ROBOT CÓ C U TRÚC SONG SONGẤ
1.1 Gi i thi u chung :ớ ệ
Xu t phát t nhu c u và kh năng linh ho t hóa trong s n xu t,ấ ừ ầ ả ạ ả ấ
các c c u Robot cũng ngày càng phát tri n r t đa d ng và phongơ ấ ể ấ ạ
phú. Trong nh ng th p niên g n đây, Robot c u trúc song songữ ậ ầ ấ
đ c Gough và Whitehall nghiên c u năm 1962 và s chú ý ngượ ứ ự ứ
d ng c a Robot c u trúc song song đã đ c kh i đ ng b i Stewartụ ủ ấ ượ ở ộ ở
vào năm 1965. Ông là ng i cho ra đ i m t bu ng (phòng) t p láiườ ờ ộ ồ ậ
máy bay d a trên c c u song song. Hi n nay c c u song songự ơ ấ ệ ơ ấ
đ c s d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh v c.ượ ử ụ ộ ề ự
Lo i Robot song song đi n hình g m có bàn máy đ ng đ cạ ể ồ ộ ượ
n i v i giá c đ nh, d n đ ng theo nhi u nhánh song song hay cònố ớ ố ị ẫ ộ ề
g i là s chân. Th ng s chân b ng s b c t do, đ c đi u khi nọ ố ườ ố ằ ố ậ ự ượ ề ể
b i ngu n phát đ ng đ t trên giá c đ nh ho c ngay trên chân. Chínhở ồ ộ ặ ố ị ặ
lý do này mà các Robot song song đôi khi g i là các Robot có b .ọ ệ
Các c c u tác đ ng đi u khi n t i ngoài, nên c c u ch p hànhơ ấ ộ ề ể ả ơ ấ ấ
song song th ng có kh năng ch u t i l n.ườ ả ị ả ớ
Do tính u vi t c a Robot song song nên ngày càng thu hútư ệ ủ
đ c nhi u nhà khoa h c nghiên c u, đ ng th i cũng đ c ngượ ề ọ ứ ồ ờ ượ ứ
d ng ngày càng r ng rãi vào nhi u lĩnh v c:ụ ộ ề ự
+ Ngành V t lý : Giá đ kính hi n vi, giá đ thi t b đo chínhậ ỡ ể ỡ ế ị
xác.
+ Ngành C khí : Máy gia công c khí chính xác,máy công c .ơ ơ ụ
+ Ngành B u chính vi n thông : Giá đ Ăngten, v tinh đ aư ễ ỡ ệ ị
tĩnh.
+ Ngành ch t o ôtô : ế ạ H th ngệ ố th t i l p ôtô, bu ng t p láiử ả ố ồ ậ
ôtô.
+ Ngành quân s : Robot song song đ c dùng làm b đ nự ượ ệ ỡ ổ
đ nh đ c đ t trên tàu th y, các công trình th y, trên xe, trên máyị ượ ặ ủ ủ
bay, trên chi n xa và tàu ng m. Đ gi cân b ng cho ăngten,ế ầ ể ữ ằ
camera theo dõi m c tiêu, cho rada,cho các thi t b đo laser, b nụ ế ị ệ ổ
đ nh cho pháo và tên l a, bu ng t p lái máy bay, xe tăng, tàu chi n.ị ử ồ ậ ế
1.2 M t s u nh c đi m c a Robot song song:ộ ố ư ượ ể ủ
Nhìn chung, t t c các l ai Robot có c u trúc song song đ uấ ả ọ ấ ề
có nhi u u đi m và có th đ c ng d ng trong nhi u lĩnh v c, cácề ư ể ể ượ ứ ụ ề ự
b mô hình máy bay, các khung đ ki n trúc có kh p n i đi u ch nh,ộ ỡ ế ớ ố ề ỉ
các máy khai thác m ...ỏ
- u đi m :Ư ể
+ Kh năng ch u t i cao: các thành ph n c u t o nh h n nênả ị ả ầ ấ ạ ỏ ơ
kh i l ng c a các thành ph n cũng nh h n.ố ượ ủ ầ ỏ ơ
+ Đ c ng v ng cao do k t c u hình h c c a chúng:ộ ứ ữ ế ấ ọ ủ
Tât c các l c tác đ ng đ ng th i đ c chia s cho t tả ự ộ ồ ờ ượ ẻ ấ
c các chân.ả
C u trúc đ ng h c m t cách đ c bi t c a các kh p liênấ ộ ọ ộ ặ ệ ủ ớ
k t cho phép chuy n t t c các l c tác d ng thành cácế ể ấ ả ự ụ
l c kéo/nén c a các chân.ự ủ
+ Có th th c hi n đ c các thao tác ph c t p và h at đ ngể ự ệ ượ ứ ạ ọ ộ
v i đ chính xác cao: v i c u trúc song song, sai s ch ph thu cớ ộ ớ ấ ố ỉ ụ ộ
vào sai s d c tr c c a các c m c c u chân riêng l và các sai số ọ ụ ủ ụ ơ ấ ẻ ố
không b tích lũy.ị
+ Có th thi t k các kích th c khác nhau.ể ế ế ở ướ
+ Đ n gi n hóa các c c u máy và gi m s l ng ph n t doơ ả ơ ấ ả ố ượ ầ ử
các chân và kh p n i đ c thi t k s n thành các c m chi ti t tiêuớ ố ượ ế ế ẵ ụ ế
chu n.ẩ
+ Cung c p kh năng di đ ng cao trong quá trình làm vi c doấ ả ộ ệ
có kh i l ng và kích th c nh g n.ố ượ ướ ỏ ọ
+ Các c c u ch p hành đ u có th đ nh v trên t m n n.ơ ấ ấ ề ể ị ị ấ ề
+ T m ho t đ ng c a Robot c c u song song r t r ng t vi cầ ạ ộ ủ ơ ấ ấ ộ ừ ệ
l p ráp các chi ti t c c nh t i các chuy n đ ng th c hi n các ch cắ ế ự ỏ ớ ể ộ ự ệ ứ
năng ph c t p, đòi h i đ chính xác cao nh : phay, khoan, ti n, hàn,ứ ạ ỏ ộ ư ệ
l p ráp...ắ
+ Các Robot c c u song song làm vi c không c n b đ vàơ ấ ệ ầ ệ ỡ
có th di chuy n t i m i n i trong môi tr ng s n xu t. Chúng có thể ể ớ ọ ơ ườ ả ấ ể
làm vi c ngay c khi trên thuy n và treo trên tr n, t ng ...ệ ả ề ầ ườ
+ Giá thành c a các Robot song song ng d ng trong gia côngủ ứ ụ
c khí ít h n so v i máy CNC có tính năng t ng đ ng.ơ ơ ớ ươ ươ
- Nh c đi m:ượ ể
Tuy nhiên các Robot song song cũng có nh ng nh c đi m nh tữ ượ ể ấ
đ nh khi so sánh v i các Robot chu i nh :ị ớ ỗ ư
+ Kho ng không gian làm vi c nh và khó thi t k .ả ệ ỏ ế ế
+ Vi c gi i các bài toán đ ng h c, đ ng l c h c ph c t p...ệ ả ộ ọ ộ ự ọ ứ ạ
+ Có nhi u đi m suy bi n (kỳ d ) trong không gian làm vi c.ề ể ế ị ệ
1.3 C u trúc Robot song song:ấ
1.3.1 C u trúc c c u :ấ ơ ấ
Cũng nh các Robot thông th ng, Robot song song là lo iư ườ ạ
Robot có c u trúc vòng kín trong đó các khâu (d ng thanh) đ c n iấ ạ ượ ố
v i nhau b ng các kh p đ ng.ớ ằ ớ ộ
S đ đ ng c c u tay máy thông th ng là m t chu i n i ti pơ ồ ộ ơ ấ ườ ộ ỗ ố ế
các khâu đ ng, t khâu ra (là khâu tr c ti p th c hi n thao tác côngộ ừ ự ế ự ệ
ngh ) đ n giá c đ nh. Còn trong Robot song song, khâu cu i đ cệ ế ố ị ố ượ
n i v i giá c đ nh b i m t s m ch đ ng h c, t c là n i song songố ớ ố ị ở ộ ố ạ ộ ọ ứ ố
v i nhau và cũng ho t đ ng song song v i nhau. S khác nhau vớ ạ ộ ớ ự ề
s đ đ ng đó cũng t o nên nhi u đ c đi m khác bi t v đ ng h cơ ồ ộ ạ ề ặ ể ệ ề ộ ọ
và đ ng l c h c.ộ ự ọ
1.3.2 Khâu, kh p, chu i đ ng và máy trong c c u Robot songớ ỗ ộ ơ ấ
song:
- Khâu : Là ph n có chuy n đ ng t ng đ i v i ph n khác trong cầ ể ộ ươ ố ớ ầ ơ
c u.ấ
Chúng ta coi t t c các khâu là các v t r n. Đi u đó làm choấ ả ậ ắ ề
vi c nghiên c u các c c u, Robot đ c d dàng và đ n gi n h n.ệ ứ ơ ấ ượ ễ ơ ả ơ
Tuy nhiên, v i các c c u t c đ cao ho c mang t i l n thì hi nớ ơ ấ ố ộ ặ ả ớ ệ
t ng đàn h i c a v t li u tr nên quan tr ng đáng k và chúng taượ ồ ủ ậ ệ ở ọ ể
ph i xét đ n.ả ế
- Kh p ớ: Là ch n i đ ng gi a hai khâu.ỗ ố ộ ữ
Tùy theo c u trúc, m i kh p h n ch m t s chuy n đ ng gi aấ ỗ ớ ạ ế ộ ố ể ộ ữ
hai khâu. B m t ti p xúc c a m i khâu t i kh p g i là m t thànhề ặ ế ủ ỗ ạ ớ ọ ộ
ph n kh p. Hai thành ph n kh p t o thành m t kh p đ ng. Kh pầ ớ ầ ớ ạ ộ ớ ộ ớ
đ ng có th phân thành kh p th p và kh p cao tùy thu c vào d ngộ ể ớ ấ ớ ộ ạ
ti p xúc.ế
+ Kh p th p: N u hai thành ph n ti p xúc là m t.ớ ấ ế ầ ế ặ
+ Kh p cao: N u hai thành ph n ti p xúc là đi m ho c đ ng.ớ ế ầ ế ể ặ ườ
Có 6 lo i kh p th p và hai lo i kh p cao c b n th ng dùngạ ớ ấ ạ ớ ơ ả ườ
trong các c c u máy và các Robot, đó là:ơ ấ
+ Kh p quay (Revolute Joint - R) : Kh p đ l i chuy n đ ngớ ớ ể ạ ể ộ
quay c aủ
khâu này đ i v i khâu khác quanh m t tr c quay. Nghĩa là kh pố ớ ộ ụ ớ
quay h nch 5 kh năng chuy n đ ng gi a hai thành ph n kh p vàạ ế ả ể ộ ữ ầ ớ
có m t b c t do . Kh p quay th ng đ c g i là kh p quay b n l .ộ ậ ự ớ ườ ượ ọ ớ ả ề
+ Kh p lăng tr (Prismatic Joint - P) : Cho phép hai khâu tr tớ ụ ượ
trên nhau theo m t tr c. Do đó, kh p lăng tr h n ch 5 kh năngộ ụ ớ ụ ạ ế ả
chuy n đ ng t ng đ i gi a hai khâu và có m t b c t do. Ng i taể ộ ươ ố ữ ộ ậ ự ườ
cũng th ng g i kh p lăng tr là kh p t nh ti n.ườ ọ ớ ụ ớ ị ế
+ Kh p tr (Cylindrical Joint - C) : Cho phép hai chuy n đ ngớ ụ ể ộ
đ c l p, g m m t chuy n đ ng quay quanh tr c và chuy n đ ngộ ậ ồ ộ ể ộ ụ ể ộ
t nh ti n d c tr c quay. Do đó, kh p tr h n ch 4 kh năng chuy nị ế ọ ụ ớ ụ ạ ế ả ể
đ ng gi a hai khâu và có hai b c t do.ộ ữ ậ ự
+ Kh p ren (Helical Joint - H) : Cho phép chuy n đ ng quayớ ể ộ
quanh tr c đ ng th i t nh ti n theo tr c quay. Tuy nhiên chuy nụ ồ ờ ị ế ụ ể
đ ng t nh ti n ph thu c vào chuy n đ ng quay b i b c c a renộ ị ế ụ ộ ể ộ ở ướ ủ
vít. Do đó, kh p ren h n ch 5 chuy n đ ng t ng đ i hai khâu vàớ ạ ế ể ộ ươ ố
còn l i m t b c t do.ạ ộ ậ ự
+ Kh p c u (Spherical Joint - S) : Cho phép th c hi n chuy nớ ầ ự ệ ể
đ ng quay gi a hai thành ph n kh p quanh tâm c u theo t t c cácộ ữ ầ ớ ầ ấ ả
h ng, nh ng không có chuy n đ ng t nh ti n gi a hai thành ph nướ ư ể ộ ị ế ữ ầ
kh p này. Do đó, kh p c u h n ch 3 kh năng chuy n đ ng và cóớ ớ ầ ạ ế ả ể ộ
ba b c t do.ậ ự
+ Kh p ph ng (Plane Joint - E) : Cho hai kh năng chuy nớ ẳ ả ể
đ ng t nh ti n theo hai tr c trong m t ti p xúc và m t kh năng quayộ ị ế ụ ặ ế ộ ả
quanh tr c vuông góc v i m t ph ng ti p xúc. Do đó, kh p ph ngụ ớ ặ ẳ ế ớ ẳ
h n ch 3 b c t do và có ba b c t do.ạ ế ậ ự ậ ự
+ Kh p bánh răng ph ng (Gear Pair - G) : Cho hai bánh răngớ ẳ
ăn kh p v i nhau. Các m t răng ti p xúc đ y nhau, chúng th ngớ ớ ặ ế ẩ ườ
tr t trên nhau. Do đó, kh p bánh răng ph ng h n ch 4 kh năngượ ớ ẳ ạ ế ả
chuy n đ ng t ng đ i gi a hai thành ph n kh p, còn l i hai b c tể ộ ươ ố ữ ầ ớ ạ ậ ự
do.
+ Kh p cam ph ng (Cam Pair - Cp) : T ng t nh kh p bánhớ ẳ ươ ự ư ớ
răng, hai thành ph n kh p luôn ti p xúc v i nhau. Do đó, kh p camầ ớ ế ớ ớ
ph ng có hai b c t do.ẳ ậ ự
Kh p quay, kh p lăng tr , kh p tr , kh p ren, kh p c u và kh pớ ớ ụ ớ ụ ớ ớ ầ ớ
ph ng là các kh p th p. Kh p bánh răng ph ng và kh p cam ph ngẳ ớ ấ ớ ẳ ớ ẳ
là các kh p cao.ớ
- Chu i đ ng ỗ ộ : Là t p h p các khâu đ c n i v i nhau b ng cácậ ợ ượ ố ớ ằ
kh p đ ng. Robot n i ti p có c u trúc chu i h , còn Robot songớ ộ ố ế ấ ỗ ở
song có c u trúc là chu i kín. Chu i đ ng h c đ c g i là c c u khiấ ỗ ỗ ộ ọ ượ ọ ơ ấ
m t trong các khâu là giá c đ nh. Trong c c u có th có m t ho cộ ố ị ơ ấ ể ộ ặ
nhi u khâu đ c n đ nh là khâu d n v i các thông s cho tr c. Sề ượ ấ ị ẫ ớ ố ướ ự
chuy n đ ng c a các khâu d n là đ c l p, s chuy n đ ng c a cácể ộ ủ ẫ ộ ậ ự ể ộ ủ
khâu khác s ph thu c vào chuy n đ ng c a khâu d n. C c u làẽ ụ ộ ể ộ ủ ẫ ơ ấ
m t thi t b truy n chuy n đ ng t m t hay nhi u khâu d n t i cácộ ế ị ề ể ộ ừ ộ ề ẫ ớ
khâu khác.