LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Thế giới hiện nay đang trong quá trình cách mạng công nghiệp 4.0, nó mang đến cho nhận loại cơ hội để thay đổi bộ mặt các nền kinh tế. Cùng với đó là những hứa hẹn về cuộc ‘đổi đời’ của các doanh nghiệp tại Việt Nam. Tự động hóa và robot là một xu hướng quan trọng của tương lai nền công nghiệp.
Tự động hóa đem lại mức độ chính xác và năng xuất cao hơn. Công nghệ này thậm chí có thể hoạt động tốt ở một số môi trường làm việc khắc nhiệt không an toàn với con người. Ngành công nghiệp robot trên thế giới hiện nay đang phát triển rất mạnh mẽ với rất nhiều hãng sản xuất robot công nghiệp khác nhau. Có rất nhiều quốc gia trên thế giới nghiên cứ về lĩnh vực này như là : Nhật Bản, Mỹ, Úc, Nga.
Và các kết quả đạt được khiến con người không phải không ngạc nhiên. Các sản phẩm là robot công nghiệp được ứng dụng hết sức rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau, robot cũng được ứng dụng trong các môi trường rất đa dạng như trong công xưởng, ngoài vũ trụ, dưới biển hay thậm chí là trong các đường ống nước thải. Mục đích để phục vụ sản xuất, thậm chí phục vụ nhu cầu giải trí cũng như chăm sóc con người. Hiện nay tại nước ta các doanh nghiệp và các trường đại học đang rất quan tâm đến các cuộc thi công nghệ như Sáng tạo robot Việt nam-Robocon, robottics quốc tế.
Trên thị trường cũng có nhiều mô hình robot phục vụ học tập và nghiên cứu với giá thành hợp lý. Với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp máy tính và cách mạng công nghiệp 4.0 trên thế giới cũng như ở nước ta. Công nghiệp tự động hóa và robot cũng phát triển nở rộ đi kèm theo đó là nhu cầu về nguồn lao động có trình độ có thể làm chủ được công nghệ. Do vậy em chọn đề tài ‘xây dựng mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do gắp và phân 1 loại sản phẩm’, để nghiên cứu tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của robot và vận dụng các kiến thức đã học.Mục đích của đề tài Thực nghiệm trên mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do qua đó nghiên cứu tổng quan về cánh tay robot tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của robot.
Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của Arduino sử dụng để điều khiển cánh tay robot. Vận dụng các kiến thức đã học và tìm hiểu xây dựng mô hình cánh tay robot có thể hoạt động và lập trình được.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tương nghiên cứu của đề tài là mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do sử dụng mạch Arduino để điều khiển. Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo nguyên lý hoạt động của cánh tay robot và mạch điều khiển. Vận dụng kiến thức để vận hành và lập trình điều khiển cánh tay robot.Phương pháp nghiên cứu khoa học Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn về chế tạo, điều khiển robot.
Nghiên cứu về phương trình động học ngược của robot Nghiên cứu và ứng dụng các phần gia công cơ khí để chế tạo cánh tay robot. Nghiên cứu và ứng dụng mạch Arduino để điều khiển cánh tay robot.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được ứng dụng xây dựng cánh tay robot tự động gắp và phân loại sản phẩm dựa theo màu sắc, dựa theo hình dáng, hay chia sản phẩm từ trên băng truyền xếp vào thùng/khay. Ngoài ra cánh tay máy còn có thể ứng dụng vào hàn, cắt hay chỉ đơn giản là nâng vật nặng. Mô hình kết quả của đề tài có thể làm thiết bị thí nghiệm thực hành tốt và trực quan cho sinh viên chuyên ngành Điện tự động công nghiệp.
TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ROBOT Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rông rãi các phương tiện tự động hóa sản xuất. Xu hướng tạo ra các dây chuyền về thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành. Các thiết bị này đang thay thế dần các máy tự động ‘cứng’ chỉ đáp ứng một việc nhất định trong khi thị trường luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng về chủng loại, về kích cỡ và về tính năng.
Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo ra các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt. Thuật ngữ ‘robot’ lần đầu tiên xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm ‘Rossm’s Universal Robot’ của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là người làm tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rossum là 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 Karel Capek bắt đầu hiện thực. Ngay sau chiến tranh thế giớ 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 cuối những năm 50, bên cạnh những tay máy chép hình cơ khí đó , đã xuất hiện những loại tay máy chép hình thủy lực và điện từ, như tay máy Minitaur I hoặc tay máy Handyman của Genaral Electric. Devol đã thiết kế 1 thiết vị có tên là ‘cơ cấu bản lề’ dùng để chuyển hàng theo chương trình’.
Đến năm 1956 Devol cùng với Goseph F. Engelber, một kỹ sư trẻ của công nghiệp hàng không, đã tạo ra loại robot công nghiệp đầu tiên năm 1559 ở công ty Unimation. Chỉ đến năm 1975 công ty Unimation đã bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm robot đầu tiên này. 3 Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên, năm 1961, ở một nhà máy ô tô của General Motors tại Trenton, New Jersey Hoa Kỳ.
Năm 1967, Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF. Đến năm 1990 có hơn 40 công ty Nhật Bản, trong đó có những công ty khổng lồ như công ty Hatachi và công ty Mitsubisi,đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi tiếng. Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. tại trường đại học tổng hợp Ford người ta đã tạo loại robot lắp ráp tự động điều khiển bằng máy tính trên cơ sở sử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác.
Vào thời gian này Công ty IBM đã chế tạo loại robot có những loại cảm biến xúc giác và cảm biến biến lực, điều khiển bằng máy tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết. Vào giai đoạn này ở nhiều nước khác 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 ngoại tiếp người- máy. Một lính vực mà nhiều phòng thí nghiệm quan tâm là việc chế tạo robot tự hành. Các công trình nghiên cứu tạo ra robot tự hành theo hướng bắt chước chân người và súc vật.
Các robot này 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 hoat. Từ những năm 80, nhất là vào những năm 90, 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 giảm đi rõ rêt, tính năng đã có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. 4 Ngày nay chuyên ngành khoa học về robot ‘robotics’ đã trở thành 1 lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cáu trúc cơ bản động học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động.
Robot công nghiệp được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt,bắt chước được các chức năng lao động công nghiệp của con người. Nói đến thiết bị tự động linh hoạt là nói đến khả năng thao tác với nhiều bậc tự do, được điều khiển trợ đông 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 nói đến sự 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 chức năng đó hay ko. Đồng thời cũng nói đến mức độ cần thiết bắt chước được như con người hay không.
NHỮNG ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA ROBOT. Ứng dụng trong công nghiệp. - Lắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn. - Phục vụ máy công cụ, làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa,.
Ứng dụng robot trong phòng thí nghiệm - Dùng để thực hiện các công việc thủ công, thực hiện các công việc lặp đi lặp lại. Ứng dụng robot trong thao tác cần khuyếch đại lực. - Dùng trong những khu vực nguy hiểm ( nhiễm xạ.v…) - Dùng bốc dỡ hàng hóa, vật liệu, phôi có trọng lượng lớn cồng kềnh trong các ngành công nghiệp nặng… Ứng dụng robot trong nông nghiệp. - Robot cắt long cứu, mổ xẻ thịt heo… trong lĩnh vực này robot đảm nhiệm ngya cả các công việc mang tính lặp lại, nhiều thao tác đòi hỏi sự phối hợp tay nghề cao và sự lanh lợi của đôi mắt.
Ứng dụng robot trong không gian. 5 - Tay máy được chế tạo nhắm tăng cường khả năng bôc dỡ hàng hóa tiếp tế, lắp ghép với các trạm không gian khác. - Các xe tự hành trang bị tay máy linh hoạt, các robot công dụng chung trong các trạm không gian, bảo trì vệ tinh, xây dựng trong không gian…. Ứng dụng robot trong tàu lặn.
- Phát triển các tàu lặn không người lái trong công tác kiểm tra, dò tìm, thám hiểm dưới đại dương. Ứng dụng rô bót trong giáo dục - Robot được sử dụng là phương tiện giảng dạy trong các chương trình giáo dục - Robot được sử dụng kết hợp với ngôn ngữ LOGO để giảng dạy và nhận thức máy tính. - Tạo ra phòng học robot Ứng dụng robot trong hỗ trợ người tàn tật. - Thông qua xung não để điều khiển các tay máy làm những thao tác mong muốn, những bộ phận thay thế trên cơ thể.
Ứng dụng robot trong sinh hoạt và giải trí - Các loại đồ chơi trẻ em. Robot thông minh sử dụng trong nhà và văn phòng… 1. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT.