NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ROBOTABB-IRB120 CÙNG CÁC BÀI TOÁN VỀ ROBOT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
ĐÀ
KHOA CƠ ĐIỆN
O
AN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ
H
---------***--------VŨ
LỚ
P
TỰ
ĐỘ
NG
HÓ
AVT

KH
ÓA
59
NĂ
M
Đề tài:
201
9

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ROBOT

ABB-IRB120 CÙNG CÁC BÀI TOÁN VỀ ROBOT

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
PGS.TS.NGUYỄN ĐỨC
KHOÁT

SINH VIÊN THỰC HIỆN:
ĐÀO ANH VŨ


Hà Nội 06/2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
KHOA CƠ ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ

---------***---------

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Sinh viên thực hiện: Đào Anh Vũ

Ngày sinh: 19/02/1995


Mã sinh viên: 1421011425

Khóa: 59

Hệ đào tạo: Chính quy

Chuyên ngành: Tự Động Hóa

Mã số: 7520216

Đề tài:
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ROBOT
ABB-IRB120 CÙNG CÁC BÀI TOÁN VỀ ROBOT
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN:

PGS.TS.NGUYỄN ĐỨC KHOÁT

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

PGS.TS.NGUYỄN ĐỨC KHOÁT

Hà Nội 06/2019

3


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................6
PHẦN MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO ĐỒ ÁN................8
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ
ROBOT ABB IRB120..................................................................................................9
1.1. Khái quát về robot công nghiệp........................................................................9
1.1.1. Lịch sử phát triển của Robot........................................................................9
1.1.2. Định nghĩa về Robot...................................................................................12
1.1.3. Phân loại Robot..........................................................................................13

1.1.4. Các đặc tính của Robot công nghiệp..........................................................17
1.1.5. Cấu trúc của một hệ thống Robot..............................................................22
1.1.6. Ưu và nhược điểm của robot......................................................................24
1.1.7. Ứng dụng và tương lai của robot...............................................................25
1.2. Giới thiệu về Robot ABB IRB120 – Tủ IRC5 – Phần mềm RobotStudio....27
1.2.1. Robot ABB IRB120.....................................................................................27
1.2.2. Tủ điều khiển IRC5....................................................................................30
1.2.3. Phần mềm RobotStudio..............................................................................33
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CHO ROBOT ABB 120...........36
2.1. Giới thiệu..........................................................................................................36
2.1.1. Khái quát về động học vị trí........................................................................36
2.1.2. Phép biểu diễn Denavit – Hartenberg của bài toán động học robot.........36
2.2. Động học thuận cho robot ABB IRB120 (FORWARD KINEMATICS)......41
2.2.1. Khái niệm về động học thuận và phương pháp xây dựng mô hình động
học......................................................................................................................... 41
2.2.2.Xây dựng giải thuật theo phép biểu diễn Danevit-Hartenberg...................42
2.3. Động học ngược cho robot ABB IRB120 (INVERSE KINEMATICS)........47
2.3.1. Khái niệm về động học ngược....................................................................47
2.3.2.Tính toán và xây dựng các phương trình động học ngược cho robot ABB
IRB120..................................................................................................................51
2.3.3.Áp dụng giải thuật động học ngược giải bài toán gắp vật cho robot ABB
120......................................................................................................................... 57

4


2.4. Lập trình điều khiển robot ABB 120 với bài toán động học ngược đã được
giải............................................................................................................................ 59
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH VÍ DỤ
TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT..............................................................................61

KẾT LUẬN................................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................69

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Sự chuyển dịch cơ cấu sử dụng robot của các ngành công
nghiệp…………..15
Bảng

1.2.

Thông

tin

chi

tiết

của

nhà

sản

xuất

về

ABB

IRB120………………………..29
Bảng 1.3. Thông tin chi tiết của nhà sản xuất về IRC5……………………………..…
32
Bảng 2.1. Bảng D-H của robot ABB IRB120……………...………………………... 43
Bảng 2.2. Bảng tham số động học ngược của robot ABB IRB120…..……………….58

6


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Các bước phát triển Robot trên thế giới từ đầu thế kỉ XX-nay…………..
…….9
Hình 1.2. Các giai đoạn phát triển Robot tại Nhật Bản từ thế kỉ XX đến
nay.................10
Hình 1.3. Công ty OMRON nổi tiếng về các thiết bị tự động, robot, chăm sóc sức
khỏe………………………………………………...…………………………………11
Hình 1.4. Một số hình ảnh đẹp về cuộc thi robocon……………..……………………12
Hình 1.5. Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất ô tô…………….
……………...14
Hình 1.6. Robot phục vụ nhà hàng và robot cún cưng Aibo-bước tiến thành công trong
công nghệ robot Nhật Bản………………………………………………..………..….16
Hình 1.7. Robot kiểu tọa độ Đề các – Trụ - SCARA………………….…………..
…..16
Hình 1.8. Minh họa độ chính xác và độ lặp lại…………………………………………
18
Hình 1.9. Hình dạng điển hình và các bộ phận của robot công nghiệp…………….
….19

Hình 1.10. Các dạng khớp của robot:……………………………………………..
…...20
Hình 1.11. Các tọa độ suy rộng của robot……………………………………..………
20

7


Hình 1.12. Quy tắc bàn tay phải…………………………………………………..
…...21
Hình 1.13. Biểu diễn trường công tác của robot:…………………………….
………..21
Hình 1.14. Cấu trúc hệ thống Robot…………………………………………….…….22
Hình 1.15. Sơ đồ cấu trúc robot……………………………………………..………...23
Hình 1.16. Kết cấu chung của tay máy………………………………………….…….24
Hình

1.17.

Ảnh

hưởng

của

CMCN

4.0

đến

các

lĩnh

vực……………………………...25
Hình 1.18. Công nghệ robot với những bước phát triển vượt bậc trong công nghiệp và
phục vụ, bảo vệ con người……………………………..…………………………...…26
Hình

1.19.

Hình

ảnh

Robot

ABB

IRB120……...…………….

………………………..27
Hình

1.20.

Cấu

tạo

của

robot

ABB

IRB

120…………………….

……………………..28
Hình 1.21. Hình ảnh robot ABB IRB120 thực tế trên phòng thí nghiệm………….
…...28
Hình

1.22.

Tủ

IRC5………………………………………………...….……….

……...30
Hình 1.23. Một số thành phần cấu tạo của IRC5……….………………..
……………..30
Hình 1.24. Cấu tạo mặt trước của Flexpendant..……………….…………..
………….31
Hình 1.25. Menu điều khiển bên trong của Flexpendant..………………….
………....31
Hình 1.26. Giao diện trên RobotStudio…..…………………………………...…….…

33

8


Hình

1.27.

Khả

năng

giả

lập

điều

khiển

bằng

Flexpendant

trên

RobotStudio………...34
Hình 1.28. Minh họa về khả năng lập trình các bước di chuyển của
robot…………....34

Hình 1.29. Mô phỏng hoạt động tạo các vật thể và robot trong phần
mềm…………...35
Hình

1.30.

Cái

nhìn

chung

về

điều

khiển

sơ

bộ

robot………………………………....35
Hình 2.1. Mô hình hóa các khâu và khớp theo phép biễu diễn DanevitHartenberg…..38
Hình 2.2. Mô hình hóa hệ tọa độ các khớp của robot ABB 120 theo phép biểu diễn DH………………………………………………………………………………………42
Hình 2.3. Kích thước cơ cấu của Robot ABB 120……………………………………43
Hình 2.4. Mô phỏng bài toán động học ngược………………………………….…….55
Hình 3.1. Robot chạy tọa độ hình chữ nhật……………………………………….…..67

9

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, khi nền công nghiệp ngày càng phát triển, kèm theo đó là các thiết bị
giúp nâng cao chất lượng sản xuất và thuận tiện cho quá trình sản xuất ngày càng phát
triển và phổ biến. Do đó nhu cầu về tìm hiểu thông tin, cách vận hành các thiết bị tự
động hóa sản xuất ngày càng tăng. Nhận thấy cơ hội đó, chúng em đã và đang cố gắng
tiếp thu các kiến thức chuyên ngành để nắm bắt được thời cơ nhằm hướng đến tương
lai tươi sáng hơn cho bản thân, gia đình và xã hội.
Chúng em nhận thấy Robot Công nghiệp là một thành phần quan trọng, không thể
thiếu trong các dây truyền sản xuất với mức tự động hóa cao. Nó có thể được biết là
một cơ cấu cơ khí có thể lập trình và làm những công việc theo mong muốn của lập
trình viên. Robot công nghiệp đóng vai trò giảm cường độ lao động, tăng năng suất lao
động và độ chính xác gia công, góp phần tăng chất lượng và số lượng đồng thời giảm
giá thành sản phẩm. Đây là một trong những hướng đi quan trọng trong quá trình hội
nhập và phát triển kinh tế, khoa học-kỹ thuật của đất nước ta.
1. Lý do chọn đề tài:
Là một trong những sinh viên theo học chuyên ngành Tự động hóa cùng với những
nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà. Em muốn được
nghiên cứu và tìm hiểu thêm về Robot Công nghiệp để có thêm kiến thức và kinh
nghiệm thực tiễn giúp bản thân có nền tảng tốt trong con đường hoàn thiện tay nghề
sau này.
2. Quá trình thực hiện:
Trong quá trình thực hiện đồ án em phải tìm tòi, trao đổi với bạn bè, thầy cô hướng
dẫn để vận dụng vào nghiên cứu, tìm cách giải quyết các bài toán điều khiển Robot
một cách chính xác để làm đồ án một cách hoàn chỉnh theo hiểu biết của bản thân.
3. Nội dung thực hiện:
Bao gồm các chương:

Chương 1: Giới thiệu khái quát về robot công nghiệp và robot ABB IRB120.

Chương 2: Tính toán động học vị trí của Robot ABB IRB120.
Chương 3: Một số sơ đồ điều khiển và chương trình ví dụ trong điều khiển
robot.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đều đang rất quan tâm, chú
trọng phát triển tới ngành kỹ thuật, công nghệ chế tạo và điều khiển Robot. Nhiều hệ
10


thống máy móc, robot được ra đời ngày càng tân tiến giúp nâng cao năng suất lao
động, thay thế con người tại những công việc nguy hiểm và tối ưu hóa vấn đề phục vụ
con người trong đời sống.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự động hóa, các thầy cô trong
khoa Cơ điện và nhà trường đại học Mỏ-Địa chất đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ
em hoàn thành kì thực tập tốt nghiệp và đồ án tốt nghiệp này.

Sinh viên thực hiện:

Đào Anh Vũ

11


PHẦN MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA CHO
ĐỒ ÁN.
Mục tiêu:

-

Tìm hiểu về robot nói chung và robot ABB-IRB 120 nói riêng về các mặt: cơ

học, thiết kế, cách vận hành bằng tay, vận hành bằng chương trình,….
- Tính toán bài toán động học thuận, động học ngược cho robot ABB-IRB 120,
xây dựng thuật toán, lưu đồ điều khiển, chương trình điều khiển.
- Hiểu biết thêm về các vấn đề xảy ra trong quá trình điều khiển robot.

Phương pháp thực hiện:
Chúng em tập trung giải quyết từng vấn đề theo thứ tự đặt ra giúp đồ án rõ ràng cho
cả bản thân và người đọc có cái nhìn hoàn thiện, khoa học. Bằng cách tham khảo tài
liệu, sách báo, internet để lựa chọn phương pháp hoàn thiện đồ án một cách hợp lý
nhất có thể.
-

Như tìm hiểu cấu tạo robot ABB: cần tìm kiếm và xem xét các catalog của nhà

sản xuất.
- Tính các bài toán động học thuận, ngược: nghiên cứu trên một số sách điều
khiển robot chuyên ngành, đồ án điều khiển và vận hành robot của một vài cá nhân, tổ
chức.
Phần sau đây là nội dung chi tiết của đồ án :

12


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ROBOT CÔNG
NGHIỆP VÀ ROBOT ABB IRB120.
1.1. Khái quát về robot công nghiệp.
1.1.1. Lịch sử phát triển của Robot.
Ý tưởng về việc chế tạo các cỗ máy có thể làm việc tự động có từ thời cổ đại, nhưng
những nghiên cứu về chức năng và khả năng ứng dụng không có bước tiến nào đáng

kể cho đến thế kỷ 20. Xuyên suốt lịch sử, robot học thường được nhìn nhận là để bắt
chước hành vi của con người, và thường quản lý các nhiệm vụ theo cách thức tương
tự. 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 hay robot quân sự. Nhiều robot đã thay con
người làm những công việc độc hại như tháo ngòi nổ bom, mìn và thăm dò các con tàu
bị đắm...
Một số quốc gia phát triển mạnh về robot ngày nay: Nhật Bản, Đức, Thụy sĩ….

Một số hình ảnh về sự phát triển Robot qua từng thời kì:

13


Hình 1.1. Các bước phát triển Robot trên thế giới từ đầu thế kỉ XX-nay

14


Hình 1.2. Các giai đoạn phát triển Robot tại Nhật Bản từ thế kỉ XX đến nay

Trước đây, robot xuất hiện là kết quả của sự kết hợp hai công nghệ điều khiển từ xa
và máy điều khiển theo chương trình số CNC. Máy điều khiển từ xa phát triển từ
chiến tranh thế giới lần thứ II để di chuyển vật liệu phóng xạ và máy điều khiển
chương trình số CNC để tăng độ chính xác khi gia công các chi tiết của thiết bị mới.
Những con robot đầu tiên được thiết kế để di chuyển các nguyên vật liệu từ điểm này
đến điểm kia.
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các máy móc
thiết bị trong công nghiệp ngày càng yêu cầu phải đạt năng suất cao, làm việc chính
xác, phức tạp như hàn, sơn, lắp ráp. Mặt khác, nhu cầu tự động hóa cho các quá trình

rời rạc ngày càng cao. Các quá trình này có thể kể đến như nạp phôi cho máy công cụ,
lắp ráp bảng mạch, ô tô,… Chính vì vậy mà robot xuất hiện để thỏa mãn những nhu
cầu này. Cùng với đó là các công ty đầu ngành về robot như: ABB(Thụy sĩ), OMRONYaskawa- FANUC- Kawasaki (Nhật Bản), Kuka(Đức),….

15


Hình 1.3. Công ty OMRON nổi tiếng về các thiết bị tự động, robot, chăm sóc
sức khỏe
Trong robot, cơ khí đề cập đến việc thiết kế các bộ phận cơ khí, cánh tay, chân robot,
bàn tay hoặc tay gắp cũng liên quan đến phần động học, động lực học, phân tích điều
khiển robot. Phần điện làm việc với các cơ cấu chấp hành, động cơ, cảm biến, nguồn
năng lượng và hệ thống điều khiển. Thiết kế hệ thống liên quan đến việc nhận dạng,
cảm biến và phương pháp điều khiển của robot. Lập trình hoặc kỹ thuật lập trình đề
cập về logic, trí thông minh, truyền thông và mạng.
Hiện nay có hơn 1000 tổ chức, hội, câu lạc bộ liên quan đến robot. Hơn 500 tạp chí về
robot và hơn 100 hội nghị về robot cùng với nhiều cuộc thi về robot hằng năm. Điển
hình như: Cuộc thi Sáng tạo Robot châu Á – Thái Bình Dương ABU là cuộc thi chế
tạo robot dành cho sinh viên các trường đại học, học viện và cao đẳng khối kĩ thuật
của các nước trong khu vực châu Á và Thái Bình Dương do Hiệp hội Phát thanh
Truyền hình châu Á -Thái Bình Dương tổ chức mỗi năm 1 lần. Việt Nam là nước đứng
đầu cuộc thi với 7 lần vô địch trong 17 lần tham dự.

16


Hình 1.4. Một số hình ảnh đẹp về cuộc thi robocon

1.1.2. Định nghĩa về Robot.
Robot là một thuật ngữ dùng để chỉ những máy móc thiết bị tự động có khả năng

thay thế con người thực hiện những nhiệm vụ công việc.
Có rất nhiều định nghĩa về Robot, Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp thì:

17


Robot là một cơ cấu chuyển đổi tự động có thể chương trình hoá, lặp lại các
chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ, có khả năng định
vị, di chuyển các đối tượng vật chất, chi tiết, dao cụ, gá lắp … theo những hành trình
thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.
Theo tiêu chuẩn GHOST 1980:
Robot là máy tự động liên kết giữa một tay máy và một cụm điều khiển chương
trình hoá, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sự điều khiển có
thể thay thế những chức năng tương tự của con người.
Bên cạnh khái niệm robot còn có khái niệm robotic, khái niệm này có thể hiểu như
sau:
Robotics là một nghành khoa học có nhiệm vụ nghiên cứu về thiết kế, chế tạo các
robot và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của xã hội loài
người như nghiên cứu khoa học - kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng và dân sinh.
Robotics là một khoa học liên nghành gồm cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và
công nghệ thông tin. Nó là sản phẩm đặc thù của nghành cơ điện tử (mechatronics).

1.1.3. Phân loại Robot.
Robot có thể chi làm nhiều nhóm khác nhau phụ thuộc vào chức năng được thiết kế
và nhu cầu thị trường. Theo hiệp hội quốc tế nghiên cứu robot thì robot hiện nay được
chia làm hai loại đó là robot công nghiệp và robot dịch vụ. Trong đó, chúng ta cũng
chia robot dịch vụ làm hai loại là robot dịch vụ chuyên nghiệp và robot dịch vụ cá
nhân tùy vào chức năng và mục đích sử dụng.

a) Robot công nghiệp.

Robot công nghiệp là một lĩnh vực riêng của robot, nó có đặc trưng riêng như sau:
- Là thiết bị vạn năng được TĐH theo chương trình và có thể lập trình lại để đáp
ứng một cách linh hoạt khéo léo các nhiệm vụ khác nhau.
- Được ứng dụng trong những trường hợp mang tính công nghiệp đặc trưng như
vận chuyển và xếp dỡ nguyên vật liệu, lắp ráp, đo lường.
Do có hai đặc trưng trên nên Robot công nghiệp có thể định nghĩa như sau:

18


- Theo Viện nghiên cứu robot của Mĩ đề xuất:
Robot CN là tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình và có thể lập trình lại
để hoàn thành và nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công
nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên
dùng khác.
- Hay theo định nghĩa GHOST 25686 – 85 như sau:
Robot CN là tay máy được đặt cố định hay di động, bao gồm thiết bị thừa hành
dạng tay máy có một 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 vận động và điều khiển trong quá
trình sản xuất.

Hình 1.5. Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất ô tô

Bảng 1.1. Sự chuyển dịch cơ cấu sử dụng robot của các ngành công nghiệp

19


b) Robot dịch
vụ.

Hiện nay, định
nghĩa

về

robot

dịch vụ cũng chưa
được

xác

chính

xác,

định
tuy

nhiên, dựa trên kiểu hoạt động, ứng dụng, trang thiết bị mà hiệp hội nghiên cứu robot
đưa ra định nghĩa sau:
Robot dịch vụ là robot vận hành tự động hoặc bán tự động để thực hiện công việc
hữu ích cho máy móc cũng như làm cho cuộc sống con người tiện nghi, phong phú
hơn, không bao gồm hoạt động vận hành sản xuất.
Trong định nghĩa này, robot công nghiệp cũng được coi là robot dịch vụ khi những
robot này không phục vụ cho hoạt động sản xuất. Robot dịch vụ có thể có hoặc không
có trang bị tay máy như robot công nghiệp. Thông thường robot dịch vụ là dạng di
động.
Do tính chất đa dụng cũng như khả năng ứng dụng đa dạng nên robot dịch vụ ngày
càng

20


Hình 1.6. Robot phục vụ nhà hàng và robot cún cưng Aibo-bước tiến thành
công trong công nghệ robot Nhật Bản
c) Một số cách phân loại robot khác.
Trên thế giới có nhiều cách phân loại robot tùy theo yêu cầu, công dụng cũng như
cấu trúc và cấu tạo của chúng.
 Phân loại theo kết cấu:
Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiểu tọa độ đề các, kiểu tọa độ
trụ, kiểu tọa độ cầu, kiểu tọa độ góc, kiểu SCARA.

Hình 1.7. Robot kiểu tọa độ Đề các – Trụ - SCARA
 Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển:

21


Có robot điều khiển hở ( Mạch điều khiển không có các quan hệ phản hồi), robot
điều khiển kín (hay điều khiển servo): sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ
chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển.
 Phân loại theo hệ thống truyền động:
- Hệ truyền động điện: Dùng các động cơ điện một chiều DC hoặc động cơ bước.
- Hệ truyền động thủy lực: Đạt công suất cao, đáp ứng điều kiện làm việc nặng.
- Hệ truyền động khí nén: luôn phải gắn liền với trung tâm tạo ra khí nén.
 Phân loại theo tiêu chuẩn của các hội Robot: Nhật Bản, Hoa Kỳ, Pháp,…
- Loại 1: Thiết bị điều khiển bằng tay.
- Loại 2: Robot hoạt động theo chu kì tuần tự cố định.
- Loại 3: Robot hoạt động theo chu kì tuần tự thay đổi.

- Loại 4: Robot lặp lại (playback).
- Loại 5: Robot điều khiển theo chương trình số (Numerical Control Robot).
- Loại 6: Robot thông minh.

1.1.4. Các đặc tính của Robot công nghiệp.
a) Tải trọng.
Tải trọng là trọng lượng robot có thể mang và giữ trong khi vẫn đảm bảo một số đặc
tính nào đó (Tốc độ di chuyển, độ chính xác,…). Tải trọng robot thông thường nhỏ
hơn trọng lượng robot (Ví dụ như robot ABB-120 có tải 3kg so với trọng lượng robot
là 25kg).

b) Tầm với.
Là khoảng cách lớn nhất mà robot có thể vươn tới trong phạm vi làm việc. Tầm với
phụ thuộc vào cấu trúc robot.

c) Độ phân dải không gian.
Là lượng gia tăng nhỏ nhất robot có thể thực hiện khi di chuyển trong không gian.
Độ phân dải phụ thuộc vào độ phân dải điều khiển và độ chính xác cơ khí. Độ phân dải
điều khiển xác định bởi độ phân giải hệ thống điều khiển vị trí và hệ thống phản hồi: là
tỷ số của phạm vi di chuyển và số bước di chuyển của khớp được địa chỉ hóa trong bộ
điều khiển của robot: Số bước di chuyển = (n – Số bit của bộ nhớ).
Độ di chuyển của robot là tổng các dịch chuyển thành phần. Do đó độ phân dải của
cả robot là tổng các độ phân giải từng khớp robot.
Độ chính xác cơ khí trong cơ cấu chuyển động các khớp sẽ ảnh hưởng đến độ phân
dải. Các yếu tố làm giảm độ chính xác như: rò rỉ hệ thống thủy lực, tốc độ di chuyển,
tải trọng,…..

d) Độ chính xác.
Đánh giá độ chính xác vị trí tay robot có thể đạt được và được định nghĩa theo độ
phân dải của cơ cấu chấp hành. Độ chính xác di chuyển đến vị trí mong muốn sẽ phụ

22


thuộc vào độ di chuyển nhỏ nhất của các khớp. Trong thực tế, độ chính xác phụ thuộc
vào nhiều yếu tố và cần phải được giới hạn ở một phạm vi cho phép để đảm bảo đặc
tính này. Thông thường độ chính xác của robot công nghiệp đạt 0.025 mm.

e) Độ lặp lại.
Đánh giá độ chính xác khi robot di chuyển để với tới một điểm trong nhiều lần hoạt
động (ví dụ 100 lần). Độ lặp lại là đại lượng có ý nghĩa quan trọng hơn độ chính xác.
Độ chính xác đánh giá bằng sai số cố định, mà sai số cố định có thể xem xét và hiệu
chỉnh lại bằng chương trình. Nhưng sai số ngẫu nhiên khó có thể khử được. Độ lặp lại
cần phải được xác định bằng kết hợp nhiều thực nghiệm với các tải trọng và các hướng
di chuyển khác nhau.

Hình 1.8. Minh họa
độ

chính xác và độ

lặp lại

f) Độ nhún.
Độ nhún biểu thị sự
dịch chuyển của điểm
cuối cổ tay robot đáp ứng
lại lực hoặc momen tác dụng. Độ nhún lớn có nghĩa là tay robot dịch chuyển nhiều khi
lực tác dụng nhỏ và ngược lại. Độ nhún có ý nghĩa quan trọng vì nó làm giảm độ chính
xác dịch chuyển khi robot mang tải trọng.

g) Bậc tự do của robot.
Bậc tự do của robot chính là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động
quay hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một cơ cấu trong không gian, cơ cấu chấp
hành của robot cần phải đạt được một số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của robot là một
cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó phải tính theo công thức:
W = 6n - Với

23


Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tùy ý trong không gian 3
chiều thì robot phải có 6 bậc tự do. Trong đó, 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do để
định hướng.

Hình 1.9. Hình
dạng điển hình và
các bộ phận của
robot công nghiệp

h) Khớp robot.
Khớp là khâu liên
kết hai thanh nối có
chức năng truyền chuyển động để thực hiện di chuyển của robot. Thanh nối gần với
thân robot là thanh nối vào, thanh nối ra sẽ chuyển động so với thanh nối vào.
Khớp gồm hai loại:
- Khớp tịnh tiến: thực hiện chuyển động tịnh tiến hoặc trượt thanh nối đầu ra.
Các dạng cơ cấu khớp tịnh tiến là cơ cấu xilanh-piston, cơ cấu kính viễn vọng,….
- Khớp quay: có ba dạng R, T, V.

24


Hình 1.10. Các dạng khớp của robot:
a. Khớp tịnh tiến;
b. Khớp quay dạng R;
c. Khớp quay dạng T; d. Khớp quay dạng V;
i) Hệ tọa độ.
Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp
(joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên.
Hệ tọa độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ tọa độ cơ bản (hệ tọa độ chuẩn). Các hệ tọa độ
trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ tọa độ suy rộng. Các tọa độ suy rộng
còn gọi là biến khớp.

Hình 1.11. Các tọa độ suy rộng
của robot
Các hệ tọa độ gắn trên các khâu
của robot phải tuân theo quy tắc bàn
tay phải: Dùng tay phải, nắm hai
ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xòe 3 ngón: cái, trỏ và giữa theo 3 phương
vuông góc với nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ
phương và chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu diễn phương, chiều của trục y.

Hình 1.12. Quy tắc bàn tay phải

25