Đồ án tốt nghiệp
1
Sử dụng PLC điều khiển hệ thông truyền động trong robot công nghiệp
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
1.1 Lịch sử phát triển:
Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học
của nhà văn tiệp khắc có tên là Karel Capek.
Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR) xuất hiện đầu tiên ở mỹ do công ty
AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô phỏng một
thiết bị mang dáng dấp và có một số chức năng như tay người được điều
khiển tự động thực hiện một số thao tác để sản xuất thiết bị có tên gọi
Versatran.
Quá trình phát triển của IR được tóm tắt như sau:
- Từ những năm 1950 ở mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên.
- Vào đầu những năm 1960 xuất hiện sản phẩm đầu tiên có tên gọi là
Versatran của công ty AMF.
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của
mỹ từ những năm 1967.
- Ở các nước tây âu khác như: Đức, ý, Pháp, Thuỵ Điển thì bắt đầu chế
tạo IR từ những năm 1970.
- Châu Á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968.
Đến nay, trên thế giới có khoảng trên 200 công ty sản xuất IR trong số
đó có 80 công ty của Nhật, 90 công ty của Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một
số công ty của Nga, Tiệp…
1.2 Phân loại rôbốt công nghiệp
Đồ án tốt nghiệp
2
1.2.1 Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và nhận biết thông tin
của tay máy-người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các
IR thành các thế hệ sau:
Thế hệ 1: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình cứng
không có khả năng nhận biết thông tin.
Thế hệ 2: Thế hệ có điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm
bước đầu đã có khả năng nhận biết thông tin.
Thế hệ 3: Thế hệ có kiều điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận
biết thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người.
1.2.2 Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động:
Thông thường cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp được mô
hình hoá trong dạng chuỗi động với các khâu và các khớp như trong nguyên
lý máy với các giả thuyết cơ bản sau:
- Chỉ sử dụng các khớp động loại 5 ( khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp
vít).
- Trục quay hướng tịnh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc
với nhau.
- Chuỗi động chỉ là chuỗi động hở đơn giản:
Ta ví dụ một chuỗi động của một tay máy công nghiệp có 6 bậc tự do,
các khớp A, B, F là các khớp tổng quát, có nghĩa là chúng có thể là khớp
quay, cũng có thể là khớp tịnh tiến, các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay.
Các khâu được đánh số bắt đầu từ 0-giá cố định, tiếp đến là các khâu 1, 2, ...n-
các khâu động, khâu tổng quát ký hiệu là khâu i, (i= 1, 2, 3, ...n), khâu n cuối
cùng mang bàn kẹp của tay máy. Tương tự như bàn tay người để bàn kẹp gồm
có 3 loại chuyển động, tương ứng với các chuyển động này là 3 dạng của cấu
trục máy như sau:
- Cấu trúc chuyển động toàn bộ (chân người) cấu trúc này thực hiện
chuyển động đem toàn bộ tay máy (tay người) đến vị trí làm việc. Cấu trúc
này hết sức đa dạng và thông thường nếu không phải là tay máy hoạt động
Đồ án tốt nghiệp
3
trong hệ thống mà chuyển động này cần có sự kiểm soát. Người ta thường coi
tay máy là đứng yên, khâu 0 gọi là giá cố định của tay máy.
- Cấu trúc xác định bàn kẹp bao gồm các khớp A,B và F các khâu 1, 2
và 3, chuyển động của cấu trúc này đem theo bàn kẹp với vị trí làm việc. Do
giả thiết về loại khớp động dùng trong chế tạo máy thông thường ta có những
phối hợp sau đây của các khớp và từ đó tạo nên những cấu trúc xác định vị trí
của bàn kẹp trong các không gian vị trí khác nhau của bản kẹp. Phối hợp TTT
nghĩa là 3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một khớp quay. Đây là cấu trúc hoạt
động trong hệ toạ độ Đề Các so với các toạ độ So vì 3 điểm M nằm trên khâu
3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một chuyển động quay ( tức là hai toạ độ
dài).
Phối hợp TRT, RTT, hay TTR nghĩa là một khớp tịnh tiến hai khớp
quay( các cấu trúc 2, 3, và 4). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ trụ so
với điểm M trên khâu 3 được xác định bởi 2 chuyển động tịnh tiến và một
chuyển động quay( tức là hai toạ độ dài một toạ độ gốc).
Phối hợp RTR, RRT, TTR nghĩa là hai khớp tịnh tiến và hai khớp quay(
các cấu trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ cầu
so với hệ So, vì điểm M trên khâu 3 được xác định bởi một chuyển động tịnh
tiến và hai chuyển động quay( tức là một toạ độ dài hai toạ độ gốc).
Phối hợp RRR tức là 3 khớp quay( các cấu trúc 11,12) đây là các cấu
trúc hoạt trong toạ độ góc so với hệ So, vì điểm M trên khâu 3 được xác định
bởi ba chuyển động quay( tức là ba toạ độ góc), cấu trúc này được gọi là cấu
trúc phỏng sinh học
Đồ án tốt nghiệp
4
Hình 1-1: Một vài cấu trúc của tay máy thường gặp
Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng ta chuyên môn
hoá và đặc biệt đảm bảo giá thành và giá đầu tư vào tay máy thấp, người ta
không nhất thiết lúc nào cũng phải chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho
cấu trúc xác định vị trí.
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại, trong số đó có hơn
40% là loại tay máy có điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất.
Sự xuất hiện của IR và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã
hội loài người làm xuất hiện một nghành khoa học mới là nghành Robot
học(Robotic). Trên thế giới nhiều nời đã xất hiện những viện nghiên cứu
riêng về Robot.
Ở Việt Nam, từ những năm giữa thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về
Robot.
1.3 Sơ đồ cấu trúc chức năng của Robot:
Vậy Robot là gì? Cho tới hiện nay có rất nhiều định nghĩa về Robot, và
hằng năm người ta tổ chức rất nhiều hội nghị khoa học bàn về Robot, nhằm
thông tin những thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và chế tạo Robot
đồng thời thống kê các thuật ngữ về Robotic, để hiểu được về IR trước hết
chúng ta quan sát sở đồ cấu trúc và chức năng của IR như sau:
Đồ án tốt nghiệp
5
Hình 1-2. Sơ đồ cấu trúc và chức năng của Robot.
Trong sơ đồ trên, các đường chỉ mối quan hệ thông tin thuận,
thông tin chỉ huy nhiệm vụ Robot. Các đường chỉ mối liên hệ thông tin
ngược, thông tin phản hồi về quá trình làm việc của Robot.
Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành là thực
hiện quá trình “dạy học” cho Robot, nhờ đó Robot biết được nhiệm vụ phải
thực hiện.
Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành
động nhiệm vụ đã được “học”.
Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ “sức” chịu được tải trọng mà
Robot phải chịu trong quá trình làm việc, bộ phận này bao gồm:
Phần 1: Bộ phận chịu chuyển động , phần tạo các khả năng chuyển động
cho Robot.
Phần 2: Bộ phận chịu lực, phần chịu lực của Robot.
Bộ cảm biến tín hiệu: làm nhiệm vụ nhận biết, đo lường và biến đổi
thông tin các loại tín hiệu như : các nội tín trong bản thân Robot, đó là các tín
Thiết bị liên
hệ với người
v
ậ
n hành
Người vận hành
Hệ thống
truyền động Hệ thống
chịu lực
Hệ thống
biến tín hiệu
Môi trường bên ngoài
Hệ thống điều khiển
