩu robot phục vụ các công việc như lắp ráp linh kiện điện tử, hàn vỏ ô tô, phun phủ. Đáng chú ý, Việt Nam đã triển khai các đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước về robot, như đề tài KC.03.02 hay KC.05.08, tạo ra các sản phẩm như robot hàn, tay máy lấy sản phẩm nhựa, và các Robocar (robot di động) phục vụ trong môi trường độc hại. Nhà máy Rorze Robotech tại Hải Phòng là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam chế tạo robot, cho thấy tiềm năng phát triển ngành công nghiệp này trong nước.

5.1. Tổng quan thị trường và mật độ sử dụng robot thế giới

Theo các số liệu từ UNECE/IER, thị trường robot công nghiệp toàn cầu có sự tăng trưởng ổn định. Châu Á là thị trường lớn nhất, dẫn đầu bởi các quốc gia như Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc. Ngành công nghiệp ô tô là lĩnh vực sử dụng robot nhiều nhất. Mật độ sử dụng robot là một chỉ số quan trọng, phản ánh mức độ tự động hóa. Năm 2006, Nhật Bản có mật độ 349 robot/10.000 công nhân, trong khi ở Đức là 186 và Hoa Kỳ là 99. Điều này cho thấy mức độ ứng dụng robot sâu rộng tại các cường quốc công nghiệp. Các loại robot hoạt động theo hệ tọa độ phỏng sinh và tọa độ vuông góc là những loại được sử dụng nhiều nhất trên thị trường.

5.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng robot tại Việt Nam

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng robot đã có những bước tiến đáng kể. Từ những đề tài cấp nhà nước ban đầu nhằm mục đích tiếp cận công nghệ, đến nay đã có nhiều sản phẩm cụ thể được chế tạo và thử nghiệm. Các đơn vị tiên phong như Đại học Bách Khoa Hà Nội và TP.HCM đã phát triển thành công nhiều loại robot như robot hàn ứng dụng trong đóng tàu, tay máy cho máy ép nhựa, robot phun men sứ (RPS-406), và các loại robot di động như Robocar PHC (phun hóa chất phòng dịch), Robocar BB (bưng bê rác thải nguy hiểm). Các sản phẩm này cho thấy năng lực tự chủ về công nghệ và khả năng đáp ứng các nhu cầu thực tế của sản xuất trong nước.

VI. Dự báo các xu thế phát triển tất yếu của robot công nghiệp

Tương lai của robot công nghiệp được định hình bởi nhiều xu thế phát triển tất yếu, tận dụng thành tựu của các ngành khoa học liên ngành. Thứ nhất, robot ngày càng trở nên chuyên dụng hơn. Thay vì các robot vạn năng phức tạp, xu hướng hiện nay là phát triển các robot chuyên môn hóa, đơn giản, chính xác và rẻ tiền hơn, thường được cấu thành từ các module vạn năng. Thứ hai, robot ngày càng đảm nhận nhiều công việc lắp ráp phức tạp, vốn đòi hỏi sự khéo léo và chính xác cao. Sự phát triển của kỹ thuật cảm biến, đặc biệt là thị giác máy (machine vision), và các ngôn ngữ lập trình bậc cao đã hiện thực hóa khả năng này. Một xu hướng quan trọng khác là tăng cường khả năng nhận biết và xử lý tín hiệu từ môi trường, hướng tới việc robot có thể thích ứng linh hoạt. Cuối cùng, robot đang ngày càng trở nên thông minh hơn nhờ áp dụng các kết quả nghiên cứu về trí khôn nhân tạo, mạng nơron và hệ chuyên gia. Song song với robot công nghiệp, robot dịch vụ và các loại hình robot mới như robot song song đang phát triển cực kỳ mạnh mẽ, mở ra một kỷ nguyên mới nơi robot hiện diện trong mọi mặt của đời sống và sản xuất.

6.1. Hướng phát triển chuyên dụng và thông minh hóa robot

Xu thế chuyên môn hóa đang trở nên rõ nét. Các robot chuyên dụng được cấu thành từ các module tiêu chuẩn, giúp giảm giá thành và tăng hiệu quả cho từng công việc cụ thể. Đồng thời, quá trình thông minh hóa robot đang diễn ra mạnh mẽ. Việc tích hợp thêm các module cảm biến "nội tín hiệu" và "ngoại tín hiệu", kết hợp với các phần mềm có khả năng tự thích ứng, giúp nâng cấp robot trở nên "tỉnh khôn" hơn. Các robot thông minh có thể "nhìn được" (vision robot) để phân loại sản phẩm, cảm nhận được lực để lắp ráp chính xác, hay tự động tránh vật cản. Đây là hướng đi chủ đạo để robot đảm nhận các công việc đòi hỏi sự phán đoán và xử lý tình huống.

6.2. Sự trỗi dậy mạnh mẽ của robot dịch vụ và robot song song

Bên cạnh robot công nghiệp (IR), thị trường robot dịch vụ (SR) và robot cá nhân (PR) đang bùng nổ. Theo "World Robotics", đầu tư cho robot dịch vụ tăng rất cao, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quốc phòng, an ninh, y tế, nông nghiệp và các robot gia dụng (hút bụi, cắt cỏ). Một hướng phát triển đột phá khác là robot song song (RBSS), với các cấu trúc nổi tiếng như Hexapod và Delta. Khác với robot nối tiếp truyền thống, robot song song có độ cứng vững và tốc độ cao hơn, được ứng dụng hiệu quả trong các máy công cụ CNC 5 trục, thiết bị y học và dây chuyền đóng gói tốc độ cao. Sự phát triển của các loại hình robot mới này đang mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của robotics.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương I2 mục “Cảm biến MEMS gyroscope”. Chúng tôi rất mong và cảm ơn sự đồng góp Š kiến của bạn đọc. Các š kiến xin gửi về Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 70 Trần Hung Dao, Hà Nội. Tác giả CHUONG I GIG] THIEU CHUNG VỀ KHOA HOC CONG NGHE ROBOT 1.

SỰRA ĐỜI CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP Nhu cdu nang cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đời hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây chuyển vẻ thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành. Các thiết này đang thay thế dẫn các máy tự động "cứng" chỉ đáp ứng một việc nhất định trong lúc thị trường luôn luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng về chủng loại, về kích cỡ và về tính năng v. Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo ra các hệ thống sản xuất tự động linh hoại.

Thuật ngữ "robot" lân đâu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm "Rossum's Universal Robot" của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là người làm tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rossum va con trai của 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 Kerel Capek đã bắt đầu hiện thực.

Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Hoa Kỳ đã xuất hiện những tay máy chép hình điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ. Vào giữa những năm 1950 bèn cạnh các tay máy chép hình cơ khí đó, đã xuất hiện các loại tay máy chép hình thuỷ lực và điện từ, như tay máy Minotaur 1, hoặc tay máy Handyman cita General Electric. Devol đã thiết kế một thiết bị có tên là "cơ cấu bản lễ dùng để chuyển hàng theo chương trình". Đến năm 1956 Devol cùng với Joseph E.

Engelber, một kĩ sư trẻ của công nghiệp hàng không, đã tạo ra loại robot công nghiệp đâu tiển năm 1959 ở Công ty Unimation. Chỉ đến năm 1975 Công ty Unimation mới bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm robot đầu tiên này. Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên, năm 1961, ở một nhà máy 6 tô của General Motors tại Trenton, New Jersey. Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp dầu tiên từ Công ty AMF cia Hoa Ky (American Machine and Foundry Company).

Đến năm 1990 có hơn 40 Công ty Nhật Bản, trong đó có những Công ty khổng lồ như Hitachi và Mitsubishi, đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi tiếng. Từ những năm 1970 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiêu đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường. Tại trường đại học Tổng hợp Stanford người ta đã tạo ra loại robot lấp ráp tự động điều khiển bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Vào thời gian này Công ty IBM đã chế tạo loại robot có các cảm biến xúc giác và cảm biến lực, điều khiển bằng máy tính để lắp ráp các máy ïn gồm 20 cụm chỉ tiết.

Vào giai đoạn này ở nhiều nước khắc cũng tiến hành các công trình nghiên cứu tương tự, tạo ra các loại robot điều khiển bằng máy vi tính, có lắp đặt các thiết bị cảm biến và thiết bị giao tiếp người - máy. Một lĩnh vực được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm là robot tự hành. Các cong trình nghiên cứu tạo ra robot tự hành theo hướng bắt chước chân người hoặc súc vật, còn chưa có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Tuy nhiên các loại Xe robot (robocar) lại nhanh chóng được đưa vào hoạt động trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt.

Từ những năm 1980, nhất là vào những năm 1990, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã gia tăng, giá thành đã giảm đi rõ rệt, tính năng đã có nhiều bước tiến vượt bạc. Nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyên tự động sản xuất hiện đại. Roboties” là ngành khoa học công nghệ vẻ robot, bao gồm các vấn để cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v. Các vấn đẻ này sẽ lần lượt được để cập đến trong, các chương trình của giáo trình này với đối tượng cụ thể là robot côngnghiệp.

Trước khi bước vào nghiên cứu các nội dung này cũng cẩn thống nhất về thuật ngữ "robot công nghiệp” (Industrial robot). Trong nhiều tài liệu khác nhau, định nghĩa vé robot công nghiệp cũng khác nhau. Khí "robot công nghiệp" đầu tiên ra đời, Công ty AM đã quảng cáo là một loại máy tự động vạn năng. Trong Từ điển Webster dinh nghia robot là những máy tự động có thể thực hiện được một số chức năng của con người.

Nhưng nếu vậy thì có nhiều loại máy khác nhau cũng có thể gọi là robot. Viện kỹ thuật robot của Hoa K định nghĩa robot là loại tay máy nhiễu chức năng, với chương trình làm việc thay đổi được, ding 6 N để thực hiện một số thao tác sản xuất. Có nhiều tài liệu khi dinh nghia robot rất lưu ý đến tiêu chí điều khiển bằng máy tính. Nhưng trong phân loại robot công, nghiệp theo tiêu chuẩn của Nhật Bản (IS B.0134 - 1979) có cả nhồm tay máy điều khiển bằng tay.

“Theo ISO (International Standards Organization) thi "robot công nghiệp là một tay máy đa mục tiêu, có một số bậc tự do, dễ dàng lập trình, điều khiển trợ động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ hoặc các vật dụng khác. Do chương trình thao tác có thể thay đổi nên thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng". Tuy nhiên, robot công nghiệp được định nghĩa như thế chưa hoàn toàn thoả đáng, Robot công nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động link hoạt, bắt chước được các chức năng lao động công nghiệp của con người. Nói đến thiết bị tự động linh hoạt là nhấn mạnh đến khả năng thao tác với nhiều bậc: tự do, được.

điều khiển trợ động và lập trình thay đổi được. Còn nói đến sự bắt chước các chức năng lao động công nghiệp của con người là có ý 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 hay không. Đồng thời cũng nói đến mức độ cần thiết bắt chước được như con người hay không.2 NHẬN THỨC MỚI VỀ ROBOTICS 1. Các nhận định về vai trò của robotics Trên nhiều diễn đàn quốc tế vai trò của Robotics đã được nhấn mạnh: “Trước đây người ta coi robot là một phương tiện để tiết kiém chi ph Jao dong, thế nhưng robotics ngày nay đã đóng vai trò quan trọng hơn troiỷ ‹sản xuất, chúng là một phần của kế hoạch cạnh tranh toàn cầu”.

Có diễn đàn quốc tế còn cho rằng Robotics có vị trí “cứu tỉnh trong quá trình toàn cầu hóa tăng tốc”. “Hiện nay và hơn bao giờ hết, nhu cầu tổn tại trong cạnh tranh là một động lực quyết định đầu tư cho ngành robotics. Một „ chuyên gia cho rằng đầu tu cho robotics là sự lựa chọn tốt hơn cả”. Tai triển lãm “Robot 2008, What's Next" ở Boston đã nhận xét: “Công, ty nào nhạy bền sớm ứng dụng những thành tựu mới cha Robotics thi có nhiều khả năng trở thành công ty đầu ngành”.

'Hàn Quốc đã nhận định rằng: “Robot thông minh có khả năng tiểm tàng, để trở thành động cơ phát triển chủ lực của đất nước” và dự kiến là đến năm 2020 các ngành này có thể đem lại gân 100 tỷ đôla. ` Đúng như nhận xét của Công ty Ford Motor *sự phát triển các khả- năng của robot đang mở đường cho chiến lược sản xuất nhiều cơ hội mới. Khả năng “nhìn được” của robot có thể đơn giản việc đâu tự để biến đổi thành hệ thống sản xuất tự động linh hoạt”. Đầu tư cho việc nghiên cứu “robot có thị giác” (Vision — guided robotics) 1a dé tiếp cận một vấn để có thể tác động đổi mới, hiện đại hóa hệ thống thiết bị công nghiệp với nhiều tính năng mới.

Thư vậy, những dẫn chứng trên đây càng khẳng định quan điểm cân nhanh chóng đầu tư cho vấn để “robot thông minh” để làm hạt nhân cho sự sáng tạo ra hệ thống thiết bị công nghiệp thông mình và đúng là Robotics đang trở thành nòng cốt cho sự phát triển cơ điện tử và cho ngành công nghiệp. Xuất hiện robot dịch vụ (SR), robot cá nhân (PR) cùng với robot công nghiệp (IR) Sự phát triển của cơ điện tử hiện đại đã tạo ra bước ngoặt lớn phát triển robotics. Từ những năm đâu thế kỷ 21 này, tỷ lệ đâu tư cho Robot công nghiệp (Industrial Robots.— IR), trên thế giới giảm đi 30%, riêng Nhật Bản giảm khoảng 60%, nhưng lại tăng rất cao cho Robot dich vụ (Service Robots ~ SR) va gần đây còn xuất hiện loại hình mới — Robot cá nhân (Personal Robots — PR), Robot dịch vụ phát triển rất nhanh chóng, rất da dạng trong các mặt hoạt động, đời thường cũng như trong an ninh, quốc phòng. Vấn dé cốt lõi cho sự phát triển các loại robot đó là các thành tựu vẻ robot thong minh.

Robotics trở thành hạt nhân cho sự phát triển robot công nghiệp hiện đại ề $ : Dac trưng của sản phẩm công nghiệp hiện đại là linh hoạt hóa để đáp ứng sự biến động thường xuyên của thị trường cạnh tranh. Cơ điện tử là công nghệ tích hợp liên ngành giữa cơ khí, điều khiển điện tử và công nghệ thông tìn tạo ra sự chuyển biến về chất với tư duy mới trong tổ chức công nghiệp sản xuất và trong bản thân sẵn phẩm tạo ra. Trong Robotics có hầu hết các vấn dé của cơ điện tử. Có thể nói robots là hình ảnh thu nhỏ của hệ thống các thiết bị công nghiệp hiện đại.

ở đây đã gặp phải nhiều vấn dể vẻ quan hệ giao tiếp giữa các bộ phận chấp hành cơ khí và hệ thống điều khiển, về sự tương tác với môi trường làm việc v.' ˆ Điều đó cắt nghĩa tại sao ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến các môn học về robotics là bất buộc trong chưởng trình đào tạo cơ điện tử ở các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật. Trong các khóa học cập nhật kiến thức tại các khu công nghiệp chương trình cũng đều có 2 phần: Phần riêng dé cap đến các hệ thống cơ § điện tử ứng dụng trong các nhóm ngành công nghiệp có nhiều người tham gia khóa học và phần chung để cập đến các nội dung chủ yếu của khoa học công.