Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 1 pptx

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN
ROBOT
1.1. Robot và robot công nghiệp
1.1.1. Vài nét lịch sử phát triển của robot và robot công nghiệp
Nhìn ngược dòng thời gian chúng ta có thể nhận thấy rằng
từ “Robot” đã xuất hiện từ khá lâu. Năm 1921 nhà viết kịch
Karelcapek người Séc đ
ã viết một vở kịch với tựa đề R.U.R
(Rossums Universal Robot) mô tả về một cuộc nổi loạn của những
cỗ máy phục dịch. Từ “Robot” ở đây có nghĩa là những máy móc
biết làm việc như con người. Có lẽ đó cũng là một gợi ý cho những
nhà sáng chế kỹ thuật thực hiện các mơ ước về những cỗ máy bắt
chước được các thao tác lao động cơ bắp của con người.
Thời gian sau đó các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperator)
ra đời v
à ngày một phát triển hoàn thiện. Teleoperator là những cơ
cấu phỏng sinh học, nó bao gồm các khâu, các khớp cùng với các
dây chằng gắn liền với hệ điều hành là cánh tay của người điều
khiển thông qua các cơ cấu khuếch đại cơ khí. Teleoperator có thể
cầm nắm, nâng hạ, dịch chuyển, xoay lật các đối tượng trong một
không gian hoạt động nhất định. Tuy rằng các thao tác khá tinh vi,
khéo léo nhưng tốc độ hoạt động chậm, lực tác dụng hạn chế và hệ
điều khiển chỉ thuần tuý là cơ khí.
Từ thập kỷ 50, sự phát triển đầy hứa hẹn của kỹ thuật điều
khiển theo chương trình số cứng và ngành vật liệu mới đã làm chỗ
dựa vững chắc cho sự ra đời của các cơ cấu điều khiển vô cấp
(servo mechanism) và các hệ điện toán (computation). Ngay lập
tức ý tưởng kết hợp hệ điều khiển NC (Numerical control) với các
cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperator) được h
ình thành và triển

khai nghiên cứu. Sự phối hợp tuyệt vời giữa khả năng linh hoạt
khéo léo của Teleoperator với độ thông minh nhạy bén của hệ điều
khiển NC đã đưa ra kết quả là một hệ máy móc tự động cao cấp
với tên gọi “Robot”.
Năm 1961 người máy công nghiệp (IR- industrial Robot)
đầu tiên được đưa ra thị trường. Tiếp theo đó các nước khác cũng
bắt đầu sản xuất robot công nghiệp theo bản quyền của Mỹ, Anh
(1967), Thụy Điển, Nhật (1968), Đức (1971) . . .
Ngày nay, trên thế giới có khoảng 200 công ty sản xuất IR,
trong đó ở Nhật có 70, ở các nước Tây âu có 90, ở Mỹ có 30. Nhờ
áp dụng rộng rãi các tiến bộ khoa học kỹ thuật về vi xử lý, tin học
cũng như vật liệu mới nên số lượng robot công nghiệp đã tăng lên
nhanh chóng, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều cải tiến.
Robot công nghiệp phát huy thế mạnh ở những lĩnh vực như hàn
hồ quang, đúc, lắp ráp, sơn phủ, và trong các hệ thống tự động điều
khiển liên hợp.
1.1.2. Robot và công nghệ cao
Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự
động hoá hiện đại. Các nước công nghiệp phát triển đ
ã đưa ra
chiến lược dùng tự động hoá hiện đại (IR+High Tech) kéo các xí
nghiệp công nghiệp đầu tư ở nước ngoài (trước đây vì lý do lương
thợ rẻ mạt) trở về chính quốc (dùng lao động là robot công
nghi
ệp). Chính phủ các nước này đã áp dụng những biện pháp hỗ
trợ hữu hiệu như: coi robot công nghiệp là ngành công nghiệp quan
trọng, xây dựng nhiều chương trình nhà nước về áp dụng tiến bộ
khoa học kỹ thuật vào sản xuất robot. Khuyến khích bằng cách ưu
tiên thuế và đặt ra những quy chế có lợi cho cả người sản xuất và
ng

ười sử dụng robot công nghiệp. Nhờ vậy chỉ sau một thời gian
ngắn sử dụng robot công nghiệp trở nên rộng lớn đa dạng với cơ sở
nguồn động lực phát triển là “lực đẩy” của công nghệ và “lực
kéo” của thị trường.
Một đặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng
cho phép d
ễ dàng kết hợp những việc phụ và chính của một quá
trình s
ản xuất thành một dây chuyền tự động. So với các phương
tiện tự động hoá khác, các dây chuyền tự động dùng robot có nhiều
ưu điểm hơn như dễ dàng thay đổi chương tr
ình làm việc, có khả
năng tạo ra dây chuyền tự động từ các máy vạn năng, và có thể tự
động hoá to
àn phần.
Khi sử dụng robot vào các dây chuyền tự động, khâu chuẩn
bị kỹ thuật được rút ngắn đi. Trong khi đó với thời gian từ lúc
quyết định phương án đến lúc thiết kế xong một dây chuyền các
máy tự động, một mặt hàng hoặc quy trình công nghệ đó đã có thể
trở thành lạc hậu rồi. Theo số liệu của các chuyên gia Mỹ nghiên
c
ứu về vấn đề này khi khảo sát trên 70 đề án thiết kế thì với quá
nửa số đó là phương án dùng các máy tự động chuyên dụng phải
tốn hơn một năm. Vì thế, phương án dùng robot Unimate với các
máy tự động vạn năng được đưa vào sử dụng và phát huy hiệu quả
to lớn.
Kỹ thuật robot có ưu điểm quan trọng nhất là tạo nên khả
năng linh hoạt hoá sản xuất. Việc sử dụng máy tính điện tử, robot
và máy điều khiển theo chương tr
ình đã cho phép tìm được những

phương thức mới mẻ để tạo n
ên các dây chuyền tự động cho sản
xuất hàng loạt với nhiều mẫu, loại sản phẩm. Dây chuyền tự động
“cứng” gồm nhiều thiết bị tự động chuyên dùng đòi hỏi vốn đầu tư
lớn, tốn nhiều thời gian để thiết kế và chế tạo, trong lúc quy trình
công ngh
ệ luôn luôn cải tiến, nhu cầu đối với chất lượng và quy
cách c
ủa sản phẩm luôn luôn thay đổi. Bởi vậy, nhu cầu “mềm”
hoá hay linh hoạt hóa dây chuyền sản xuất ngày càng tăng. Kỹ
thuật robot công nghiệp và máy tính đã đóng vai trò quan trọng
trong công việc tạo ra các dây chuyền tự động linh hoạt.
Xuất phát từ nhu cầu và khả năng linh hoạt hoá sản xuất,
trong những năm gần đây không những chỉ các nhà khoa học mà
các nhà s
ản xuất đã tập trung sự chú ý vào việc hình thành và áp
d
ụng các hệ sản xuất tự động linh hoạt, gọi tắt là hệ sản xuất linh
hoạt. Hệ sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)
ngày nay thường bao gồm các thiết bị gia công được điều khiển
bằng chương trình số, các phương tiện vận chuyển và kho chứa
trong phân xưởng đ
ã được tự động hoá và nhóm robot công nghiệp
ở các vị trí trực tiếp với các thiết bị gia công hoặc thực hiện các
nguyên công phụ. Việc điều khiển và kiểm tra hoạt động của toàn
b
ộ hệ sản xuất linh hoạt được thực hiện bằng máy tính. Ưu điểm
nổi bật của hệ sản xuất linh hoạt là rất thích hợp với quy mô nhỏ và
v
ừa, thích hợp với yêu cầu luôn luôn thay đổi chất lượng sản phẩm

và quy trình công nghệ. Bởi vậy, ngày nay hệ sản xuất linh hoạt
thu hút sự chú ý không những ở các nước phát triển mà ngay cả ở
những nước đang phát triển. Trong một số tài liệu nước ngoài FMS
như là hệ sản xuất của tương lai (Future Manufactring System).