Robot delta va ung dung

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

ROBOT DELTA VÀ ỨNG DỤNG
Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN QUỐC LUẬT

MSSV:

21202066

TP.HCM, ngày 1 tháng 8 năm 2016


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1 Giới thiệu chung về Robot ………………………………………………4
1.2 Lịch sử phát triển ………………………………………………………..4
1.3 Định nghĩa về Robot……………………………………………………..6
1.4 Phân loại ………………………………………………………………....6
CHƯƠNG II: ROBOT DELTA
2.1 Khái niệm ………………………………………………………………..8
2.2 Tìm hiểu thực tế …………………………………………………………8
2.3 Phân loại…………………………………………………………………11
2.4 Cấu trúc Robot Delta…………………………………………………….16

2.6 Cấu trúc một nhánh Robot Delta ………………………………………..18
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG
3.1 Ứng dụng trong công nghiệp…………………………………………….19
3.2 Ứng dụng trong mô phỏng……………………………………………….20
3.3 Ứng dụng trong y học …………………………………………………...21
3.4 Ứng dụng trong cơ khí ……………………………………………….....22
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN

2


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1 Giới thiệu chung về Robot.
Tự động hóa là tổng hoà của nhiều lĩnh vực như cơ khí, điều khiển, công nghệ
thông tin, điện tử... Các lĩnh vực này kết hợp lại với nhau tạo thành các hệ thống tự
động hóa và cao hơn nữa là tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất. Ngành công
nghiệp tự động hóa ngày càng có vai trò quan trọng và hết sức cần thiết để đáp ứng
các mục tiêu phát triển kinh tế, nhất là trong tiến trình công nghiệp - hiện đại hóa
nhanh và mạnh như hiện nay ở nước ta.
Một trong những thiết bị tự động đã và đang được phát triển, ứng dụng mạnh mẽ
trong tất cả các nghành công nghiệp là Robot.

1.2 Lịch sử phát triển.
Thuật ngữ Robot, trong tiếng việt có nghĩa là “người máy”, xuất hiện lần đầu tiên
trong vở kịch “Rossum‟s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Cộng hòa Séc
Karel Capek, công diễn vào năm 1920. Nguyên gốc từ Robot là viết tắt của Robota,
nghĩa là công nhân.
Những Robot đầu tiên được nghiên cứu và ứng dụng trong công nghiệp là tay
máy. Năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã chế tạo thành công tay máy đôi điều

khiển từ xa.
Năm 1952, máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại Học viện Công
nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ). Trên cơ sở đó, năm 1954, George Devol đã thiết kế
robot lập trình với điều khiển chương trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát
minh được gọi là thiết bị chuyển khớp được lập trình. Joseph Engelberger, người mà
ngày nay thường gọi là cha đẻ của Robot Công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation
sau khi mua bản quyền thiết bị của George và sau đó đã phát triển những Robot lập
trình được theo chương trình. Năm 1962, Robot Unimation đầu tiên được sử dụng
tại hãng General Motors. Đến năm 1976, cánh tay Robot đầu tiên trong không gian
đã được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của Cơ quan Không gian NASA (Hoa
Kỳ) để lấy mẫu đất đá trên sao Hỏa.
Viện nghiên cứu thuộc Trường Đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế Robot
Shakey di động để thực hiện những thí nghiệp về điều khiển sử dụng hệ thống thu
3


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
nhận hình ảnh để nhận dạng đối tương. Đây là Robot đầu tiên sử dụng camera để
xác định đường đi đến và thực hiện một số tác động đến đối tượng.

Hình 1.1: Robot Shakey
Năm 1974 Công ty Cincinnati (Mỹ) đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy
vi tính, gọi là robot T3 (The Tomorrow Tool: Công cụ của tương lai). Robot này có
thể nâng được vật có khối lượng đến 40 kg.
Có thể nói, Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều
khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo
chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và
các phát triển của trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia ... Về sau, việc nâng cao tính năng
hoạt động của robot không ngừng phát triển. Các robot được trang bị các loại cảm
biến khác nhau để nhận biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to

lớn trong lĩnh vực Tin học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ robot với nhiều tính năng
đăc biệt. Số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm.
Nhờ vậy, robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất
hiện đại. Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra robot, nhưng nước phát triển cao nhất
trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng Robot là Nhật.

4


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
1.3 Định nghĩa về Robot.
Viện Nghiên cứu Robot của Hoa Kỳ đưa ra một định nghĩa về Robot: “Robot là
một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để
di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt
thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoạn
thành nhiệm vụ đa dạng” (Schlussel, 1985).
Theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 lại định nghĩa Robot: “ 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 công nghiệp tự động.”
Dù theo định nghĩa nào, Robot vẫn luôn là một cơ cấu máy có thể lập trình được,
có khả năng làm việc một cách tự động và không cần sự trợ giúp của con người.

1.4 Phân loại.
Robot có thể phân loại theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau như: số bậc tự do động
học, theo hệ thống truyền động, dạng hình học của chi tiết gia công, các đặc tính
chuyển động… Trong báo cáo này, tôi phân loại theo cấu trúc động học.
Theo cấu trúc động học, Robot được gọi là robot nối tiếp nếu cấu trúc động học
có dạng chuỗi hở, gọi là song song nếu có chuỗi vòng kín, và Robot lai nếu cả có
vòng kín và vòng hở.

Robot chuỗi hở:
-

Độ linh hoạt cao.

-

Không gian làm việc rộng

-

Độ cứng vững không cao, các động cơ dẫn động thường được gắn trên khâu
động nên quán tính lớn và vì thế thao tác với độ chính xác thấp.

-

Khả năng tải nhỏ.

Robot song song:
-

Không gian làm việc bị hạn chế và xuất hiện các điểm kì dị làm cho robot
thiếu hoặc thừa bậc tự do n

5


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
-

Độ cứng vững cao do sự ràng buộc giữa các khâu của chuỗi động học kín,
khớp truyền động là cố định

-

Có thể thực hiện được các chuyển động với vận tốc cao mà không sợ bị hạn
chế về mặt quán tính.

-

Có khả năng chịu được tải lớn.

Từ khi xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1947 với cơ cấu Hexapod do tiến sỹ Eric
phát minh ra, đến nay, robot song song đã có được chặng đường phát triển khả dài với
nhiều thành tựu nối bật. Robot song song cũng có rất nhiều loại, từ hai bậc tự do cho
đến sáu bậc tự do và nhiều hơn nữa. Chính vì ưu điểm về độ cứng vững và gia công tốc
độ cao mà robot song song ngày càng được nhiều nhà khoa học nghiên cứu để đưa vào
công nghiệp thay thế cho hệ thống máy công cụ.
Vào đầu thập niên 80, Reymond Clavel (giáo sư tại École Polytechnique Fédérale
de Lausanne EPFL, Thụy Sĩ) đã nảy ra một ý tưởng độc đáo là sử dụng cơ cấu hình bình
hành để tạo ra một robot song song có ba bậc tự do tịnh tiến. Robot song song Delta đã
được đánh giá là một trong những thiết kế robot song song thành công nhất với hàng
trăm robot đang hoạt động trên toàn thế giới. Năm 1999, tiến sĩ Clavel đã nhận được
giải thưởng Golden Robot Award được tài trợ bởi ABB Flexible Automation, để tôn
vinh những hoạt động sáng tạo của ông về Robot Delta.
Với những ưu điểm và được ứng dụng ngày càng rộng rãi như trên nên trong báo
cáo này sẽ đi sâu vào tìm hiểu về Robot Delta.

6

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG II: ROBOT DELTA
2.1 Khái niệm.
Robot Delta có cơ cấu động học song song ba bậc tự do.
Cũng như các Robot song song khác, Robot Delta có cấu trúc vòng kín. Trong đó có
ba nhánh, với mỗi nhánh, một đầu được nối vào giá cố định bằng khớp tịnh tiến hoặc
khớp quay còn đầu kia được nối vào một giá di động thông qua cơ cấu hình bình hành.
Với cấu trúc hình học như vậy nên giá đi động luôn định hướng và chỉ có thể chuyển
động tịnh tiến theo 3 trục XYZ.
2.2 Tìm hiểu thực tế.
2.2.1 IRB 360 -3/1130 Flexpicker

Hình 2.1: IRB 360 Flexpicker của ABB
Thông số cơ bản:
-

Trọng lượng: 120kg

-

Khả năng tải trọng tối đa: 8kg
7


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
-

Số trục: 3 hoặc 4

-

Thời gian 1 chu kì hoạt động (1kg): 0.4s

-

Điện áp hoạt động: 200 – 600VAC, 60Hz

-

Công suất hoạt động: 0.477 kW

-

Môi trường hoạt động: ±00C – 450C

-

Tiếng ổn: <70dB

2.2.2 TOSY TI P304-01.

Hình 2.2: Robot Delta TOSY TI P304-01
Thông số kỹ thuật:
-

Trọng lượng: 45kg

-

Khả năng tải trọng tối đa : 0.8kg

-

Số trục: 3

-

Thời gian 1 chu kỳ hoạt động (0.5kg): 0.39s

-

Điện áp hoạt động: 200 -250 VAC, 50Hz

-

Công suất hoạt động: 0.3kW

-

Môi trường hoạt động: ±00C – 450C
8


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
-

Tiếng ổn: <50dB

2.2.3 Adept Quattro s650H

Hình 2.3: Robot Delta Adept Quattro s650H
Thông số kỹ thuật:
-

Trọng lượng: 117 kg

-

Khả năng tải trọng tối đa : 6kg

-

Số trục: 4

-

Thời gian 1 chu kỳ hoạt động (1 kg): 0.47s

-

Điện áp hoạt động: 24VDC: 6A hoặc 200 -240 VAC: 10A, 1 pha

-

Công suất hoạt động: 0.442 kW

-

Môi trường hoạt động: ±10C – 400C

-

Tiếng ổn: <70dB

2.2.4 FANUC Robot M-1iA

9


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Hình 2.4: Robot Delta FANUC M -1iA
Thông số kỹ thuật:
-

Trọng lượng: 35 kg

-

Khả năng tải trọng tối đa : 1kg

-

Số trục: 4

-

Thời gian 1 chu kỳ hoạt động (1 kg): 0.3s

-

Điện áp hoạt động: 200 -250 VAC

-

Công suất hoạt động: 0.32 kW

-

Môi trường hoạt động: ±00C – 450C

-

Độ rung: <0.5G

2.3 Phân loại.
Delta Robot có thể chia làm 4 dạng: 3-PRPaR, 3-RRPaR, 3- P2S2S và 3-R2S2S.

10


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
2.3.1 Kiểu 3-PRPaR
Kiểu này có ba nhánh và mỗi nhánh gồm có một khớp dẫn động tịnh tiến (P), hai
khớp bản lề (R) và một khớp hình bình hành.

Hình 2.5: Robot Delta kiểu 3-PRPaR
Bảng 2.1: Phân tích cấu trúc Robot Delta kiểu 3-PRPaR
Không gian hoạt động của cơ cấu

λ=6

Số khâu (kể cả khâu cố định) của cơ cấu

n = 17

Số khớp trong cơ cấu

j = 21

Số bậc tự do tương đối của các khớp
trong cơ cấu

fi = 3(7) = 21

Số bậc tự do thừa

ft = 0

Số ràng buộc trùng trong cơ cấu

Rtr = 6

Số ràng buộc thừa trong cơ cấu

Rth = 6
F = λ(n − j − 1) + fi − ft + R tr + R th = 3

Số bậc tự do của cơ cấu

11


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

2.3.2 Kiểu 3-RRPaR
Kiểu này có ba nhánh và mỗi nhánh gồm có một khớp dẫn động quay (R), hai
khớp bản lề (R) và một khớp hình bình hành.

Hình 2.6: Robto Delta kiểu 3-RRPaR
Bảng 2.2: Phân tích cấu trúc Robot Delta kiểu 3-RRPaR
Không gian hoạt động của cơ cấu

λ=6

Số khâu (kể cả khâu cố định) của cơ cấu

n = 17

Số khớp trong cơ cấu

j = 21

Số bậc tự do tương đối của các khớp trong
cơ cấu

fi = 3(7) = 21

Số bậc tự do thừa

ft = 0

Số ràng buộc trùng trong cơ cấu

Rtr = 6

Số ràng buộc thừa trong cơ cấu

Rth = 6
F = λ(n − j − 1) + fi − ft + R tr + R th = 3

Số bậc tự do của cơ cấu

12


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
2.3.3 Kiểu 3-P2S2S
Kiểu này có ba nhánh và mỗi nhánh gồm có một khớp dẫn động tịnh tiến (P), bốn
khớp cầu (S) nối hai thanh theo dạng hình bình hành.

Hình 2.7: Robot Delta kiểu 3-P2S2S

Bảng 2.3: Phân tích cấu trúc Robot Delta kiểu 3-P2S2S
Không gian hoạt động của cơ cấu

λ=6

Số khâu (kể cả khâu cố định) của cơ cấu

n = 11

Số khớp trong cơ cấu

j = 15

Số bậc tự do tương đối của các khớp
trong cơ cấu

fi = 3.13 = 39

Số bậc tự do thừa

ft = 6

Số ràng buộc trùng trong cơ cấu

Rtr = 0

Số ràng buộc thừa trong cơ cấu

Rth = 0
F = λ(n − j − 1) + fi − ft + R tr + R th = 3

Số bậc tự do của cơ cấu

13

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
2.3.4 Kiểu 3-R2S2S
Kiểu này có ba nhánh và mỗi nhánh gồm có một khớp dẫn động quay (R),
bốn khớp cầu (S) nối hai thanh theo dạng hình bình hành.

Hình 2.8: Robot Delta kiểu 3-R2S2S

Bảng 2.4: Phân tích cấu trúc Robot Delta kiểu 3-R2S2S
Không gian hoạt động của cơ cấu

λ=6

Số khâu (kể cả khâu cố định) của cơ cấu

n = 11

Số khớp trong cơ cấu

j = 15

Số bậc tự do tương đối của các khớp
trong cơ cấu

fi = 3.13 = 39

Số bậc tự do thừa

ft = 6

Số ràng buộc trùng trong cơ cấu

Rtr = 0

Số ràng buộc thừa trong cơ cấu

Rth = 0
F = λ(n − j − 1) + fi − ft + R tr + R th = 3

Số bậc tự do của cơ cấu

14


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
2.4 Cấu trúc Robot Delta.

Hình 2.9: Cấu trúc không gian Robot Delta

Hình 2.10: Cấu trúc hình học Robot Delta
15


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Theo cấu trúc này, Robot Delta gồm có:
- Một giá cố định. Trên giá cố định này người ta tạo ba thành phần khớp quay và có
đường tâm quay kéo dài cắt nhau và tạo thành một tam giác đều, các đường trung
trực của tam giác cắt nhau tại điểm O là tâm của giá cố định.
- Một bệ di động. Giá di động này chính là nơi mà ta sẽ gá đầu công tác lên đó.
- Ba chân kiểu R2S2S (trong đó: R tương ứng là khớp quay, S tương ứng là khớp

cầu). Mỗi chân được nối một đầu vào khớp phát động trên giá cố định (khớp quay)
và đầu còn lại được nối vào bệ di động.

Hình 2.11: Lược đồ hóa cấu trúc cơ cấu của Robot Delta.

16


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
2.5 Cấu trúc một nhánh của Robot Delta.

Hình 2.12: Cấu trúc một nhánh Robot Delta
Một nhánh của Delta Robot có kiểu R2S2S trong đó khớp R được chọn làm khớp
phát động, khớp này có một thành phần khớp gắn cố định trên giá cố định và thành phấn
khớp còn lại gắn trên khâu phát động và nối với bệ di động thông qua hệ thống các khâu
và khớp còn lại có kết cấu hình bình hành.

17


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG
3.1 Ứng dụng trong công nghiệp.

Hình 3.1: Robot Line-Placer của hãng Demaurex dùng để đóng gói bánh quy.

Hình 3.2: Robot TOSY sắp xếp sản phẩm.

18

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
3.2 Ứng dụng trong mô phỏng.
Từ năm 1965, Stewart đã đề xuất sử dụng cơ cấu song song để làm
thiết bị mô phỏng bay.

Hình 3.3: Tấm dịch chuyển Stewart

19


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
3.3 Ứng dụng trong y học.
Công ty Elekta (Thụy Điển), một công ty chuyên về các trang thiết bị y tế
đã dùng Robot Delta để làm thiết bị nâng giữ kính hiển vi có khối lượng 20 kg
dùng trong việc giải phẫu.

Hình 3.4: SurgiScope nâng đỡ kính hiển vi có khối lượng 20kg tại Surgical
Robotics lab, Đại học Humboldt, Berlin
Một dự án của châu Âu chế tạo robot CRIGOS (viết tắt của chữ Compact
Robot for Image Guided Orthopedic) sử dụng cơ cấu Gough-Stewart nhằm
cung cấp cho các bác sĩ phẫu thuật với một công cụ hiệu suất cao cho phẫu
thuật xương.

20


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Hình 3.5: Robot CRIGOS dùng để phẫu thuật tái tạo xương

3.4 Ứng dụng trong nghành cơ khí.

Hình 3.6: Robot Delta của hãng Hitachi Seiki thực hiện chức năng nâng - đặt và khoan

21


THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
Qua quá trình thực tập, sau đây là một số kết luận đạt được:
-

Tìm hiểu được lịch sử hình thành và phát triển của Robot nói chung và
Robot Delta nói riêng.

-

Tìm hiểu được một số loại Robot Delta đang có mặt trên thị trường.

-

Được hướng dẫn về các loại cơ cấu khác nhau của Robot Delta.

-

Tìm hiểu về sự ứng dụng đa dạng của Robot Delta trong nhiều nghành khác
nhau.

22

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] John J. Craig (2005). Introduction to Robotics, Pearson Prentice Hall.
[2] Trần Thế San (2003). Cơ sở nghiên cứu và sáng tạo Robot. Nhà xuất bản Thống
kê.
[3] Trần Duy Đỉnh (2015). Thiết kế robot song song 2 bậc tự do sử dụng động cơ AC
servo và điều khiển bằng card PCI-N404. Luận văn đại học. Đại học Bách Khoa
Tp.HCM.

23