Cánh tay robot phân loại sản phẩm dựa theo màu sắc

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

Lời cảm ơn

1


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian dài nghiên cứu và thực hiện đến nay đề tài tốt nghiệp “Cánh tay
robot phân loại sản phẩm trên băng chuyền theo màu sắc” có thể nói bước đầu đã
hoàn thiện. Chỉ còn một ít thời gian nữa là em sẽ hoàn thành chương trình đại học và
bắt đầu một con đường mới. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa kỹ
thuật điện tử 1 của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông trong suốt quá trình em
học tập tại học viện đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ em để em có thể trang bị cho mình
những kiến thức nền tảng trên con đường sự nghiệp. Em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt và
chân thành nhất tới thầy Ngô Đức Thiện-giảng viên Khoa Kỹ thuật điện tử 1 đã hết
mình hỗ trợ, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nhờ sự chỉ bảo và
những kiến thức thầy truyền đạt đã giúp em hoàn thành được đề tài tốt nghiệp này.
Qua đây em cũng muốn gửi lời cảm ơn tới những người bạn đã đồng hành cùng mình
suốt những năm tháng đại học, những người thân thiết và đặc biệt em muốn gửi lời
cảm ơn tới gia đình mình, nguồn động lực cũng như nguồn động viên to lớn để giúp
em hoàn thành những năm tháng sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên thực hiện
Trần Ngọc Tú

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

2


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

Lời cảm ơn

3


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DC: Direct Current

Dòng điện một chiều

PWM: Pulse-width modulation

Điều chế độ rộng xung

I/O : Input/Output

Tín hiệu vào/ra

UART: Universal asynchronous receiver/transmitter Chuẩn truyền thông
nối tiếp

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

4


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

5


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật và máy móc vào lĩnh vực sản xuất
công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước. Sự ra đời của Robot đã mở ra nột cuộc cách mạng trong công nghiệp khi mà
Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

nó có thể hoạt động chính xác và liên tục trong một thời gian dài, thay thế con người
để làm việc ở những môi trường khắc nghiệt hoặc độc hại. Việc đưa các Robot vào
hoạt động sản xuất có thể tạo bước đà thúc đẩy hoạt dộng sản xuất của cả một doanh
nghiệp. Việc sản xuất tự động thay thế cho các hoạt dộng sản xuất thủ công giúp tăng
sản lượng, năng suất công việc, cắt giảm chi phí nhân công từ đó vừa nâng cao chất
lượng đồng thời lại hạ được giá thành sản phẩm tạo tiền đề cạnh tranh trên thị trường.
Chính vì sự quan trọng của Robot mà em đã chọn đề tài “Cánh tay robot 3 bậc
tự do phân loại sản phẩn trên băng chuyền dựa theo màu sắc” cho đồ án tốt nghiệp của
mình. Với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa Kỹ thuật điện tử 1 và đặc
biệt là thầy giá Ngô Đức Thiện, em mong muốn xây dựng được một tiền đề cơ bản
nhất để nghiên cứ về lĩnh vực robotic. Tuy nhiên, do kiến thức chuyên môn còn hạn
chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong sản phẩm làm ra, em rất mong
nhận được sự thông cảm và ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên. Em
xin trân thành cảm ơn.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

7


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1. Tổng quan chung

1.1.1. Dẫn nhập
Khoa học ngày càng phát triển và sản sinh ra các công cụ hộ trợ tối đa cho con
người trong lao động và cuộc sống. Trong vô vàn các ngành khoa học ứng dụng khác
nhau thì khoa học robot đang là vấn đề nổi trội, bởi trong quá tình lao động sản xuất,
càng ngày sức người càng được giảm tải trong các công đoạn và máy móc được đưa
vào thay thế. Và hơn hết, nhu cầu tìm hiểu cũng như khám phá của con người không
bao giờ là đủ, nhưng trong quá trình khám phá và cải tạo thế giới, con người gặp phải
những vấn đề trở ngại bởi không phải môi trường nào con người cũng có thể sống
được. Vì vậy, nhu cầu tất yếu là phải có một cỗ máy đảm nhiệm những công việc này.
Từ đó, con người nảy sinh ra nhu cầu chế tạo robot mang hình dáng con người để đảm
nhận thay con người trong các công việc từ đơn giản đến phức tạp.

Hình 1.1.

Robot công nghiệp

Ngày nay, robot là một lĩnh vực phát triển nhanh chóng. Nhờ công nghệ phát
triển liên tục, robot đã được chế tạo để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, đó là
các robot dưới nước, robot công nghiệp và robot quân sự,… Nhiều robot đã thay con
người làm các công việc độc hại, nguy hiểm như tháo ngòi nổ bom mìn, thăm dò tìm

các con tàu bị đắm…

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

8


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

1.1.2. Lịch sử phát triển
Các robot độc lập với đầy đủ ý nghĩa chỉ có xuất hiện trong nửa sau của thế kỷ
20. Robot kỹ thuật số và được lập trình đầu tiên có tên gọi Unimate, được chế tạo vào
năm 1961 dùng để nâng phần nóng của miếng kim loại từ một máy đúc chết và sắp
xếp lại chúng theo trật tự. Ngày nay, các robot thương mại và robot công nghiệp được
sử dụng phổ biến để thực hiện các công việc với giá rẻ hơn, chính xác và đáng tin cậy
hơn con người. Chúng cũng được sử dụng trong các công việc mà có độ ô nhiễm cao,
nguy hiểm hoặc đơn điệu. Robot được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, lắp ráp, đóng
gói, mở gói, vận chuyển, phẫu thuật, chế tạo vũ khí, thăm dò không gian cũng như
lòng đất, , nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và các dây chuyền sản xuất hàng loạt.

Hình 1.2.

Robot công nghiệp đầu tiên

Trên thực tế, hầu hết các robot Unimate bán ra là để làm công việc lấy khuôn ra
khỏi các máy dập khuôn và để hàn điểm trên ôtô, đây là hai loại công việc mà công
nhân không bao giờ muốn làm. Tuân theo các lệnh tuần tự được lưu trữ trong một
trống từ, một cánh tay nặng 4000 pound đủ linh hoạt để có thể làm được rất nhiều loại

tác vụ. Cả hai ứng dụng này đã thành công rất lớn về thương mại, cụ thể là những
robot làm việc rất đáng tin cậy và tiết kiệm tiền thuê nhân công. Một nền công nghiệp
mới đã ra đời với rất nhiều các công việc do robot thực hiện. Robot công nghiệp
Unimate là một trong những robot được sử dụng phổ biến nhất thế giới. Unimate robot
cho phép lập trình chuyển động hoàn toàn trên 6 trục và được thiết kế để có thể nâng
trọng lượng 500 pound với tốc độ nhanh. Sau hơn 20 năm cải tiến, robot này có độ tin
cậy cao và rất dễ sử dụng.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

9


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Năm 1969, Victor Scheinman – một sinh viên chế tạo máy làm việc tại phòng thí
nghiệm trí thông minh nhân tạo Standford đã chế tạo ra cánh tay Standford. Thiết kế
này đã trở thành chuẩn mực và vẫn đang ảnh hưởng nhiều đến những thiết kế của cánh
tay robot ngày nay. Đây là cánh tay robot đầu tiên chạy bằng điện và điều khiển bằng
máy tính thành công. Robot này có 6 khớp, cho phép giải động học ngược cho robot
(arm solution). Robot này có thể đi theo một lộ trình tùy ý và mở rộng khả năng cho
các ứng dụng phức tạp hơn như robot lắp ráp và hàn hồ quang. Cũng chính robot này
đã được sử dụng để phát triển những kỹ thuật lắp ráp công nghiệp cho các cánh tay
robot thương mại. Victor Scheinman sau đó đã bán thiết kế này cho Unimation, hãng
này với sự giúp đỡ của General Motors đã phát triển robot này thành dòng robot công
nghiệp PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly) được sử dụng rộng
rãi trong các dây chuyền lắp ráp tự động và rất nhiều các tác vụ công nghiệp khác.

Hình 1.3.

Robot PUMA

Shakey là robot di động đầu tiên có thể suy luận hoạt động của nó, do trung tâm
trí tuệ nhân tạo của SRI ( nay là viện nghiên cứu Stanford, Menlo Park, California )
phát triển từ năm 1966 cho đến năm 1972. Shakey là nền tảng và có ảnh hưởng to lớn
đến trí thông minh nhân tạo và khoa học robot ngày nay. Shakey có một camera vô
tuyến, một máy đo khoảng cách bằng phương pháp 3 điểm, một cảm biến chấn động.
Shakey được kết nối với hai máy tính DEC PDP – 10 và DPD – 15 thông qua sóng

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

10


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

radio và sóng vô tuyến, sử dụng các chương trình để nhận biết, lập mô hình thế giới
xung quanh và các hoạt động. Các lệnh con bậc 1 điều khiển các hoạt động di chuyển,
quay và xác định đường đi, các lệnh bậc 2 phối hợp các lệnh 1 để thực hiện được các
lệnh phức tạp hơn một cách nhanh hơn. Các lệnh bậc 3 có thể xây dựng và điều hành
kế hoạch để đạt được những mục tiêu mà người sử dụng đưa ra. Hệ thống cũng khái
quát và giữ lại các lệnh này để có thể sử dụng lại trong tương lai.

Hình 1.4.

Robot Shakey

Đã từng đến Việt Nam và tạo ra cơn sốt khá lớn, ASIMO là sản phẩm của tập
đoàn Honda lần đầu tiên được hé lộ vào tháng 10 năm 2020. ASIMO có chiều cao 1,3
mét và nặng 54 kilogam. Chú robot này sở hữu rất nhiều khả năng trong đó đáng chú ý

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

11


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

nhất là có thể lập trình để trở thành một cỗ máy trợ giúp cá nhân cho người khuyết tật.
ASIMO hoạt động trên năng lượng từ một loại pin đặt biệt và được điều khiển thông
qua máy tính hoặc giọng nói. Nó thậm chí còn có khả năng phân biệt và tương tác với
con người thông qua các cử chỉ, âm thanh và khuôn mặt. Giả sử nếu chúng ta bước vào
một căn phòng, ASIMO sẽ quay ra chào đồng thời bắt tay nếu chúng ta chủ động giơ
tay ra trước. Hiện nay, ASIMO có khả năng phân biệt được 10 khuôn mặt khác nhau.

Hình 1.5.

Robot ASIMO

Robot NAO được phát triển nhằm vào các khả năng chính là học hỏi, nhận diện
và tương tác với con người. Đây là sản phẩm của Aldebaran Robotics và nó có chiều
cao 58cm. Đặc tính nổi bật của robot này là nó cực kỳ dễ lập trình. Nhờ vào đặc tính
này, trường đại học Hertfordshire đang tiến hành giúp NAO phát triển được cảm xúc
đồng thời có khả năng nhận diện và học theo các cử chỉ khuôn mặt và ngôn ngữ hình

thể con người. Về cơ bản, NAO có thể học những điều này giống hệt cách một đứa trẻ
học thông qua việc quan sát. NAO còn có một số kỹ năng đặc biệt khác như viết các
ngôn ngữ khác nhau. Hiện nay, chú robot này đang được bắt đầu đưa vào chương trình
giáo dục cho các em nhỏ hoặc thậm chí là giúp việc ở bệnh viện. Các chuyên gia đều
khẳng định triển vọng của NAO trong tương lai là rất tốt.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

12


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 1.6.

Robot NAO

1.1.3. Một số định nghĩa về Robot
Viện Nghiên cứu robot Hoa Kỳ đưa ra một định nghĩa về robot như sau: “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 hoàn
thành những nhiệm vụ đa dạng” (Schlussel, 1985).
Định nghĩa robot còn được Mikell P.Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu trong
lĩnh vực robot, mở rộng hơn như sau: “Robot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng
hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như ở con
người”. Định nghĩa của M.P.Groover về robot không dừng lại ở tay máy mà mở rộng
ra cho nhiều đối tượng khác có những đặc tính tương tự như con người như là suy

nghĩ, có khả năng đưa ra quy định và có thể nhìn thấy hoặc cảm nhận được đặc điểm
của vật hay đối tượng mà nó phải thao tác hoặc xử lý.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

13


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Theo Artobolevski I.I., Vorobiov M.V và các nhà nghiên cứu thuộc trường phái
khối SEV trước đây thì phát biểu rằng: “Robot công nghiệp là những máy hoạt động
tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những
đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hoá các quá trình sản xuất”.
Sự thống nhất trong tất cả các định nghĩa nêu trên ở đặc điểm “điều khiển theo
chương trình”. Đặc điểm này của robot được thực hiện nhờ sự ra đời của những bộ vi
xử lý (microprocessors) và các vi mạch tích hợp chuyên dùng được là “chip” trong
những năm 70.
Không lâu sau khi xuất hiện robot được điều khiển theo chương trình, người ta
đã thực hiện được những robot tự hành. Hơn nữa, với những bước phát triển nhanh
chóng của kỹ thuật điện tử và tin học, hiện nay người ta đã sáng tạo nhiều robot cảm
xúc và có khả năng xử lý thông tin. Do đó, định nghĩa robot cũng có những thay đổi bổ
sung.
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 công nghiệp
trên toàn 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 thông minh được trang bị trí tuệ nhân
tạo (theo Schlussel, 1985).
Một số nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực robot của Nhật Bản đưa ra những
định nghĩa về robot dưới dạng những yêu cầu như sau:
Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một robot công
nghiệp phải thoả mãn yếu tố sau:
- Có khả năng thay đổi chuyển động
- Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác
- Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao
Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

14


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

- Có khả năng thích nghi với môi trường hoạt động
- Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngoài.
Theo Giáo sư Masahiro Mori (Viện công nghệ Tokyo) thì robot công nghiệp phải
có các đặc điểm sau:
- Có khả năng thay đổi chuyển động
- Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ)
- Có tính vạn năng
- Có những đặc điểm của người và máy.
Từ những khác biệt trong định nghĩa về robot, căn cứ vào tính linh hoạt của

những hệ thống sản xuất có áp dụng robot P.J.McKerrow, một nhà nghiên cứu về robot
của Úc đã đưa ra một định nghĩa ở một góc độ khác. Theo ông, “Robot là một loại
máy có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng tương tự như một máy tính,
là một mạch điện tử có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng”. Các robot
đóng góp vào sự phát triển công nghiệp dưới nhiều dạng khác nhau; tiết kiệm sức
người, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và an toàn lao động và
giải phóng con người khỏi những công việc cực nhọc và tẻ nhạt. Tất nhiên, trong
tương lai còn nhiều vấn đề nảy sinh khi robot ngày càng thay thế các hoạt động của
con người, nhưng trong việc đem lại lợi ích cho con người, khám phá vũ trụ, và khai
thác các nguồn lợi đại dương, robot đã thực sự làm cho cuộc sống của chúng ta tốt đẹp
hơn.
1.2. Phân loại Robot
Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản nhất của
robot để giúp cho việc nhận xét được dễ dàng. Có 4 yếu tố chính để phân loại robot
như sau:
- Theo dạng hình học của không gian hoạt động
- Theo thế hệ robot
- Theo bộ điều khiển
- Theo nguồn dẫn động

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

15


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

1.2.1. Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động

(1) Robot toạ độ vuông góc (cartesian robot): robot loại này có ba bậc chuyển động
cơ bản gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục vuông góc.

Hình 1.7.

Robot toạ độ vuông góc

(2) Robot toạ độ trụ (cylindrical robot): ba bậc chuyển động cơ bản gồm hai trục
chuyển động tịnh tiến và một trục quay

Hình 1.8.

Robot toạ độ trụ

(3) Robot toạ độ cầu (spherical robot): ba bậc chuyển động cơ bản gồm một trục
tịnh tiến và hai trục quay.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

16


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 1.9.

Robot toạ độ cầu

(4) Robot khớp bản lề (articular robot): ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trục
quay, bao gồm cả kiểu robot SCARA

Hình 1.10. Robot khớp bản lề

1.2.2. Phân loại theo thế hệ
Theo quá trình phát triển của robot, ta có thể chia ra theo các mức độ sau đây:
(1) Robot thế hệ thứ nhất:
Bao gồm các dạng robot hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi
(playback robots), theo chương trình định trước. Chương trình ở đây cũng có hai dạng;
chương trình “cứng” không thay đổi được như điều khiển bằng hệ thống cam và điều
khiển với chương trình có thể thay đổi theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử dụng
nhờ các panel điều khiển hoặc máy tính.
Đặc điểm:
Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

17


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

• Sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tác giới hạn hành trình.
• Điều khiển vòng hở.
• Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lỗ để đưa chương trình vào bộ điều
khiển, tuy nhiên loại này không thay đổi chương trình được.
• Sử dụng phổ biến trong công việc gắp - đặt (pick and place).
(2) Robot thế hệ thứ hai
Trong trường hợp này robot được trang bị các bộ cảm biến (sensors) cho phép

cung cấp tín hiệu phản hồi hỗ trở lại hệ thống điều khiển về trạng thái, vị trí không
gian của robot cũng như những thông tin về môi trường bên ngoài như trạng thái, vị trí
của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà robot phối hợp, nhiệt độ của môi
trường, v.v... giúp cho bộ điều khiển có thể lựa chọn những thuật toán 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 môi trường thao tác. Dạng robot với trình độ điều khiển này
còn 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 (sensor - controlled robots) cho phép tạo
được những vòng điều khiển kín kiểu servo.
Đặc điểm:
• Điều khiển vòng 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 công cụ như bàn phím, panen điều khiển.
(3) 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 toán 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 hoàn thành
được công việc đã được đặt ra cho chúng. Hiện nay cũng đã có nhiều công bố về
những thành tựu trong lĩnh vực điều khiển này trong các phòng thí nghiệm và được
đưa ra thị trường dưới dạng những robot giải trí có hình dạng của các động vật máy.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

18


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Robot thế hệ này bao gồm các robot được trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong
điều khiển (Vision - controlled robots) 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 (Vision systems - Camera).
• 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.
(4) Robot thế hệ thứ tư:
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 mô hình tính toán xác định trước nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với
điều kiện của môi 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 toán tối ưu với điều
kiện biên không được xác định trước.
• Kết quả của bài toán sẽ là một tập hợp các tín hiệu điều khiển các đáp ứng của
robot.
(5) Robot thế hệ thứ năm:
Là tập hợp những robot được trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent
robot).
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, v.v... 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.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

19


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

• 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 những tín hiệu nhận được từ môi
trường theo những thuật toán tối ưu một hay nhiều mục tiêu đồng thời.

1.2.3. Phân loại theo bộ điều khiển
(1) Robot gắp - đặt: 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 vòng
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 1.11. Robot gắp thùng carton đặt lên pallet

(2) Robot đường dẫn liên tục: Robot loại này sử dụng bộ điều khiển servo thực
hiện điều khiển vòng 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.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

20


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 1.12. Robot sơn

1.2.4. Phân loại robot theo nguồn dẫn động
(1) Robot dùng nguồn cấp điện:
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, động cơ DC servo, động cơ 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.
(2) 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 không
cần độ chính xác cao.
(3) Robot sùng nguồn thuỷ lực:
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 cơ dầu. Robot loại này được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

21

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

1.3. Cánh tay robot
Với hầu hết mọi người, hiểu biết về robot chỉ dừng lại ở hình ảnh: những chú
robot với trí thông minh nhân tạo, có thể giao tiếp, giúp đỡ việc nhà, bán hàng trong
siêu thị, chăm sóc các cụ già hay trông trẻ…
Nhưng họ không để ý đến vai trò đặc biệt quan trọng và sự xuất hiện ngày một
nhiều của robot trong những ngành công nghiệp, chế tạo, lắp ráp và sản xuất hiện đại ở
khắp các nhà máy, công xưởng trên thế giới.
Một trong những robot phổ biến nhất trong thế giới sản xuất là cánh tay robot.
Cánh tay robot trong hầu hết các trường hợp được lập trình và sử dụng để thực hiện
các nhiệm vụ cụ thể, phổ biến nhất cho sản xuất, chế tạo và các ứng dụng công nghiệp.
Cánh tay robot công nghiệp, có thể bạn không phải là một người biết về kỹ thuật,
nhưng chỉ cần nghe qua tên của nó, bạn cũng đoán được rằng để hoạt động được, nó sẽ
phải tuân thủ các cấu tạo và nguyên tắc cử động giống như cánh tay của con người.
Thật vật, đây là một thiết bị hoạt động theo cách tương tự như cánh tay người,
với một số khớp có thể di chuyển dọc theo trục hoặc có thể xoay theo một số hướng
nhất định. Trên thực tế, một số cánh tay robot được cấu tạo và lập trình hoạt động với
cách bắt chước các chuyển động chính xác của cánh tay con người.
Lợi ích tuyệt vời khi sử dụng cánh tay robot công nghiệp trong sản xuất
Cánh tay robot công nghiệp, tuy nhiên lại có thể di chuyển nhanh hơn nhiều so
với cánh tay của con người. Một cánh tay robot công nghiệp làm tăng tốc độ của quá
trình sản xuất và độ chính xác. Những cánh tay robot hoạt động trơn tru giúp cắt giảm
gần như tối đa các lỗi trong quá trình sản xuất do người công nhân gây ra và giúp giảm
được rất nhiều chi phí lao động.
Tại sao vậy?

Cánh tay robot thao tác nhanh và tiết kiệm thời gian hơn con người
Mỗi cử động của robot, bao gồm quay, tịnh tiến, cầm nắm, nhấc, dịch chuyển,
quay, lật có tải, tiến hành thao tác hàn, lắp ráp…của tay robot đều được con người
kiểm soát. Nó được lập trình mô phỏng trong không gian ảo của phần mềm để lường
trước những rủi ro về va chạm, quá tải hay bất hợp lý trong chuyển động.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

22


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Vì vậy, mỗi chuyển động thực tế của robot trong quá trình làm việc sẽ đều là một
chuyển động chính xác, trơn tru và không có động tác dư thừa. Bởi trong sản xuất,
Cycle Time được tính tối ưu tới đơn vị hàng phần chục hoặc phần trăm giây.
Ngoài ra, chất lượng của sản phẩm có thể bắt đầu được cải thiện do con người cải
thiện khả năng Robot. Ví dụ, cắt chính xác xuống các cạnh, tạo ra các mối hàn cứng
hơn hoặc khoan các lỗ chính xác. Điều này liên tục được người lập trình điều chỉnh
thiết lập tới khi đạt trạng thái hoàn hảo. Từ đó dê dàng cải tiến sản phẩm theo thời
gian, đồng thời cải thiện tính toàn vẹn của thương hiệu.
Các chuyển động là chính xác và lặp lại hoàn toàn giống nhau
Các chuyển động chính xác đem lại kết quả chính xác trên sản phẩm theo đúng
yêu cầu kỹ thuật từ đó đảm bảo không có sản phẩm NG do những bất cẩn hoặc thao
tác sai trong quá trình làm việc giống như con người.
Bởi con người chúng ta, trong quá trình làm việc, bộ não rất thường xuyên bị
đánh mất sự tập trung do các yếu tố chủ quan và khách quan bên ngoài tác động vào.
Các yếu tố đó bao gồm sức khỏe trong ca làm việc, tinh thần và sự tập trung, thái độ

nghiêm túc trong công việc, tính kỷ luật của bản thân cũng như nhóm, tổ đội trong dây
chuyền khi làm việc (nói chuyện, cười đùa…). Chính vì các yếu tố đó, với cùng một
công việc, tuy là lặp lại nhưng chất lượng của mỗi sản phẩm hay một công đoạn lại
thường bị phụ thuộc và phó mặc vào cảm xúc và sự hứng thú của người công nhân
thao tác nó. Điều này thực sự nguy hiểm với những công việc hay mặt hàng đòi hỏi độ
chính xác cao trong thao tác và sự tập trung cao độ.
Quan trọng hơn là năng suất mà những cánh tay robot công nghiệp mang lại
Con người có thể hiện diện và làm việc trong nhà máy 24h/ ngày, 7 ngày/ tuần và
365 ngày/ năm ở cùng một vị trí công việc của dây chuyền sản xuất hay không?
Câu trả lời là có...nhưng bạn phải sử dụng nhiều người thay nhau làm công việc
đó ở vị trí đó. Ngay cả trong trường hợp bạn có đủ người (xét ở một chừng mực nào
đó) thì công việc đôi khi vẫn bị ngừng trệ vì không có lao động. Một vài lí do bất khả
kháng như ốm đau, tai nạn lao động, nghỉ thai sản, nghỉ việc, đào tạo lao động mới…
đôi khi chỉ là những gián đoạn cục bộ nhưng lại xảy ra phổ biến đến mức bạn mặc
nhiên chấp nhận nó tồn tại. Với robot thì không, khả năng làm việc 24/7 không mệt

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

23


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

mỏi và gần như không bao giờ xin “nghỉ ốm” của nó đem lại năng suất tối ưu nhất
nhất cho bạn. Nhà đầu tư còn cắt giảm được rất nhiều chi phí từ các nghĩa vụ bắt buộc
với người lao động như BHYT, BHXH, chi phí tăng ca… Với các nhiệm vụ nguy
hiểm, và môi trường làm việc độc hại, rủi ro như khói bụi, nhiệt, phóng xạ…Robot là
sự thay thế hoàn hảo cho con người. Rõ ràng, nhờ chúng, chúng ta giảm thiểu được số

vụ tai nạn lao động đáng kể.
Cánh tay robot hay còn được gọi là tay máy là một dạng robot có cấu tạo mô
phỏng theo những đặc điểm cấu tạo cơ bản của cánh tay người. Cũng có thể hiểu tay
máy là tập hợp các bộ phận và cơ cấu cơ khí được thiết kế để hình thành các khối có
chuyển động tương đối với nhau, được gọi là các khâu chuyển động. Trong đó, phần
liên kết giữa các khâu động được gọi là các khớp động hay còn gọi là các trục. Tay
máy cũng bao gồm các cơ cấu tác động là các phần tử thực sự thực hiện các chuyển
động để vận hành tay máy như động cơ điện, xy-lanh dầu ép, xy-lanh khí nén,… Với
quy mô của đề tài tốt nghiệp nói chung và trước một vấn đề rất rộng như công nghệ
robot, đề tài bước đầu sẽ tập trung tìm hiểu xây dựng được một cánh tay robot căn bản
với một ứng dụng phổ biến trong công nghiệp là phân loại sản phẩm. Đề tài chỉ tập
trung phát triển một sản phẩm cơ bản tạo tiền đề tốt để có thể tiếp cận với công nghệ
robot về sau này.

Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

24


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Khái niệm bậc tự do của robot
Về mặt động học, có thể xem robot loại tĩnh tại như là một chuỗi động hở
với một khâu cố định gọi là giá và các khâu đông. Mỗi khâu động là một vật rắn được
liên kết hoặc nối động với nhau nhờ các khớp động. Để dễ dàng thực hiện việc điều
khiển độc lập các khớp nối động, người ta thường sử dụng những loại khớp chỉ cho
phép tthực hiện một chuyển động tương đối giữa hai khâu được liên kết. Do đó, các

khớp động thường được sử dụng là các khớp tịnh tiến và khớp bản lề.
Thông thường các robot có trên một bậc tự do. Số bậc tự do hay bậc chuyển động
của robot là số khả năng chuyển động độc lập của nó trong không gian hoạt động.
Trong lĩnh vực robot học (robotic) người ta hay gọi mỗi khả năng chuyển động (có thể
là chuyển động thẳng, dọc theo song song với một trục hoặc chuyển động quay quanh
trục) là một trục, tương ứng theo đó là một tọa độ suy rộng dùng để xác định vị trí của
trục trong không gian hoạt động. Mỗi trục của robot đều có cơ cấu tác động và cảm
biến vị trí được điều khiển bởi một bộ xử lý riêng.
Thông qua khảo sát thực tế người ta thấy rằng, để nâng cao độ linh hoạt của
robot, các robot phải có số bậc chuyển động cao. Tuy nhiên, số bậc chuyển động này
không nên quá 6. Lý do chính là với 6 bậc chuyển động, nếu bố trí hợp lý sẽ đủ để tạo
ra khả năng chuyển động linh hoạt của khâu tác động cuối nhằm có thể tiếp cận đối
tượng thao tác (nằm trong không gian hoạt động của nó) theo mọi hướng . Ngoài ra, số
bậc tự do nhiều hơn 6 sẽ không kinh tế và khó điều khiển hơn. 6 bậc chuyển động
được bố trí bao gồm:
+ 3 bậc chuyển động cơ bản hay chuyển động định vị
+ 3 bậc chuyển động bổ sung hay chuyển động định hướng
2.1.1 Bậc huyển động cơ bản hay chuyển động định vị
Về mặt nguyên lý cấu tạo, robot là một tập hợp các khâu được liên kết với nhau
thông qua các khớp chuyển động để hình thành một chuỗi động hở. Khớp động được
sử dụng trên các robot thường là các khớp tịnh tiến hoặc khớp bản lề để dễ chế tạo, dễ
dẫn đọng bằng nguồn độc lập và cũng dễ điều khiển. Robot dùng trong đề tài sử dụng
động cơ servo để điều khiển khớp chuyển động. Các chuyển động độc lập có thể là các
chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay. Mỗi khâu động trên robot, về nguyên
Trần Ngọc Tú - D15DTMT2

25