Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi cho tay máy robot hai bậc tự do

`

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ HÕA

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ
THÍCH NGHI CHO TAY MÁY ROBOT HAI
BẬC TỰ DO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật diều khiển và tự động hóa

THÁI NGUYÊN – 2014


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ HÕA

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH
NGHI CHO TAY MÁY ROBOT HAI BẬC TỰ DO
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THANH HÀ

THÁI NGUYÊN – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn này là của bản
thân thực hiện, chưa được sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào
khác. Theo hiểu biết cá nhân, chưa có tài liệu khoa học nào tương tự được
công bố, trừ những thông tin tham khảo được trích dẫn.
Thái nguyên, tháng 5 năm 2014
Học viên

Nguyễn Thị Hòa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

i

/>

MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời cam đoan ......................................................................................................... i
Mục lục .................................................................................................................ii
Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ............................................................................iv
Danh các hình ảnh (Hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị) ....................................................
v LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................. 1
PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................................... 2
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 2
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................. 2

3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................ 2
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài.......................................................... 2
a) Ý nghĩa khoa học ....................................................................................................... 2
b) Ý nghĩa thực tiễn ....................................................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ TAY MÁY ............. 4
1.1. Lịch sử phát triển ................................................................................................... 4
1.2. Robot công nghiệp và các ứng dụng ..................................................................... 7
1.3. Ứng dụng robot công nghiệp ................................................................................. 8
1.4. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp ..................................................................
8
1.5. Kết cấu tay máy ...................................................................................................... 9
1.6. Kết luận ................................................................................................................. 11
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN ........................................ 12
2.1 Các hệ điều khiển kinh điển................................................................................... 12
2.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển tuyến tính .....................................................................
12
2.1.2 Tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến ...................................................................... 12
2.2 Logic mờ và điều khiển mờ ................................................................................... 14
2.2.1. Giới thiệu ........................................................................................................... 14
2.2.2. Cấu trúc của hệ điều khiển mờ .......................................................................... 16


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii

/>

2.3. Điều khiển thích nghi : ......................................................................................... 28
2.3.1. Lịch sử phát triển của hệ điều khiển thích nghi ................................................ 28

2.3.2. Khái quát về hệ điều khiển thích nghi .............................................................. 29
2.3.3. Cơ chế thích nghi – thiết kế bộ điều khiển thích nghi dựa vào luật MIT: ........ 35
2.3.4. Phương pháp ổn định của Lyapunov. ................................................................ 37
2.4. Kết luận ................................................................................................................. 40
Chương 3. THIẾT KẾ HỆ THÓNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI CHO CÁNH TAY
ROBOT HAI BẬC TỰ DO VÀ MÔ PHỎNG .................................. 41
3.1 Mô hình toán học cánh tay robot
3.2

........................................................ 43

–

.............................................. 43

3.3 Kết luận ................................................................................................................. 55
Chương 4. THỰC NGHIỆM BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI TRÊN ROBOT
RD5NT......................................................................................................... 56
4.1. Thực nghiệm trên Robot sử dụng bộ điều khiển Fuzzy-PI................................... 56
4.2. Thiết kế bộ điều khiển DAFC (Direct Adaptive Fuzzy Controller) cho tay máy 2
bậc tự do....................................................................................................................... 58
4.3. Thực nghiệm trên Robot sử dụng bộ điều khiển DAFC....................................... 66
4.4. Kết luận ................................................................................................................. 66
Kết luận chung và kiến nghị ........................................................................................ 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 70

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iii

/>

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

Ý NGHĨA

ET

Đầu vào thứ nhất đặt vào bộ điều khiển

dET

Đạo hàm dầu vào thứ nhất đặt vào bộ điều khiển

U

Điện áp một chiều

ĐKTN

Điều khiển thích nghi

e(t)

Sai lệch tind hiệu điều khiển

PID

Bộ điều khiển tỷ lệ, tích phân, vi phân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv

/>

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Tay máy kiểu tọa độ Đề các ..........................................................................9
Hình 1.2. Tay máy kiểu tọa độ trụ ...............................................................................10
Hình 1.3. Tay máy kiểu tọa độ cầu ..............................................................................10
Hình 1.4. Tay máy kiểu tọa độ góc..............................................................................11
Hình 1.5. Tay máy kiểu SCARA .................................................................................11
Hình 2.1. Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ ..................................................16
Hình 2.2. Các hàm liên thuộc của một biến ngôn ngữ ................................................17
Hình 2.3. Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành Max-min..................................20
Hình 2.5. Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành sum-min ..................................22
Hình 2.6. Hàm liên thuộc vào-ra theo luật hợp thành sum-prod
.................................24
Hình 2.7. Giải mờ bằng nguyên tắc trung bình ...........................................................25
Hình 2.8. Giải mờ bằng nguyên tắc cận trái ................................................................25
Hình 2.9. Giải mờ bằng nguyên tắc cận phải...............................................................26
Hình 2.10. Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm
..............................................27
Hình 2.11. So sánh các phương pháp giải mờ .............................................................27
Hình 2.13. Hệ thích nghi tín hiệu ................................................................................33
Hình 2.14. Điều khiển ở cấp 1 và cấp 2......................................................................35
Hình 3.1. Mô hình cấu trúc đối tượng trong phần mềm Matlab
..................................45

Hình 3.2. Mô hình cấu trúc bộ điều khiển PI - Fuzzy trong phần mềm Matlab ..........45
Hình 3.3. Mô hình cấu trúc bộ lọc đầu vào trong phần mềm Matlab
..........................46
Hình 3.4. Mô hình cấu trúc mô phỏng điều khiển trong phần mềm Matlab
...............46
Hình 3.5. Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ 1...................................47
Hình 3.6. Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ 2....................................47
Hình 3.7. Định nghĩa các tập mờ cho biến ET của bộ điều khiển mờ ........................49
Hình 3.8. Định nghĩa các tập mờ cho biến dET của bộ điều khiển mờ ......................49
Hình 3.9. Định nghĩa các tập mờ cho biến U của bộ điều khiển mờ ..........................50


Hình 3.10. Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ ................................51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

v

/>

Hình 3.11. Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ ...........................................................52
Hình 3.12. Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ
.....................52
Hình 3.13. Quỹ đạo bám của biến khớp1 sử dụng bộ điều khiển mờ .........................54
Hình 3.14. Quỹ đạo bám của biến khớp2 sử dụng bộ điều khiển mờ .........................54
Hình 3.15. Sai lệch tín hiệu đặt và tín hiệu bám của biến khớp 1 và 2 .......................55
...................................................................................5
6
Hình 4.2. Sơ đồ khối chạy thực nghiệm ......................................................................57
Hình 4.3. Sơ đồ khối chạy thực nghiệm ......................................................................57
Hình 4.4. Kết quả chạy thực nghiệm cho một biến khớp ............................................57

Hình 4.5. Kết quả chạy thực nghiệm cho một biến khớp ............................................58
Hình 4.6. Bộ điều khiển mờ thích nghi trực tiếp .........................................................59
Hình 4.7. Hàm thuộc của sai lệch e(t) .........................................................................60
Hình 4.8. Hàm thuộc của đạo hàm sai lệch de(t)
.........................................................60
Hình 4.9. Quỹ đạo bám của cánh tay Robot ................................................................63
Hình 4.10. Tin hiệu điều khiển quỹ đạo bám của cánh tay Robot...............................63
Hình 4.11. Sai lệch quỹ đạo bám của cánh tay Robot .................................................64
Hình 4.12. So sánh đáp ứng đầu ra của hai bộ điều khiển...........................................65
Hình 4.13. Tham số thích nghi cua hàm thuộc đầu ra của bộ điều khiển mờ 1,2 .......66
Hình 4.14. Tin hiệu điều khiển quỹ đạo bám của cánh tay Robot...............................67
Hình 4.15. Tin hiệu điều khiển quỹ đạo bám của cánh tay Robot...............................67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi

/>

LỜI NÓI ĐẦU
Robot là đối tượng phi tuyến nên rất khó xác định được chính xác các thông
số đo lường tại các thời điểm nhất định. Do vậy, bài toán điều khiển cánh tay
robot là bài toán khá phức tạp. Vì vậy, áp dụng bộ điều khiển mờ thích nghi trong
bài toán điều khiển cánh tay robot sẽ hứa hẹn là một giải pháp hiệu quả góp phần
nâng cao hiệu quả làm việc của robot nhờ khả năng di chuyển chính xác đối tượng
trong các môi trường làm việc.
Hiện nay trong nước và trên thế giới đã có một số nghiên cứu điều khiển
cánh tay robot. Tuy nhiên, vẫn chưa thu được các kết quả như mong muốn. Chính vì
lý do trên tác giả quyết định chọn đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi cho tay máy robot hai bậc tự

do”. Luận văn chia làm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về Robot công nghiệp và tay máy
Chương 2: Tổng quan về các hệ điều khiển
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển mờ thích nghi cho cánh tay robot hai bậc tự
do và mô phỏng
Chương 4: Thực nghiệm bộ điều khiển mờ thích nghi trên robot RD5NT.
Mặc dù hết sức nỗ lực song do quỹ thời gian và kinh nghiệm khoa học còn
nhiều hạn chế nên bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
nhận được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp!
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn PGS TS Nguyễn Thanh Hà và
các
thầy cô khác đã tận tình giúp đỡ, định hướng và giúp tôi hoàn thành bản luận văn
này!
Và qua đây xin dành lời biết ơn sâu sắc đến người thân đã hết lòng động viên,
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn này!
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2014
Tác giả

Nguyễn Thị Hòa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1

/>

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việc nâng cao chất lượng điều khiển tay máy luôn là vấn đề cấp thiết được nhiều
nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm. Các hệ thống điều khiển tay máy hiện
nay chủ yếu dùng phương pháp điều khiển kinh điển và được thiết kế theo phương

pháp tuyến tính hóa gần đúng. Khi thông số của hệ thống thay đổi thì thống số của
bộ điều khiển giữ nguyên dẫn đến làm giảm độ chính xác điều khiển ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm.
Với sự ra đời của lý thuyết điều khiển hiện đại (điều khiển thích nghi, điều khiển
mờ, mạng nơron…) đã tạo điều kiện cho việc xây dựng các bộ điều khiển thông minh
đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng cao của nền sản xuất hiện đại. Trong mấy năm
gần đây đã có nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng hệ mờ để điều khiển các đối tượng
phi tuyến. Song phần lớn các nghiên cứu chưa đạt được kết quả như mong muốn.
Trong đề tài này tác giả nghiên cứu và ứng dụng hệ mờ thích nghi để điều khiển tay
máy hai bậc tự do.
Trên đây là lý do tác giả chọn đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ
thích nghi cho tay máy robot hai bậc tự do"
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng bộ điều khiển mờ thích nghi cho cánh tay robot đảm bảm các yêu
cầu chất lượng.
3. Đối tượng nghiên cứu
Điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do theo mờ thích nghi
4. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài
a) Ý nghĩa khoa học
Bộ điều khiển mờ thích nghi đang nổi lên như một công cụ điều khiển các hệ
thống phi tuyến với các thông số chưa xác định. Điều này có ý nghĩa rất lớn về mặt
khoa học trong việc điều khiển các đối tượng phi tuyến.
Đề tài này sẽ đề cập đến ứng dụng của mờ thích nghi trong việc điều khiển đối
tượng phi tuyến đặc biệt là điều khiển cánh tay robot.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2

/>

b) Ý nghĩa thực tiễn
Việc điều khiển cánh tay robot ứng dụng mờ thích nghi có ý nghĩa thực tiễn rất
lớn. Bởi vì robot được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chúng buộc
phải có khả năng làm việc trong các môi trường không xác định trước và thay đổi.
Đặc biệt chúng phải nhạy cảm với môi trường làm việc và thực hiện thao tác bất
chấp sự có mặt của vật cản trong vùng làm việc. Việc nâng cao chất lượng điều khiển
robot sẽ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất và hiệu quả
lao động.


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ TAY MÁY
Robot công nghiệp là thuật ngữ có nhiều quan điểm khác nhau. Có thể định
nghĩa là: Robot công nghiệp là một cơ cấu cơ khí có thể lập trình được và có thể
thực hiện những công việc có ích một cách tự động không cần sự giúp đỡ trực tiếp
của con người. Theo ISO thì “Robot công nghiệp là một tay máy đa mục tiêu, có
một số bậc tự do, dễ dàng lập trình, điều khiển tự động, dùng để tháo lắp phôi, dụng
cụ và các vật dụng khác”.
Do chương trình thao tác có thể thay đổi, thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng
nên có thể nói robot công nghiệp được hiểu là những thiết bị tự động, linh hoạt, bắt
chước được các chức năng lao động của con người. Theo đó, robot công nghiệp cũng
là một hệ thống tự động hóa lập trình được, giống như NC, CNC, DNC và AC. Điểm
khác biệt giữa robot và NC là NC điều khiển các chuyển động trên bề mặt, theo các
trục của hệ tọa độ thì robot điều khiển các chuyển động trong không gian.
Yếu tố đa chức năng nhấn mạnh robot có khả năng thực hiện nhiều chức
năng, phụ thuộc vào chương trình và công cụ làm việc. Ví dụ trong dây chuyền sản
xuất ô tô, một robot có thể được gắn mỏ hàn để thực hiện công nghệ hàn trong một
phân xưởng. Tại phân xưởng khác, robot có cấu hình tương tự với khâu tác động
cuối thay thế mỏ hàn bằng các bàn kẹp có thể được điều khiển để vận chuyển các chi
tiết và lắp ráp nó vào các vị trí yêu cầu. Ứng với mỗi chức năng khác nhau, chương

trình điều khiển của robot sẽ được lập trình lại cho phù hợp. Yếu tố đa chức năng là
một trong những điểm chính để phân biệt robot với các máy tự động đang sử
dụng trong sản xuất hiện nay.
1.1. Lịch sử phát triển
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) là “Robota” (có nghĩa là công
việc tạp dịch) trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek vào năm
1920. Trong vở kịch này, nhân vật Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những
chiếc máy có thể ứng xử như con người, có khả năng làm việc khỏe gấp đôi con


người, nhưng không có cảm tính, cảm giác như con người đồng nghĩa robot phải
thoả mãn ba nguyên tắc cơ bản sau:
- Robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người.
- Hoạt động của robot phải tuân theo các quy tắc do con người đặt ra,
quy tắc này không vi phạm nguyên tắc thứ nhất.
- Robot phải bảo vệ sự sống của mình nhưng không vi phạm hai nguyên
tắc trên.
Các nguyên tắc trên trở thành nền tảng cho việc thiết kế robot, từ sự hư 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 ngoài khoảng không vũ
trụ, trong lòng đất, lò phản ứng hạt nhân…
Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực
kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy
công cụ điều khiển số (NC-Numerically Controlled machine tool). Năm 1952, mẫu
máy điều khiển số đầu tiên được trưng bày ở Viện Công Nghệ Massachuasetts sau
một vài năm nghiên cứu chế tạo.
Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh
trong Chiến tranh thế giới lần thứ II nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Người
thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc

vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong. Các cơ cấu điều
khiển từ xa thay thế cho cánh tay của người thao tác; nó gồm có một bộ kẹp ở bên
trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ). Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với
nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy ý của tay cầm
và bộ kẹp. Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm.
Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu
cầu gia công các chi tiết trong nghành chế tạo máy bay. Những robot đầu tiên thực


chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập
trình của máy công cụ điều khiển số.


Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran
của công ty AMF của Mỹ vào năm 1960. Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất
hiện loại robot Unimate được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ô tô.
Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh -1967,
Thụy Điển và Nhật-1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức-1971; Pháp-1972; Ý1973…
Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận
biết và xử lý. Năm 1968, trường đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu
robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng
bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến.
Năm 1974, Công ty Cincinnati của Mỹ đã 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 40kg.
Năm 1976, cánh tay robot đầu tiên trong không gian trên tàu thám hiểm Viking
của cơ quan không gian Nasa Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hỏa.
Từ những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều
đến sự lắp đặt thêm các cảm biến để nhận biết môi trường làm việc. Tại trường
đại học tổng hợp Stanford người ta đã tạo ra loại robot dùng để lắp ráp tự động và

được điều khiển bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị
giác. Cũng vào thời gian này công ty IBM đã chế tạo loại robot có các cảm biến xúc
giác và cảm biến lực, điều khiển bằng máy tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi
tiết.
Năm 1990, có hơn 40 công ty của Nhật Bản trong đó có những công ty khổng lồ
như công ty Hitachi và công ty Mitsubishi đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại
robot nổi tiếng.
Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot không
ngừng phát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau để nhận


biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực Tin họcĐiện tử đã tạo ra các thế hệ robot với nhiều tính năng đặc biệt. 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
không nhân tạo, hệ chuyên gia…
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.
1.2. Robot công nghiệp và các ứng dụng
Kỹ thuật tự động hoá (TĐH) đã đạt tới trình độ rất cao như trong công nghiệp sản
xuất kỹ thuật điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động trong đó có sử dụng máy tính.
- Tự động hoá cũng được hình thành dưới dạng thiết bị hoặc dây chuyền chuyên
môn hoá theo đối tượng nó áp dụng cho sản xuất hàng khối với khối lượng lớn các
sản phẩm cùng loại.
- Tự động hoá khả trình được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất hàng loại vừa, nhỏ
đáp ứng phần lớn nhu cầu sử dụng. Sản phẩm công nghiệp dạng này có thể lập trình
hàng loạt để thay đổi chủng loại sản phẩm.

- Tự động hoá linh hoạt là dạng phát triển của TĐH khả trình nó thích hợp với
công nghệ sản xuất với kỹ thuật điều khiển bằng máy tính, có thể thay đổi đối tượng
sản xuất mà không cần sự can thiệp của con người. TĐH linh hoạt được biểu diễn
dưới 2 dạng tế bào sản xuất linh hoạt và hệ thống linh hoạt.
- Hai đặc trưng cơ bản của robot công nghiệp:
+ Thiết bị vạn năng được tự động hoá theo chương trình và có thể lập trình lại
để đáp ứng một cách linh hoạt khéo léo các nhiệm vụ khác.
+ Được ứng dụng trong những trường hợp mang tính công nghiệp đặc trưng nhxếp dỡ nguyên vật liệu, láp ráp…
- Định nghĩa robot công nghiệp


Robot công nghiệp là tay máy tự động được đạt cố định hoặc di động bao
gồm thiết bị dạng tay máy có số bậc tự do hoạt động và thiết bị điều khiển
theo


chương trình, có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng hoạt động và
điều khiển trong quá trình sản xuất.
1.3. Ứng dụng robot công nghiệp
- Một trong các lĩnh vực đó là kỹ nghệ đúc. Thường trong các phân xưởng
đúc công việc rất đa dạng, điều kiện làm việc nóng bức, bụi bặm, mặt hàng luôn luôn
thay đổi…
- Trong ngành gia công áp lực điều kiện làm việc cũng khá nặng nề, dễ gây mệt
mỏi nhất là ở trong các phân xưởng rèn dập nên đòi hỏi sớm áp dụng robot công
nghiệp.
- Trong ngành hàn và nhiệt luyện bao gồm nhiều công việc nặng nhọc, độc hại và
ở nhiệt độ cao. Do vậy ngành này cũng nhanh chóng ứng dụng robot công
nghiệp.
- Ngành gia công và lắp ráp thường sử dụng robot vào các việc tháo lắp phôi và
sản phẩm trong các máy gia công bánh răng, máy khoan, máy tiện bán tự động…

1.4. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp
- Robot công nghiệp được cấu hình bởi các yếu tố 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 nên sự khéo léo linh hoạt, bàn tay hoàn thành
thao tác trên đối tượng.
+ Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu cổ tay máy, động cơ là nguồn
động lực của các cơ cấu chấp hành.
+ Hệ thống cảm biến gồm các cảm biến và các thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần
thiết khác, các robot cần hệ thống cảm biến trong để nhận biết trạng thái của bản
thân, các cơ cấu của robot và các cảm biến ngoài để nhận biết trạng thái của
môi trường.


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


1.5. Kết cấu tay máy
Tay máy là phần cơ sở quyết định khả năng làm việc của Robot công nghiệp, đó
là thiết bị đảm bảo cho robot khả năng làm việc như nâng hạ vật. Ban đầu người
ta chế tạo tay máy phỏng theo tay người còn hiện nay tay máy rất đa dạng và nhiều
loại khác xa tay người tuy nhiên vẫn sử dụng thuật ngữ như vai, cánh tay, cổ tay,
bàn tay và khớp để chỉ các bộ phận của nó. Trong thiết kế tay máy người ta quan
tâm đến các thông số ảnh hưởng khả năng làm việc
- Sức nâng, độ cứng vững lực kẹp của tay.
- Tầm với của vùg làm việc.
- Khả năng định vị, định hướng phần công tác.
Chúng có đặc điểm chung sau:
Kết cấu gồm các khâu được nối với nhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi
động học hở các khớp chủ yếu là khớp quay và khớp trượt tuỳ theo cách bố chí

mà các khớp có thể tạo ra tay máy có toạ độ đề các, tọa độ trụ, tọa độ cầu, tọa độ
goác và SCARA.
+ Tay máy kiểu tọa độ Đề các: Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo
phương của các hệ tọa độ gốc (cấu hình T.T.T). Trường công tác có dạng khối chữ
nhật. Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ khí
dễ đảm bảo vì vậy nó thường dung để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt
phẳng…

Hình 1.1. Tay máy kiểu tọa độ Đề các


+ Tay máy kiểu tọa độ trụ: Vùng làm việc của robot có dạng hình trụ rỗng.
Thường khớp thứ nhất chuyển động quay. Ví dụ robot 3 bậc tự do, cấu hình R.T.T
như hình vẽ
1.2. Có nhiều robot tọa độ trụ như: Robot Versatran của hang AMF (Hoa Kỳ)

Hình 1.2. Tay máy kiểu tọa độ trụ
+ Tay máy kiểu tọa độ cầu: Vùng làm việc của robot có dạng hình cầu, thường độ
cứng vững của loại robot này thấp hơn so với hai loại trên. Ví dụ robot 3 bậc tự do,
cấu hình R.R.R hoặc R.R.T làm việc theo kiểu tọa độ cầu (Hình 1.3)

Hình 1.3. Tay máy kiểu tọa độ cầu
+ Robot kiểu tọa độ góc: Đây là kiểu robot được dung nhiều hơn cả. Ba chuyển
động đầu tiên là các chuyển động quay, trục quay thứ nhất vuông góc với hai trục
kia. Các chuyển động định hướng khác cũng là các chuyển động quay. Vùng làm việc
của tay máy này gần giống một phần khối cầu. Tất cả các khâu đều nằm trong mặt
phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản lầ bài toán phẳng, ưu điểm nổi bật của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10

/>

các loại robot hoạt động theo hệ tọa độ góc là gọn nhẹ, tức là có vùng làm việc
tương đối lớn so với kích cỡ của bản than robot, độ linh hoạt cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

11

/>