CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 5: Kết quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Chương này trình bày kết quả đã đạt được, nhận xét đánh giá về hệ thống, hình ảnh thực tế và hoạt động của cánh tay robot. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Trong chương cuối này, trình bày những kết luận rút ra được sau quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài, kết luận về khả năng hoạt động của thiết bị trong thực tế.
Qua đó đưa ra những kiến nghị và đề xuất hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. TỔNG QUAN VỀ ROBOT 2.
Quá trình phát triển Thuật ngữ robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng sản xuất. Những robot xuất hiện lần đầu tiên trên ở NewYork vào ngày 09/10/1922 trong vở “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp (nay là Cộng hòa Sec) Karen Kapek viết năm 1921, còn từ robot là cách gọi tắt của từ robota - theo tiếng Tiệp có nghĩa là công việc lao dịch. Những robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào các ứng dụng trong công nghiệp thực sự lại là những tay máy. Vào năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện.
Đến năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối. Sử dụng những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển. Mosher, thuộc hãng General Electric, đã chế tạo một thiết bị biết đi có bốn chân, có chiều dài hơn 3m, nặng 1.400kg, sử dụng động cơ đốt trong có công suất gắn 100 mã lực. Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt được vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 được điều khiển từ trái đất.
Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại Học Viện Công nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ). Trên cơ sở đó năm 1954, George Devol đã thiết kế robot lập trình với điều khiển chương trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh được gọi là thiết bị chuyển khớp được lập trình. Joseph Engelberger, người mà ngày nay thường được gọi là cha đẻ của robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau khi mua bản quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ robot điều khiển theo chương trình. Năm 1962, robot Unmation đầu tiên được đưa vào sử dụng tại hãng General Motors; và năm 1976 cánh tay robot đầu tiên trong không gian đã được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan Không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hoả.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong hoạt động sản xuất, đa số những Robot công nghiệpcó hình dạng của “cánh tay cơ khí”, cũng chính vì vậy mà đôi khi ta gặp thuật ngữ người máy - tay máy trong những tài liệu tham khảo và giáo trình về robot. Ứng dụng của Robot Công nghệ robot đang được ứng dụng vào mọi lĩnh vực đời sống, xã hội, mang lại nhiều thay đổi mạnh mẽ cho nền kinh tế. Ứng dụng trong y tế: nhiều loại robot được con người chế tạo để phục vụ trong các ca phẫu thuật phức tạp như sử dụng robot O-arm trong phẫu thuật cột sống.
Điều đó có ý nghĩa rất lớn vì trong phẫu thuật cột sống, chỉ sai số rất nhỏ có thể gây tai biến cho bệnh nhân. Bởi vậy, trong phẫu thuật bệnh lý khớp thì phẫu thuật bằng robot sẽ cho chất lượng khác biệt, đặc biệt với trường hợp phải thay khớp. Vì có độ chính xác cực cao so với tay kỹ thuật viên thao tác nên nội soi bằng robot trong phẫu thuật thần kinh là rất lý tưởng! Ứng dụng trong giáo dục: cuộc cách mạng công nghệ 4.0 hiện nay là điều kiện thuận lợi cho các nhà khoa học, kỹ sư chế tạo ra các robot với trí thông minh nhân tạo (AI) gần như có thể thay thế con người trong việc dạy học hoặc hỗ trợ học sinh trong việc học tập. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng: nhiều loại Robot công nghiệpra đời như cánh tay robot sắp xếp hàng hóa trong các nhà xưởng, robot hỗ trợ cấy lúa trên đồng ruộng, robot đào đường hầm để xây dựng các công trình nhầm dưới lòng đất.
Ứng dụng trong khoa học vũ trụ: đây là một trong những tiến bộ vượt bật của nhân loại khi nhờ có các robot thám hiểm không gian, con người có thể tìm hiểu về các hành tinh trong hệ mặt trời, khảo sát bề mặt sao hỏa, tìm kiếm sự sống ngoài không gian, các thiết bị tối tân nhất của nhân loại đang dần đi ra khỏi hệ mặt trời.0 việc ứng dụng tự động hóa, trí tuệ nhân tạo vào sản xuất, kinh doanh là một xu hướng tất yếu nhằm tạo ra năng suất lao động cao. Trên thế giới đã có nhiều nhà máy sử dụng toàn bộ hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa, đưa robot vào thay thế sức lao động của con người, tạo ra các sản phẩm tốt, độ chính xác cao, năng suất lao động vượt trội. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. Phân loại Robot Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot?” Một cách gần chính xác, robot phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây: - Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra.
- Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh. - Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường. - Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước. - Có khả năng điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng.
- Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều. - Có sự khéo léo trong vận động. Thế giới robot hiện nay đã rất phong phú và đa dạng, vì vậy phân loại chúng không đơn giản. Có rất nhiều quan điểm phân loại khác nhau.
Mỗi quan điểm phục vụ một mục đích riêng. Tuy nhiên, có thể nêu ra đây 3 cách phân loại cơ bản: theo kết cấu, theo điều khiển và theo phạm vi ứng dụng của robot. Phân loại theo kết cấu: Theo kết cấu (hay theo hình học), người ta phân robot thành các loại: descart, trụ, cầu, SCARA, kiểu tay người và các dạng khác.1: Sơ đồ động học của robot descart BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2: Robot SCARA Hình 2.3: Robot tay người Phân loại theo điều khiển: Điều khiển hở, dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén,… ) mà quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số xung điều khiển.
Kiểu điều khiển này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp. Điều khiển kín (hay điều khiển servo), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tãng độ chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm – điểm và điều khiển theo đường (contour). Với kiểu điều khiển điểm – điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường thẳng với tốc độ cao (không làm việc).
Nó chỉ làm việc tại các điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh, bắn đinh,… BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kỳ, với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điểu khiển này trên các robot hàn hồ quang, phun sơn.
Phân loại theo ứng dụng: Cách phân loại này dựa vào ứng dụng của robot. Ví dụ, có robot công nghiệp, robot dùng trong nghiên cứu khoa học, robot dùng trong kỹ thuật vũ trụ, robot dùng trong quân sự,… Hình 2.4: Robot thám hiểm vũ trụ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.5: Robot trong dây chuyền lắp ráp Hình 2.6: Robot phẫu thuật trong y khoa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH 11 do an CHƯƠNG 2. Tổng quan về robot công nghiệp 2.
Robot công nghiệp Hầu hết robot hiện đang có đều được dùng trong công nghiệp. Chúng có đặc điểm riêng về kết cấu, chức năng, đã được thống nhất hoá, thương mại hoá rộng rãi. Lớp robot này được gọi là Robot công nghiệp. Kỹ thuật tự động hoá trong công nghiệp đã đạt tới trình độ rất cao: không chỉ tự động hoá các quá trình vật lý mà cả các quá trình xử lý thông tin.
Vì vậy, tự động hoá trong công nghiệp tích hợp công nghệ sản xuất, kỹ thuật điện, điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động trong đó có tự động hoá nhờ máy tính. Hiện nay, trong công nghiệp tồn tại 3 dạng tự động hoá: - Tự động hoá cứng được hình thành dưới dạng các thiết bị hoặc dây chuyền chuyên môn hoá theo đối tượng. Nó được ứng dụng có hiệu quả trong điều kiện sản xuất hàng khối với sản lượng rất lớn các sản phẩm cùng loại. - Tự động hoá khả trình được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa, đáp ứng phần lớn nhu cầu sản phẩm công nghiệp.
Hệ thống thiết bị dạng này là các thiết bị vạn năng điều khiển số, cho phép dễ dàng lập trình lại để có thể thay đổi chủng loại (tức là thay đổi quy trình công nghệ sản xuất) sản phẩm. - Tự động hoá linh hoạt là dạng phát triển của tự động hóa khả trình. Nó tích hợp công nghệ sản xuất với kỹ thuật điều khiển bằng máy tính, cho phép thay đổi đối tượng sản xuất mà không cần (hoặc hạn chế) sự can thiệp của con người. Tự động hóa linh hoạt được biểu hiện dưới 2 dạng: tế bào sản xuất linh hoạt và hệ thống sản xuất linh hoạt.
Robot công nghiệpcó 2 đặc trưng cơ bản: - Là thiết bị vạn năng, được tự động hóa theo chương trình và có thể lập trình lại để đáp ứng một cách linh hoạt, khéo léo các nhiệm vụ khác nhau.