Khảo sát động học Rô Bốt tác hợp

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : cơ học kỹ thuật

KHảO SáT Động học robot tác hợp

NGUYễN THị THANH VÂN23.04.38

Hà Nội 2008


1
------------------------------------------------------------------------------------------------------

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP

NGÀNH: CƠ HỌC KỸ THUẬT
MÃ SỐ:
NGUYỄN THỊ THANH VÂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHAN BÙI KHÔI

HÀ NỘI 2008

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


2
------------------------------------------------------------------------------------------------------

MỤC LỤC
MỤC LỤC .........................................................................................................2
LỜI CAM KẾT .................................................................................................4
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................5
CHƯƠNG 1 .......................................................................................................7
TỔNG QUAN VỀ ROBOT .............................................................................7
1.1 Giới thiệu chung về Robot .....................................................................7
1.1.1 Sơ lược về lịch sử ra đời của Robot ...................................................7
1.1.2 Cấu trúc động học của Robot ..........................................................11
1.1.3 Bậc tự do chuyển động của Robot ...................................................13
1.1.4 Hệ thống dẫn động ...........................................................................14
1.1.5 Hệ thống điều khiển Robot ...............................................................15
1.2 Phân loại Robot .....................................................................................16
1.3 Các ứng dụng trong đời sống của Robot ............................................18
1.4 Giới thiệu về Robot tác hợp .................................................................23
1.4.1 Giới thiệu Robot tác hợp ..................................................................23
1.4.2 Các cấu trúc Robot tác hợp MRM ...................................................24
1.5 Cơ sở lý thuyết khảo sát động học robot ............................................26
1.5.1 Bài toán động học, các ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất............26
1.5.2 Thiết lập hệ phương trình động học của robot cấu trúc liên tục .....27
CHƯƠNG 2 .....................................................................................................35
KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP ...........................................35

2.1 Cơ sở lý thuyết ......................................................................................35
2.1.1 Mơ hình hóa thao tác cơng nghệ tương hỗ giữa dụng cụ và đối
tượng công nghệ ........................................................................................35
2.1.2 Xác định điều kiện cơng nghệ ..........................................................38
2.2 Thiết lập phương trình động học robot tác hợp ................................38
2.2.1 Các hệ tọa độ ..................................................................................38
2.2.2 Thiết lập hệ phương trình động học robot MRM ............................44
2.3 Các bài toán động học robot tác hợp ..................................................47
2.3.1 Bài toán thuận của động học robot MRM .......................................48
2.3.2 Bài tốn ngược của động học robot MRM ......................................51
CHƯƠNG 3 .....................................................................................................56
TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC ROBOT TÁC HỢP ...........56
3.1 Phần mềm MAPLE và ứng dụng ........................................................56
3.1. 1 Sơ lược về Maple.............................................................................56
3.1.2 Một số cú pháp lệnh cơ bản .............................................................56
3.2 Áp dụng tính tốn .................................................................................62
3.2.1 Mơ hình tính tốn .............................................................................62
3.2.2 Các dữ liệu, bảng thông số Denavit-Hartenberg.............................64
3.2.3 Các kết quả tính tốn .......................................................................65

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


3
------------------------------------------------------------------------------------------------------

3.3 Mô phỏng chuyển động của MRM ......................................................68
3.3.1 Ngôn ngữ lập trình VisuaL C++ và ứng dụng MFC .......................68
3.3.2 Thư viện đồ họa OpenGL .................................................................68
3.3.3 Công cụ Object ARX ........................................................................69

3.3.4 Chương trình mơ phỏng ...................................................................69
3.3.5 Thao tác với chương trình mô phỏng ...............................................70
KẾT LUẬN .....................................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................74

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


4
------------------------------------------------------------------------------------------------------

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Khảo sát động học Robot tác hợp” là kết
quả nghiên cứu của tơi. Các kết quả nghiên cứu được tính tốn là hồn tồn
trung thực và chưa được cơng bố ở bất kỳ cơng trình nào khác trước đây. Tất
cả các thơng tin mà tơi tham khảo để hồn thành luận văn này sẽ được liệt kê
chi tiết trong phần tài liệu tham khảo.
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Vân

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


5
------------------------------------------------------------------------------------------------------

LỜI NĨI ĐẦU
Trên thế giới, ở các nước cơng nghiệp phát triển, robot được áp dụng
ngày một rộng rãi, phổ biến trong nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất

cơng nghiệp. Robot có nhiều loại với tính năng khác nhau tuỳ thuộc lĩnh vực
nghiên cứu ứng dụng. Trong đó robot tác hợp gồm có hai tay máy tác hợp
chuyển động với nhau. Một tay máy để giữ và mang chi tiết gia công, một tay
máy để mang dụng cụ gia cơng. Với robot này có nhiều ưu điểm nổi bật thao
tác cơng nghệ, thích ứng nhanh và kinh tế khi cần thay đổi các q trình cơng
nghệ ứng với các sản phẩm gia công đa dạng. Với chuyên nghành được đào
tạo Cơ học kỹ thuật, tác giả đã dần nắm bắt được những kiến thức cơ sở
nghiên cứu, khảo sát robot: Lựa chọn cấu trúc động học của Robot, cơ sở tính
tốn động học và lập trình mơ phỏng hoạt động…
Ở Việt Nam, robot nói chung và Robot tác hợp nói riêng đã được
nghiên cứu và triển khai, ứng dụng trong đời sống nhưng chưa được rộng rãi.
Với niềm say mê nghiên cứu tác giả đã chọn đề tài “Khảo sát động học Robot
tác hợp”. Trên cơ sở những cơng việc chính cần thực hiện, luận văn gồm ba
chương như sau:
Chương I Tổng quan về Robot
Trình bày về những kiến thức chung về robot, các cấu trúc, khả năng
hoạt động ứng dụng đặt biệt là mơ hình Robot tác hợp, trình bày cơ sở lý
thuyết khảo sát động học Robot tác hợp .
Chương II : Khảo sát động học Robot tác hợp
Trình bày cơ sở khảo sát điều khiển robot tác hợp. Tính các phương
trình động học và khảo sát động học robot tác hợp
Chương III : Tính tốn, mơ phỏng động học Robot tác hợp.
Trong chương này trình bày chương trình lập trình trên phần mềm
Maple đưa ra việc tính tốn, xây dựng chương trình mơ phỏng theo một quỹ
đạo cụ thể. Xây dựng chương trình mơ phỏng cho Robot tác hợp.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


6

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Trong thời gian nghiêm túc làm việc dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của
thầy giáo TS. Phan Bùi Khơi, tác giả đã đạt được một số kết quả đáng khích
lệ. Tuy nhiên đây là một lĩnh vực lớn, đề tài cần có thời gian để hồn thiện vào
các năm kế tiếp…Vì vậy, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ của
các thầy và ý kiến đóng góp của các bạn.
Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn sự Bộ môn Cơ học ứng
dụng và các thầy đã tạo điều kiện giúp tác giả hoàn thành luận văn này.
Học viên

Nguyễn Thị Thanh Vân

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


SUMMARIZATION
“Study kinematic of integrated Robot”
Chapter 1: General about Robot
Describe infomations of robot, structure and ability in active,
application. Specially give the integrated robot model. Present base
theory to study a integrated robot.
Chapter 2: Study the integrated robot’s kinematic.
Describe base to study the integrated robot’s control. Compute the
kenematic equations and study the integrated robot’s kinematic.
Chapter 3: Compute and simulink the integrated robot
In this chapter describe the program on the Maple software, giving
caculation and building program to simulink with a real trajectory.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài “Khảo sát động học Robot tác hợp”.
Chương I: Tổng quan về Robot
Trình bày về những kiến thức chung về robot, các cấu trúc, khả năng
hoạt động ứng dụng đặt biệt là mơ hình Robot tác hợp, trình bày cơ sở lý
thuyết khảo sát động học Robot tác hợp .
Chương II : Khảo sát động học Robot tác hợp
Trình bày cơ sở khảo sát điều khiển robot tác hợp. Tính các phương
trình động học và khảo sát động học robot tác hợp
Chương III : Tính tốn, mơ phỏng động học Robot tác hợp
Trong chương này trình bày chương trình lập trình trên phần mềm
Maple đưa ra việc tính tốn, xây dựng chương trình mơ phỏng theo một quỹ
đạo cụ thể. Xây dựng chương trình mơ phỏng cho Robot tác hợp.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


7
------------------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1 Giới thiệu chung về Robot
1.1.1 Sơ lược về lịch sử ra đời của Robot
Robot:
• Là một thiết bị cơ khí có thể giống như con người và có thể thực hiện
nhiều nhiệm vụ phức tạp của con người bởi các lệnh hoặc chương trình
điều khiển.

• Là máy hoặc thiết bị có thể hoạt động tự động hoặc được điều khiển từ
xa.
• Có thể ví giống như con người làm việc một cách cơ học ngoài ý thức.
Tức là trả lời một cách tự động bởi các lệnh điều khiển.
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Séc (Czech) “Robota” có nghĩa là
cơng việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel
Capek vào năm 1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã
chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con
người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về
những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người.
Và đến nay đã trải qua một q trình cải tiến và hồn thiện rất nhanh
chóng. Bắt đầu là cơ cấu tay máy chép hình cơ khí, thuỷ lực hoặc điện từ
được điều khiển từ xa trong các phịng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ ở
Hoa Kỳ như tay máy Minotaur I hoặc tay máy Handyman.
Dưới đây ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển Robot.
1938 Harolh Roselund và Willard người Mỹ đã thiết kế ra cơ cấu phun sơn
có thể lập trình đầu tiên cho cơng ty De Vibiss.
1942 Isaac Asimov xuất bản cuốn “Runaround” trong đó ơng đưa ra 3
nguyên tắc về Robot.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


8
------------------------------------------------------------------------------------------------------

1951 Raymond Goertz người Pháp đã thiết kế một cánh tay có khớp có thể
hoạt động từ xa cho dự án năng lượng nguyên tử. Thiết kế này dựa toàn bộ
vào các mối nối cơ học giữa cánh tay chính và cánh tay phụ (sử dụng cáp
bằng thép hoặc bằng ròng rọc). Mẫu thiết kế này ngày nay vẫn được sử

dụng khi cần xử lý các mẫu hạt nhân. Nói chung đây được coi như một
bước ngoặt trong kỹ thuật hồi lực.

Hình 1.1 Robot Handyman
1954 Goerge C. Devol đã thiết kế ra một cơ cấu Robot có thể lập trình đầu
tiên và đặt tên là Universal Automation và cũng chính là nguồn gốc tên
công ty sau này của ông là Unimation.
1959 Marvin Minsky và John McCarthy thành lập phịng thí nghiệm trí tuệ
nhân tạo tại MIT (Massachusetts Institute of Technology).
1959 C. Devol và các cộng sự cho ra đời chiếc Robot cơng nghiệp đầu tiên
có tên là Unimate.
1960 Tập đồn Codec đã mua lại Công ty Unimation của C.Devol và bắt
đầu phát triển hệ thống Robot Unimate.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


9
------------------------------------------------------------------------------------------------------

1961 General Motors đã mua lại chiếc Robot công nghiệp đầu tiên
Unimate từ công ty Unimation và lắp đặt cho dây chuyền sản xuất. Robot
điều khiển bằng tay chính là loại đầu tiên của thế hệ Robot Unimate.
1963 John McCarthy đứng ra lãnh đạo phịng thí nghiệm trí tuệ nhân tạo
tại trường Stanford.
1964 Các phịng thí nghiệm nghiên cứu trí tuệ nhân tạo được mở tại MIT,
SRI (Stanford Research Institute), Trường đại học Stanford và trường đại
học Edinburgh.
1964 Hãng C&D Robotics được thành lập.
1964 Carnegie Mellon University thành lập học viện về Robot (Robotics

Institute).
1965 Phép biến đổi thuần nhất được ứng dụng cho cách tính động học
Robot. Nguồn gốc hình thành học thuyết Robot ngày nay.
1967 Nhật bản nhập khẩu chiếc Robot Versatran từ hãng AMF (đây là
chiếc Robot được nhập khẩu đầu tiên vào Nhật).
1968 Kawasaki đã cấp giấy phép thiết kế chiếc Robot thuỷ lực bởi Công ty
Unimation và bắt đầu sản xuất tại Nhật.
1968 SRI đã thiết kế ra Shakey, một Robot di động có khả năng quan sát
và được điều khiển bởi một máy cỡ lớn như một cái phòng.
1970 Giáo sư Victor Scheinman của đại học Stanford đã thiết kế ra mẫu
Robot Standard Arm. Mà ngày nay cơ cấu động học của nó được xem như
cánh tay Robot tiêu chuẩn.
1973 Cincinnati Milacron đã phát minh ra loại T3, loại Robot cơng nghiệp
mang tính thương mại được điều khiển bởi một máy tính mini (thiết kế bởi
Richard Hohn).
1974 Giáo sư Victor Sheinman, nhà phát triển loại cánh tay Stanford, đã
thành lập công ty Vicarm nhắm đưa ra thị trường một phiên bản cánh tay
Robot cho các ứng dụng công nghiệp. Loại cánh tay mới này được điều
khiển bởi một máy tính mini.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


10
------------------------------------------------------------------------------------------------------

1976 Cánh tay Robot được sử dụng trên các tàu do vũ trụ Viking 1 và 2.
Trong các thiết kế này cơng ty Vicarm đã sử dụng các vi tính máy tính
(Microcomputer).
1977 ASEA, một cơng ty Robot Châu âu đã giới thiệu 2 loại Robot công

nghiệp chạy bằng điện. Cả hai đều sử dụng máy vi tính cho việc lập trình
và điều khiển hoạt động.
1977. Unimation đã mua lại Cơng ty Vicarm.
1978 Sử dụng công nghệ của Vicarm, Unimation đã sản xuất Robot
PUMA.
(Programmable Universal Machine for Assembly). Ngày nay chúng ta có
thể thấy Puma vẫn có trong một số phịng thí nghiệm.
1979 Sankyo và IBM đã đưa ra thị trường mẫu Robot Scara (Selective
Compliant Articulated Robot Arm) tại trường Yamanashi của Nhật.
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 học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ Robot với nhiều
tính năng đặc biệt. Số lượng Robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày
càng giảm. Do đó Robot cơng nghiệp đã chiếm vị trí quan trọng trong các
dây chuyền sản xuất. Đã có rất nhiều chủng loại Robot với nhiều hình
dáng, kích cỡ và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của xã hội như: Công
nghiệp, Khoa học, y tế, an ninh.
Một vài số liệu về số lượng Robot được sản xuất ở một vài nước công
nghiệp phát triển như sau:

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


11
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bảng 1.1 Vài số liệu về tình hình ứng dụng robot
Nước sản xuất

Năm 1990

Năm 1994

Năm 1998
(Dự tính)

Nhật

60.118

29.756

67.000

Mỹ

4.327

7.634

11.100

Đức

5.845

5.125

8.600

Italy

2.500

2.408

4.000

Pháp

1.488

1.197

2.000

Anh

510

1.086

1.500

Hàn Quốc

1.000

1.200

1.850

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 lại là Nhật.
1.1.2 Cấu trúc động học của Robot
Về cấu trúc động học của Robot là một hệ nhiều khâu ghép nối với nhau
bằng các khớp.
Khâu: là những bộ phận có chuyển động tương đối với nhau. Khâu có thể
là một hay nhiều chi tiết máy ghép cứng với nhau. Chi tiết máy là các bộ
phận không thể tháo rời nữa của máy.
Khớp: là chỗ nối động giữa hai khâu, nghĩa là có chuyển động tương đối
với nhau. Như vậy cứ hai khâu nối với nhau tạo thành một khớp động và
chỗ tiếp xúc giữa hai khâu tạo thành khớp động gọi là hai thành phần khớp
động. Khớp có các ràng buộc vật lý về chuyển động tương đối giữa hai
thành phần của khớp.
• Các khớp thường được sử dụng:
-

Khớp quay (Revolute Joint - R): Cho phép hai thành phần của khớp
chuyển động quay tương đối với nhau theo một trục được xác định
bằng dạng hình học của khớp. Khớp quay hạn chế 5 khả năng chuyển

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


12
------------------------------------------------------------------------------------------------------

động tương đối giữa hai thành phần khớp. Khớp quay còn gọi là khớp

bản lề.
-

Khớp lăng trụ (Prismatic - P): Cho phép hai thành phần của khớp trượt
với nhau theo một trục được xác định bằng dạng hình học của khớp. Do
đó khớp lăng trụ hạn chế 5 khả năng chuyển động tương đối giữa hai
thành phần khớp. Khớp lăng trụ còn gọi là khớp tịnh tiến.

-

Khớp trụ (Cylindrical Joint - C): Cho phép hai thành phần của khớp có
hai chuyển động độc lập, gồm một chuyển động quay quanh một trục
và một chuyển động tịnh tiến dọc theo trục quay đó. Do đó khớp trụ
hạn chế 4 khả năng chuyển động giữa hai thành phần của khớp.

-

Khớp ren (Helical Joint - H): Cho phép hai thành phần của khớp
chuyển động quay quanh một trục đồng thời tịnh tiến theo trục quay.
Tuy nhiên chuyển động tịnh tiến phụ thuộc chuyển động quay bởi bước
vít. Do đó khớp ren hạn chế 5 khả năng chuyển động giữa hai thành
phần của khớp.

-

Khớp cầu (Spherical joint - S): Cho phép hai thành phần của khớp thực
hiện chuyển động quay giữa hai khâu quanh tâm cầu theo tất cả các
hướng. Do đó khớp cầu hạn chế ba khả năng chuyển động giữa hai
thành phần của khớp.

-

Khớp phẳng (Plane Joint - P): Cho phép hai thành phần của khớp
chuyển động tịnh tiến theo hai trục trong mặt tiếp xúc và một khả năng
quay quanh trục vng góc với mặt phẳng tiếp xúc. Do đó khớp phẳng
hạn chế ba khả năng chuyển động giữa hai thành phần của khớp.

-

Khớp bánh răng (Gear Pair - G): Hai bánh răng ăn khớp, cho phép một
bánh răng lăn và trượt với bánh răng kia tại điểm tiếp xúc giữa hai bánh
răng ăn khớp. Do đó khớp bánh răng phẳng hạn chế 4 khả năng chuyển
động.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


13
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bảng 1.2 Cấu trúc của một số loại khớp robot
Bậc tự
STT

Tên Khớp

Ký hiệu

Lược đồ

Kết cấu

do tương
đối

1

Khớp cầu

S

3

2

Khớp trượt

P

1

3

Khớp quay

R

1

4

Khớp trụ

C

1

5

Khớp ren

H

1

1.1.3 Bậc tự do chuyển động của Robot
Khả năng chuyển động của Robot xác định khả năng của nó trong việc
thực hiện các di chuyển độc lập khác nhau. Khả năng chuyển động của
Robot được đặc trưng bới số bậc tự do chuyển động của nó và phụ thuộc
vào số khâu, khớp, cấu trúc của các khớp và cấu trúc của mạch động học
của Robot.
Cấu trúc động học của Robot ràng buộc và hạn chế khả năng chuyển động
của Robot, có thể cả về vị trí, vận tốc, gia tốc. Về mặt cơ học, số bậc tự do
của Robot được hiểu là số di chuyển ảo độc lập của nó. Đố với các Robot
mà chuyển động của nó hạn chế về vị trí thì số bậc tự do được xác định bởi
số tham số độc lập đủ để xác định vị trí của Robot.
-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


14

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ta có:
g

f = (n − 1)λ − ∑ (λ − fi ) + f c − f r

(1.1)

i =1

Trong đó:
f: Là số bậc tự do của Robot.
n: Là số khâu của Robot bao gồm cả giá cố định.
λ : Là số bậc tự do của một vật rắn không chịu liên kết trong không gian

làm việc của Robot (=
λ 3,=
λ 6 lần lượt tương ứng với không gian hai
chiều và ba chiều).
fi : là số bậc tự do của khớp thứ i (khả năng chuyển động tương đối giữa

hai khâu nối bởi khớp thứ i).
g: Là tổng số khớp của cơ cấu.
f c : Là số liên kết thừa.
f r : Là số bậc tự do thừa.

1.1.4 Hệ thống dẫn động
Robot có thể hoạt động được cần phải có hệ thống dẫn động. Thơng thường có
thể dẫn động Robot bằng các động cơ điện hoặc động cơ khí nén, thuỷ lực.

Động cơ điện bao gồm động cơ điện một chiều và động cơ bước, động cơ
bước có ưu điểm là rất thuận lợi cho việc điều kiển và điều khiển chính xác mà
khơng cần phản hồi nhưng mạch điều khiển phức tạp hơn và công suất thường
không bằng động cơ điện một chiều.
Với các động cơ khí nén hoặc thuỷ lực, ưu điểm là khả năng tải rất lớn, cso
khả năng điều khiển vô cấp được, tuy vậy nhược điểm là điều khiển phức tạp
và hay phải khắc phục vấn đề rò rỉ.
Để tăng khả năng tải của các động cơ, người ta hay bố trí các bộ truyền động
để dẫn động các khâu, khớp. Bộ truyền rất hay dùng đối với Robot là bộ
truyền vít me bi.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


15
------------------------------------------------------------------------------------------------------

1.1.5 Hệ thống điều khiển Robot
Để hệ thống dẫn động làm việc đúng theo quy luật mong muốn khi thao tác
cơng nghệ, cần phải có hệ thống điều khiển robot có khả năng lập trình được
và xử lý linh hoạt các tình huống. Sự phát triển của cơng nghệ thơng tin, điện,
điện tử…. cho phép khả năng điều khiển Robot ngày càng cao, hiện đại. Ngày
nay, hầu hết các Robot được điều khiển bằng kỹ thuật vi điều khiển. Các
chương trình điều khiển có thể được lập sẵn hoặc kết hợp với thao tác từ thiết
bị kết nối trực tiếp: Màn hình, bàn phím, bằng điều khiển từ xa. Ta có thể sử
dụng phương pháp điều khiển lập trình robot trực tuyến hoặc ngoại tuyến.
Khi lập trình trực tuyến, người điều khiển Robot tiến hành lập trình trên trực
tiếp robot hoặc thiết bị phụ trợ kèm theo. Có thể tiến hành lập trình thủ cơng
hoặc dẫn dắt “dạy học”. Lập trình thủ cơng là phương pháp đơn giản và thích
hợp với robot không được trang bị thiết bị trợ động, khơng có tín hiệu phản

hồi. Để lập trình có thể sử dụng các cữ tỳ, cơ cấu cam, bảng, ổ cắm điện, cơng
tắc hành trình…Cách thức này đơn giản nhưng nhiều ứng dụng nhờ có thể tạo
nhiều thao tác khơng đơn giản nhờ cách thức đơn giản này. Phương pháp dẫn
dắt để “dạy học” có thể thực hiện được những cơng việc tinh tế hơn, có thể
dạy học bằng cách sử dụng hộp điều khiển “ teaching pendant”. Người vận
hành điều khiển dẫn dắt robot làm theo những thao tác yêu cầu và nó được ghi
lại nhờ những thiệt bị cảm biến lắp trên robot.Tín hiệu ghi nhớ này sẽ tác động
vào cơ cấu chấp hành làm cho robot lặp lại hoàn toàn một cách tự động những
thao tác đã học được.
Lập trình ngoại tuyến khơng tiến hành trực tiếp trên robot mà thực hiện trên
máy tính nhờ sử dụng các ngơn ngữ lập trình sau đó kết nối truyền dẫn vào
robot.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


16
------------------------------------------------------------------------------------------------------

1.2 Phân loại Robot
Có rất nhiều cách để phân loại Robot, theo các đặc trưng riêng của chúng.

Hình 1.2 Các robot hàn cấu trúc liên tục
Theo cấu trúc động học, ta có thể phân thành:
-

Robot cấu trúc liên tục: Là Robot mà cấu trúc của nó là chuỗi động học
hở (Các robot hình 1.2).

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật

17
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.3 Các robot cấu trúc song song
-

Robot cấu trúc song song: Là Robot mà cấu trúc của nó là chuỗi mạch
động học khép kín (Các robot hình 1.3).

-

Robot tự hành (Hình 1.4).

Theo số bậc tự do: Có thể phân thành Robot có một bậc tự do, hai bậc tự
do, ba hay bốn bậc tự do…
Theo cách thức và đặc trưng điều khiển.
-

Robot điều khiển tự động.

-

Robot điều khiển bằng tay.

…………..
Theo chức năng, nhiệm vụ của Robot.
-

Robot hàn.

-

Robot sơn.

-

Robot vận chuyển.

-

Robot lắp ráp.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


18
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.4 Robot tự hành
-

Cấu trúc mạch động học Robot: Mạch hở hay mạch kín.

1.3 Các ứng dụng trong đời sống của Robot
Từ khi mới ra đời Robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực
dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ
chức lại, năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt.

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


19
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Robot được ứng dụng rất đa dạng và ngày một phổ biến trong đời sống xã
hội. Robot được đưa vào trong công nghiệp, sản xuất dây chuyền, an ninh,
khoa học kỹ thuật, y tế, giáo dục và còn được coi như một người bạn thân
thiện trong sinh hoạt đời thường….

Hình 1.5 Robot song song được ứng dụng trong sản xuất dây chuyền

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


20
------------------------------------------------------------------------------------------------------

\

Hình 1.6 Robot SurgiScope được ứng dụng trong phương pháp mổ nội soi
trong y học

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


21
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 1.7 Robot thăm dị Spirit gắn tên lửa Delta II của NASA đưa Robot
lên thăm dị tên sao Hoả

Hình 1.8 Nghiên cứu sóng biển trong nghành hàng hải hay nghiên cứu chất
lỏng. Nước được đổ vào một hộp có gắn các thiết bị đo lường đặt trên giá di
động của Robot Hexapod

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật


22
------------------------------------------------------------------------------------------------------

Một số ứng dụng khác của Robot

Hình 1.9a Robot hàn của hã
ng F ANUC

Hình 1.9b Robot hàn trong nhà máy sản xuất xe hơ i

-------------------------------------------------------------------------------------------------Nguyễn Thị Thanh Vân - Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật