Đặt vấn đề Ngày nay với sự yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất và chất lượng sản phẩm đã dẫn đến hệ thống điều khiển ngày càng phức tạp và cần liên kết lại với nhau để cùng hợp tác và chia sẻ sao cho có thể hoàn thành nhiệm vụ một cách nhanh nhất. Nhưng với những công việc như: sản xuất ô tô, lắp ráp sản phẩm, phẫu thuật, phân loại sản phẩm,… đòi hỏi tính kết hợp cao giữa các robot lại với nhau mà những công việc đó chỉ sử dụng một robot để thực hiện mặc dù ban đầu có thể tiết kiệm được chi phí nhưng hậu quả lại vô cùng lớn như làm xuống cấp và hư hỏng robot nhanh, có thể gây tai nạn cho người vận hành, làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, … Vì vậy không nên sử dụng đơn lẻ một robot vào các công việc đòi hỏi tính ổn định và hợp tác với nhau thì mới có thể hoàn thành được.1: Robot cùng thực hiện nhiệm vụ nâng vật.1 cho thấy cụ thể hơn về khả năng hợp tác của các cánh tay robot, chỉ ra rằng sự hợp tác không chỉ dừng lại ở 2 cánh tay robot, mà nó có thể lớn hơn 2 và các cánh tay trên cùng thực hiện một nhiệm vụ (cụ thể ở đây là sẽ cùng nâng một vật nặng nếu vật đó quá lớn thì sẽ khó mà thực hiện bởi một cánh tay như bình thường và có thể làm rơi vỡ hàng hóa) và sẽ rất chính xác và tốc độ đòi hỏi người lập trình phải có kĩ năng trong việc tính toán thuật toán đồng bộ để áp dụng vào mô hình robot cũng như ngoại lực tác dụng lên vật và cánh tay là bao nhiêu và lựa chọn động cơ có mô men xoắn một cách phù hợp. Làm việc đồng bộ đòi hỏi các robot không còn chỉ là nhận tín hiệu điều khiển và thực thi, mà còn là nhận thông tin từ các đối tượng khác và xử lý nó, kết hợp nó với tín hiệu điều khiển. Khi đó, các robot có thể chia sẻ không gian làm việc cùng nhau và kết hợp với nhau để hoàn thành công việc.
Đó là quá trình làm việc đồng bộ của robot. Trong tương lai gần, những robot làm việc đồng bộ với nhau sẽ là điều không thể thiếu vì những lợi ích mà nó mang lại so với robot đơn lẻ 1 Chương 1: Tổng quan Khoa đào tạo chất lượng cao làm việc như: Có tính kết hợp cao nên dễ dàng chia khối lượng công việc ra, từ đó tăng năng suất của mỗi robot. Đồng bộ hóa trong robot là có thể cùng mang, giữ và kiểm soát ổn định cho quỹ đạo mong muốn chung của hai hay nhiều robot với nhau để cùng chia sẽ không gian làm việc chung, dù có ảnh hưởng của tác động nhiễu bên ngoài nhưng với sự kết hợp của thuật toán đồng bộ vào bộ điều khiển cho các robot với nhau sẽ có thể kiểm soát và theo dõi để đạt được sự đồng bộ hóa đến một quỹ đạo để có thể hoàn thành nhiệm vụ chung nào đó mà con người đã đặt ra. Chẳng hạn như một nhóm lớn robot trước tiên có thể đồng bộ hóa hành vi và vị trí của chúng để tạo thành mô hình hoạt động hợp tác nhất định, sau đó theo dõi quỹ đạo mong muốn chung để hoàn thành nhiệm vụ đã cho.
Trong quy trình sản xuất, chẳng hạn như các ứng dụng sản xuất ô tô, nơi không thể đạt được bởi một hệ thống robot duy nhất, mà cần có sự lập kế hoạch và không gian làm việc chung để hợp tác nhiều robot khác nhau để cùng nâng, lắp ráp, … một vật nặng cần có sự ổn định và phối hợp nhịp nhàng để không để vật liệu của ô tô bị rơi và gây tổn thất đến cho doanh nghiệp thì đồng bộ đóng một vai trò rất quan trọng. Trong điều khiển đồng bộ robot có những phương pháp như: Bảng 1.1: So sánh ưu và nhược điểm của 2 phương pháp đồng bộ. Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm Ứng dụng đồng bộ Dễ áp dụng bộ điều Chỉ phụ thuộc Trong công nghiệp sản xuất Đồng bộ khiển vào mô hình vào một chiều hàng hóa, phân loại sản phẩm chủ tớ là hệ thống tớ cần có tính đồng bộ của robot (Master- chỉ theo hệ tớ theo robot chủ. Slaver) thống chủ.
Có thể đồng bộ được Hệ số ảnh Có thể ứng dụng đồng bộ ở Đồng bộ hai chiều giữa hai hưởng nhiều mọi lĩnh vực cần tính ổn định ràng buộc cánh tay robot với đến đáp ứng và độ tin cậy cao khả năng chéo nhau. Sai số đồng bộ đồng bộ của chịu lỗi cao mà không phải sợ (Cross- có thể là nhỏ nhất mô hình. robot gặp nhiễu hay bị tác Coupling) hoặc tiến về không. động lực từ bên ngoài.
2 Chương 1: Tổng quan Khoa đào tạo chất lượng cao Ý tưởng về làm việc đồng bộ đã được truyền cảm hứng từ nhiều ví dụ trong sinh học và khoa học đời sống. Minh họa một vài ví dụ sinh học về hệ thống đồng bộ trong thiên nhiên: bầy kiến, đàn chim, … mục đích của việc hợp tác này là để thực hiện những việc đặc thù yêu cầu nhiều cá thể kết hợp, hoặc cũng có thể là khuếch đại năng suất cơ bản của một cá thể đơn lẻ và tập tính đồng bộ này giúp cho các loài đông vật có thể sống sót và tồn tại qua những năm tháng khi sự sống được hình thành trên trái đất. Ai cũng biết rằng các hệ thống đồng bộ, nếu làm việc hợp tác theo tổ chức và có nguyên tắc thì sẽ có hiệu quả cao, có thể hoạt động tổng thể, được đảm bảo với khả năng chịu lỗi và các đặc tính mạnh mẽ. Như vậy có thể thấy trong tự nhiên từ rất lâu đời đồng bộ đã có mặt ở trong đời sống [1].2: Hình ảnh ví dụ về sự đồng bộ trong tự nhiên: (a) bầy kiến, (b) đàn chim.
Nghiên cứu robot đồng bộ ở ngoài nước: ở một số trường đại học và công ty ngoài nước như đã nghiên cứu và phát triển và tạo ra được 2 cánh tay robot 7 bậc tự do để có thể thực hiện những công việc mang tính lặp đi lặp lại hay đòi hỏi trải qua nhiều quy trình để hoàn thành sản phẩm và các nhà nghiên cứu ở nước ngoài đã đưa các cánh tay robot kết hợp với các cảm biến khác nhau để có thể xử lí và thực hiện đồng bộ, cánh tay robot ngày càng ứng dụng cao vào đời sống của con người giúp cho con người có thể giảm bớt những việc nặng [2-5]. Đồng bộ hệ 2 cánh tay robot có thể giúp ích cho đời sống của con người cụ thể một số việc như: pha trà, giải Rubik, nấu ăn, lắp sản phẩm vào hộp, phẫu thuật cho con người, phân loại và lắp ráp các sản phẩm lại với nhau theo quy trình, … Dưới đây là các công ty của các nước trên thế giới đã nghiên cứu và phát triển trong việc đồng bộ 2 cánh tay robot để cùng thực hiện các nhiệm vụ mang tính hợp tác lẫn nhau và đã đưa các sản phẩm ra thương mại. 3 Chương 1: Tổng quan Khoa đào tạo chất lượng cao Bảng 1.2: Tổng hợp các công ty về sản xuất robot đồng bộ ở ngoài nước Lĩnh vực Công ty/ nghiên Tình hình thương mại Ảnh minh họa Quốc gia cứu Cánh tay robot của công ty Fanuc đã được thương mại hóa trên thị Sản xuất trường rất nhiều và công ty đã phát các hệ triển hệ thống đồng bộ gồm nhiều Fanuc thống tự cánh tay kết hợp lại với nhau sử Nhật Bản động hóa dụng các cảm biến để có thể cùng của Nhật thực hiện nhiệm vụ nâng vật có và Robot. khối lượng nặng, to lớn và cồng kềnh.
Cánh tay robot của KUKA ngày càng phát triển về độ linh hoạt của Sản xuất cánh tay robot và công ty đã phát robot công triển và tạo ra robot 7 bậc tự do và nghiệp và KUKA những sản phẩm đã được thương các giải Đức mại hóa và bày bán trên thị trường pháp tự và công ty đã kết hợp các cảm biến động hóa và sự động bộ của các cánh tay nhà máy robot lại với nhau để thực hiện các nhiệm vụ trong các nhà máy Chuyên Được thương mại và bày bán ở trên sản xuất và khắp các nước trên thế giới và cánh cung cấp tay robot đồng bộ kết hợp với cảm các sản biến đã phát triển và có mặt ở khắp YASKAWA phẩm các nhà máy sản xuất giúp nâng Nhật Bản truyền cao năng suất và là giải pháp tối ưu động điện, cho mỗi doanh nghiệp muốn robot công hướng đến phát triển công ty theo nghiệp. hướng tự động hóa. 4 Chương 1: Tổng quan Khoa đào tạo chất lượng cao Chuyên Cánh tay robot đồng bộ đã được trong công ty phát triển và bày bán rất ngành nhiều ở khắp các quốc gia trên thế robot, điện, giới robot của công ty ABB đã ABB thiết bị được các doanh nghiệp nước ngoài Thụy Sĩ điện nặng sử dụng rất nhiều tại các nhà máy và công giúp nâng cao năng suất và tối ưu nghệ tự thời gian tạo ra các sản phẩm cần động hoá. độ chính xác cao.
AUBO đã phát triển 2 cánh tay robot điều khiển động bộ kết hợp Sản xuất với cảm biến đã được bày bán ở chủ yếu về khắp trên thế giới, robot đã ứng lĩnh vực AUBO dụng vào đời sống của con người robot và Trung Quốc và ở các công ty nhà máy sản xuất các giải cần đến các thiết bị tự động hóa để pháp tự nâng cao chất lượng sản phẩm động hóa. cũng như các sản phẩm cần độ chính xác cao Là một công ty lớn đóng góp các sản phẩm thương mại nhằm mục đích phục vụ nhu cầu đời sống của Sản xuất con người công ty đã có những sản các thiết bị phẩm về cánh tay robot đồng bộ có HITACHI gia dụng mặt trên khắp các nước trên thế Nhật bản và có các giới nhằm mục đích giúp con sản phẩm người tối ưu hóa được sự thiếu hụt robot nhân lực cũng như năng suất làm việc, các công việc như: sắp xếp hàng hóa vào thùng và đưa vào nhà kho theo đúng với mã sản phẩm. 5 Chương 1: Tổng quan Khoa đào tạo chất lượng cao Tại Bảng 1.2 cho ta thấy được về nghiên cứu robot đồng bộ ở ngoài nước là rất thành công đã sản xuất rất nhiều mô hình robot đồng bộ phục vụ cho đời sống của con người.