Giáo trình Robot công nghiệp (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Robot công nghiệp được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên trình bày được cấu trúc của robot công nghiệp; Mô tả được quá trình hoạt động của các robot dùng trong công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Robot công nghiệp (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: ROBOT CÔNG NGHIỆP NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:761/QĐ-CĐCG-KT&KĐCL ngày 17 tháng 11 năm 2022 của Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở trình độ Trung Cấp Nghề, giáo trình Robot công nghiệp là một trong những giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cơ giới phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ, logíc. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 105 giờ gồm có: Bài 1: Giới thiệu chung về robot công nghiệp Bài 2: Cấu trúc và phân loại robot công nghiệp Bài 3: Các chuyển động cơ bản của robot công nghiệp Bài 4. Phương trình động học và động lực học của robot Bài 5. Lập trình ứng dụng robot trên phần mềm Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiến thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học củng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thể sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Quảng Ngãi, ngày tháng năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Phan Ngọc Bảo chủ biên 2. ……………………………. 3. ……………………………. 3
MỤC LỤC TT NỘI DUNG TRANG 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 1 2 LỜI GIỚI THIỆU 2 3 Bài 1: Giới thiệu chung về robot công nghiệp 10 4 1. Sơ lược quá trình phát triển của robot công nghiệp 11 5 2. Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp 12 6 3. Ứng dụng của robot công nghiệp 15 7 Bài 2: Cấu trúc và phân loại robot công nghiệp 20 8 1. Các bộ phận cấu thành robot công nghiệp 21 9 2. Bậc tự do và các tọạ độ suy rộng 22 10 3. Hệ toạ độ và vùng làm việc 24 11 4. Phân loại robot công nghiệp 28 12 5. Giới thiệu các robot 33 13 Bài 3: Các chuyển động cơ bản của robot công nghiệp 39 14 1. Các khái niệm ban đầu 40 15 2. Các chuyển động cơ bản 41 16 3. Một sơ kết cấu điển hình 42 17 4. Điều khiển mô hình robot ABB IRB 120 46 18 Bài 4: Phương trình động học và động lực học của robot 50 19 1. Phương trình động học thuận 51 20 2. Phương trình động học nghịch 61 21 3. Giải hệ phương trình động học của robot 62 22 4. Động lực học robot 67 23 Bài 5: Lập trình ứng dụng robot trên phần mềm 79 24 1. Giới thiệu phần mềm Robot Studio 80 25 2. Giao diện và chức năng các thanh công cụ 81 26 3. Các thao tác cơ bản với chuột 83 27 4. Các lệnh cơ bản 84 28 5. Lập trình trên máy tính 88 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: ROBOT CÔNG NGHIỆP Mã mô đun: MĐ23 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn 4
học /mô đun kỹ thuật cơ sở, Lập trình PLC, Kỹ thuật cảm biến, Điều khiển khí nén, điện khí nén. - Tính chất: Là mô đun chuyên nghề trong chương trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Mô đun Robot Công Nghiệp là một mảng kiến thức và kỹ năng không thể thiếu được với một công nhân kỹ thuật chuyên ngành Điện tử công nghiệp. Các kiến thức và kỹ năng từ mô đun này giúp học sinh, sinh viên nắm bắt các kiến thức và kỹ năng thực hành robot trong công nghiệp. Để có thể thực hiện tốt các nội dung của mô đun này người học cần phải nắm một số kiến thức cơ bản về kỹ năng trong mô đun kỹ thuật cảm biến, mô đun điều khiển điện khí nén,… Hy vọng rằng cuốn giáo trình này đề cập đựơc phần lớn những lĩnh vực mà học viên cần biết để sao cho những mô hình hóa, những phương thức tính toán trở thành đối tượng dễ hiểu, dễ lắp ráp, sửa chữa và đem lại cho học viên những thông tin cần biết. - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Điện tử công nghiệp. Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức: A1. Trình bày được cấu trúc của robot công nghiệp A2. Mô tả được quá trình hoạt động của các robot dùng trong công nghiệp - Kỹ năng: B1. Lập trình và mô phỏng được các chuyển động của robot . B2. Sử dụng được robot công nghiệp đúng qui trình Kỹ thuật. B3. Sửa chữa được một số hư hỏng thông thường trên các robot công nghiệp . - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Rèn luyện tính tỉ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp . 1. Chương trình khung nghề Điện tử công nghiệp. Mã MH, Số tín chỉ Thời gian học tập (giờ) 5
Trong đó Tên môn Thực hành/ MĐ họcc, mô (*) Tổng số thực tập/ thí Lý Kiểm đun Thuyết nghiệm tra /bài tập Các môn học I 12 255 94 148 13 chung/đại cương MH 01 Chính trị 2 30 15 13 2 MH 02 Pháp luật 1 15 9 5 1 Giáo dục MH 03 1 30 4 24 2 thể chất Giáo dục MH 04 quốc phòng 2 45 21 21 3 - An ninh MH 05 Tin học 2 45 15 29 1 Ngoại ngữ MH 06 4 90 30 56 4 (Anh văn) II Các môn học, mô đun chuyên môn nghề Các môn II.1 học, mô 405 161 220 24 đun cơ sở An toàn MH 07 2 30 15 13 2 lao động Điện kỹ MH 08 3 60 40 16 4 thuật MĐ 09 Máy điện 4 90 30 56 4 MĐ 10 Vẽ điện 2 30 12 16 2 Linh kiện MĐ 11 2 60 20 36 4 điện tử Đo lường MĐ 12 2 45 19 23 3 điện tử Điện cơ MĐ 13 4 90 25 60 5 bản Các môn học mô II.2 đun 1245 324 871 50 chuyên ngành 6
Trang bị MĐ 14 2 60 20 37 3 điện Mạch MĐ 15 điện tử 4 90 25 60 5 cơ bản Điện tử MĐ 16 3 60 20 36 4 tương tự Kỹ thuật MĐ 17 3 75 25 46 4 xung - số Kỹ thuật MĐ 18 3 75 30 42 3 cảm biến Điện tử MĐ 19 8 180 50 121 9 nâng cao Thiết kế, chế tạo MĐ 20 mạch in 4 90 30 55 5 và hàn linh kiện Vi điều MĐ 21 4 90 32 53 5 khiển PLC cơ MĐ 22 5 120 47 67 6 bản Rô bốt MĐ 23 công 5 105 45 54 6 nghiệp Thực tập MĐ 24 tốt 7 300 15 275 10 nghiệp TỔNG CỘNG 79 1905 594 1214 97 2. Chương trình chi tiết mô đun Tên các Thời gian Số TT bài trong Tổng Lý Thực Kiểm mô đun số thuyết hành tra* Bài 1: Giới thiệu chung về 1 5 5 Robot công nghiệp Bài 2: Cấu trúc và phân loại 2 23 10 12 1 robot công nghiệp 3 Bài 3: Các chuyển động cơ bản 23 10 12 1 7
của robot công nghiệp Bài 4: Phương trình động học và 4 động lực học của robot công 10 10 nghiệp Bài 5: Lập trình ứng dụng robot 5 44 10 30 4 trên phần mềm Tổng 105 45 54 6 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề điện, phần mềm mô phỏng,… 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các robot công nghiệp trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 04/2022/TT-BLĐTBXH, ngày 30/3/2022 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. 8
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột điểm kiểm tra Tự luận/ Thường Viết/ Trắc nghiệm/ A1, A2, B1, C1 1 Sau 5 giờ. xuyên Thuyết trình Báo cáo Tự luận/ Viết và A2, B1, B2, Sau 23 Định kỳ Trắc nghiệm/ 3 thực hành B3, C1 giờ thực hành Vấn đáp và Kết thúc môn Vấn đáp và thực hành A1, A2, B1, B2, Sau 90 1 học thực hành trên mô B3, C1 giờ hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân với trọng số tương ứng. Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 5. Hướng dẫn thực hiện mô đun 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Điện tử công nghiệp 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 5.2.1. Đối với người dạy 9
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các hệ truyền động robot, các loại thiết bị điều khiển, phần mềm mô phỏng. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 80% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >20% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. 10
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 6. Tài liệu tham khảo: [1] Robot công nghiệp - GSTSKH Nguyễn Thiện phúc. NXBKH và Kỹ thuật 2006 [2] Tay máy - người máy công nghiệp - Nguyễn Thiện phúc. NXBKH và Kỹ thuật 1983 [3]Điện tử công nghiệp - Nguyễn tấn Phước - NXBKH và Kỹ thuật 2003 [4] Cảm biến và ứng dụng - Dương minh Trí, NXB trẻ 2006 [5] Cơ điện tử - Trần thế san, Trần Khánh Thành. NXBKHKT. 2006 11
BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP Mã bài: MĐ23 - 01 Giới thiệu: Trước khi bắt đầu tìm hiểu và học tập robot công nghiệp, thì người học cần nắm rõ những khái niệm về robot công nghiệp, cấu trúc cơ bản, phân loại và ứng dụng của robot công nghiệp Mục tiêu: - Trình bày được quá trình phát triển, các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp - Trình bày được ứng dụng và xu hướng phát triển của Robot công nghiệp trong tương lai. - Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp Phương pháp giảng dạy và học tập bài 1 - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các khái niệm, lịch sử phát triển và ứng dụng của robot công nghiệp.. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. 12
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có  Kiểm tra định kỳ thực hành: không có Nội dung chính: 1. Sơ lược quá trình phát triển của robot công nghiệp (IR: Industrial Robot): Mục tiêu: giới thiệu cho người học các kiến thức về quá trình phát triển của robot công nghiệp. Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người. Đầu thập kỷ 60, công ty của Mỹ AMF (American Machine Foundary Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot). Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC – Numerically Controlled machine tool). Các cơ cấu điều khiển từ xa đã được phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Các cơ cấu này thay thế cho cánh tay của người thao tác gồm có một bộ kẹp bên trong và hai tay cầm bên ngoài. Cả tay cầm và bộ kẹp được nối với cơ cấu 6 bậc tự do để tạo ra hướng và vị trí tuỳ ý. Robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF. Cũng trong khoản thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate- 1990 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ô tô. 13
Tiếp theo Mỹ, thì các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp như: Anh – 1967, Thuỵ Điển và Nhật – 1968 theo bản quyền của Mỹ, Cộng Hoà Liên Bang Đức – 1971, Pháp – 1972, Italia – 1973,… Tính năng làm việc của robot ngày càng nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý. Năm 1967, trường đại học Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt – tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 công ty Cincinnati (Mỹ) đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính gọi là robot T3 (The Tomoorrow Tool), robot này có khả năng nâng vật có khối lượng lên đến 40kg. Có thể nói, robot là sự tổng hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa với mức độ tri thức ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia,… Ngày nay, việc nâng cao tính năng của robot ngày càng được phát triển, nhiều robot thông minh hơn nhiều, đặc biệt là Nhật Bản đã chế tạo nhiều robot giống người như Asimo, robot có cảm giác,… Một vài số liệu về công nghiệp sản xuất robot như sau: Nước sx Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998 Nhật 60.118 29.765 67.000 Mỹ 4.327 7.634 11.100 Đức 5.845 5.125 8.600 Italia 2.500 2.408 4.000 Pháp 1.488 1.197 2.000 Anh 510 1.086 1.500 Hàn Quốc 1.000 1.200 2. Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp: Mục tiêu: trình bày cho người học nắm rõ các khái nhiệm và định nghĩa về robot công nghiệp. 2.1. Định nghĩa robot công nghiệp: Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về robot, có thể điểm qua một số định nghĩa như sau: 14
Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp): Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, 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, dao cụ, gá lắp,… theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau. Định nghĩa theo TIA (Robot Institute of America): Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau. Định nghĩa theo FOCT 25686 – 85 (Nga): Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất. 2.2. Bậc tự do của robot (DOF:Degreees of Freedom): Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của robot là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể tính theo công thức. (1.1) Trong đó: - n: số khâu động - pi: số khớp loại i (i = 1,2,…,5: số bậc tự do bị hạn chế). Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tính tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng số khâu động. Đối với cơ cấu hở, thì số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động. Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trong không gian 3 chiều robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do để định hướng. Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp,… có thể yêu cầu số bậc tự do ít hơn. Các robot hàn, sơn,…thường yêu cầu 6 bậc tự do. Trong một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hoá quỹ đạo,… người ta dùng robot với số bậc tự do lớn hơn 6. 2.3. Hệ toạ độ (Coordinate frames): Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp (joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một câu cơ bản đứng 15
yên. Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản được gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay toạ độ chuẩn). Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng. Trong từng thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay (hình 1.1). Các toạ độ suy rộng còn được gọi là các biến khớp. Hình 1.1 – Các toạ độ suy rộng của robot Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo quy tắc bàn tay phải: dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón sao cho ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa theo 3 phương vuông góc, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương và chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu thị phương và chiều của trục y (hình 1.2). Hình 1.2 – Qui tắc bàn tay phải Trong robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ toạ độ gắn trên khâu thứ n. Như vậy, hệ toạ độ cơ bản sẽ được ký hiệu là O 0, hệ toạ độ gắn trên các khâu trung gian tương ứng sẽ là O1, O2,…,On-1, hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là On. 2.4. Trường công tác của robot (Workspace or range of motion): Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của robot là toàn bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi robot thực hiện tất cả các chuyển động có thể. Trường công tác này bị ràng buộc bởi các thông số hình học của robot cũng như các ràng buộc cơ học của các khớp. Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của một robot như hình 1.3. 16
Hình 1.3 – Biểu diễn trường công tác của robot 3. Ứng dụng của robot công nghiệp: Mục tiêu: giới thiệu cho người học hiểu rõ tầm quan trọng và ứng dụng của robot công nghiệp trong sản xuất. Từ khi mới vừa ra đời robot công nghiệp được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy, các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt. Mục tiêu của việc ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Lợi thế của robot là làm việc không biết mệt mỏi, có khả năng làm trong mô trường phóng xạ độc hại, nhiệt độ cao,… Ngày nay, đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức độ tự động hoá và mức độ linh hoạt cao,… Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, trong quốc phòng, trong việc chinh phục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử,… Như vậy, robot công nghiệp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực bởi ưu điểm của nó, tuy nhiên nó chưa linh hoạt như con người nên cũng cần con người giám sát. * Bảo mật Bảo vệ là công việc khá nguy hiểm nên sẽ rất phù hợp nếu sử dụng robot công nghiệp. Hiện tại, các công ty chế tạo robot đang tiến hành ghép nối các vệ sĩ 17
robot với các chuyên gia tư vấn an ninh cho con người. Một công ty rất nổi tiếng trong lĩnh vực này là Knightscope ở Hoa Kỳ có robot an ninh tự động có khả năng hỗ trợ nhân viên an ninh với trí thông minh hành động theo thời gian thực. Những robot này có thể giúp chống lại các tội phạm như cướp có vũ trang, trộm cắp, bạo lực gia đình,… Hình 1.4. Robot an ninh của công ty Knightscope * Khám phá không gian Trong không gian có rất nhiều thứ nguy hiểm đối với các phi hành gia. Do đó, rô bốt là một lựa chọn tuyệt vời để giúp chúng ta có thể làm các công việc như: thu thập mẫu vật trên sao Hỏa, sửa chữa con tàu ngoài không gian, … Các tổ chức vũ trụ như NASA thường sử dụng robot và các phương tiện tự hành để làm những việc mà con người không thể. * Giải trí Robot cũng là một phần quan trọng của ngành công nghiệp giải trí. Mặc dù robot công nghiệp không thể trở thành diễn viên hay nghệ sĩ, nhưng chúng có thể được sử dụng đằng sau bối cảnh trong phim, cung cấp các hiệu ứng đặc biệt,… Các công viên giải trí như Disney World cũng đang sử dụng robot công nghiệp để nâng cao trải nghiệm cho khách hàng của họ. 18
* Chăm sóc sức khỏe Robot đã thay đổi rất nhiều việc chăm sóc sức khỏe. Chúng có thể giúp bác sĩ thực hiện các thao tác chính xác hơn, được sử dụng làm chân tay giả, cung cấp liệu pháp cho bệnh nhân,… Một ví dụ về điều này là robot da Vinci có thể giúp bác sĩ phẫu thuật thực hiện các ca phẫu thuật phức tạp liên quan đến tim, đầu, cổ và các khu vực nhạy cảm khác. Hình 1.5. Robot da Vinci hỗ trợ các bác sĩ phẫu thuật * Thăm dò dưới nước Robot là một lựa chọn tuyệt vời để khám phá những nơi mà con người không thể tiếp cận dễ dàng, đặc biệt đại dương. Càng xuống sâu áp lực nước acfng lớn, có nghĩa là con người không thể đi xuống được và các máy móc như tàu ngầm cũng chỉ có thể xuống một độ sâu nhất định. Do đó, các robot được thiết kế đặc biệt nhằm đáp ứng mục đích khám phá đáy đại dương ra đời. Những robot này được điều khiển từ xa và chúng có thể đi sâu vào lòng đại dương để thu thập dữ liệu và hình ảnh về đời sống động thực vật dưới đáy đại dương. * Sản xuất Có rất nhiều công việc lặp đi lặp lại và phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất mà không đòi hỏi phải sử dụng trí óc như hàn, lắp ráp, đóng 19
gói,… Do đó, các robot công nghiệp có thể được đào tạo để thực hiện các nhiệm vụ này, với độ chính xác cao. Tùy chọn này cũng tối ưu cho các quy trình sản xuất nguy hiểm, có thể gây hại cho con người. Hình 1.6. Cánh tay robot trong sản xuất – chế tạo ô tô * Quân đội Robot cũng có nhiều ứng dụng trong quân sự như máy bay không người lái, hệ thống vũ trang, đặc vụ Medicare,… Một số robot phổ biến được sử dụng trong lĩnh vực quân sự bao gồm MAARS, DOGO,… * Dịch vụ khách hàng Có những robot được phát triển để trông giống hệt con người với mục đích sử dụng trong lĩnh vực dịch vụ khách hàng. Một ví dụ như Nadine, một robot hình người ở Singapore có thể nhận ra người từ những lần trước, giao tiếp bằng mắt, bắt tay, trò chuyện,… 20