Luận văn điện tử Điều khiển tay máy 3 bậc tự do dùng thị giác máy tính

Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
PHẦN A
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
1
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Trong thời đại ngày nay, ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền
kinh tế. Từ những ngành như sản xuất, chế biến lương thực thực phẩm, nước uống cho
đến các ngành công nghệ chế tạo máy, công nghệ chế tạo ôtô, các ngành công nghệ
cao v.v…Tất cả những ngành đó có được hiệu quả kinh tế cao không ít nhờ vào các hệ
thống sản xuất tự động, những Robot tự động, những tay máy công nghiệp, chúng đã
thay thế sức lao động con người một cách hiệu quả nhất. Robot được sử dụng rộng rãi
từ những nơi mà môi trường có tính độc hại, nguy hiểm, độ chính xác cao trong công
nghiệp cho đến các công việc hằng ngày. Do vậy Robot có tầm quan trọng rất lớn và là
một trong những lĩnh vực nghiên cứu hàng đầu trong thời đại ngày nay.
Là sinh viên chuyên ngành điện tử tự động, để bổ sung những kiến thức đã học
cũng như nghiên cứu những vấn đề mới trong lĩnh vực điều khiển nên chúng em quyết
định chọn đề tài “Điều khiển tay máy 3 bậc tự do dùng thị giác máy tính”. Thông
qua luận văn chúng em sẽ khảo sát, nghiên cứu và điều khiển tay máy 3 bậc tự do để
gắp vật cố định trên mặt phẳng nhờ sự trợ giúp bởi Camera xác định tọa độ vật.
Để điều khiển tay máy có thể dùng vi xử lý, vi điều khiển hoặc PLC kết hợp với
mạch công suất, mạch cảm biến Song thực tế cho thấy nếu xử lý ảnh dùng Camera
số bằng vi điều khiển hoặc PLC thì rất khó thực hiện, tốc độ xử ảnh chậm và giá thành
cao. Chúng em đã chọn phương pháp dùng máy tính để xử lý ảnh và điều khiển tay
máy thông qua PLC. Mọi việc dễ dàng hơn nhiều và MATLAB trở thành phần mềm
hữu hiệu để thực hiện theo cách trên. MATLAB tích hợp nhiều công cụ cho nhiều lĩnh
vực trong đó có hai Toolbox cần thiết là: Image Processing Toolbox cho việc xử lý
ảnh và OPC Toolbox cho việc kết nối PLC.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn đúng thời hạn nhưng trong quá trình
thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng
góp ý kiến từ quý Thầy cô và các bạn để đề tài của chúng em ngày càng hoàn thiện
hơn.

Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
2
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
PHẦN B
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
1.1 Lý thuyết PLC S7-200
Lý thuyết PLC thì rất rộng nên trong chương này chúng em chỉ trình bày những
khái niệm cơ bản và những phần lý thuyết liên quan PLC S7-200 loại CPU 224 được
sử dụng trong luận văn.
1.1.1 Giới thiệu PLC S7-200:
Trong hệ thống tự động thường gặp những thiết bị làm việc theo nguyên tắc
tuần tự, tuân theo những quy luật được thiết kế sẵn với tín hiệu vào nằm hai mức có và
không như contact, relay, mạch định thời. Các hệ thống này sẽ có sơ đồ phức tạp, độ
tin cậy kém, đáp ứng không nhanh, dễ hỏng v.v…Từ những năm 70 để đáp ứng nhu
cầu thực tế sản xuất, các mạch điều khiển bằng relay, bộ định thời đã không còn phù
hợp, do đó bộ điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller – PLC) ra
đời. Các PLC đời đầu chỉ thực hiện các phép tính logic, tín hiệu vào là tín hiệu rời rạc.
Hiện nay PLC còn thực hiện được các phép tính số học, logic và làm việc với tín hiệu
vào là tín hiệu liên tục. PLC S7-200 là một trong những PLC mạnh của hãng Siemens.
PLC S7-200 gồm các phần chính sau:
- Khối CPU.
- Khối nhớ RAM, ROM, EPROM, EEPROM.
- Khối vào – ra.
- Khối nguồn.
- Khối mở rộng.
Hình 1.1: Cấu tạo chung một PLC.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích

4
Power Supply
Input
Interface
Central Processing Unit
( CPU)
Memory
Output
Interface
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
CPU 224 có hai loại thông dụng dựa vào ký hiệu trên nắp máy bao gồm:CPU
224 DC / DC / DC, CPU 224 AC / DC / RLY.
Loại CPU 224 DC / DC / DC: Cần được cấp nguồn điện một chiều DC 24V,
các đầu vào và đầu ra cũng cần được cấp nguồn điện DC 24 V.
Sơ đồ đấu dây :
Hình 1.2 : Sơ đồ đấu dây Loại CPU 224 DC / DC / DC
Loại CPU 224 AC / DC / RLY: Cần được cấp nguồn điện xoay chiều một pha
220ACV, các đầu vào cần được cấp nguồn điện DC 24 V và các đầu ra là các relay. Sơ
đồ đấu dây :
Hình 1.3 : Sơ đồ đấu dây Loại CPU 224 AC / DC / RLY
1.1.2 Bộ nhớ PLC S7-200:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Bộ nhớ của PLC thường có 3 vùng nhớ chính:
1.1.2.1 Vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng:
- OB1( Organisation block): vùng nhớ chứa chương trình chính, PLC luôn quét
các lệnh trong vùng nhớ này.
- Subroutine ( chương trình con): vùng nhớ chứa chương trình con, chương
trình con được thực hiện khi được gọi bởi chương trình chính.

- Interrup ( chương trình ngắt): vùng nhớ chứa chương trình ngắt, chương trình
này sẽ thực hiện khi có một ngắt xảy ra, như: ngắt Timer, ngắt của HSC…
1.1.2.2 Vùng nhớ chứa tham số:
Thông thường có 5 vùng như sau:
- Vùng nhớ I ( Process image input): vùng dữ liệu các cổng vào số, khi thực
hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic tất cả các cổng đầu vào rồi cất chúng trong
vùng nhớ I. Chương trình sẽ đọc giá trị logic các cổng vào thông qua vùng nhớ I.
- Vùng nhớ Q ( Process Image Output): vùng nhớ đệm cho các cổng ra số. Khi
kết thúc thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các
cổng ra số.
- Vùng nhớ M: chương trình sử dụng các tham số này cho việc lưu giữ các biến
cần thiết. Vùng nhớ này có thể truy cập theo bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép
(MD).
- Vùng nhớ T (Timer): dùng để lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị hiện tại cũng như
giá trị đầu ra của Timer.
- Vùng nhớ C ( Counter): dùng để lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị hiện tại cũng
như giá trị đầu ra của Counter.
1.1.2.3 Vùng chứa các khối dữ liệu:
- Data Block: vùng chứa dữ liệu được chia thành khối. Kích thước do người sử
dụng quy định. Vùng nhớ này có thể truy cập theo từng bit (DBX), byte(DBB), từ
(DBW) hoặc từ kép (DBD).
- Local Data Block: vùng dữ liệu địa phương, các khối chương trình chính,
chương trình con, chương trình ngắt sử dụng và tổ chức cho các biến nháp tạm thời.
Nội dung của khối dữ liệu trong vùng nhớ này khi kết thúc chương trình tương ứng
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
6
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
trong chương trình chính, chương trình con hay chương trình ngắt. Vùng nhớ này có
thể truy cập theo từng bit (L), byte(LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD).
1.1.3 Bộ điều rộng xung (PWM, PTO):

CPU S7-200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao Q0.0, Q0.1, dùng cho việc điều rộng
xung tốc độ cao trong các ứng dụng điều khiển thiết bị bên ngoài như điều khiển tốc
độ động cơ, điều khiển nhiệt độ v.v
Có 2 cách điều rộng xung: điều rộng xung 50% (PTO) và điều rộng xung theo tỉ
lệ (PWM). Ở chế độ PWM, chu kì xung có thể ở mili giây hoặc micro giây. Chu kì ở
tầm 50ms đến 65,535ms hoặc ở 2μs đến 65,535 μs. Ở chế độ PTO, chu kì ở tầm 50ms
đến 65,535ms hoặc ở 2μs đến 65,535 μs và xung đếm ở tầm từ 1 đến 4,294,967,295
xung.
Để tạo chương trình điều rộng xung thì có thể được thực hiện thông qua việc
định dạng Wizard.
1.1.3.1 Điều rộng xung 50% (PTO):
Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ở chế độ PTO trước hết ta phải thực
hiện các bước định dạng sau:
 Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình.
 Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1.
 Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:
Tham chiếu các byte điều khiển cho chế độ PTO.
Result of executing the PLS instruction
Control
Register
(Hex
Value)
Enable Select Mode
PTO
Segment
Operation
Time Base Pulse Count
Cycle
Time
16#81 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load

16#84 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load
16#85 Yes PTO Single 1 µs/cycle Load Load
16#89 Yes PTO Single 1 ms/cycle Load
16#8C Yes PTO Single 1 ms/cycle Load
16#8D Yes PTO Single 1 ms/cycle Load Load
16#A0 Yes PTO Multiple 1 µs/cycle
16#A8 Yes PTO Multiple 1 ms/cycle
Các Byte cho việc định dạng : SMB67 ( ngõ ra Q0.0)
SMB77 ( ngõ ra Q0.1)
Ngoài ra: Q0.0 Q0.1
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
7
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
SMW68 SMW78 : Xác định thời gian 1 chu kì.
SMD72 SMD82 : Xác định giá trị đếm xung PTO.
1.1.3.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM):
Để thực hiện việc phát xung tốc độ cao ở chế độ PWM trước hết ta phải thực
hiện các bước định dạng sau:
 Reset ngõ xung tốc độ cao ở chu kì đầu của chương trình.
 Chọn loại ngõ ra phát xung tốc độ cao Q0.0 hay Q0.1.
 Định dạng thời gian cơ sở ( Time base) dựa trên bảng sau:
Tham chiếu các byte điều khiển cho chế độ PWM.
Các Byte cho việc định dạng: SMB67 ( ngõ ra Q0.0)
SMB77 ( ngõ ra Q0.1)
Ngoài ra: Q0.0 Q0.1
SMW68 SMW78 : Xác định thời gian 1 chu kì.
SMW70 SMW80 : Xác định độ rộng xung PWM.
Ta có thể định dạng ngõ ra xung tốc độ cao thông qua các bước định dạng bằng
Wizard:
- Vào Wizard chọn PTO/PWM.

Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
Result of executing the PLS instruction
Control
Register
(Hex
Value)
Enable
Select
Mode
PWM Update Method Time Base
Pulse
Width
Cycle
Time
16#D1 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load
16#D2 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load
16#D3 Yes PWM Synchronous 1 µs/cycle Load Load
16#D9 Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load
16#DA Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load
16#DB Yes PWM Synchronous 1 ms/cycle Load Load
8
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
- Chọn ngõ ra xung Q0.0 hay Q0.1.
- Chọn loại xung PTO hay PWM.
Sau đó
chọn tốc độ Min
max và tốc độ ban đầu.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
9
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh

Chọn thời gian khởi động đạt Max và thời gian Stop về Min.
Sau đó chọn Byte bắt đầu:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
10
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Kết thúc tạo Wizard chương trình sẽ tạo hai chương trình con X_CTRL và
X_MAN. Chúng ta sử dụng chương trình này cho việc định dạng xung.
1.1.4 Bộ đếm xung tốc độ cao (High-Speed Counter):
Bộ đếm xung tốc độ cao đếm các sự kiện tốc độ cao không phụ thuộc vào chu
kì quét của CPU. Tần số đếm cao nhất phụ thuộc vào loại CPU. Khi đếm bằng hai pha,
cả hai xung clock đều có thể hoạt động ở tốc độ cao nhất. Chúng có thể hoạt động ở
dạng nhân 1(1x) hoặc nhân 4 (4x) khi đếm hai pha.
1.1.4.1 Hoạt động Reset:
Dưới đây là biểu đồ cho hoạt động Reset và Start
Hình 1.4: Hoạt động Reset không Start.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
11
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Hình 1.5: Hoạt động Reset với đầu vào Start.
Để tạo chương trình đọc xung tốc độ cao chúng ta có thể thông qua các bước Wizard
như sau:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
12
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter:
Chọn Mode đọc xung tốc độ cao và loại Counter nào (HC0,HC1…)
1.1.4.2 Các chế độ hoạt động:
Tùy từng loại ứng dụng mà ta có thể chọn nhiều chế độ đọc xung tốc độ cao
khác nhau, có tất cả 12 chế độ đọc xung tốc độ cao như sau:
* Chế độ 0,1,2:

Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit nội.
Chế độ 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Chế độ 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start.
Chế độ 2: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép
chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như
Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
13
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Hình 1.6: Giản đồ xung chế độ 0,1 và 2.
* Chế độ 3,4,5:
Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit ngoại, tức là có thể chọn
từ ngõ vào input.
Chế độ 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Chế độ 4: Đếm tăng hoặc giảm,có bit Reset nhưng không có bit Start.
Chế độ 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép
Chọn bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như
Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Hình 1.7: Giản đồ xung chế độ 3,4 và 5.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
14
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
* Chế độ 6,7,8:
Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung dùng để đếm tăng và một xung đếm
giảm.
Chế độ 6: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Chế độ 7: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start.
Chế độ 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt
đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là các
ngõ Input chọn từ bên ngoài.

Hình 1.8:Giản đồ xung chế độ 6,7 và 8.
* Chế độ 9,10,11 :
Dùng để đếm xung A/B của Encoder,có 2 dạng:
Dạng 1 (Quadrature 1x mode): Đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theo chiều
thuận, và giảm 1 khi có xung A/B quay theo chiều ngược.
Hình 1.9:Giản đồ xung Mode 9,10 và 11 Mode x1
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Dạng 2 (Quadrature 4x mode): Đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theo chiều
thuận, và giảm 4 khi có xung A/B quay theo chiều ngược.
Chế độ 9: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Chế độ 10: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start
Chế độ 11: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn
bắt đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các Bit Start cũng như Reset là
các ngõ Input chọn từ bên ngoài.

Hình 1.10: Giản đồ xung chế độ 9,10 và 11 ở dạng x 4.
Chế độ 12: Chỉ áp dụng với HSC0 và HSC3, HSC0 dùng để đếm số xung phát
ra từ Q0.0 và HSC3 đếm số xung từ Q0.1 ( Được phát ra ở chế độ phát xung nhanh)
mà không cần đấu phần cứng, nghĩa là PLC tự kiểm tra từ bên trong.
Số Bit được sử dụng để điều khiển các chế độ của HSC.
SM Control Bits for HSC Parameters
HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
HSC0 HSC1 HSC2 HSC4 Description
SM37.0 SM47.0 SM57.0 SM147.0
Active level control bit for Reset**:
0 = Reset active high
1 = Reset active low

SM47.1 SM57.1
Active level control bit for Start**:
0 = Start active high
1 = Start active low
SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2
Counting rate selection for Quadrature counters:
0 = 4x counting rate
1 = 1x counting rate
16
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3
Counting direction control bit:
0 = count down
1 = count up
SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4
Write the counting direction to
the HSC:
0 = no update
1 = update direction
SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5
Write the new preset value to the
HSC:
0 = no update
1 = update preset
SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6
Write the new current value to
the HSC:
0 = no update
1 = update current
SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7

Enable the HSC:
0 = disable the HSC
1 = enable the HSC
Các bit trang thái cho HSC0, HSC1, HSC2, HSC3, HSC4, and HSC5
HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 Description
SM36.0 SM46.0 SM56.0 SM136.0 SM146.0 SM156.0 Not used
SM36.1 SM46.1 SM56.1 SM136.1 SM146.0 SM156.1 Not used
SM36.2 SM46.2 SM56.2 SM136.2 SM146.0 SM156.2 Not used
SM36.3 SM46.3 SM56.3 SM136.3 SM146.0 SM156.3 Not used
SM36.4 SM46.4 SM56.4 SM136.4 SM146.0 SM156.4 Not used
SM36.5 SM46.5 SM56.5 SM136.5 SM146.0 SM156.5
Current counting direction status
bit:
0 = counting down;
1 = counting up
SM36.6 SM46.6 SM56.6 SM136.6 SM146.0 SM156.6
Current value equals preset value
status bit:
0 = not equal;
1 = equal
SM36.7 SM46.7 SM56.7 SM136.7 SM146.0 SM156.7
Current value greater than preset
value status bit:
0 = less than or equal;
1 = greater than
1.2 Tổng quan về Robot:
1.2.1 Lịch sử phát triển:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh

Theo phương diện kỹ thuật Robot được định nghĩa là cơ cấu chấp hành đa chức
năng tái lập trình, được thiết kế dùng để chuyển tải vật tư, công cụ hoặc thực hiện
những công việc cần phải có sự chính xác, những công việc trong môi trường độc hại
v.v…thông qua các chuyển động được lập trình. Định nghĩa này gồm các cơ cấu chấp
hành tự động, các máy tự động hay các hệ thống tự động.
Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1923, nhưng Robot công nghiệp chỉ thực
sự phát triển vào cuối những năm 1940. Robot công nghiệp ban đầu được dùng để
chuyển tải các loại vật tư nguy hiểm. Cuối năm 1940 cơ cấu chấp hành chính phụ xuất
hiện để chuyển tải vật liệu phóng xạ. Cơ cấu chính được người điều khiển thao tác, cơ
cấu phụ sao chép chuyển động cơ cấu chính từ xa.
Vào cuối những năm 1950, các cơ cấu lập trình xuất hiện. Chúng liên tục được
cải tiến để ngày càng hoàn thiện. Điều đặc biệt ở đây là các robot công nghiệp đã kết
hợp với máy tính, các bộ vi xử lý với các cảm biến hồi tiếp về đã làm cho Robot trở
nên hiệu quả và khả năng tự động càng cao. Vào những năm 1960 Robot được trang bị
thị giác máy tính, các loại cảm biến mô phỏng giác quan gần giống như con người.
Trong những năm 80 Robot công nghiệp đã có những bước tiến mạnh mẽ do
yêu cầu cao về tự động hóa và ngành công nghiệp ôtô. Những năm 90 các nước ở Bắc
Mỹ, Châu Âu. Nhật đã sử dụng rộng rãi robot trong các ngành công nghiệp.
Ngày nay thì Robot đã tiến mức phát triển vượt bậc. Robot gần như thay thế
hoàn toàn sức lao động của con người trong các dây chuyền sản xuất tự động. Không
những chỉ trong ngành công nghiệp mà ngành khoa học vũ trụ robot cũng đóng vai trò
quan trọng trong các thám hiểm ngoài không gian. Robot còn đi vào cuộc sống hằng
ngày của con người, giúp con người trong sinh hoạt bình thường như: giặt quần áo, lau
nhà, rửa chén bát.v.v Robot ngày càng có hình dạng giống con người, có khả năng
giao tiếp được với con người .
HÌNH ẢNH MỘT SỐ ROBOT CÔNG NGHỆ HIỆN NAY:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Hình 1.11: Robot ASIMO

Hình 1.12: Robot công nghiệp KUKA
1.2.2 Hệ thống robot:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Hệ thống Robot gồm cơ cấu chấp hành, đầu tác động , bộ điều khiển dùng vi xử
lý, máy tính, hệ thống thị giác hoặc các bộ cảm biến không tiếp xúc. Cơ cấu chấp hành
gồm nhiều khâu nối với nhau. Một khâu cố định thường gọi là khâu đế, các khâu còn
lại gọi là khâu động.
Bộ tác động cuối ( tay kẹp) là thiết bị được gắn vào khâu động dùng để nâng,
kẹp, xoay hoặc xử lý các chi tiết. Thông thường bộ tác động cuối dùng để chuyển tải
những vật có cùng kích thước, hình dạng, trọng lượng và công việc lặp đi lặp lại. Cơ
cấu tác động thường là cơ cấu kẹp, thường là cơ cấu 1 DOF.
Bộ điều khiển có thể từ loại đợn giản đến phức tạp, tùy theo yêu cầu của người
sử dụng. Trong các khớp của Robot đều có các bộ mã hóa để chuyển đổi vận tốc, vị trí
của khớp thành các tín hiệu hồi tiếp về bộ điều khiển. Một số bộ điều khiển có khả
năng tự học, tự tương tác với máy tính.
Hình 1.13 : Minh họa một hệ thống robot.
1.2.3 Phân loại robot:
Robot có thể được phân loại theo nhiều tiêu chuẩn như số bậc tự do, cấu trúc
động học, hệ thống truyền động, dạng hình học hoặc đặc tính chuyển động.
1.2.3.1 Phân loại theo số bậc tự do:
Robot thường phân loại theo số bậc tự do. Trong không gian làm việc ba chiều
thì lý tưởng Robot phải có 6 bậc tự do. Robot có hơn 6 bậc tự do thì dư mà ít hơn 6
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
20
Lệnh
Bộ điều khiển
Máy
tính

Robot
Camera
Hồi tiếp
Hồi tiếp
Điều
khiển
Tín
hiệu
quan
sát
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
bậc tự do thì thiếu. Robot có số bậc tự do lớn hơn 6 đôi khi dùng để di chuyển. Trong
một số trường hợp thì 4 bậc tự do cũng đủ yêu cầu làm việc như lắp ráp các chi tiết
trong mặt phẳng.
1.2.3.2 Phân loại theo cấu trúc động học:
Robot được gọi là Robot nối tiếp với cơ cấu chấp hành vòng hở nếu cấu trúc
động học dạng chuỗi vòng hở, Robot song nếu cấu trúc động học dạng vòng kín.
Robot lai thì có cả vòng kín và vòng hở. Nhìn chung thì Robot song song có cấu trúc
vững hơn Robot nối tiếp nhưng không gian làm việc hẹp hơn và điều khiển cũng phức
tạp hơn.
1.2.3.3 Phân loại theo hệ thống truyền động:
Trong hệ thống truyền động của Robot thì thường dùng các loại sau: điện, thủy
lực và khí nén. Thông thường các cơ cấu chấp hành đều sử dụng động cơ bước hoặc
động cơ DC vì chúng dễ điều khiển. Nếu từng khâu chuyển động độc lập bằng bộ tác
động trên khâu thì phải thông qua hộp giảm tốc. Việc dùng hộp giảm tốc thì giúp cho
động cơ được nhỏ gọn tuy nhiên độ sai lệch của các bánh răng truyền động trong hộp
giảm tốc gây ra sai số vị trí ở bộ phận chuyển động.Tuy nhiên đối các Robot cần tải
trọng lớn thì thường dùng thủy lực hay khí nén.
1.2.3.4 Phân loại theo hình học không gian làm việc:
Không gian làm việc của cơ cấu chấp hành được xách định là thể tích không

gian đầu tác động. Thứ nhất là không gian có thể với tới, trong đó cơ cấu tác động có
thể với tới các điểm ít nhất là một chiều, thứ hai là không gian linh hoạt là thể tích mà
cơ cấu có thể với tới từng điểm và tác động nhiều chiều. Tùy theo cấu trúc động học
của Robot tạo ra các biên làm việc khác nhau gọi là vùng làm việc. Ví dụ, đối với
Robot có ba khớp lăng trụ thì không gian làm việc là hộp chữ nhật, Robot SCARA
gồm hai khớp quay tiếp theo là khớp trụ, cổ tay chỉ có một bậc tự do nên Robot chỉ
thao tác các chi tiết trên mặt phẳng.
1.2.3.5 Phân loại theo đặc tính chuyển động:
Các cơ cấu chấp hành của Robot có thể được phân loại theo bản chất của
chuyển. Chuyển động được gọi là chuyển động phẳng nếu tất cả các hạt trong vật thể
tạo thành những đường cong phẳng trên những mặt phẳng song song. Cơ cấu phẳng thì
tất cả các chuyển động trong cơ cấu điều thực hiện chuyển động phẳng song song.
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
21
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
Chuyển động được gọi là chuyển động cầu nếu tất cả các hạt trong vật tạo nên những
đường cong trên các mặt cầu đồng tâm. Cơ cấu cầu nếu tất cả các khớp điều thực hiện
chuyển động cầu. Tùy theo mụch đích ứng dụng, không gian làm việc của robot mà sử
dụng loại cơ cấu phù hợp.
1.2.4 Các khái niệm cơ bản về Robot:
Cơ cấu dùng trong robot công nghiệp gồm nhiều khâu liên kết nhau bằng các
khớp nối. Số bậc tự do của cơ cấu phụ thuộc vào số khâu và khớp, loại khớp dùng
trong cơ cấu.
1.2.4.1 Khâu và khớp:
Các thành phần riêng rẽ tạo nên cơ cấu được gọi là thanh hoặc các khâu. Mối
nối giữa các khâu được gọi là khớp. Các kiểu khớp cơ bản như sau:
- Khớp quay R: cho phép hai phần tử cặp quay với nhau theo một trục xác định
bằng dạng hình học của khớp. Khớp quay đôi khi còn gọi là khớp xoay, khớp bản lề
hoặc khớp chốt. Khớp quay là khớp 1 DOF.
- Khớp lăng trụ P: cho phép hai phần tử cặp đôi trược với nhau dọc trục được

xác định bằng dạng hình học của khớp. Khớp lăng trụ đôi khi gọi là cặp trược. Khớp
lăng trụ là khớp 1 DOF.
- Khớp trụ C: cho phép quay và tịnh tiến độc lập theo một trục được xác định
bằng dạng hình học của khớp. Khớp trụ là khớp 2 DOF.
- Khớp xoắn H: cho phép hai phần tử cặp đôi quay và tịnh tiến dọc trục được
xác định bằng dạng hình học của khớp. Tuy nhiên chuyển động tịnh tiến quan hệ theo
chuyển động quay của bước vít. Khớp xoắn là khớp 1DOF.
- Khớp cầu F: cho phép một phần tử quay tự do với phần tử kia ở tâm khối cầu
theo một chiều. Khớp cầu là khớp 3 DOF.
- Cặp phẳng E: cho phép hai bậc tự do tịnh tiến trên mặt phẳng tiếp xúc và một
bậc tự do quay quanh trục vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc. Khớp này là khớp 3
DOF.
Các robot thực hiện hai chuyển động cơ bản :
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
- Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarde, các
chuyển động này thường kí hiệu T hoặc P.
- Chuyển động xoay theo các trục x, y, z kí hiệu là R (Rotation). Tùy theo kết
cấu của tay máy mà sẽ có vùng làm việc khác nhau. Các kết cấu thường gặp là robot
kiểu tọa độ Descarde, tọa độ trụ, tọa độ cầu, robot scara…
Các kiểu Robot thông dụng:
+ Robot kiểu tọa độ Descarde: tay máy có 3 chuyển động tịnh tiến theo phương
của trục tọa độ gốc. Trường làm việc có cấu trúc hình hộp chữ nhật.
Hình 1.14: Robot kiểu tọa độ Descarde
+ Robot kiểu tọa độ trụ: vùng làm việc của Robot có dạng trụ rỗng, thường
khớp đế chuyển động quay.
Hình 1.15: Robot kiểu tọa độ trụ
+ Robot kiểu tọa độ cầu: Vùng làm việc của Robot có dạng hình cầu.
Hình 1.16: Robot kiểu tọa độ cầu.

Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
23
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
+ Robot kiểu tọa độ góc: thường được sử dụng nhiều nhất, ba chuyển động đầu
tiên là chuyển động quay, trục thứ nhất vuông góc với hai trục kia. Các chuyển động
khác cũng là chuyển động quay nhưng trên những mặt phẳng khác nhau.
Hình 1.17: Robot hoạt động theo tọa độ góc.
+ Robot kiểu Scara: Robot Scara ra đời vào năm 1979 tai trường Yamanashi
(Nhật bản), là một dạng tay máy được ứng dụng rộng rãi và rất linh hoạt.
Hình 1.18: Robot kiểu Scara.
* Những dạng cơ cấu khớp cơ bản:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
24
Cơ cấu 3 xoay ( RRR)
Cơ cấu 2 khớp xoay, 1
khớp trược (RRP)
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Trần Văn Trinh
1.2.4.2 Bậc tự do:
Võ Hoàng Trôvi – Nguyễn Sĩ Bích
25
Cơ cấu 3 khớp trược ( PPP)
Cơ cấu 2 khớp xoay, 1 khớp
trược (RRP)
Cơ cấu 1 khớp xoay, 2 khớp trược ( RPP)