Chương I trình bày sơ lược về robot nói chung cũng như robot song song nói riêng, ý tưởng thiết kế phương pháp cũng như số liệu thiết kế một robot song song phẳng 3RRR. Chương II trình bày việc thiết lập hệ phương trình vi phân - đại số của robot song phẳng 3RRR, tính toán và mô phỏng số giải bài toán động lực học ngược sử dụng phần mềm MATLAB theo bộ số liệu robot đã chế tạo và bộ số liệu tham khảo của Hannover. Trong quá trình hoàn thành đề tài sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được những ý kiến tham gia, góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG PHẲNG 3RRR Chương này trình bày sơ lược về sự phát triển của robot nói chung và robot song song nói riêng.
Sau đó trình bày ý tưởng thiết kế và tính toán robot song song mà tác giả thiết kế chế tạo nhằm mục tiêu phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu robot song song ở trường đại học. Tổng quan về Robot song song phẳng 1. Sơ lược về quá trình phát triển của robot Thuật ngữ Robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng sản xuất [1]. Frank Baum giới thiệu đồng thời công nghệ vào tuyển tập những câu truyện thiếu nhi Oz.
Trong cuốn “phù thủy kỳ diệu của Oz” (1900), Baum đã kể câu chuyện về người nửa người nửa máy Tin Woodman hay cuốn Ozma của Oz (1907), Baum mô tả người đàn ông đồng hồ bằng đồng Tik-Tok, v. Vào thập niên 1910, một số loại vũ khí điều khiển từ xa xuất hiện và được sử dụng nhờ công trình nghiên cứu của Nikola Tesla về điều khiển tàu điện từ xa nhờ sóng radio. Những robot bằng hình ảnh xuất hiện đầu tiên ở New York vào ngày 25/01/1921 trong vở “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Karen Kapek viết năm 1921, những bộ phim khoa học viễn tưởng đưa ra ý tưởng và sự tưởng tưởng của con người về robot liên tục được ra mắt trong những thập niên 1920 này. Robot là cách gọi tắt của Robota – theo tiếng Tiệp có nghĩa là “công việc lao dịch”, hay trong hệ ngôn ngữ X-la-vơ là thuật ngữ chỉ người lao công.
Thiết kế đầu tiên của robot công nghiệp đã được đưa vào sản xuất tại Hoa Kỳ, những khâu thao tác được mô phỏng theo động lực của cánh tay con người để tái tạo lại các chuyển động như kéo, đẩy, ấn, nâng. Chuyển động có thể được kiểm soát thông qua cam và lập trình nút nhấn.1 Bản vẽ đăng kí bằng sáng chế cánh tay robot đầu tiên của Willard V.Pollard đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế đầu tiên cho một cánh tay máy như vậy, “thiết bị điều khiển vị trí” với bộ điều khiển điện tử, xi lanh khí nén và động cơ cung cấp 6 trục chuyển động. Nhưng tại thời điểm đó các bộ nhớ chưa phát triển trong khi bộ nhớ Drum có kích thước lớn khiến việc lập trình trở nên khó khăn và mất thời gian.2 Robot Elektro và Sparko Cho tới năm 1939, robot hình người được gọi là Elektro cùng chú chó Sparko xuất hiện tại hội chợ thế giới, cao 2,1 m nặn 265 kg có thể đi bộ bằng khẩu lệnh, nói hoảng 700 từ (sử dụng máy thu âm 78 rpm), mô phỏng hút thuốc 3 lá, thổi bong bóng, di chuyển đầu và cánh tay. Cơ thể bao gồm một cam bánh răng bằng thép và khung xương động cơ được phủ bằng vỏ nhôm.
Cũng cùng năm 1939, Konrad Zuse đã chế tạo máy tính cơ điện có thể lập trình đầu tiên đặt nền móng cho việc chế tạo một cố máy hình người được coi là robot. Ứng dụng thực tế của logic nhị phân vào các công tắc điện đã được Claude Shannon chứng minh, nhưng máy tính của ông không thể lập trình được vào thời điểm đó. Những lý thuyết về robot được phát triển mạnh mẽ trong thập niên 1940, nhưng những robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp lại là những cánh 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 kết hợp với các cữ hành trình.
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 thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển.3 Cánh tay máy đôi của của Goertz Năm 1968 R.Mosher, thuộc hãng General Electric, đã chế tạo một thiết bị biết đi có 4 chân, chiều dài hơn 3m, nặng 1400 kg, sử dụng động cơ đốt trong có công suất 100 mã lực.4 Robot 4 chân của hãng RS Mosher và hãng General Electric Năm 1970 một thành tự khoa học đáng kể đã đạt được là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokhod 1 được điều khiển từ trái đất. Viện nghiên cứu thuộc trường đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế robot Shakey di động tinh vi hơn để thực hiện thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh nhận dạng đối tượng.5 Robot Shakey-Robot đầu tiên nhận dạng đối tượng bằng camera 5 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 (Hoa Kỳ) để lấy mẫu đất sét trên sao Hỏa.6 Tay Robot trên tàu thám hiểm Viking 1 Dưới hình trình bày một Robot là một cánh tay cơ khí khác xa với Robot R2D2, nhưng đối với sản xuất nó mang lại lợi ích to lớn.7 Robot lập trình được đầu tiên do George Dovol thiết kế Từ đó Robot đã có rất nhiều ứng dụng trong thực tế đặc biệt trong các ngành kinh tế tài chính lẫn các ngành công nghiệp như sơn, hàn, máy công cụ, v. Trong hoạt động sản xuất, đa số những Robot công nghiệp có 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.
Robot tiếp tục phát triển ngày càng hoàn thiện và đi sâu vào nhiều lĩnh vực trong đời sống, các hoạt động sản xuất, y tế, và cả lĩnh vực giải trí với kỹ thuật công nghệ cao. Khái niệm robot Theo Viện Robot Hoa Kỳ, robot là một nền tảng điều khiển đa chức năng, có thể lập trình lại được thiết kế để di chuyển vật liệu, bộ phận, công cụ hoặc thiết bị chuyên dụng thông qua các chuyển động được lập trình khác nhau để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau (1985). Định nghĩa robot được Mikell P.Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực robot, mở rộng hơn như sau: “Robot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như con người”. Định nghĩa của M.Groover về robot không chỉ dừng lại ở cánh tay máy mà còn mở rộng ra cho nhiều đối tượng khác có đặc tính tương tự con người như là suy nghĩ, có khả năng đưa ra quyết định và có thể nhìn thấy cảm nhận được đặc điểm của vật hay đối tượng mà nó phải thao tác hoặc xử lý.V và các nhà nghiên cứu thuộc trường phái khối Liên Xô cũ trước đây thì phát biểu rằng: “Robot công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những đối tượng khác nhau nhằm mục đích tự động hóa quá trình sản xuất”.
Kết cấu Robot Mỗi định nghĩa đều có một góc nhìn khác nhau vể robot nhưng đều có điểm chung về “điều khiển theo chương trình”. Đặc điểm này của robot được thực hiện nhờ sự ra đời của những bộ vi xử lý và các vi mạch tích hợp chuyên dùng trong những năm 1970. Không lâu sau khi xuất hiện robot được điều khiển theo chương trình, người ta đã thực hiện được những robot tự hành. Hơn nữa, với 7 những bước phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử và tin học, hiện nay người ta đã sáng tạo nhiều robot cảm xúc và có khả năng xử lý thông tin.
Do đó định nghĩa robot cũng có những thay đổi bổ sung. Nhật Bản hiện nay là nước có số lượng robot dùng trong sản xuất công nghiệp nhiều nhất thế giới, khoảng hơn 70% trong tổng số chừng 300.000 robot công nghiệp trên toàn thế giới. Người Nhật có quan niệm dễ dãi hơn về robot: theo họ “robot là bất cứ thiết bị nào có thể thay thế cho lao động của con người”. Trong công nghiệp Nhật Bản, những robot hay tay máy được điều khiển bằng cam cũng được liệt vào hàng ngũ robot.
Theo đó, Hiệp Hội robot Công nghiệp Nhật Bản (JIRA - Japan Industrial Robot Association) đã phân loại robot thành sáu hạng, từ những tay máy do con người trực tiếp điều khiển từng động tác đến những robot thông minh được trang bị trí tuệ nhân tạo (theo Schlussel, 1985). Những robot hay tay máy dùng các cơ cấu cam trong hệ thống điều khiển có được thừa nhận hay không là không quan trọng, điều quan trọng là chúng đã đóng vai trò đáng kể trong việc tự động hoá sản xuất ở các nhà máy. Những robot, tay máy nói trên còn được gọi một cách hình tượng là “tự động hoá cứng”, ngược lại với “tự động hoá linh hoạt”, mà đại diện của chúng là những robot công nghiệp được điều khiển bằng chương trình, thay đổi được nhiệm vụ thao tác đặt ra một cách nhanh chóng. Một số nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực robot của Nhật Bản đưa ra những định nghĩa về robot dưới dạng những yêu cầu Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một robot công nghiệp phải thoả mãn yếu tố sau: - Có khả năng thay đổi chuyển động - Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác - Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao - Có khả năng thích nghi với môi trường hoạt động - Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngoài Theo Giáo sư Masahiro Mori (Viện công nghệ Tokyo) thì robot công nghiệp phải có các đặc điểm sau: - Có khả năng thay đổi chuyển động - Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ) - Có tính vạn năng - Có những đặc điểm của người và máy.
Từ những khác biệt trong định nghĩa về robot, căn cứ vào tính linh hoạt của những hệ thống sản xuất có áp dụng robot P.McKerrow, một nhà nghiên cứu về robot của Úc đã đưa ra một định nghĩa ở một góc độ khác.