Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Robot is very helful for everyboy, so you can make a robot easy
Typology: Study notes
1 / 27
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
On special offer
GVHD: PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh
SVTH MSSV Nhóm
Nguyễn Ngọc Trí Khôi 18146321 Nhóm 1
Nguyễn Hữu Dũng 18146278 Nhóm 2
Mai Đại Nhiều 18146353 Nhóm 2
Trần Kim Thiện 18146377 Nhóm 2
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2021
Thế kỷ 21 với những sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, từng bước
đưa thế giới chạy theo xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Hàng loạt thiết
bị, máy móc hiện đại được ứng dụng vào sản xuất, nhằm giảm sức lao động con
người, tăng năng suất, chất lượng tối ưu và giảm giá thành sản phẩm. Robot có
thể thực hiện những công việc bình thường nhất, hoặc những việc mà con người
khó hoặc không thực hiện được như: làm những công việc có độ chính xác cao,
những công việc trong môi trường nguy hiểm, vũ trụ...
Trong thực tế mỗi máy, công cụ được thiết kế để thực hiện công việc cho
trước, mỗi khi cần thay đổi kiểu mẫu sản phẩm, thì toàn bộ dây chuyền sản xuất
phải được cải tạo lại và việc sửa đổi rất tốn kém. Chính những lý do đó đã thúc
đẩy sự phát triển của phương pháp sản xuất tiên tiến, đó là chế tạo ra các loại robot
được đưa vào quy trình chế tạo để thực hiện nhiều nguyên công như: chuyển tải
vật tư và các thiết bị trong các dây chuyền hiện đại, hàn điểm, sơn phun và lắp ráp
trong công nghiệp ô tô. Đây là kiểu tự động hóa linh hoạt và mang lại hiệu quả
kinh tế cao, rất cần thiết trong hoàn cảnh đất nước ta hiện nay đang tiến tới công
nghiệp hóa, hiện đại hóa toàn diện.
Nhằm giúp sinh viên làm quen và tiếp cận gần hơn với công nghệ, mong
muốn sinh viên phát huy khả năng tìm hiểu, thiết kế, lập trình và chế tạo một cánh
tay robot đơn giản, và mục đích chính giúp sinh viên có thể áp dụng ngay kiến
thức đã học ở bộ môn Kỹ thuật Robot vào thực tế, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật đã tổ chức cuộc thi “Thiết kế robot chơi cờ caro”. Qua đây, chúng em cũng
xin trân trọng cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô thuộc khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy
nói chung, và bộ môn Cơ Điện Tử trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
nói riêng, và đặc biệt cảm ơn thầy Nguyễn Trường Thịnh đã tạo cho chúng em cơ
hội trau dồi kiến thức và rèn luyện kỹ năng cũng như tay nghề qua cuộc thi này.
1.1. Giới thiệu về Robot
Thuật ngữ "robot" xuất phát từ tiếng Séc “robota”, có nghĩa là "lao động
cưỡng bức", và từ 'robot' lần đầu tiên được sử dụng để biểu thị một nhân vật hư
cấu trong vở kịch "Rossum’s Universaỉ Robots". Trong vở kịch này, ông dùng từ
“Robot”, biến thể của từ gốc Slavơ “Rabota”, để gọi một thiết bị – lao công do
con người (nhân vật Rossum) tạo ra.
Robot là một loại máy có thể thực hiện công việc một cách tự động bằng sự
điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot công
nghiệp được lập trình sẵn theo một trình tự nhất định và sử dụng mục đích phục
vụ công việc lắp ráp, sản xuất hoặc chế biến sản phẩm. Robot hỗ trợ rất nhiều cho
con người. Đặc biệt là trong những môi trường khắc nghiệt, độc hại và nguy hiểm.
Robot công nghiệp có tính chính xác cao và hiệu quả vượt trội so với sản xuất thủ
công.
Không có một định nghĩa nào về rô-bốt có thể thuyết phục tất cả mọi người,
nên rô-bốt còn có những cách định nghĩa khác như sau:
− Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 định nghĩa rô-bốt như sau: "Đó là một loại
máy móc được điều khiển tự động, được lập trình sẵn, sử dụng vào nhiều mục
đích khác nhau, có khả năng vận động theo nhiều hơn 3 trục, có thể cố định hoặc
di động tùy theo những ứng dụng của nó trong công nghiệp tự động."
− Joseph Engelberger, một người tiên phong trong lĩnh vực rô-bốt công
nghiệp nhận xét rằng: "Tôi không thể định nghĩa rô-bốt, nhưng tôi biết loại máy
móc nào là rô-bốt khi tôi nhìn thấy nó!!".
− Từ điển Cambridge trực tuyến định nghĩa rô-bốt rằng: "Đó là một loại máy
có thể thực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy
tính".
− Người máy hay Rô-bốt là công cụ cơ điện tử, thủy lực, nhân tạo, ảo,... thay
thế con người trong công nghiệp hay môi trường nguy hiểm. Rô-bốt còn là công
cụ để giúp con người giải trí, tìm hiểu khoa học.
1.3. Phân loại Robot
1.3.1. Phân loại theo không gian làm việc
Để dịch chuyển khâu tác động cuối cùng của robot đến vị trí của đối tượng
thao tác được cho trước trong không gian làm việc cần phải có ba bậc chuyển
động chuyển dời hay chuyển động định vị (thường dùng khớp tịnh tiến và khớp
quay loại 5).
Những robot công nghiệp thực tế thường không sử dụng quá bốn bậc chuyển
động chuyển dời (không kể chuyển động kẹp của tay gắp) và thông thường với ba
bậc chuyển động định vị là đủ, rất ít khi sử dụng đến bốn bậc chuyển động định
vị. Robot được phân loại theo sự phối hợp giữa ba trục chuyển động cơ bản rồi
sau đó được bổ sung để mở rộng thêm bậc chuyển động nhằm tăng thêm độ linh
hoạt.
Vùng giới hạn tầm hoạt động của robot được gọi là không gian làm việc.
Trong các loại robot công nghiệp – Phân loại theo không gian làm việc có
thể phân theo các loại robot:
− Robot tọa độ vuông góc
− Robot tọa độ trụ (cylindrical robot)
− Robot tọa độ cầu (sphericalrobot)
− Robot khớp bản lề (articular robot)
1.3.2. Phân loại theo thế hệ
Robot thế hệ thứ nhất bao gồm các dạng robot hoạt động lặp lại theo một chu
trình không thay đổi (playback robots), theo chương trình định trước. Chương
trình ở đây cũng có hai dạng; chương trình “cứng” thì không thay đổi được như
điều khiển bằng hệ thống cam và điều khiển với chương trình thì có thể thay đổi
theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử dụng nhờ các bảng điều khiển (Panel)
hoặc máy tính.
Robot thể hệ thứ hai trong trường hợp này robot được trang bị các bộ cảm
biến (sensors) cho phép cung cấp tín hiệu phản hồi hỗ trở lại hệ thống điều khiển
về trạng thái, vị trí không gian của robot cũng như những thông tin về môi trường
bên ngoài như trạng thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà
robot phối hợp, nhiệt độ của môi trường, v.v… giúp cho bộ điều khiển có thể lựa
chọn những thuật toán thích hợp để điều khiển robot thực hiện những thao tác xử
lý phù hợp.
Robot thế hệ thứ ba đây là dạng phát triển cao nhất của robot tự cảm
nhận.Các robot ở đây được trang bị những thuật toán xử lý các phản xạ logic thích
nghi theo những thông tin và tác động của môi trường lên chúng; nhờ đó robot tự
biết phải làm gì để hoàn thành được công việc đã được đặt ra cho chúng.
Robot thế hệ thứ tư bao gồm các robot sử dụng các thuật toán và cơ chế điều
khiển thích nghi (adaptively controlled robot) được trang bị bước đầu khả năng
lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mô hình tính toán xác định trước nhằm tạo ra
những ứng xử phù hợp với điều kiện của môi trường thao tác.
Robot thế hệ thứ năm là tập hợp những robot được trang bị trí tuệ nhân tạo
(artificially intelligent robot).
1.3.3. Phân loại theo điều khiển
Có 2 kiểu điều khiển robot: điểu khiển hở và điều khiển kín.
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,…
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.
Hình 1.3 Robot sơn ô tô
− Quân sự: Trong những năm gần đây, rất nhiều nước đạt được những thành
tựu trong lĩnh vực phát triển khoa học và công nghệ robot quân sự tối tân, ứng
dụng trong quân sự, tăng khả năng làm việc và tính hiệu quả trên chiến trường,
thu hút nhiều sự quan tâm của cả thế giới.
Hình 1.4 Robot chiến đấu của lực quân Mỹ
− Y tế: Robot ngày nay có thể thực hiện một số hoạt động chuyên biệt như
kiểm tra các dấu hiệu quan trọng (nhịp tim, thở, huyết áp ...), chụp ảnh và thậm
chí đọc hồ sơ bệnh án của bệnh nhân. Thông tin này được chuyển cho bác sĩ để
được điều trị thích hợp.
Hình 1.5 Robot phẫu thuật
− Xã hội: Nhờ sự đổi mới tuyệt vời của khoa học và công nghệ sẽ làm cho
robot trở thành một người bạn thân của con người trong tương lai. Các nhà khoa
học luôn cố gắng tạo ra những robot có thể giao tiếp với mọi người hoặc giúp mọi
người trong công việc của họ.
Hình 1.6 Robot phục vụ
Hình 2.2 Sơ đồ và nguyên lý robot tọa độ trụ
Ưu điểm:
− Có thể di chuyển theo hướng ngang vào hệ thống sản xuất.
− Khả năng lặp lại tốt, cấu trúc cứng vững nên khả năng chịu tải cao
Nhược điểm là giới hạn các chuyển động sang trái và phải bởi cấu hình và
kết cấu cơ khí của robot hoặc các bộ phận truyền động.
Ứng dụng của robot tọa độ trụ khi cần hoạt động của robot có tầm xa hoặc
robot phục vụ cho nhiều máy trong một hệ thống sản xuất với bán kính nhỏ.
2.1.3. Robot tọa độ cầu
Robot hình cầu là một robot có hai khớp quay và một khớp lăng trụ. Nói cách
khác, nó gồm có hai trục quay và một trục tuyến tính. Robot hình cầu có một cánh
tay có không gian hoạt động theo tọa độ hình cầu.
Hình 2.3 Sơ đồ và nguyên lý robot tọa độ cầu
Ưu điểm:
− Khả năng hướng theo chiều ngang dài.
− Không gian hoạt động lớn, có thể lắp lại khi không hoạt động.
− Khả năng cho phép bệ dung cụ hướng tới trong những vùng không gian
kín hay vượt qua vật cản.
Nhược điểm: Giá thành cao.
2.1.4. Robot khớp bản lề
Robot khớp bản lề đều có ba khớp đều là khớp quay. Không gian hoạt động
làm việt khá phức tạp, thường là hình khối lưỡi liềm. Nhiều robot công nghiệp
thường được chế tạo là robot khớp bản lề.
Hình 2.4 Robot PUMA 560
2.1.5. Robot Scara
Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) là một robot
đặc biệt. Nó bao gồm 2 khớp trụ và một khớp tịnh tiến. Và ba khớp này song song
với nhau và thường tay gắp hay cơ cấu chấp hành cuối thường di chuyển theo
hướng vuông góc với mặt đất. Vì thế, hai khớp đầu tiên không bị tác động của
trọng lực và tải trọng. Thường tay gắp hay cơ cấu chấp hành cuối thêm một bậc
tự do vì thế robot thường có bốn bậc tự do. Robot này thường lắp ráp chi tiết trên
mặt phẳng.
Hình 2. 7 Phần khung robot
Hình 2. 8 Phần đế robot
Hình 2. 9 Cánh tay robot 1
Hình 2. 10 Cánh tay robot 2
Hình 2. 11 Đầu bút
Gắn hệ trục lên robot ba bậc tự do như hình và viết phương trình mô tả sự
chuyển vị từ hệ trục tham chiếu U với hệ trục gắn trên robot.
Hình 3.2 Hệ toạ độ và các tham số DH trên robot
Với L 2 = 24 cm, L 3 = 18 cm.
Ở đây, robot có góc xoắn, độ dịch chuyển của các khớp và một khớp bậc hai
tự do cùng một khớp trục z. Chúng ta có bảng D-H:
Bảng D-H
L d θ α Var
1 L 2 L 1 π/2+θ 1 0 θ 1 , L 1
2 L 3 0 θ 2 π θ 2
Với các giá trị của khảong dịch chuyển khớp và chiều dài khâu như hình
trong bảng, chúng ta sử dụng các giá trị tham số này để tìm ma trận chuyển vị để
giải bài toán động học thuận.
1 1 2 1
1 1 2 1 1 1
sin cos 0 L sin
cos sin 0 L cos A 0 0 1 L
2 2 3 2
2 2 3 2 2
3 4
1 0 0 0
0 1 0 0 A 0 0 1 L
0 0 0 1
= ^
1 2 1 2 3 1 2 2 1
1 2 1 2 3 1 2 2 1 1 2 3 1 4
sin( ) cos( ) 0 L sin( ) L sin( )
cos( ) sin( ) 0 L cos( ) L cos( ) A A A 0 0 1 L L
Phương trình động học thuận được biểu diễn như sau:
x 3 1 2 2 1
y 3 1 2 2 1
z 1 4
P L sin( ) L sin( ) (1)
P L cos( ) L cos( ) (2)
P L L
(^) = − + −
=^ + ^ +^ =^ −
3.2. Bài toán động học nghịch
Từ phương trình động học vị trí (1) và (2), bình phương chiều dài vecto P ta
có:
2 2 2 2 Px + Py = L 2 + L 3 + 2L L cos 2 3 2
Chúng ta có thể đơn giản thành:
2 2 2 2 x y 2 3 2 2 3
P P L L cos 2L L
