HCMUTE: Thiết kế cánh tay robot với trục X và Y

Chuyên khảo phân tích Hcmute thiết kế cánh tay robot trục x và trục y, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Đề tài: Thiết Kế Cánh Tay Robot Trục X Và Y
• Loại tài liệu: Công Trình Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.1. Trong nước
• 1.2. Ngoài nước
• 2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
• 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1. CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ SỞ VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
• 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
• 1.2. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI
• 1.2.1. Định nghĩa robot
• 1.2.2. Phân loại robot
• 1.3. ỨNG DỤNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP
• 1.3.1. Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH ĐỘNG HỌC THUẬN, ĐỘNG HỌC NGƯỢC SCARA
• 3.1. Giới thiệu về Robot SCARA
• 3.2. Hệ thống điều khiển
• 3.3. ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA
• 3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế cánh tay robot và Ứng dụng trong công nghiệp

Bài báo nghiên cứu thiết kế cánh tay robot hai trục X và Y, tập trung vào ứng dụng trong môi trường công nghiệp. Thiết kế cánh tay robot này được thực hiện tại HCMUTE, phản ánh nỗ lực của ngành cơ khí HCMUTE trong việc đào tạo và nghiên cứu robot công nghiệp HCMUTE. Thiết kế CAD cánh tay robot và thiết kế CAM cánh tay robot được sử dụng để tối ưu hóa quá trình sản xuất. Vật liệu chế tạo cánh tay robot được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ bền và hiệu quả hoạt động. Mô hình cánh tay robot được xây dựng, và quá trình mô phỏng cánh tay robot được thực hiện để kiểm tra tính khả thi của thiết kế. Giáo trình thiết kế cánh tay robot và bài tập thiết kế cánh tay robot được phát triển để hỗ trợ quá trình đào tạo sinh viên.

1.1 Cánh tay robot trục X và Cánh tay robot trục Y

Phần này tập trung vào thiết kế cánh tay robot trục X và thiết kế cánh tay robot trục Y. Cánh tay robot 2 trục này được thiết kế để hoạt động độc lập nhưng phối hợp nhịp nhàng. Cấu trúc cánh tay robot được phân tích chi tiết, bao gồm các thành phần cơ khí, hệ thống truyền động và hệ thống điều khiển. Lựa chọn động cơ phù hợp cho từng trục là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất hoạt động. Khung cánh tay robot được thiết kế chắc chắn để đảm bảo độ bền và ổn định trong quá trình vận hành. An toàn khi sử dụng cánh tay robot là một yếu tố quan trọng được xem xét trong suốt quá trình thiết kế. Việc sử dụng phần mềm thiết kế cánh tay robot hỗ trợ quá trình này.

1.2 Điều khiển cánh tay robot và Lập trình cánh tay robot

Điều khiển cánh tay robot là một phần quan trọng của nghiên cứu. Hệ thống điều khiển cánh tay robot được thiết kế dựa trên việc sử dụng Arduino hoặc Raspberry Pi, tùy thuộc vào yêu cầu về độ phức tạp và chi phí. Lập trình cánh tay robot được thực hiện bằng các ngôn ngữ lập trình phù hợp. Phần mềm LabVIEW có thể được sử dụng để lập trình và giám sát hoạt động của cánh tay robot. Bài toán thiết kế cánh tay robot được giải quyết thông qua việc áp dụng các nguyên lý động học và điều khiển. Phân tích thiết kế cánh tay robot được thực hiện để đánh giá hiệu quả của thiết kế. Tối ưu hóa thiết kế cánh tay robot được thực hiện để nâng cao hiệu suất và độ chính xác.

1.3 Ứng dụng của cánh tay robot trong cơ khí HCMUTE

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng đối với nghiên cứu khoa học HCMUTE. Ứng dụng của cánh tay robot trong công nghiệp rất rộng rãi, từ tự động hóa dây chuyền sản xuất đến hỗ trợ các công việc nguy hiểm. Cánh tay robot tự động có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Lựa chọn động cơ cánh tay robot phải phù hợp với ứng dụng cụ thể. Giải pháp điều khiển cánh tay robot phải linh hoạt và hiệu quả. Cánh tay robot sử dụng Arduino hay cánh tay robot sử dụng Raspberry Pi đều có thể được áp dụng tùy thuộc vào yêu cầu. Phần mềm thiết kế đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển. Đào tạo robot HCMUTE sẽ được nâng cao nhờ nghiên cứu này.

II. Phân tích và đánh giá

Nghiên cứu thiết kế cánh tay robot trục X và Y tại HCMUTE mang lại giá trị thực tiễn cao. Báo cáo cung cấp thông tin chi tiết về quá trình thiết kế, chế tạo và thử nghiệm. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tương tự. Việc áp dụng thiết kế 2D và thiết kế 3D cho thấy sự chuyên nghiệp trong quá trình thiết kế. Giải pháp tối ưu hóa được đưa ra nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của cánh tay robot. An toàn là một yếu tố được đặc biệt chú trọng trong thiết kế và vận hành.

2.1 Giá trị khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu đóng góp vào sự phát triển của nghiên cứu robot tại Việt Nam. Kết quả có thể ứng dụng trực tiếp trong sản xuất công nghiệp. Mô hình được thiết kế có thể được sử dụng trong giảng dạy. Bài toán động học thuận và bài toán động học ngược được giải quyết hiệu quả. Chế tạo cánh tay robot thành công là một bước tiến quan trọng. Phát triển phần mềm hỗ trợ quá trình điều khiển. Tối ưu hóa thiết kế giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu suất. Giáo trình và bài tập thực hành được phát triển để hỗ trợ đào tạo.

2.2 Hạn chế và đề xuất

Một số hạn chế có thể được đề cập, ví dụ như chi phí sản xuất hoặc các vấn đề kỹ thuật phát sinh. Tuy nhiên, những hạn chế này không làm giảm giá trị của nghiên cứu. Các đề xuất để hoàn thiện nghiên cứu có thể bao gồm việc mở rộng chức năng, nâng cao độ chính xác và độ bền. Ứng dụng thực tế của nghiên cứu nên được mở rộng. Hợp tác với doanh nghiệp để thương mại hóa sản phẩm là một hướng đi cần được xem xét. Nghiên cứu sâu hơn về các thuật toán điều khiển tiên tiến cũng rất cần thiết. Chia sẻ kết quả với cộng đồng nghiên cứu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp hiện đại, robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và cải thiện điều kiện lao động. Tại Việt Nam, trong vòng 25 năm qua, ngành công nghiệp robot đã có những bước tiến đáng kể với nhiều đề tài nghiên cứu và sản phẩm robot được phát triển bởi các trung tâm nghiên cứu và trường đại học lớn như Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Tuy nhiên, việc ứng dụng robot trong sản xuất công nghiệp còn hạn chế do chi phí cao và cơ cấu sản xuất chủ yếu dựa vào lao động thủ công. Đề tài “Thiết kế cánh tay robot (trục X và trục Y)” nhằm mục tiêu nghiên cứu cấu tạo và phương pháp điều khiển tối ưu cho cánh tay robot, hướng tới làm chủ công nghệ chế tạo robot trong nước, phục vụ giảng dạy và ứng dụng sản xuất. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế bộ điều khiển cánh tay robot theo trục X và trục Y sử dụng phần mềm LabVIEW và CodeVisionAVR, với thời gian nghiên cứu trong giai đoạn gần đây tại TP. Hồ Chí Minh. Việc phát triển thành công cánh tay robot này có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí nhập khẩu robot, thúc đẩy ngành công nghiệp robot nội địa và nâng cao năng lực nghiên cứu ứng dụng trong các trường đại học và doanh nghiệp sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về robot công nghiệp, đặc biệt tập trung vào động học và động lực học của robot SCARA. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Động học robot: Bao gồm động học thuận và động học ngược, giúp xác định vị trí, hướng và các biến khớp của cánh tay robot dựa trên các ma trận tọa độ thuần nhất và phép quay thuần nhất tổng hợp. Khái niệm toạ độ thuần nhất trong không gian bốn chiều được sử dụng để biểu diễn các phép biến đổi vị trí và hướng của các khớp robot.

• Động lực học robot: Sử dụng phương trình Lagrange để mô tả chuyển động của robot, bao gồm động năng, thế năng và lực suy rộng tác động lên các khớp. Ma trận quán tính, vectơ lực ly tâm, Coriolis và trọng trường được tính toán để xây dựng phương trình vi phân chuyển động của cánh tay robot.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: bậc tự do của robot, chuỗi động học, khớp quay, ma trận Denavit-Hartenberg (D-H), ma trận chuyển đổi thuần nhất, lực suy rộng, và các loại khớp cơ bản trong robot.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu chuyên ngành về robot công nghiệp, các nghiên cứu trong nước và quốc tế, cùng với dữ liệu thực nghiệm từ việc thiết kế và điều khiển cánh tay robot SCARA tại phòng thí nghiệm.

• Phương pháp phân tích: Phân tích động học thuận và động học ngược của robot SCARA dựa trên ma trận D-H và tọa độ thuần nhất; tính toán động lực học sử dụng phương trình Lagrange; mô phỏng và lập trình điều khiển robot bằng phần mềm LabVIEW và CodeVisionAVR.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào thiết kế và điều khiển một mô hình cánh tay robot SCARA 2 trục (trục X và trục Y) với các thông số kỹ thuật cụ thể như tải trọng tối đa 100 kg, độ chính xác lặp lại ±0.1 mm, tốc độ tối đa 125 m/s. Việc lựa chọn phương pháp phân tích dựa trên tính phức tạp của bài toán động học và yêu cầu thực tiễn trong điều khiển robot.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong năm 2019 tại TP. Hồ Chí Minh, bao gồm các giai đoạn khảo sát lý thuyết, thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển và thử nghiệm thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Động học thuận và động học ngược của robot SCARA:

   • Xác định chính xác vị trí và hướng của bàn kẹp dựa trên các biến khớp θ1, θ2 với sai số vị trí trong phạm vi ±0.1 mm.
   • Phương trình động học thuận được biểu diễn qua ma trận D-H, cho phép tính toán vị trí bàn kẹp trong không gian làm việc có bán kính từ 0.231 m đến 0.39 m.
   • Động học ngược giải quyết bài toán tìm các biến khớp θ1, θ2 từ vị trí bàn kẹp, với độ chính xác cao và khả năng xử lý nhiều nghiệm nhờ phương pháp số.

2. Tính toán lực tác dụng lên các khớp:

   • Lực tổng quát F1 và F2 tác động lên khớp 1 và khớp 2 được tính dựa trên phương trình Lagrange, phản ánh đặc tính phi tuyến và sự tương tác giữa các khớp.
   • Ví dụ, lực F1 phụ thuộc vào vận tốc góc, gia tốc và trọng lực, với các thành phần lực ly tâm và Coriolis được tính toán chi tiết.

3. Hiệu quả điều khiển động cơ điện một chiều (DC):

   • Động cơ DC được sử dụng để điều khiển các khớp quay với khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt trong dải rộng, đảm bảo mô men quay ổn định.
   • Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng và từ thông được áp dụng để kiểm soát tốc độ và mô men, phù hợp với yêu cầu vận hành robot SCARA.

4. Ứng dụng phần mềm LabVIEW và CodeVisionAVR:

   • Phần mềm LabVIEW được sử dụng để lập trình điều khiển và giám sát hoạt động của cánh tay robot, hỗ trợ giao diện trực quan và xử lý tín hiệu thời gian thực.
   • CodeVisionAVR giúp lập trình vi điều khiển cho bộ điều khiển robot, đảm bảo tính chính xác và ổn định trong vận hành.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng lý thuyết động học và động lực học vào thiết kế cánh tay robot SCARA là khả thi và hiệu quả. Các phương trình động học thuận và ngược được giải quyết thành công, giúp robot có thể định vị chính xác trong không gian làm việc. Lực tác dụng lên các khớp được tính toán chi tiết, phản ánh đúng đặc tính phi tuyến và tương tác phức tạp giữa các khớp, điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về robot SCARA.

Việc sử dụng động cơ DC và phần mềm điều khiển hiện đại như LabVIEW và CodeVisionAVR giúp nâng cao hiệu quả điều khiển, giảm thiểu sai số và tăng độ ổn định vận hành. So với các nghiên cứu trước đây, đề tài đã phát triển thêm giải pháp phần cứng và phần mềm tối ưu cho điều khiển robot trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam, góp phần giảm chi phí và tăng tính ứng dụng thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ mô tả quỹ đạo chuyển động của bàn kẹp, biểu đồ lực tác dụng theo thời gian và bảng so sánh sai số vị trí giữa mô hình lý thuyết và thực nghiệm, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp thiết kế và điều khiển.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển hệ thống điều khiển tự động hoàn chỉnh cho cánh tay robot SCARA

   • Tăng cường tích hợp cảm biến vị trí và lực để nâng cao độ chính xác điều khiển.
   • Mục tiêu: Đạt sai số vị trí dưới ±0.05 mm trong vòng 2 năm.
   • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu tại trường đại học và doanh nghiệp công nghệ.

2. Nâng cấp phần mềm điều khiển và giao diện người dùng

   • Phát triển giao diện trực quan, hỗ trợ lập trình quỹ đạo và giám sát trạng thái robot theo thời gian thực.
   • Mục tiêu: Hoàn thiện phần mềm trong 12 tháng, tăng tính thân thiện và dễ sử dụng.
   • Chủ thể thực hiện: Đội ngũ kỹ sư phần mềm và sinh viên thực tập.

3. Mở rộng ứng dụng robot SCARA trong dây chuyền sản xuất công nghiệp

   • Thử nghiệm và triển khai robot trong các nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, nhựa và lắp ráp cơ khí.
   • Mục tiêu: Giảm 20% chi phí nhân công và tăng 15% năng suất trong 3 năm.
   • Chủ thể thực hiện: Doanh nghiệp sản xuất phối hợp với trung tâm nghiên cứu.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân lực về robot công nghiệp

   • Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế, lập trình và vận hành robot SCARA cho sinh viên và kỹ sư.
   • Mục tiêu: Đào tạo ít nhất 100 kỹ sư trong 2 năm tới.
   • Chủ thể thực hiện: Các trường đại học kỹ thuật và trung tâm đào tạo nghề.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành cơ khí, tự động hóa và robot

   • Lợi ích: Hiểu sâu về lý thuyết động học, động lực học và ứng dụng thực tế trong thiết kế robot SCARA.
   • Use case: Tham khảo để phát triển đề tài nghiên cứu hoặc luận văn tốt nghiệp.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển robot công nghiệp

   • Lợi ích: Áp dụng các phương pháp tính toán và điều khiển robot SCARA vào thiết kế sản phẩm thực tế.
   • Use case: Tối ưu hóa hệ thống điều khiển và nâng cao hiệu suất robot trong sản xuất.

3. Doanh nghiệp sản xuất công nghiệp có nhu cầu tự động hóa

   • Lợi ích: Hiểu rõ về khả năng ứng dụng robot SCARA trong dây chuyền sản xuất, giảm chi phí và tăng năng suất.
   • Use case: Lựa chọn và triển khai robot phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.

4. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực robot và tự động hóa

   • Lợi ích: Cập nhật kiến thức mới, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng phần mềm điều khiển robot.
   • Use case: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy và phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

1. Robot SCARA là gì và có đặc điểm gì nổi bật?
   Robot SCARA là loại robot công nghiệp có cấu trúc gồm các khớp quay và khớp tịnh tiến, thường có 4 bậc tự do. Đặc điểm nổi bật là khả năng vận chuyển vật nặng với độ chính xác cao trong không gian làm việc hình trụ, tốc độ nhanh và dễ điều khiển.

2. Phương pháp động học thuận và động học ngược khác nhau như thế nào?
   Động học thuận xác định vị trí và hướng của bàn kẹp dựa trên các biến khớp đã biết, trong khi động học ngược tìm các biến khớp cần thiết để đạt vị trí và hướng bàn kẹp mong muốn. Cả hai phương pháp đều quan trọng trong lập trình và điều khiển robot.

3. Tại sao sử dụng động cơ điện một chiều (DC) cho robot SCARA?
   Động cơ DC có ưu điểm điều chỉnh tốc độ dễ dàng trong dải rộng, mô men ổn định và cấu trúc điều khiển đơn giản, phù hợp với yêu cầu vận hành chính xác và linh hoạt của các khớp quay trong robot SCARA.

4. Phần mềm LabVIEW và CodeVisionAVR được sử dụng như thế nào trong điều khiển robot?
   LabVIEW cung cấp môi trường lập trình đồ họa để thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát robot, còn CodeVisionAVR dùng để lập trình vi điều khiển, đảm bảo thực thi các thuật toán điều khiển chính xác và ổn định.

5. Làm thế nào để chọn nghiệm phù hợp trong bài toán động học ngược khi có nhiều nghiệm?
   Việc chọn nghiệm được thực hiện dựa trên tiêu chuẩn tối ưu như thời gian điều khiển, năng lượng tiêu thụ hoặc tránh va chạm. Các thuật toán tối ưu hóa được áp dụng để lựa chọn nghiệm phù hợp nhất với yêu cầu vận hành.

Kết luận

• Đã thiết kế và phân tích thành công cánh tay robot SCARA 2 trục với các phương trình động học thuận và ngược chính xác, phù hợp với yêu cầu sản xuất.
• Tính toán lực tác dụng lên các khớp giúp hiểu rõ đặc tính phi tuyến và tương tác giữa các khớp, hỗ trợ thiết kế động cơ và hệ thống điều khiển hiệu quả.
• Áp dụng thành công động cơ điện một chiều và phần mềm LabVIEW, CodeVisionAVR trong điều khiển robot, nâng cao độ chính xác và ổn định vận hành.
• Đề xuất các giải pháp phát triển hệ thống điều khiển tự động, nâng cấp phần mềm, mở rộng ứng dụng và đào tạo nhân lực nhằm thúc đẩy ngành công nghiệp robot nội địa.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu, kỹ sư và doanh nghiệp tiếp tục nghiên cứu, ứng dụng và phát triển robot SCARA trong sản xuất công nghiệp Việt Nam.

Triển khai thử nghiệm thực tế, hoàn thiện hệ thống điều khiển và mở rộng ứng dụng robot SCARA trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp. Đăng ký hợp tác nghiên cứu và đào tạo để nâng cao năng lực công nghệ robot trong nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ SỞ VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Ngay sau chiến tranh thế giới thứ hai, ở Hoa Kỡ đó xuất hiện những tay máy chấp hành điều khiển từ xa trong các phũng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 của thế kỉ 20, bên cạnh những tay máy chấp hành cơ khí đó, còn có xuất hiện các loại tay máy chấp hành thuỷ lực và điện từ. Năm 1961, chiếc robot công nghiệp đầu tiên được đưa vào sử dụng ở nhà máy General Motor tại Trenton, New Jersey, Hoa Kì.

Năm 1967, Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF của Hoa Kì. Đến năm 1990, có hơn 40 công ty Nhật Bản 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 ý nhiều đến sự lắp đặt thờm cỏc cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. Một lĩnh vực được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm là robot tự hành.

Các công trình nghiên cứu tạo ra robot tự hành bắt chước chân người hoặc súc vật. Các loại robot này còn chưa có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, tuy nhiên các loại xe robot (robocar) lại nhanh chóng được đưa vào ứng dụng trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt. Từ những năm 80, nhất là những năm 90, do áp dụng rộng rãi các ứng dụng kĩ thuật về vi xử lí 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 bậc. Nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dãy truyền tự động sản xuất hiện đại.

ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 2. Định nghĩa robot Có nhiều định nghĩa robot cùng tồn tại, chúng ta hãy tham khảo một số định nghĩa sau:  Định nghĩa theo từ điển New World College: “Robot là một kết cấu cơ khí có hình dạng bất kì, được xây dựng để thực hiện những công việc bằng tay của con người”. 12 Luan van Các định nghĩa sau này bao gồm các cánh tay cơ khí, các máy điều khiển số, các máy móc di chuyển theo kiểu bước đi và cả mô phỏng hình dạng con người trong khoa học viễn tưởng. Các robot công nghiệp ngày nay chỉ thực hiện một phần nào đó công việc của con người.

Các robot ban đầu thường được gọi là các tay máy (Manipulator).  Định nghĩa theo hiệp hội robot công nghiệp Nhật Bản: Định nghĩa này mang tính khái quát nhất của tất cả các định nghĩa được sử dụng. Nó bao gồm tất cả các thiết bị tay máy và có thể để xem xét khi định nghĩa một robot sau này. “Robot là một máy, cơ cấu thường gồm một số phân đoạn được nối với phân đoạn khác bằng khớp quay hay khớp trượt nhằm mục đích để gắp hay để di chuyển các đối tượng, thường có một số bậc tự do.

Nó có thể được điều khiển bởi một nguồn kích hoạt, một hệ điều khiển điện tử có thể lập trình được hay một hệ thống logic nào đó”.  Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp): “Robot là một cơ cấu chuyển đổi tự động có thể chương trình hoá, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất (chi tiết , dông cụ gá lắp.) theo những hành trình thay đổi đã chương trỡnh hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau”.  Định nghĩa theo hiệp hội robot công nghiệp Hoa Kỳ: “Robot là một tay máy nhiều chức năng có thể lập trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, các phần tử, linh kiện, các dụng cụ và các thiết bị đặc biệt thông qua việc thay đổi các chương trình hoạt động đã được lập để thực hiện các tác vụ khác nhau”.  Định nghĩa theo hiệp hội robot Anh: “Robot công nghiệp là một thiết bị có thể lập trình lại được thiết kế để thực hiện hai nhiệm vụ cầm nắm và vận chuyển các phần tử, linh kiện, các dụng cụ hoặc 13 Luan van các công cụ chế tạo đặc biệt thông qua việc thay đổi các chương trình hoạt động đã được lập để thực hiện các tác vụ gia công khác nhau”.

 Định nghĩa theo GOST (Nga): “Robot là một máy tự động liên kết giữa một tay máy và một cụm điều khiển chương trình hoá, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sự điều khiển có thể thay thế những chức năng tương tự của con người”. Phân loại robot Việc phân nhóm, phân loại robot có thể dựa trên những cơ sở kĩ thuật khác nhau. Dưới đây là một số cách phân loại chủ yếu: • Phân loại theo số bậc tự do: Một cách phân loại hiển nhiên của robot là phân loại theo bậc tự do của chúng. Một cách lí tưởng, một robot có 6 bậc tự do khi cầm nắm một đối tượng tự do trong không gian ba chiều.

Từ quan điểm này, chúng ta gọi một robot là robot tổng quát (General Purpose Robot) nếu nó có sáu bậc tự do, gọi là robot dư (Redundant Robot) nếu nó có nhiều hơn sáu bậc tự do và gọi là robot thiếu (Dốicient Robot) nếu nó có ít hơn sáu bậc tự do. Một robot sẽ linh hoạt hơn khi di chuyển và hoạt động trong một không gian kín bị hạn chế. Mặt khác, trong một số ứng dụng đặc biệt như trong việc lắp ráp trong một mặt phẳng thì chỉ cần robot với bốn bậc tự do là đủ. • Phân loại theo cấu trúc động học: Một phương pháp phân loại khác là phân loại theo cấu trúc động học của chúng.

Một robot được gọi là robot tuần tự hay robot chuỗi hở nếu cấu trúc động học của chúng có dạng một chuỗi động hở, gọi là robot song song nếu cấu trúc động học của chúng có dạng một chuỗi đóng và gọi là robot hỗn hợp nếu nó bao gồm cả hai loại chuỗi hở và chuỗi đóng. Nhìn nhận một cách tổng quát thì robot song song có nhiều ưu điểm vì chúng có độ cứng vững cao hơn, khả năng tải cao hơn, nhưng không gian làm việc nhỏ hơn và cấu trúc phức tạp hơn. • Phân loại theo hệ thống động học hay công nghệ di chuyển: - Hệ điện: 14 Luan van Thường dùng các động cơ điện một chiều, các động cơ bước hay động cơ Servo. Hệ năng lượng này có đặc điểm là hoạt động chính xác, tin cậy, đạt công suất cao và có tính tuyến tính cao dễ điều khiển.

Hệ này cũng đảm bảo kết cấu gọn, truyền dẫn năng lượng trực tiếp. Ngoài ra nó cũng đảm bảo an toàn vệ sinh môi trường. Nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng đối với hệ này cần tuân theo những yêu cầu cơ bản sau: + Sử dụng các công nghệ mới, các loại vật liệu mới ít chịu ảnh hưởng của từ trường trái đất. + Tiếp tục nâng cao công suất và hiệu suất công tác.

+ Xử lí tốt các cụm nối ghép trong mạch nguồn, mạch điều khiển và hiệu chỉnh nâng cao hơn nữa độ tin cậy. - Hệ thuỷ lực - khí nén: Hệ thuỷ lực có thể đạt đến công suất cao, đáp ứng được những điều kiện làm việc nặng. Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường cồng kềnh, yêu cầu dòng dầu, chất lượng dầu cao, hơn nữa vận tốc lại có độ phi tuyến lớn, khó đảm bảo độ chính xác cao khi điều khiển. Hệ khí nén làm việc với công suất trung bình và nhỏ, có kết cấu đơn giản.

Đòi hỏi phải gắn liền với trung tâm khí nén, kém chính xác. Thích hợp cho các loại robot hoạt động theo chương trình định sẵn với các thao tác đơn giản kiểu nhấc lên hạ xuống. • Phân loại theo hệ thống truyền động: - Hệ truyền động gián tiếp: Các cơ cấu chấp hành được nối với nguồn động lực thông qua các bộ truyền động cơ khí thương gặp như hệ thống bánh răng thường, hệ bánh răng hành tinh, hệ bánh răng sóng, dây đai, bộ truyền xích hay cao hơn là bộ truyền vớt đai ốc bi. Nhược điểm của hệ này là bị mòn tạo khe hở động học dẫn đến tính phi tuyến và hiệu ứng trễ ngày càng cao hơn.

Mặt khác hiệu suất sẽ giảm do tiêu hao công suất trên bộ truyền. - Hệ truyền động trực tiếp: Các cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp với nguồi động lực, do đó kết cấu sẽ gọn nhẹ và hạn chế, loại bỏ được những nhược điểm của truyền động gián tiếp. Mặt khác, 15 Luan van những khó khăn đặt ra là cần thiết kế chế tạo các động cơ có số vòng quay thích hợp và cho phép điều khiển vô cấp trên một dải rộng. • Phân loại theo phương pháp điều khiển: Dựa vào tính chất đặc trưng của quĩ đạo điều khiển có các qui tắc điều khiển cơ bản là: - Điều khiển điểm.

- Điều khiển quĩ đạo liên tục. - Điều khiển nhận dạng. - Điều khiển thích nghi. • Phân loại theo độ chính xác: Trong hoạt động của robot cần phân biệt độ chính xác tuyệt đối và độ chính xác lặp lại để đánh giá mức độ tin cậy trong mét chu kì làm việc đơn lẻ và trong một quá trình làm việc lâu dài.Mặt khác, để đánh giá trên một miền kích thước hay một phạm vi chức năng rộng hơn, người ta còn đưa ra độ chính xác phân giải để đánh giá mức độ chính xác trên các miền phân giải khác nhau.

ỨNG DỤNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 3. Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động, Điều đó xuất phát từ những ưu điểm cơ bản của robot, đó là:  Robot công nghiệp có thể thực hiện được một qui trình thao tác hợp lí bằng hoặc hơn người thợ lành nghề một cách ổn định trong suốt thời gian làm việc. Vì thế robot công nghiệp có thể góp phần nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm. Hơn thế robot còn có thể nhanh chóng thay đổi công việc để thích nghi sự thay đổi mẫu mã, kích cỡ sản phẩm theo yêu cầu của thị trường cạnh tranh.

 Khả năng giảm giá thành sản phẩm do ứng dụng robot là giảm được đáng kể chi phí cho người lao động. 16 Luan van  Việc áp dụng robot có thể làm tăng năng suất dây chuyền công nghệ.