ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP Đề tài Tính toán thiết kế Robot 5 bậc tự do chỉ sử dụng khớp quay

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Sinh viên:

Nguyễn Tuấn Anh _ K185520114219
Nguyễn Văn Quang_k185520114144
Đào Anh Minh_k185520114137

Lớp:
Giáo Viên Hướng Dẫn:

54CĐT.03
Th.s NGÔ VĂN AN

THÁI NGUYÊN_2021

1|Page


Khoa Cơ Khí

Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Bộ môn Cơ điện tử

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

o0o
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ROBOT CÔNG NGHIỆP

Sinh viên thực hiện :

Nguyễn Tuấn Anh
MSSV : K185520114219
Nguyễn Văn Quang
MSSV : K185520114144
Đào Anh Minh
MSSV : K185520114137

Lớp : K54 CĐT.03
Giáo viên hướng dẫn : NGƠ VĂN AN
Đề tài : Tính tốn thiết kế Robot 5 bậc tự do chỉ sử dụng khớp quay
Nhiệm vụ bao gồm :
1. Tổng quan về đối tượng thiết kế.
2. Giải quyết bài tốn động học, động lực học.
3. Mơ phỏng động học quá trình làm việc.
4. Thiết kế và mô phỏng robot bằng 1 phần mềm thiết kế solidworks.
Ngày giao đề : 30/02/2021

Ngày hoàn thành: 30/5/2021


TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NGÔ VĂN AN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.............................................................................................
Thái Nguyên, ngày … tháng … năm
2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngô Văn An


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.............................................................................................
Thái Nguyên, ngày … tháng … năm
2021 GIÁO VIÊN CHẤM


LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan rằng đồ án này hồn tồn do chúng em tự tìm hiểu,
tự làm theo sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy Giáo Ngơ Văn An. Các nội dung,
kết quả trong đồ án này là trung thực và hồn tồn chưa được cơng bố dưới bất kì
hình thức nào.
Trong đồ án có sử dụng kiến thức, các nhận xét, đánh giá cũng như các
thông số của các tác giả, cơ quan tổ chức mà chúng em tham khảo từ nhiều nguồn
khác nhau, được ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên không liên quan đến
những vi phạm bản quyền, quyền tác giả do chúng em gây ra trong quá trình thực
hiện đồ án.

Sinh viên thực hiện
NGUYỄN TUẤN ANH
NGUYỄN VĂN QUANG
ĐÀO ANH MINH


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật, ngành điều khiển học và tự động hố đã có những
bước tiến quan trọng. Q trình đó góp phần khơng nhỏ vào việc tăng năng suất lao động, giảm giá thành,
tăng chất lượng và độ đồng đều về chất lượng, đồng thời tạo điều kiện cải thiện môi trường làm việc của
con người, đặc biệt trong công việc có độ an tồn lao động thấp hoặc có tính độc hại cao. Ngày nay, các
khái niệm " dây chuyền sản xuất tự động hay "robot" " người máy - tay máy" đã trở nên quen thuộc đối
với mọi người.

Ở nước ta lĩnh vực robot đã được nghiên cứu ở các trường đại học và trong các viện nghiên cứu và
đã đặt nên móng cho sự phát triển của ngành khoa học non trẻ này ở Việt Nam. Trong công nghiệp Việt
Nam, robot cũng được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất của nhà máy nhằm nâng cao năng suất,
hiệu quả lao động và chế tạo các sản phẩm có độ chính xác cao.
Ta có thể khái qt định nghĩa robot theo cách nhìn của cơ học là một chuỗi động mỗi khâu được
ghép với nhau bởi các khớp nối, hoạt động linh hoạt nhờ hệ dẫn động. Các cơ cấu tác động này có thể
hoạt động phối hợp với nhau để thực hiện những công việc phức tạp dưới sự điều khiển củamột bộ phận
có cấu tạo như máy tính, cịn gọi là những bộ điều khiển PC -based. Với những đặc điểm về cấu tạo và
hoạt động thì robot thường được sử dụng trong các hệ thống sản xuất linh hoạt dạng workcell (FMS Flexoble Manufacturing Systems) và các hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM – Computer
Integrated Manufacturing). Càng ngày các dây chuyền sản xuất tự động có sử dụng robot thay thế dần các
dây chuyền sản xuất tự động với chương trình hoạt động “cứng” trước đây.
Tiến bộ công nghệ trong những năm gần đây đó dẫn đến sự phát triển thiết bị điều khiển
logic lập trình (PLC) và tạo ra mét cuộc cách mạng trong lĩnh vực điều khiển ROBOT. Vì vậy
việc áp dụng PLC vào điều khiển robot là không thể thiếu trong nền công nghiệp hiện đại.
Chúng em là những sinh viên nhận đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ:
- Ứng dụng PLC điều khiển ROBOT công nghiệp
Được sự hướng dẫn của thầy NGÔ VĂN AN, chúng em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế robot 5
bậc tự do chỉ sử dụng khớp quay” , với sự nỗ lực cố gắng của các thành viên trong nhóm và sự chia sẻ
đóng góp ý kiến của bạn bè cùng lớp, chúng em cơ bản đã hoàn thiện nhiệm vụ được giao. Song, trong
quá trình làm đồ án, do trình độ cịn hạn chế vì vậy khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, khuyết điểm,
chúng em mong nhận được sự chỉ bảo góp ý và bổ sung của các thầy cơ để bản đồ án của chúng em được
hoàn chỉnh và đầy đủ hơn.


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................... 6
MỤC LỤC................................................................................................................. 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU...................................................................................... 8
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................... 8

Chương 1: TỔNG QUAN........................................................................................10

1.1 Tổng quan về Robot công nghiệp................................................ 10
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4

Lịch sử phát triển......................................................................................... 10
Cấu trúc chung của robot công nghiệp....................................................... 10
Phân loại robot công nghiệp........................................................................10
Ứng dụng của robot..................................................................................... 19

Chương 2: ĐỘC HỌC ROBOT................................................................................22
2.1 : Tổng hợp cấu trúc động học.............................................................................. 22

2.1.1 Bài toán động học thuận.................................................................................. 22
2.1.2 Động học ngược robot.....................................................................................29
Kết luận.....................................................................................................................32
Chương 3: QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT.......................................33
3.1 Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian làm việc................................33
3.2 Cở sở nội suy quỹ đạo trong không gian khớp..................................................33
3.3 Nội suy quỹ đạo trong không gian khớp............................................................ 34
Kết luận.....................................................................................................................45
Chương 4: KẾT CẤU ROBOT HÀN VẬT............................................................. 46
4.1 Mô phỏng robot 5 bậc tự do hàn vật trên phầm mềm vẽ 3D solidworks..........46
4.2 Kết cấu robot hàn vật.......................................................................................... 49
Kết luận.....................................................................................................................54

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Bảng D-H robot.....................................................................................25
Bảng 2.2 Tọa độ vị trí làm việc và biến khớp......................................................31

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Robot tọa độ vng góc........................................................................11
Hình 1.2 Robot tọa độ trụ.....................................................................................11
Hình 1.3 Robot tọa độ cầu....................................................................................12
Hình 1.4 Robot khớp bản lề.................................................................................12
Hình 1.5 Robot thế hệ thứ năm............................................................................14
Hình 1.6 Robot gắp- đặt.......................................................................................15
Hình 1.7 Robot đường dẫn liên tục......................................................................15
Hình 1.8 Robot hàn...............................................................................................16
Hình 1.9 Robot dùng nguồn thủy lực...................................................................17
Hình 1.10 Robot di động......................................................................................17
Hình 1.11 Tay máy (manipulator)........................................................................18
Hình 1.12 Haptics (điều khiển từ xa)...................................................................18
Hình 1.13 Robot gắp vật.......................................................................................20
Hình 1.14 Robot hàn hồ quang Kuka...................................................................20
Hình 1.15 Robot gắp và đặt Kuka........................................................................21
Hình 2.1 Nhập dữ liệu đâu vào cho bài tốn trên excel.......................................31
Kết luận.................................................................................................................32
Hình 3.1 Các điểm chốt trong quỹ đạo làm việc.................................................33
Hình 3.2 Sự thay đổi của biến khớp q1 theo thời gian........................................40
Hình 3.3 Sự thay đổi của biến khớp q2 theo thời gian........................................41
Hình 3.4 Sự thay đổi của biến khớp q3 theo thời gian........................................42
Hình 3.5 Sự thay đổi của biến khớp q4 theo thời gian........................................43


Hình 3.6 Sự thay đổi của biến khớp q5 theo thời gian........................................44

Nhận xét................................................................................................................45
Hình 4.1 Chức năng CAD....................................................................................47
Hình 4.2 Chức năng CAE.....................................................................................48
Hình 4.3 Chức năng CAM....................................................................................49
Hình 4.4 Phần đế...................................................................................................50
Hình 4.5 Phần thân...............................................................................................51
Hình 4.6 Phần cánh tay.........................................................................................52
Hình 4.7 Phần cánh tay.........................................................................................52
Hình 4.8 Phần cánh tay.........................................................................................53
Hình 4.9 Phần tay hàn..........................................................................................53
Hình 4.10 Tay máy robot......................................................................................54
Kết luận.................................................................................................................54


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP.

1.1 Tổng quan về Robot công nghiệp.
1.1.1 Lịch sử phát triển.
Từ thời cổ xưa con người đã mong muốn tạo ra những vật giống mình để bắt chúng phục vụ mình
nhưng phải thoả mãn ba nguyên tắc cơ bản sau:
- Robot không được xúc phạm can người và không gây tổn hại do con người.
- Hoạt động của robot phải tuân theo các quy tắc do con người đặt ra, | quy tắc này khơng vi phạm
ngun tắc thứ nhất.
• Một robot phải bảo vệ sự sống của mình nhưng khơng vi phạm hai nguyên tắc trên.
Các nguyên tắc trên trở thành nền tảng cho việc thiết kế robot, bổ sung lưu cấu này khoa học viễn tưởng
robot được giới kỹ thuật hình dung như chiếc máy đặc biệt để thay thế mình trong một số công việc lặp đi
lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc, vận chuyển, lắp ráp, trong môi trường khắc nghiệt như ngồi khoảng
khơng vị trố, trong lịng đất, lị phản ứng hạt nhân...
Sản phẩm đầu tiên có tên gọi người máy công nghiệp là verstran của công ty Mỹ, cũng vào khoảng
thời gian này Mỹ xuất hiện một loại người máy tminate : 1900 dùng đầu tiên trong kĩ nghệ ôtô, tiếp theo

Mỹ và các nước khác cũng bắt đầu sản xuất ra người máy công nghiệp như Anh, Thuỵ Điển, Nhật, Đức,
Italia... Cùng theo bản quyền của Mỹ các nước trên thế giới đã chạy đua sản xuất robot công nghiệp năm
1967 trường đại học tổng hợp Stanford Mỹ đã hoàn thành người máy hoạt động theo mắt và chân, có khả
năng định hướng và nhận biết bằng bàn kẹp năm 1974 công ty cineinnati của Mỹ đã đưa ra người máy
điều khiển bằng máy tính gọi là người máy T3, người máy này có khả năng nâng được vật có khối lượng
40kg và vật nâng chuyển trên băng tải. Vào những năm 80 do áp dụng rộng dãi các tiến bộ khoa học như
vi xử lý và tin học, người máy gia tăng và giá thành cũng giảm.

1.1.2 Cấu trúc chung của Robot công nghiệp.
Một Robot công nghiệp được cấu thành bởi các hệ thống sau:
-

-

Tay máy là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành cánh tay để tạo các chuyển
động cơ bản, cổ tay tạo lên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay (End Effector) để trực tiếp hoàn
thành các thao tác trên đối tượng.
Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực của các cơ cấu
chấp hành là động cơ các loại: điện, thủy lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng.
Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác. Các robot cần
hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và các sensor
ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường.

Hệ thống điều khiển (controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát và điều khiển hoạt
động của robot.


1.1.3 Phân loại robot công nghiệp.
- Theo không gian làm việc
1. Robot tọa độ vng góc

Robot loại này có ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục
vng góc. Khơng gian làm việc của nó có dạng hình hộp chữ nhật. Cấu hình này được sử dụng
khi không gian làm việc lớn hoặc khi cần sự chính xác nhất quán được mong đợi từ robot.

Hình 1.1
2.Robot toạ độ trụ (cylindrical robot)
Robot có ba bậc chuyển động cơ bản gồm hai trục chuyển động tịnh tiến và một trục quay

Hình 1.2

3.Robot toạ độ cầu (spherical robot)


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 khơng gian hoạt động theo tọa độ
hình cầu.

HÌNH 1.3: Sơ đồ và ngun lý robot cầu

4.Robot khớp bản lề (articular robot)
Một robot khớp nối (khớp bản lề) là một robot với các khớp quay. Các robot khớp nối có thể bao
gồm từ cấu trúc hai khớp đơn giản đến các hệ thống có 10 khớp hoặc nhiều khớp hơn tƣơng tác với nhau.
Ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trục quay, cả kiểu robot SCARA

Hình 1.4


+Phân loại theo thế hệ
Theo quá trình phát triển của robot, ta có thể chia ra theo các mức độ sau đây:

1.Robot thế hệ thứ nhất
Bao gồm các dạng robot hoạt động lặp lại theo một chu trình khơng thay đổi (playback robots),
theo chương trình định trước. Chương trình ở đây cũng có hai dạng; chương trình “cứng” thì khơng 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.
Đặc điểm:
•

Sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tác giới hạn hành trình.

•

Điều khiển vịng hở.

•

Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lỗ để đưa chương trình vào bộ điều khiển, tuy nhiên
loại này không thay đổi chương trình được.

•

Sử dụng phổ biến trong cơng việc gắp – đặt (pick and place).
2.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 khơng gian của robot cũng như những thông tin
về môi trường bên ngồi 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 tốn thích
hợp để điều khiển robot thực hiện những thao tác xử lý phù hợp.
Nói cách khác, đây cũng là robot với điều khiển theo chương trình nhưng có thể tự điều chỉnh hoạt

động thích ứng với những thay đổi của mơi trường thao tác. Dạng robot với trình độ điều khiển này cịn
được gọi là robot được điều khiển thích nghi cấp thấp. Robot thế hệ này bao gồm các robot sử dụng cảm
biến trong điều khiển (sensor – controlled robots) cho phép tạo được những vịng điều khiển kín kiểu
servo.
Đặc điểm:
•

Điều khiển vịng kín các chuyển động của tay máy.

•

Có thể tự ra quyết định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phản hồi từ cảm biến
nhờ các chương trình đã được cài đặt từ trƣớc.

•

Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các cơng cụ như bàn phím, pa-nen điều khiển.
3.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
thơng tin và tác động của môi trƣờng lên chúng; nhờ đó robot tự biết phải làm gì để hồn thành được
công việc đã được đặt ra cho chúng.


Hiện nay cũng đã có nhiều cơng bố về những thành tựu trong lĩnh vực điều khiển này trong các
phòng thí nghiệm và được đưa ra thị trường dưới dạng những robot giải trí có hình dạng của các động vật


máy. Robot thế hệ này bao gồm các robot được trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển

(Vision – controlled robots) cho phép nhìn thấy và nhận dạng các đối tượng thao tác.
Đặc điểm:
•

Có những đặc điểm như loại trên và điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý thông tin thu nhận
được từ hệ thống thu nhận hình ảnh (Vision systems – Camera).

•

Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình dạng và kích
thước khá khác biệt nhau.

4. Robot thế hệ thứ tư

Bao gồm các robot sử dụng các thuật tốn và cơ chế điều khiển thích nghi (adaptively controlled
robot) được trang bị bước đầu khả năng lựa chọn các đáp ứng tn theo một mơ hình tính tốn xác định
trước nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với điều kiện của môi trường thao tác.
Đặc điểm:
•

Có những đặc điểm tương tự như thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng tự động lựa chọn
chương trình hoạt động và lập trình lại cho các hoạt động dựa trên các tín hiệu thu nhận được
từ cảm biến.

•

Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tượng đối lớn để giải các bài toán tối ưu với điều kiện biên
không được xác định trước. Kết quả của bài tốn sẽ là một tập hợp các tín hiệu điều khiển các
đáp ứng của robot.

5. Robot thế hệ thứ năm

Là tập hợp những robot được trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent robot)
Đặc điểm:
•

Robot được trang bị các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, xác
định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc, v.v… để ra quyết định và giải quyết các
vấn đề hoặc nhiệm vụ đặt ra cho nó.

•

Robot được trang bị mạng Neuron có khả năng tự học.

•

Robot được trang bị các thuật toán dạng Neuron Fuzzy/Fuzzy Logic để tự suy nghĩ và ra
quyết định cho các ứng xử tượng thích với những tín hiệu nhận được từ mơi trường theo
những thuật tốn tối ưu một hay nhiều mục tiêu đồng thời.

Hình 1.5
15 | P a g e


+ Phân loại theo bộ điều khiển
1. Robot gắp - đặt
Robot này thường nhỏ và sử dụng nguồn dẫn động khí nén.
Bộ điều khiển phổ biến là bộ điều khiển lập trình (PLC) để thực hiện điều khiển vịng hở. Robot
hoạt động căn cứ vào các tín hiệu phản hồi từ các tiếp điểm giới hạn hành trình cơ khí đặt trên các trục
của tay máy.

Hình 1.6: Robot gắp- đặt
2.Robot đường dẫn liên tục
Robot loại này sử dụng bộ điều khiển servo thực hiện điều khiển vịng kín. Hệ thống điều khiển
liên tục là hệ thống trong đó robot được lập trình theo một đường chính xác. Trong hệ thống điều khiển
này, đường dẫn được biểu điễn bằng một loạt các điểm rời rạc gần nhau và được lưu vào bộ nhớ robot,
sau đó robot sẽ thực hiện lại chính xác đường dẫn đó.

Hình 1.7: Robot đường dẫn liên tục

+Phân loại robot theo nguồn dẫn động
1. Robot dùng nguồn cấp điện

Nguồn điện cấp cho robot thường là DC để điều khiển động cơ DC. Hệ thống dùng nguồn AC cũng
được chuyển đổi sang DC.


Các động cơ sử dụng thường là động cơ bước, động cơ DC servo, động cơ AC servo. Robot loại
này có thiết kế gọn, chạy êm, định vị rất chính xác. Các ứng dụng phổ biến là robot sơn, hàn.
Robot dùng nguồn khí nén Hệ thống cán được trang bị máy nén, bình chứa khí và động cơ kéo máy
nén. Robot loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy là các xy-lanh
khí nén thực hiện chuyển động thẳng và chuyển động quay. Do khí nén là lưu chất nén được nén robot
loại này thường sử dụng trong các thao tác gắp đặt khơng cần độ chính xác cao.

Hình 1.8: Robot hàn
2. Robot dùng nguồn khí nén

Hệ thống cán được trang bị máy nén, bình chứa khí và động cơ kéo máy nén. Robot loại này
thường được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy là các xy-lanh khí nén thực hiện
chuyển động thẳng và chuyển động quay. Do khí nén là lƣu chất nén đƣợc nén robot loại này thường sử

dụng trong các thao tác gắp đặt khơng cần độ chính xác cao.
3. Robot dùng nguồn thuỷ lực

Nguồn thuỷ lực sử dụng lưu chất không nén được là dầu ép. Hệ thống cần trang bị bơm để tạo áp
lực dầu. Tay máy là các xy – lanh thuỷ lực chuyển động thẳng và quay động cơ dầu. robot loại này được
sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn.


Hình 1.9: Robot dùng nguồn thủy lực

+Phân theo tính năng robot
1. Robot di động (mobile robot)

Là các robot mà trong đó nhiệm vụ chủ yếu của nó là di chuyển định vị, tìm đường đi tối ưu và vẽ
lại bản đồ

Hình 1.10

2. Tay máy (manipulator)

Là các robot hoạt động như những cánh tay con người. Động từ manipulate trong tiếng Anh nghĩa
là điều khiển cánh tay. Do đó, một con robot hoạt động như một cánh tay người để cầm nắm, sắp xếp, di
chuyển, tương tác với đồ vật được gọi là tay máy (manipulator).


Hình 1.11
3. Haptics (điều khiển từ xa)

Có thể hiểu đó là khi con người tương tác với các vật thông qua một hệ thống trung gian. Một đầu
bên kia là một robot, hoặc một thiết bị nào đó, đầu cịn lại, con người cằm nắm và điều khiển. Thì cái thiết

bị mà con người cắm nắm trực tiếp đó được gọi là Haptics Devices. Trong một hệ thống như vậy. Ln
ln có hai thành phần, thành phần chủ master = haptics, thành phần tớ slave = robot.

Hình 1.12
Các loại robot cơng nghiệp đều chung mục đích là phục vụ con người. Với sự phát triển công nghệ
vượt bậc như hiện nay, robot sẽ là nguồn lao động thay thế đầy hiệu quả và tiện nghi.


1.1.4 Ứng dụng của Robot.
1. Việc sử dụng robot công nghiệp tự động hóa nhằm tiết giảm chi phí, cải thiện chất lượng môi trường
lao động
Các vấn đề liên quan đến nhân cơng như tiền lương, chi phí tuyển dụng, đào tạo, các chi phí ràng
buộc khác khi sử dụng lao động thực sự làm doanh nghiệp đau đầu, ảnh hưởng hiệu quả của doanh
nghiệp.
Sử dụng robot làm giảm thiểu các nguy cơ tai nạn lao động, giúp doanh nghiệp dễ dàng tuân thủ
các quy tắc hay các tiêu chuẩn về an tồn lao động.
2. Robot cơng nghiệp đảm bảo tính đồng nhất và tăng chất lượng sản phẩm
Ứng dụng robot tự động hóa có thể sản xuất các sản phẩm hàng loạt, có tính đồng nhất và chất
lượng cao hơn, do máy móc ln hoạt động với tính chính xác, lặp lại liên tục, khơng có các hiện tượng
mất tập trung, buồn chán, mệt mỏi, thái độ… như sử dụng sức lao động của con người.
3. Sử dụng robot tự động hóa trong cơng nghiệp giúp tăng năng suất
Khả năng làm việc của robot là bền bỉ, không cần nghỉ ngơi và là giải pháp tối ưu để tăng sản
lượng sản xuất. Chu trình sản xuất được lập trình tối ưu, hoạt động của robot liên tục không gián đoạn.

4. Tăng tính linh hoạt trong sản xuất
Dây chuyền sản xuất trong cơng nghiệp ứng dụng robot tự động hóa được lập trình thơng qua bộ
điều khiển nên rất dễ dàng chuyển từ chế độ này sang chế độ khác, dễ dàng thay đổi quy trình, thay đổi
chủng loại sản phẩm và tối ưu hố các cơng đoạn hoạt động.
5. Tiết kiệm nguyên nhiên vật liệu và hạ giá thành sản phẩm
Ứng dụng robot trong sản xuất giúp giảm thiểu các sản phẩm lỗi, hỏng. Các công đoạn sản xuất

luôn đảm bảo tính chính xác, chuẩn mực nên nguyên nhiên vật liệu hao phí, rơi vãi được hạn chế rất
nhiều. Tăng sản lượng, giảm hao phí đương nhiên sẽ hạ giá thành sản phẩm.
6. Nâng cao hiệu quả đầu tư của doanh nghiệp
– Robot được ứng dụng đồng nghĩa với việc tính tốn tối ưu hóa quy trình sản xuất, tiết kiệm khơng
gian, từ đó giảm nhu cầu sử dụng đất, giảm chi phí đầu tư hạ tầng, nhà xưởng.
7. Nâng cao uy tín thương hiệu, tăng sức cạnh tranh của doanh nghiệp
– Ứng dụng robot tự động hóa với hàng loạt các lợi ích nêu trên sẽ giúp doanh nghiệp đáp ứng chính xác
tiến độ, chất lượng sản phẩm theo yêu cầu của khách hàng. Quá trình vận hành sản xuất giảm thiểu các
sai sót, từ đó giúp doanh nghiệp nâng cao uy tín thương hiệu và tăng sức cạnh tranh.


Hình 1.13

Hình 1.14


Hình 1.15


CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC ROBOT.
2.1 : Tổng hợp cấu trúc động học.

Yêu cầu công nghệ và nhiệm vụ đặt ra là hàn vật thì robot 5 bậc tự do là đảm bảo được u cầu. Vì
ngồi độ linh động thì robot này còn dễ dàng dàng điều khiển và lặp lại chính xác .
Robot hàn vật có 5 bậc tự do bao gồm các khớp xoay. Mỗi khớp xoay được dẫn động bởi một động
cơ và được điều khiển bởi hệ thống điều khiển PLC .
2.1.1 Bài toán động học thuận.
Bài toán động học thuận: Đây là bài toán cho trước chương trình chuyển động dưới dạng quan hệ hàm
qi(t) của các biến khớp, ta cần phải xác định quy luật biến đổi của các tham số động học đặc trưng cho
chuyển động của các khâu. Việc giải bài toán thuận của động học robot chủ yếu nhằm thiết lập phương

trình động học robot và xác định vị trí của tay kẹp.
a, Phương pháp Denavit- Hartenberg.
Cơ sở của phương pháp Denavit-Hartenberg (D-H).
Theo DH, tại mỗi khớp ta gắn một hệ trục toạ độ, quy ước về cách đặt hệ toạ độ này như sau:
Trục zi được liên kết với trục của khớp thứ i+1. Chiều của z được chọn tuỳ ý.
i
Trục

xi được xác định là đường vng góc chung giữa trục khớp i và khớp i+1, hướng từ điểm

trục của khớp

i

tới khớp i+1. Nếu hai trục song song thì xi có thể chọn bất kỳ là đường vng góc

chung hai trục khớp. Trong trường hợp hai trục này cắt nhau,

zi × zi+1
Trục

yi

( hoặc quy tắc bàn tay phải).
được xác định theo xi và zi theo quy tắc bàn tay phải.

xi được xác định theo chiều của


Các thông số động học Denavit – Hartenberg được xác định như sau:

di : khoảng cách Oi-1 và Oi theo trục zi-1.

θi : góc giữa 2 đường vng góc chung. Là góc quay quanh trục zi-1 để trục xi-1 chuyển đến trục xi theo
qui tắc bàn tay phải.

αi : góc xoay đưa trục zi-1về zi quanh zi theo quy tắc bàn tay phải.
ai

: khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau.

b, Đặt bài toán.

Nx

Sx

Ax

Px

Ny

Sy

Ay

Py

Nz

Sz

Az

Pz


Biết giá trị các biến khớp qi (i = 1, 2,

0

0

0

1

3, 4, 5) cần phải xác định vị trí và hướng

của tay kẹp, tức là xác đinh ma trận T
2
3
4
T=A0 1.A1 .A
.A
2
3 .A4 = 5

c, Đặt các hệ trục tọa độ.

-

Chọn O0x0y0z0 làm hệ cơ sở gốc.

-

+ Tâm O0 trùng với tâm khớp 1.
+ z0 trùng với trục khớp 1, chiều tùy ý.
+ x0 tùy chọn,miễn là x0 vng góc với z0.
+ y0 được chọn sao cho hệ tạo thành một tam diện thuận.
Hệ trục tọa độ Oixiyizi :

-

+ zi đặt tại khớp tiếp theo tương tự z0.
+ xi là đường vng góc chung nhỏ nhất nối từ zi-1 đến zi ( chiều
từ zi-1 đến zi ).
+ Oi là giao điểm của xi và zi.
+ yi xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Hệ trục tọa độ đặt tại khâu tác động cuối Onxnynzn
+ On trùng với điểm P.
+ yn nằm trong mặt phẳng kẹp, vng góc với phương kẹp,chiều
tùy ý.
+ zn (hoặc xi ) hướng tới đối tượng.
+ trục cịn lại là xn (hoặc zn): vng góc với
mặt phẳng kẹp, chiều đảm bảo hệ tạo thành
một tam diện thuận.

- Quy tắc D-H quy ước cách đặt các hệ tọa độ lên Robot
- Quy tắc D-H sử dụng 4 phép biến đổi để đưa hệ tọa độ Oi về trùng với hệ tọa

độ Oi+1.
• R(z,q) là phép quay quanh trục zi một góc α để đưa trục tọa độ
xi về trùng với xi+1.
•

T(z,d) là phép tịnh tiến theo phương z một
lượng d để 2 hệ tọa độ Oi và Oi+1 có cùng
cao độ.

•

T(x,a) là phép tịnh tiến theo phương xi+1 một lượng a để hệ tọa
độ Oi về trùng với Oi+1 .

•

R(x,α) là phép quay quanh trục xi+1 một góc β để đưa trục tọa
độ zi về trùng với zi+1.