MĐ13 vận hành và bảo trì hệ thống robot

SỞ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI HÀ NỘI
TRƯỜNG TRUNG CẤP KINH TẾ - KỸ THUẬT BẮC THĂNG LONG

BÀI GIẢNG
MƠ ĐUN: LẮP ĐẶT, BẢO TRÌ HỆ THỐNG LẠNH
NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số …../QĐ-BTL ngày …./…../2021 của Hiệu
trưởng trường TC Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long)

Hà Nội, năm 2021


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

LỜI GIỚI THIỆU
Bài giảng nội bộ Vận hành và bảo trì hệ thống robot được biên soạn theo
chương trình đào tạo của trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long. Bài
giảng được ban hành với tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu phù hợp với đối tượng sử dụng.
Các kiến thức trong tồn bộ bài giảng có mối liên hệ logic chặt chẽ. Tuy nhiên, bài
giảng chỉ là một phần nhỏ nội dung của một ngành đào tạo, cho nên người dạy, người
học cần tham khảo thêm các tài liệu có liên quan đối với ngành học, để việc sử dụng
bài giảng có hiệu quả hơn.

Khi biên soạn bài giảng chúng tôi luôn gắng cập nhật các kiến thức mới
có liên quan đến mơn học và đối tượng sử dụng cũng như cố gắng gắn giữa nội
dung lý thuyết với những vấn đề thường gặp trong thực tế sản xuất và đời sống
để bài giảng có tính ứng dụng cao.
Nội dung bài giảng gồm 5 bài:
Bài 1. Tổng Quan về Robot
Bài 2. Cấu trúc của Robot công nghiệp

Bài 3. Hệ thống chuyển động của Robot
Bài 4. Lắp đặt và điều khiển Robot
Bài 5. Bảo trì, bảo dưỡng hệ thống Robot

Bài giảng được biên soạn dùng cho đối tượng học sinh ngành điện công
nghiệp và dân dụng, đồng thời cũng làm tài liệu tham khảo cho các ngành đào
tạo kỹ thuật khác, các kỹ thuật viên đang làm việc trong các doanh nghiệp thiết
bị điện, điện tử dân dụng.
Mặc dù, nhóm biên soạn đã rất cố gắng, tận tâm nhưng có thể vẫn khơng
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong đón nhận những ý kiến đóng góp từ phía
các chun gia, độc giả cuốn giáo trình hồn thiện hơn.
Cuối cùng chúng tơi xin chân thành cảm ơn những đóng góp ý kiến q
báu của các thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp trong bộ môn kỹ thuật công nghệ, cảm
ơn lãnh đạo khoa kỹ thuật công nghệ và nhà trường đã giúp đỡ và tạo điều kiện
để chúng tơi hồn thành cuốn tài liệu này.
Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2021
Tham gia biên soạn

Nguyễn Duy Huấn

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 2


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

MỤC LỤC
Bài 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
1.1. Lịch sử phát triển của Robot...........................................................................8
1.2. Các khái niệm về Robot................................................................................13
1.3. Phân loại Robot.............................................................................................18

1.4. Ứng dụng của Robot.....................................................................................26
Bài 2. CẤU TRÚC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP
2.1. Sơ đồ khối cấu trúc của robot.......................................................................32
2.2. Cấu trúc tay máy...........................................................................................36
2.3. Lắp đặt hệ thống truyền dẫn động.................................................................40
2.4. Lắp đặt hệ thống điều khiển..........................................................................47
2.5. Lắp đặt tay gắp robot....................................................................................50
Bài 3: Hệ thống chuyển động của Robot
3.1. Khái niệm chung...........................................................................................54
3.2. Phân loại.......................................................................................................56
3.3. Lắp đặt, vận hành robot di chuyển dùng bánh xe..........................................60
3.4. Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống chuyển động.............................................63
Bài 4: Lắp đặt và vận hành tay máy Robot
4.1. Quy trình lắp đặt...........................................................................................64
4.2. Lắp đặt và cài đặt các thông số.....................................................................68
4.3. Kiểm tra và vận hành....................................................................................73
Bài 5: Bảo trì hệ thống Robot
5.1. Vệ sinh và làm sạch bên ngồi......................................................................74
5.2. Kiểm tra xác định tình trạng hoạt động.........................................................74
5.3. Sửa chữa thay thế các thiết bị hỏng...............................................................75

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 3


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1 Lịch sử 4 cuộc cách mạng cơng nghiệp.................................................8
Hình 1.2 Động cơ hơi nước và tàu hỏa dùng hơi nước.......................................9
Hình 1.3 Máy phát điện của Werner von Siemens.............................................10

Hình 1.4 Chiếc bóng đèn do Thomas Edison chế tạo........................................11
Hình 1.5 Chiếc máy Macintosh đầu tiên được giới thiệu ngày 24.1.1984........12
Hình 1.6 Trí tuệ nhân tạo, máy móc sẽ sớm thay thế con người.........................12
Hình 1.7 Robot trinh sát hóa học của Việt Nam.................................................15
Hình 1.8 Viện nghiên cứu cơng nghệ Georgia (GTRI) của Mỹ...........................16
Hình 1.9 Robot thơng minh dần thay thế con người...........................................17
Hình 1.10 Hình dạng và nguyên lý của robot tọa độ vng góc........................18
Hình 1.11 Hình dạng và nguyên lý của robot tọa độ trụ.....................................19
Hình 1.12 Hình dạng và nguyên lý của robot tọa độ cầu...................................19
Hình 1.13 Hình dạng và nguyên lý của robot khớp bản lề................................19
Hình 1.14 Hình dạng và nguyên lý của robot SCADA........................................20
Hình 1.15 Robot AIBO........................................................................................22
Hình 1.16 Robot gắp - đặt...................................................................................23
Hình 1.17 Robot sơn đường dẫn liên tục............................................................23
Hình 1.18 Robot hàn...........................................................................................24
Hình 1.19 Robot khí nén.....................................................................................24
Hình 1.20 Robot thủy lực....................................................................................25
Hình 1.21 Robot di động.....................................................................................25
Hình 1.22 Robot tay máy....................................................................................26
Hình 1.23 Robot điều khiển................................................................................26
Hình 1.24 Robot trong dây chuyền lắp ráp ơ tơ..................................................27
Hình 1.25 Robot chiến đấu Gladiator của lực quân Mỹ.....................................27
Hình 1.26 Robot cứu thương trong quân đội......................................................28
Hình 1.27 Robot định vị trong phẩu thuật cột sống............................................28
Hình 1.28 Robot phục vụ....................................................................................29
Hình 1.29 Robot nhạc cơng................................................................................29
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 4


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Hình 2.1 Sơ đồ khối cấu trúc robot.....................................................................32
Hình 2.2 Cánh tay robot truyền động điện.........................................................33
Hình 2.3 Cánh tay robot truyền động khí nén.....................................................33
Hình 2.4 Hệ thống tay máy truyền động thủy lực trong máy xúc đào................33
Hình 2.5 Module cảm biến gia tốc ADXL345.....................................................34
Hình 2.6 Module cảm biến tốc độ IR FC-03.......................................................34
Hình 2.7 Cảm biến gia tốc MEMS......................................................................34
Hình 2.8 Module cảm biến góc nghiêng SW520.................................................35
Hình 2.9 Cảm biến góc nghiêng được dùng trên xe...........................................35
Hình 2.10 Các mạch vi điều khiển AVR.............................................................35
Hình 2.11 Các dạng tay gắp - kẹp.......................................................................36
Hình 2.12 Giao diện điều khiển cánh tay robot..................................................36
Hình 2.13 Các thành phần cơ bản của tay máy..................................................36
Hình 2.14 Cánh tay robot Mover4......................................................................37
Hình 2.15 Tay máy 6 bậc và 4 bậc tự do.............................................................38
Hình 2.16 Robot nhiều tay máy phẫu thuật ung thư đại trực tràng....................39
Hình 2.17 Phần xoay cổ tay của robot................................................................39
Hình 2.18 Sơ đồ và hình dạng động cơ điện một chiều kích từ độc lập.............41
Hình 2.19 Sơ đồ và hình dạng động cơ điện một chiều kích từ song song.........41
Hình 2.20 Sơ đồ và hình dạng động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.............41
Hình 2.21 Sơ đồ và hình dạng động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp............41
Hình 2.22 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ điện một chiều theo vị trí........42
Hình 2.23 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 3 pha theo vị trí.......................42
Hình 2.24 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 1 pha theo vị trí.......................43
Hình 2.25 Hệ truyền động thủy lực dạng động lực.............................................43
Hình 2.26 Hệ truyền động thủy lực dạng thể tích...............................................44
Hình 2.27 Xi lanh thủy lực..................................................................................44
Hình 2.28 Máy bơm thủy lực..............................................................................44
Hình 2.29 Các bộ nguồn thủy lực.......................................................................45

Hình 2.30 Robot dùng hệ truyền động thủy lực..................................................45
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 5


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Hình 2.31 Sơ đồ điều chỉnh áp suất cơ bản trong truyền động thủy lực............45
Hình 2.32 Tay máy gắp sản phẩm bằng khí nén.................................................46
Hình 2.33 Hệ thống khí nén truyền động thẳng..................................................46
Hình 2.34 Hệ thống khí nén truyền động quay...................................................46
Hình 2.35 Động cơ khí nén và động cơ điện khí nén..........................................47
Hình 2.36 Điều chỉnh áp suất khí nén bằng tay và bằng điện............................47
Hình 2.37 Các dịng vi xử lý, vi điều khiển 16 bits.............................................48
Hình 2.38 Dịng vi xử lý, điều khiển 32 bits........................................................48
Hình 2.39 Cảm biến vật cản (hồng ngoại)..........................................................48
Hình 2.40 Cảm biến nhiệt độ LM35....................................................................48
Hình 2.41 Mạch điều khiển arduino cho xe robot...............................................49
Hình 2.42 Sunfounder Diy cánh tay Robot Kit bộ điều khiển servo 4 trục.........49
Hình 2.43 Viết chương trình theo phần mềm mbot và đổ sang arduino.............49
Hình 2.44 Thực hành điều khiển tay máy trên mơ hình......................................50
Hình 2.45 : Robot dùng tay gắp 2 ngón kẹp.......................................................50
Hình 2.46 Robot dùng kiểu tay người.................................................................50
Hình 2.47 Tay gắp chân khơng...........................................................................51
Hình 2.48 Tay gắp khí nén..................................................................................51
Hình 2.49 Tay gắp thủy lực.................................................................................52
Hình 2.50 Tay gắp điện.......................................................................................52
Hình 3.1 Cách xác định hệ tọa độ cơ bản...........................................................54
Hỉnh 3.2 Hệ tọa độ cơng cụ trên Robot..............................................................55
Hình 3.3 Khớp quay và khớp tịnh tiến...............................................................56
Hình 3.4 Con quay hồi chuyển............................................................................56

Hình 3.5 Robot di chuyển dùng bánh xe.............................................................57
Hình 3.6 Robot di chuyển dùng bánh xích..........................................................57
Hình 3.7 Robot di chuyển dùng chân..................................................................58
Hình 3.8 Robot bay (khơng người lái)................................................................58
Hình 3.9 Robot di chuyển trong mơi trường nước..............................................59
Hình 3.10 Các dạng khác của robot...................................................................59
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 6


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Hình 3.11 Các thành phần cấu tạo của robot Mbot............................................60
Hình 3.12 Lắp ráp khung xe, động cơ chuyển động và bánh xe.........................60
Hình 3.13 Lắp ráp các cảm biến và trụ đồng.....................................................61
Hình 3.14 Lắp ráp bảng điều khiển mCore.........................................................61
Hình 3.15 Lắp ráp hộp pin điện tử......................................................................62
Hình 3.16 Lắp ráp hộp pin 2A............................................................................62
Hình 3.17 Kết nối các bộ phận với bảng điều khiển...........................................62
Hình 3.18 Điều khiển từ xa của robot Mbot.......................................................63
Hình 4.1 Các loại động cơ điện trong kỹ thuật robot.........................................65
Hình 4.2 Kit vi xử lý ARM9.................................................................................66
Hình 4.3 Kit điều khiển L293D và Mạch cầu H đảo chiều động cơ...................66
Hình 4.4 Các loại cảm biến thường gặp.............................................................67
Hình 4.5 Các phần gia cơng cơ khí....................................................................68
Hình 4.6 Lắp ráp phần khung robot....................................................................69
Hình 4.7 Lắp ráp khung tay................................................................................69
Hình 4.8 Kết nối Arduino với SSC-32 servo controller......................................69
Hình 4.9 Vị trí lắp đặt các servo.........................................................................69
Hình 4.10 Board mạch nguồn 5V để ni servo.................................................70
Hình 4.11 Lập trình điều khiển động cơ với mBlock..........................................70

Hình 4.12 Kiểm tra các chức năng tay máy robot..............................................73
Hình 5.1 Bảo trì bảo dưỡng robot.......................................................................74
Hình 5.2 Sửa chữa robot.....................................................................................76

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 7


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Bài 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Mục tiêu :
- Trình bày được lịch sử phát triển và các khái niệm về robot.
- Trình bày được cách phân loại và ứng dụng của robot.
- Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập.
Nội dung:
1.1. Lịch sử phát triển của Robot
Trở về lịch sử của quá trình phát triển ngành cơng nghiệp có thể thấy sự
phát triển cơng nghiệp đã trải qua bốn giai đoạn chính, từ những máy móc đơn
giản nhất cho đến những máy móc tinh vi, thơng minh và phức tạp nhất.

Hình 1.1 Lịch sử 4 cuộc cách mạng công nghiệp
Giai đoạn I: Diễn ra vào khoảng cuối thế kỉ 18 và đầu thế kỉ 19.
Cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu bằng sự phát triển sản xuất hàng
hóa của ngành cơng nghiệp dệt.
Sau đó, thương mại phát triển thuận lợi cho sự ra đời của kênh đào giao
thông và đường sắt. Động cơ hơi nước đưa đến gia tăng năng suất lao động đột
biến. Sự phát triển của máy móc trong hai thập kỉ đầu của thế kỉ 19 đưa đến sự
chế tạo máy móc phục vụ cho các ngành sản xuất khác.

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 8

Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Hình 1.2 Động cơ hơi nước và tàu hỏa dùng hơi nước
James Watt (19 tháng 1 năm 1736 – 19 tháng 8 năm 1819) là nhà phát
minh người Scotland và là một kỹ sư đã có những cải tiến cho máy hơi nước mà
nhờ đó đã làm nền tảng cho cuộc Cách mạng cơng nghiệp. Ơng đưa ra khái
niệm mã lực và đơn vị SI của năng lượng watt được đặt theo tên ông.
Năm 1705 Niucômanh đã phát minh ra máy hơi nước Niucômanh. Watt
phát hiện máy hơi nước Niucômanh tuy được dùng rộng rãi nhưng nó có rất
nhiều điểm cần được cải tiến vì hơi nước chưa được sử dụng triệt để.
Năm 1759 bạn của Watt, John Robison, kêu gọi sự chú ý của ông đến việc
sử dụng hơi nước làm nguồn động lực. Thiết kế động cơ Newcomen, được sử
dụng gần 50 năm trong việc bơm nước từ các mỏ, hầu như không thay đổi từ ản
đầu tiên. Watt bắt đầu thí nghiệm với hơi nước mặc dù ông chưa bao giờ thấy
động cơ hơi nước hoạt động. Ơng đã cố gắng xây dựng một mơ hình. Nó khơng
làm việc tốt, nhưng ơng vẫn tiếp tục thí nghiệm và bắt đầu đọc tất cả mọi thứ mà
ông ta có thể tìm hiểu về chủ đề này. Ơng đã nhận ra tầm quan trọng của nhiệt
ẩn trong việc tìm hiểu động cơ, mà ông không biết rằng bạn ông Joseph Black
đã phát hiện ra vài năm trước đó.
Năm 1782, ông cho ra đời chiếc máy hơi nước mới đúng như ơng đã suy
nghĩ: Máy tiêu hao than ít, hiệu suất làm việc cao. Thành công phát minh ra loại
máy hơi nước này đã làm cho máy hơi nước Niucômanh trở nên q lạc hậu
khơng cịn chỗ đứng chân.

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 9


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Máy hơi nước do Watt phát minh nhanh chóng được sử dụng rộng rãi.
Tàu thuyền, tàu hỏa dùng máy móc hơi nước đua nhau ra đời, cơng nghiệp tồn
thế giới nhanh chóng bước vào "thời đại máy hơi nước".
Giai đoạn II: Bắt đầu khoảng thập kỉ 1850 và kéo dài đến đầu thập kỉ 1900.
Đến cuối thế kỉ 19 nổi bật của cách mạng công nghiệp là động cơ đốt trong
và máy móc sử dụng điện.
Năm 1820: nhà hóa học Đan Mạch Hans Christian Ørsted phát hiện ra
hiện tượng điện từ. Nguyên lý chuyển đổi từ năng lượng điện sang năng lượng
cơ bằng cảm ứng điện từ được nhà khoa học người Anh là Michael Faraday
phát minh năm 1821. Ông cơng bố kết quả thí nghiệm của ơng về chuyển
động quay điện từ, gồm chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường và
chuyển động của nam châm quanh 1 dây dẫn.
Năm 1822: Peter Barlow phát triển ra bánh xe Barlow.
Năm 1828: động cơ điện đầu tiên sử dụng nam châm điện cho cả rotor và
stator được phát minh bởi Ányos Jedlink (nhà khoa học người Hungary), sau đó
ơng đã phát triển động cơ điện có cơng suất đủ để đẩy được một chiếc xe.
Năm 1834: Thomas Davenport chế tạo ra động cơ chỉnh lưu.
Năm 1838: động cơ điện công suất 220 W được dùng cho thuyền chế tạo
bởi Hermann Jacobi.
Năm 1866: Werner von Siemens sáng chế ra máy phát điện.

Hình 1.3 Máy phát điện của Werner von Siemens
Năm 1978, Edison cùng đội ngũ kỹ sư tài năng của ông mới chính thức
nghiên cứu để sản xuất bóng đèn. Loại bóng đèn của Edison cùng đội ngũ kỹ sư
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 10


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

của ông nghiên cứu và phát triển cũng tương tự như của Swan, cho dịng điện đi
qua sợi dây tóc bóng đèn trong mơi trường chân khơng để phát sáng. Edison
mới đầu dùng Platin để làm dây tóc bóng đèn, nhưng khơng khả thi vì Platin q
đắt. Edison thử nghiệm mọi vật liệu có thể: từ tơ, da, nút bần, thậm chí cả tóc…,
cuối cùng cũng tìm ra vật liệu thích hợp đó chính là sợi các bon được chế ra từ
thân cây tre. Cuối năm 1879, Edison cũng đã thành cơng và đăng ký bản quyền
phát minh của mình ở Mỹ.

Hình 1.4 Chiếc bóng đèn do Thomas Edison chế tạo
Nhưng đến năm 1904, hai nhà khoa học người Hungari là Alexander
Friedrich Just và Franjo Hanaman đã có cải tiến vượt bậc. Họ dùng Vonfram
làm dây tóc bóng đèn, sáng hơn nhiều và có tuổi thọ cao hơn hẳn.
Sau đó vài năm, các nhà khoa học lại có sáng kiến bơm khí trơ vào bên
trong bóng đèn, thay cho việc hút chân khơng. Việc này vừa giúp bóng đèn sáng
hơn, lại làm hạn chế sự bay hơi của Vonfram làm đỡ bám vào mặt trong bóng
đèn, giúp bóng đèn khơng bị đen. Đây chính là chiếc bóng đèn mà chúng ta vẫn
đang sử dụng ngày nay.
Giai đoạn III: Bắt đầu khoảng năm 1969 khi các tiến bộ về điện tử xuất
hiện. Q trình này cơ bản hồn thành nhở những thành tựu khoa học công
nghệ cao. Năm 1997 khi cuộc khủng hoảng tài chính Á Châu nổ ra thì đồng
thời cũng kết thúc gia đoạn thứ ba.

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 11


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Hình 1.5 Chiếc máy Macintosh đầu tiên được giới thiệu ngày 24.1.1984
Giai đoạn IV: Bắt đầu vào đầu thế kỉ 21. Nó được hình thành trên căn bản
của những cơng nghệ mới như ROBOT, NANO, Trí tuệ nhân tạo,... Hiện tại thế

giới đang ở trong giai đoạn đầu của cách mạng cộng nghiệp thứ tư. Đây là cơ
hội quan trọng để các nước đang phát triển tiến lên để theo kịp thế giới hiện đại.

Hình 1.6 Trí tuệ nhân tạo, máy móc sẽ sớm thay thế con người
(Theo nhóm nhà nghiên cứu tại Viện Tương lai Nhân loại
thuộc Đại học Oxford và Đại học Yale nhận định)

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 12


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

1.2. Các khái niệm về Robot
Các khái niệm về robot sẽ được đề cập đến trong phần này như: Robots,
IR - Industrial Robot, Robotic, Android.
1.2.1 Robot:
 Vào năm 1921, từ “Robot” xuất hiện trong vở kịch “Rossum’s Universal
Robots” của nhà viết kịch viễn tưởng người Sec, Keral Capek. Trong vở kịch
này, ông dùng từ “Robot”, biến thể của từ gốc “Rabota”, để gọi một thiết bị lao
công do con người (nhân vật Rossum) tạo ra.
 Vào những năm 40 nhà văn viễn tưởng Nga, Issac Asimov, mô tả robot
là một chiếc máy tự động, mang diện mạo của con người, được điều khiển bằng
một hệ thống thần kinh Positron, do chính con người lập trình. Và đặt ra 3
ngun tắc cơ bản cho robot:
1- Robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con
người.
2- Hoạt động của robot phải tuân theo các quy tắc do con người đặt ra.
Các quy tắc này không được vi phạm nguyên tắc thứ nhất.
3- Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình, nhưng khơng được vi
phạm hai ngun tắc trước.

 Các nguyên tắc cơ bản trên dần trở thành nền tảng cho việc thiết kế
robot. Từ sự hư cấu của khoa học viễn tưởng, robot dần dần được giới kỹ thuật
hình dung như những chiếc máy đặc biệt, được con người phóng tác theo
cấu tạo và hoạt động của chính mình, dùng để thay thế con người làm một số
cơng việc xác định.
 Để hồn thành nhiệm vụ đó, robot cần có khả năng cảm nhận các thơng
số trạng thái của môi trường và tiến hành các hoạt động tương tự con người.
 Khả năng hoạt động của robot được đảm bảo bởi hệ thống cơ khí gồm cơ
cấu vận động để đi lại và cơ cấu hành động để có thể làm việc. Việc thiết kế và
chế tạo hệ thống này thuộc lĩnh vực khoa học về cơ cấu truyền động, chấp hành
và vật liệu cơ khí.
 Chức năng cảm nhận, gồm thu nhận tín hiệu về trạng thái môi trường và
trạng thái của bản thân hệ thống, do các cảm biến (cảm biến ) và các thiết bị liên
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 13


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

quan thực hiện. Hệ thống này được gọi là hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu,
hay đơn giản là hệ thống cảm biến.
 Muốn phối hợp hoạt động của hai hệ thống trên, đảm bảo cho robot có
thể tự điều chỉnh "Hành vi" của mình và hoạt động theo đúng chức năng quy
định trong điều kiện môi trường thay đổi, trong robot phải có hệ thống điều
khiển. Xây dựng các hệ thống điều khiển thuộc phạm vi điện tử, kỹ thuật điều
khiển và công nghệ thông tin.
 Robot cịn có những cách định nghĩa khác như sau:
Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 định nghĩa robot 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 cơng nghiệp tự động."

Từ điển Cambridge trực tuyến định nghĩa robot rằng: "Đó là một loại
máy có thể thực hiện những cơng việc một cách tự động bằng sự điều khiển của
máy tính".
 Người máy hay Robot là công cụ cơ điện tử, thủy lực, nhân tạo, ảo,...
thay thế con người trong công nghiệp hay môi trường nguy hiểm. Robot cịn là
cơng cụ để giúp con người giải trí, tìm hiểu khoa học.
 Nhật Bản hiện nay là nước có số lượng robot dùng trong sản xuất công
nghiệp nhiều nhất thế giới, khoảng hơn 70% trong tổng số chừng 300.000 robot
cơng nghiệp trên tồn thế giới. Người Nhật có quan niệm dễ dãi hơn về robot,
theo họ “robot là bất cứ thiết bị nào có thể thay thế cho lao động của con người”.
Trong công nghiệp Nhật Bản, những robot hay tay máy được điều khiển
bằng cam cũng được liệt vào hàng ngũ robot. Theo đó, Hiệp Hội robot Công
nghiệp Nhật Bản (JIRA - Japan Industrial Robot Association) đã phân loại robot
thành sáu hạng, từ những tay máy do con người trực tiếp điều khiển từng động
tác đến những robot thơng minh được trang bị trí tuệ nhân tạo:
1- Robot hoạt động nhờ người điều khiển trực tiếp từng động tác, bằng
bảng điều khiển (panen).
2- Robot hoạt động theo chu trình cố định (fixed sequence robots).
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 14


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

3- Robot hoạt động theo chu trình thay đổi được (variable sequence
robots): người điều khiển có thể dễ dàng chỉnh sửa trình tự hoạt động.
4- Robot hoạt động theo chương trình và lặp lại chương trình (playback
robots): người điều khiển có thể lập trình cho robot trong chế độ huấn luyện
(teaching mode).
5- Robot điều khiển theo chương trình số (numerically controlled robots).
6- Robot thơng minh intelligent robots): robot có thể hiểu, nhận biết và

tương tác với môi trường xung quanh.
Ngày nay, khái niệm về robot đã mở rộng hơn khái niệm nguyên thuỷ rất
nhiều. Sự phỏng tác về kết cấu, chức năng, dáng vẻ của con người là cần thiết
nhưng khơng cịn ngự trị trong kỹ thuật robot nữa. Kết cấu của nhiều robot khác
xa với kết cấu các bộ phận của cơ thể người và chúng cũng có thể thực hiện
được những việc vượt xa khả năng của con người.
1.2.2 Robotic:
- Robotics là một khoa học liên ngành, gồm cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều
khiển và cơng nghệ thơng tin. Được hiểu là một ngành khoa học có nhiệm vụ
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các robot và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực
khoa học, kỹ thuật, kinh tế, quốc phịng và dân sinh.

Hình 1.7 Robot trinh sát hóa học của Việt Nam
- Theo thuật ngữ hiện nay, robot là sản phẩm của ngành cơ - điện tử. Việc
sản sinh ra robot thống nhất ở một điểm: thực hiện hoài bão của con người, là
tạo ra thiết bị thay thế con người trong những công việc như:
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 15


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

1- Các công việc lặp đi lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên
vật liệu, lắp ráp, lau cọ nhà,...
2- Trong môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm: khoảng không vũ trụ, trên
chiến trường, dưới nước sâu, trong lòng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ cao,...
3- Những việc địi hỏi độ chính xác cao, như thơng tắc mạch máu hoặc
các ống dẫn trong cơ thể, lắp ráp các cấu tử trong vi mạch,...
1.2.3 IR – Industrial Robot:
- Thuật ngữ Industrial Robot (Robot công nghiệp) lần đầu xuất hiện ở Mỹ
do công ty AMF(American Machine and Foundary company) quảng cáo mơ tả

một thiết bị mang dáng dấp và có một số chức năng như tay người được.
- Như định nghĩa chung về robot đã nêu, khơng có gì giới hạn phạm vi
ứng dụng robot, nhưng hầu hết các robot hiện có đều đang được dùng trong
cơng nghiệp. Chúng có đặc điểm riêng về kết cấu, chức năng, đã được thống
nhất hóa, thương mại hóa rộng rãi.
- Trên hết, kỹ thuật tự động hóa (TĐH) trong cơng nghiệp đã đạt tới trình
độ rất cao: khơng chỉ TĐH các q trình vật lý mà cả các q trình xử lý thơng
tin. Vì vậy, TĐH trong cơng nghiệp tích hợp cơng nghệ sản xuất, kỹ thuật điện,
điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động trong đó có TĐH nhờ máy tính.

Hình 1.8 Viện nghiên cứu công nghệ Georgia (GTRI) của Mỹ
Hiện nay, trong cơng nghiệp tồn tại 3 dạng tự động hóa (TĐH):
+ TĐH cứng (Fixed Automation): Được hình thành dưới dạng các thiết bị hoặc
dây chuyền chun mơn hố theo đối tượng (sản phẩm). Nó được ứng dụng có
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 16


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

hiệu quả trong điều kiện sản xuất hàng khối với sản lượng rất lớn các sản phẩm
cùng loại.
+ TĐH mềm (Proqrammable Automation): Được ứng dụng chủ yếu trong sản
xuất loạt nhỏ, loạt vừa, đáp ứng phần lớn nhu cầu sản phẩm công nghiệp. Hệ
thống thiết bị dạng này là các thiết bị vạn năng điều khiển số, cho phép dễ dàng
lập trình lại để có thể thay đổi chủng loại (tức là thay đổi quy trình cơng nghệ
sản xuất) sản phẩm.
+ TĐH linh hoạt (Flexible Automation): Là dạng phát triển của TĐH khả
trình. Nó tích hợp cơng nghệ sản xuất với kỹ thuật điều khiển bằng máy tính,
cho phép thay đổi đối tượng sản xuất mà không cần (hoặc hạn chế) sự can thiệp
của con người. TĐH linh hoạt được biểu hiện dưới 2 dạng: Ô sản xuất linh hoạt

(Flexible Manufacturing Cell - FMC) và hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible
Manufacturing System - FMS).
1.2.4 Android:
Về mặt định nghĩa thì nó giống như định nghĩa về robot đã nêu, nhưng
khác nhau ở chỗ Android chỉ những robot mang hình dáng con người, với đầy
đủ các đặc điểm chính như tay, chân, đầu và có trí thơng minh nhân tạo (A.I).

Hình 1.9 Robot thông minh dần thay thế con người
1.3. Phân loại Robot
Trong cơng nghiệp có 4 yếu tố chính để phân loại robot là: Theo không
gian làm việc, theo thế hệ robot, theo bộ điều khiển và theo nguồn dẫn động.
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 17


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

 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).
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
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.
 Robot tọa độ vng góc (cartesian robot):
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 1.10 Hình dạng và nguyên lý của robot tọa độ vng góc
 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.

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 18


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

Hình 1.11 Hình dạng và nguyên lý của robot tọa độ trụ
 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 1.12 Hình dạng và nguyên lý của robot tọa độ cầu
 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 tương tác với nhau. Ba bậc chuyển động cơ
bản gồm ba trục quay.

Hình 1.13 Hình dạng và nguyên lý của robot khớp bản lề
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 19

Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

SCARA là viết tắt của Selective Compliance Assembly/Articulated Robot
Arm). Hầu hết các robot SCARA đều dựa trên cấu trúc nối tiếp, có nghĩa là động
cơ đầu tiên phải mang tất cả các động cơ khác. Kiến trúc robot SCARA đôi cánh
tay, thì hai động cơ được cố định ở đáy.

Hình 1.14 Hình dạng và nguyên lý của robot SCADA

 Phân loại theo thế hệ
 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 cơng 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 khơng thay đổi chương trình được.
- Sử dụng phổ biến trong công việc gắp - đặt (pick and place).
 Robot thể hiện thứ hai
Trong trường hợp này robot được trang bị các bộ cảm biến 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 thơng tin về mơi trường bên ngồi như trạng
thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà robot phối hợp,

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 20

Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

nhiệt độ của môi trường... 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 (cảm biến - 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 trước.
- Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các cơng cụ như bàn
phím, panen điều khiển.
 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 tốn 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 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 phịng 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 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.
- 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.
 Robot thế hệ thứ tư
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 21


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

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 mơ hình tính tốn xác định trước nhằm tạo ra những ứng
xử phù hợp với điều kiện của mơi 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 tương đối lớn để giải các bài tốn tối
ưu với điều kiện biên khơng được xác định trước. Kết quả của bài toán sẽ là một
tập hợp các tín hiệu điều khiển các đáp ứng của robot.
 Robot thế hệ thứ năm
Là những robot trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent robot).

Hình 1.15 Robot AIBO
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... 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 tương thích với tín hiệu nhận được
từ mơi trường theo những thuật toán tối ưu một hay nhiều mục tiêu đồng thời.
Hiện nay trong lĩnh vực giải trí, nhiều dạng robot thế hệ này đang được
phát triển như robot Aibo - chú chó robot của hãng Sony hay robot đi trên hai
chân và khiêu vũ được của hãng Honda.

 Phân loại theo bộ điều khiển
 Robot gắp - đặt:
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 22


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

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 1.16 Robot gắp - đặt
 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 1.17 Robot sơn đường dẫn liên tục

 Phân loại robot theo nguồn dẫn động
 Robot dùng nguồn cấp điện

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 23


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

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, DC servo, 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.

Hình 1.18 Robot 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 1.19 Robot khí nén
 Robot dùng nguồn thuỷ lực

Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 24


Trường Trung cấp Kinh tế - Kỹ thuật Bắc Thăng Long

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 cơdầu. robot loại này được sử dụng trong các ứng
dụng có tải trọng lớn

Hình 1.20 Robot thủy lực

 Phân theo tính năng của robot
 Robot di động
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 1.21 Robot di động
 Tay máy
Bài giảng: Vận hành và bảo trì hệ thống robotTrang 25