ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI ---------- GIÁO TRÌNH NGÀNH: CN KTĐK VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Chủ nhiệm: ThS. NGUYỄN THỊ THU LAN Lưu hành nội bộ, 09 / 2017 ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI ---------- GIÁO TRÌNH : NGÀNH: CN KTĐK VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG 1.
Nguyễn Thị Thu Lan (Chủ nhiệm) 2. Nguyễn Đức Lợi 3. Trần Ngọc Bình 5. Võ Phú Cƣờng Lưu hành nội bộ, 09 / 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI NÓI ĐẦU Cuốn giáo trình “ Robot công nghiệp” đƣợc biên soạn nhằm làm tài liệu chính phục vụ cho công tác dạy học của giảng viên và dùng làm tài liệu học tập dành cho sinh viên hệ cao đẳng ngành tự động hóa. Nội dung tài liệu gồm 5 chƣơng đƣợc trình bày theo đúng trình tự và mục tiêu thiết kế của chƣơng trình. Trong đó: 3 chƣơng đầu nói về cấu trúc chung của Robot và hoạt động của tay máy; 2 chƣơng cuối hƣớng dẫn sinh viên bƣớc vào con đƣờng nghiên cứu và hƣớng dẫn sinh viên tự lập trình, lắp ráp đƣợc các loại robot cơ bản.
Từ việc xác định chuẩn đầu vào và chuẩn đầu ra của đối tƣợng sinh viên cao đẳng ngành tự động hóa đang theo học tại Trƣờng, sao cho đáp ứng đƣợc yêu cầu về kỹ năng nghề nghiệp, học đi đôi với hành và phù hợp với xu thế mới, nhóm đã dày công biên soạn các bài học lý thuyết sao cho các biểu thức tính toán động học vốn rất hàn lâm đƣợc đơn giản hóa. Qua đó, nhóm chỉ tập trung cập nhật về các kiến thức mới, công nghệ mới mà có tính ứng dụng cao. Không chỉ thế, nhóm còn phân tích chi tiết các bài hƣớng dẫn thực hành về chế tạo các loại robot theo cách viết từ quá trình làm việc thực tế và kinh nghiệm đã qua của bản thân, để từ đó sinh viên có khả năng tự học, tự chế tạo robot và tự tin hơn trong nghiên cứu khoa học. Có lẽ vì thế cuốn giáo trình này trình bày khá khác biệt và sát với thực tế hơn so với các cuốn giáo trình về robot có trên thị trƣờng hiện nay.
Đồng thời cuốn giáo trình đƣợc biên soạn không thuần túy là lý thuyết mà lại hƣớng đến việc dạy và học tích hợp và cuối mỗi chƣơng đều có phần câu hỏi ôn tập nhằm giúp ngƣời học củng cố kiến thức và rèn luyện thêm kỹ năng. Cuốn giáo trình đƣợc biên soạn khá công phu, mỗi phần đều có lời giải thích chi tiết, hình ảnh phù hợp, tăng tính trực quan để sinh viên dễ dàng tiếp thu. Ngoài ra nhóm cũng trích một số thông tin trên internet về cuộc đời và sự nghiệp của các nhà khoa học nổi tiếng nhằm tạo kích thích tinh thần hiếu học cũng nhƣ lòng say mê nghiên cứu khoa học trong sinh viên để từ đó Nhà trƣờng, Khoa có thể dễ dàng phát động phong trào tham gia cuộc thi Robocon do VTV tổ chức hằng năm. Việc hoàn thiện cuốn giáo trình nhƣ mong đợi, đó là điều mà nhóm biên soạn không thể nào quên lời cảm ơn sâu sắc đến công đóng góp rất lớn từ sự định hƣớng phát triển giáo dục, đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học của Ban Giám hiệu nhà trƣờng, cảm ơn chân thành sự hƣớng dẫn cách trình bày, bố cục nội dung, mục tiêu đào tạo sao cho hợp lý của Phòng Đào tạo và lời cảm ơn sâu xa đến thầy Trƣởng khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử đã đôn đốc, hỗ trợ chuyên môn, cùng với các thầy cô đồng nghiệp góp ý tƣ vấn cả về nội dung lẫn hình thức.
Mặc dù, nhóm biên soạn đã rất cố gắng, tận tâm nhƣng có thể vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong đón nhận những ý kiến đóng góp từ phía các chuyên gia, độc giả để lần tái bản sau cuốn giáo trình hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn!. HỒ CHÍ MINH, ngày 29 tháng 8 năm 2017 NHÓM BIÊN SOẠN MỤC TIÊU MÔN HỌC 1. Kiến thức: - Xác định rõ các thông số kỹ thuật, cấu trúc chung của Robot - Trình bày đƣợc cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cánh tay ROBOT - Xác định đƣợc các yêu cầu cần thiết để chế tạo robot - Biết vận dụng kiến thức để giải thích cơ chế làm việc của các bộ điều khiển hệ thống băng chuyền, tay máy, robot 2.
Kỹ năng: Kỹ năng cứng: - Thực hiện đƣợc việc tính toán các thông số kỹ thuật, các bài toán động học thuận và nghịch cơ bản - Nhận dạng, phân biệt đƣợc các ROBOT. - Sử dụng các loại ROBOT linh hoạt, phù hợp với từng chức năng cụ thể và phạm vi ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp. - Tham khảo những hƣớng dẫn trong giáo trình, từ đó thi công đƣợc một robot với các tính năng cơ bản Kỹ năng mềm: - Rèn luyện kỹ năng đọc hiểu tài liệu. - Rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, làm việc độc lập.
- Rèn luyện kỹ năng thuyết trình. Thái độ: - Trung thực, ham học hỏi, ý thức việc học, chủ động, tích cực. - Đam mê sáng tạo, hăng hái tự tin tham gia NCKH MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .4 MỤC TIÊU MÔN HỌC.6 Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT.1 Sơ lƣợc về quá trình phát triển .2 Các khái niệm về Robot .3 IR – Industrial Robot: .3 Phân loại robot .1 Theo không gian làm việc: .2 Phân loại theo thế hệ .3 Phân loại theo bộ điều khiển .4 Phân loại robot theo nguồn dẫn động .5 phân theo tính năng robot: .4 Ứng dụng Robot.42 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG I.53 Chƣơng II: CẤU TRÚC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP.1 Sơ đồ khối cấu trúc Robot .2 Cấu trúc tay máy. Bậc tự do của tay máy .2 Tay máy toạ độ vuông góc .3- Tay máy toạ độ trụ .4- Tay máy toạ độ cầu .5- Tay máy toàn khớp bản lề và SCARA .7 Các chế độ hoạt động của tay máy và robot công nghiệp .2 Hệ thống truyền dẫn động.1 Hệ truyền động điều khiển bằng điện .2 Hệ truyền động điều khiển bằng thủy lực .3 Hệ truyền động khí nén .4 Hệ thống điều khiển.5 Tay gắp Robot.85 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG II .87 Chƣơng III: MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT.Hệ tọa độ và quỹ đạo .1 Hệ trục tọa độ .2 Phƣơng trình động học Robot.
Chuyển động Robot.1 Robot di chuyển dùng bánh xe .2 Robot di chuyển dùng bánh xích .3 Robot di chuyển dùng chân .5 Robot Lặn/tàu/thuyền .7 Cánh tay & gắp.4 Động lực học Robot.111 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG III .115 Chƣơng IV: HƢỚNG DẪN CHẾ TẠO ROBOT .1 Lựa chọn loại Robot thiết kế.2 Xác định bộ truyền động hợp lý .3 Tìm hiểu vi điều khiển .4 Chọn bộ điều khiển động cơ .2 Mạch điều chế độ rộng xung PWM (pulse width modulation) .5 Chọn phƣơng thức điều khiển robot .6 Sử dụng cảm biến .7 Sử dụng công cụ phù hợp .1 Đồng hồ đo, thiết bị đo: .2 Thiết bị hàn: .5 Máy khoan chân linh kiện .6 Máy khò chân IC .8 Súng bắn keo .9 Lập trình Robot.10 Kiểm tra chức năng.138 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG IV.140 Chƣơng V: GIỚI THIỆU MỘT SỐ ROBOT ĐƠN GIẢN .1 Thế nào là robot dò đƣờng? .2 Cấu trúc chung cho một robot dò đƣờng đơn giản .3 Cơ chế hoạt động của robot dò đƣờng .4 Hƣớng dẫn thi công robot dò đƣờng .5 Tiến hành lắp ráp .6 Lập trình cho robot dò đƣờng .2 Robot điều khiển từ xa.3 Cánh tay robot .184 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG V .199 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .201 TÀI LIỆU THAM KHẢO .202 Chƣơng I: Tổng quan về Robot Mục tiêu - Trình bày đƣợc các giai đoạn phát triển về Robot - Phát biểu đƣợc các quan niệm về ROBOT - Trình bày đƣợc các cách phân loại Robot theo từng phần - Nêu lên đƣợc vai trò và ứng dụng của Robot trong thực tiễn - Về thái độ: hứng thú, động lực say mê học tập Nội dung Trong chƣơng 1 sẽ giới thiệu về tình hình phát triển robot trong lĩnh vực công nghiệp trải qua 4 thời kỳ và hiện nay là thời kỳ 4.0 nhờ công nghệ IoT (Internet Of Things) nhờ đó có thể kết nối mọi vật lại với nhau ở mọi lúc mọi nơi thông qua phƣơng thức Internet. Cuốn giáo trình này trình bày chƣơng 1 về các khái niệm về Robot, cách phân loại robot và cho biết tầm quan trọng của robot trong nhiều lĩnh vực: công nghiệp, dân dụng, quân sự, y tế, giải trí, với những ví dụ liên quan thực tế nhằm tạo hứng thú cho sinh viên trong quá trình học tập và nghiên cứu. Giáo trình : Robot công nghiệp Trang 11 Chƣơng I: Tổng quan về Robot Chƣơng I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT.1 Sơ lƣợc về quá trình phát triển Trở về lịch sử của quá trình phát triển ngành công nghiệp có thể thấy sự phát triển công nghiệp đã trải qua bốn giai đoạn chính, từ những máy móc đơn giản nhất cho đến những máy móc tinh vi, thông minh và phức tạp nhất.1: Lịch sử 4 cuộc cách mạng công nghiệp Giai đoạn I: Diễn ra vào khoảng cuối thế kỉ 18 và đầu thế kỉ 19. Cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu bằng sự phát triển sản xuất hàng hóa của ngành công nghiệp dệt.
Sau đó, thƣơng mại phát triển thuận lợi cho sự ra đời của kênh đào giao thông và đƣờng sắt. Động cơ hơi nƣớc đƣa đến gia tăng năng suất lao động đột biến. Sự phát triển của máy móc trong hai thập kỉ đầu của thế kỉ 19 đƣa đến sự chế tạo máy móc phục vụ cho các ngành sản xuất khác. Giáo trình : Robot công nghiệp Trang 12 Chƣơng I: Tổng quan về Robot Hình 1.2: Động cơ hơi nƣớc và tàu hỏa dùng hơi nƣớc (Tổng hợp tư liệu từ Internet) James Watt (19 tháng 1 năm 1736 – 19 tháng 8 năm 1819) là nhà phát minh người Scotland và là một kỹ sư đã có những cải tiến cho máy hơi nước mà nhờ đó đã làm nền tảng cho cuộc Cách mạng công nghiệp.
Ông đưa ra khái niệm mã lực và đơn vị SI của năng lượng watt được đặt theo tên ông. Nhà bác học James Watt Năm 1705 Niucômanh đã phát minh ra máy hơi nước Niucômanh.