Tài liệu Thiết kế chế tạo máy thông minh ppt

THIÕT KÕ CHÕ T¹O M¸Y TH¤NG MINH Lµ MéT §ÞNH H¦íng
ph¸t triĨn c¬ ®IƯn tư cđa khoa c¬ khÝ tr−êng ®¹i häc
b¸ch khoa tp.hcm
PGS. TS.§Ỉng V¨n Ngh×n
Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa TP.HCM

Tãm T¾t:
C¸c t¸c gi¶ nghiªn cøu tỉng quan vỊ t×nh h×nh ®µo t¹o vµ nghiªn cøu trªn thÕ giíi trong lÜnh vùc c¬
®iƯn tư. Xu thÕ ph¸t triĨn cđa c¬ ®iƯn tư lµ c¬ khÝ hãa, tù ®éng hãa vµ c¬ ®iƯn tư hãa lµm cho thiÕt
bÞ, m¸y mãc ngµy cµng th«ng minh h¬n.

Abstracts:
This article deals with overview training and researching happening in the Mechatronics field. The
trend of developing of Mechatronics is Mechanization, automatilazion and mechatronization, to
cause machine and equipment more with intelligent.

I. Sù RA §êi cđa c¬ ®IƯn tư:
Nh− chóng ta ®Ịu biÕt tht ng÷ “Mechatronics” ®−ỵc c¸c kü s− cđa h·ng chuyªn
s¶n xt robot c«ng nghiƯp Yaskawa cđa NhËt B¶n ®−a ra vµo n¨m 1967. Đây lµ tõ ghÐp
gi÷a hai từ c¬ khÝ –
mecha
nics vµ ®IƯn tư – elec
tronics.
Vµ vµo ®Çu nh÷ng n¨m 1970 ng−êi ta hiĨu cơ điện tử lµ sù tỉ hỵp cđa c¬ khÝ vµ
®iƯn tư. Cã rÊt nhiỊu c¸c s¶n phÈm c¬ ®iƯn tư ®· ra ®êi nh− cưa tù ®éng, m¸y b¸n hàng tù
®éng, camera tù ®éng chØnh tiªu cù, xe tù ®éng. Trong giai ®o¹n nµy c¬ ®iƯn tư liªn quan
chđ u ®Õn c«ng nghƯ servo, tuy ®¬n gi¶n nh−ng lµ nỊn t¶ng cho c¸c ph−¬ng ph¸p ®iỊu
khiĨn hiƯn ®¹i.
Vµo nh÷ng n¨m 1980 c«ng nghƯ th«ng tin ®· b¾t ®Çu ph¸t triĨn víi nh÷ng kh¶ n¨ng
to lín cđa c¸c vi xư lý lµm cho s¶n phÈm c¬ ®iƯn tư ngµy cµng hoµn thiƯn h¬n. C¸c m¸y
®iỊu khiĨn sè NC, robot c«ng nghiƯp lµ nh÷ng s¶n phÈm c¬ ®iƯn tư tiªu biĨu ®−ỵc ph¸t triĨn

rÊt nhanh. C¸c hƯ thèng c¬ ®iƯn tư ®−ỵc ¸p dơng réng r·i vµ thµnh c«ng ë nhiỊu lÜnh vùc
®iỊu khiĨn kh¸c nhau. Vµ còng chÝnh ë giai ®o¹n nµy ®· xt hiƯn kh¸i niƯm vỊ ®iỊu khiĨn
th«ng minh.
C¬ ®iƯn tư lÇn ®Çu tiªn ®−ỵc gi¶ng d¹y vµo n¨m 1980 ë tr−êng §¹i häc Tokyo NhËt
B¶n, sau ®ã ®−ỵc triĨn khai ë c¸c n−íc kh¸c nh− Thơy §iĨn, Thơy SÜ, Hµ Lan, PhÇn Lan,
CHLB §øc còng nh− c¸c ®¹i häc kh¸c ë Mü vµ Canada. Tõ n¨m 1985 ®Õn 1990 t¹i ®¹i häc
Oulu PhÇn Lan ®· triĨn khai dù ¸n nghiªn cøu c¸c s¶n phÈm c¬ ®iƯn tư víi kinh phÝ 6,5
triƯu USD do nhµ n−íc hç trỵ.
Vµo nh÷ng n¨m 1990 ngoµi sù ph¸t triĨn kh«ng ngõng cđa c«ng nghƯ th«ng tin, sù
ph¸t triĨn cđa c«ng nghƯ viƠn th«ng ®· ®Èy c¬ ®iƯn tư lªn mét tÇm cao míi. C¸c s¶n phÈm
c¬ ®iƯn tư ngµy cµng hoµn thiƯn h¬n vµ th«ng minh h¬n. Trong nh÷ng n¨m nµy, mét lo¹t
c¸c tr−êng ®¹i häc kh¸c
Áo
, Hungari, Anh, Hångk«ng, Singapore,
Ú
c, Trung Qc,
Thỉ NhÜ Kú, Hµn qc, Th¸i lan ®· b¾t ®Çu ®µo t¹o vỊ c¬ ®iƯn tư.
Vµ ®Ĩ cã diƠn ®µn trao ®ỉi c«ng tr×nh cho c¸c nhµ khoa häc, t¹p chÝ Mechatronics
®Çu tiªn ®· ra ®êi vµo n¨m 1990 vµ ngay trªn trang b×a cđa t¹p chÝ nµy ®· ghi râ
MECHATRONICS lµ ngµnh khoa häc về m¸y vµ hƯ thèng th«ng minh.
Ngoµi t¹p chÝ nµy ra cßn cã tun tËp c¸c bµi b¸o vỊ c¬ ®iƯn tư (IEEE/ASME
TRANSACTION ON MECHATRONICS do HiƯp héi qc tÕ vỊ kü tht ®iƯn tư, Robot, tù
®éng hãa vµ c¬ khÝ tỉ chøc ph¸t hµnh.
Cïng trong giai ®o¹n nµy lÇn l−ỵt ®−ỵc tỉ chøc c¸c héi th¶o qc tÕ liªn quan trùc
tiÕp ®Õn Cơ điện tử :
 Robotics, Mechatronics and Manufacturing Systems
 Mechatronics anh Machine Vision in Pratice
 Mechatronics
§Ỉc biƯt lµ ®· cã héi th¶o qc tÕ vỊ ®µo t¹o c¬ ®iƯn tư ®−ỵc tỉ chøc vµo n¨m 1994
t¹i Stanford Mü, C¬ ®iƯn tư ®· b−íc sang thÕ kû 21 vµ ®ang chn bÞ cc c¸ch m¹ng

Mechatronics.

II. XU THÕ PH¸T TRIĨN C¥ §IƯN Tư
1. Trªn thÕ giíi
Tr−íc tiªn chóng ta t×m hiĨu kh¸i niƯm vỊ c¬ ®iƯn tư. Cã thĨ chóng ta sÏ th¶o ln
nhiỊu nh−ng rÊt khã ®i ®Õn mét ý kiÕn thèng nhÊt v× cho ®Õn nay ®· cã vµi chơc ®Þnh nghÜa
vµ kh¸i niƯm kh¸c nhau vỊ c¬ ®iƯn tư. Mçi ®Þnh nghÜa ®−ỵc ph¸t biĨu trong nh÷ng giai
®o¹n kh¸c nhau cđa qu¸ tr×nh ph¸t triĨn cơ điện tử. Cho nªn trong giai ®o¹n hiƯn nay
chóng t«i rÊt t©m ®¾c víi ý kiÕn cđa Giáo sư ERDEN cđa tr−êng §¹i häc Kü tht Thỉ
NhÜ Kú nh− sau:
 Lµ sù tÝch hỵp hoµn thiƯn gi÷a kü tht c¬ khÝ, ®iƯn - ®iƯn tư, m¸y tÝnh víi
®iỊu khiĨn th«ng minh trong thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm c«ng nghiƯp.
 ThiÕt kÕ m¸y th«ng minh.
§Ĩ cã thĨ ®¸nh gi¸ ®−ỵc xu thÕ ph¸t triĨn cđa c¬ ®iƯn tư chóng ta cã thĨ tham kh¶o
nh÷ng s¸ch chuyªn ngµnh, kû u c¸c héi th¶o qc tÕ vµ ®Ỉc biƯt lµ néi dung ®µo t¹o vµ
nghiªn cøu cđa c¸c tr−êng vµ viƯn nghiªn cøu trªn thÕ giíi:
Cã lÏ c¬ ®iƯn tư lµ mét ngµnh khoa häc cã rÊt nhiỊu øng dơng trong nh÷ng lÜnh vùc
kh¸c nhau thĨ hiƯn qua c¸c s¶n phÈm cđa nã.
Tr−íc hÕt lµ nh÷ng s¶n phÈm c«ng nghiƯp nh− c¸c lo¹i m¸y CNC, robot c«ng
nghiƯp, tµu ®iƯn cao tèc TGV, xe tù hµnh, m¸y dƯt, m¸y may vµ thªu tù ®éng, m¸y t¹o mÉu
nhanh. Tuy nhiªn nh÷ng s¶n phÈm tiªu dïng l¹i lµ nh÷ng s¶n phÈm c¬ ®iƯn tư gÇn gòi víi
chóng ta nhÊt nh− m¸y giỈt tù ®éng, m¸y quay video, robot ®å ch¬i. Cßn c¸c m¶ng øng
dơng kh¸c n÷a kh¸ xa l¹ víi c¸c nhµ khoa häc kü tht lµ c¬ ®iƯn tư trong y häc, c¬ ®iƯn tư
trong thĨ thao.
Khã mµ cã thĨ liệt kª ®−ỵc toµn bé nh÷ng s¶n phÈm c¬ ®iƯn tư tuy nhiªn cã thĨ
thống
kª mét sè s¶n phÈm mµ hÇu nh− c¸c bé m«n, phßng thÝ nghiƯm vỊ c¬ ®iƯn tư quan
t©m nghiªn cøu lµ : robot c«ng nghiƯp, robot di ®éng (Mobile), robot cã ch©n (Walking),
Robot song song, Hexapod
Xt ph¸t tõ yªu cÇu thùc tÕ ®òi hỏi nh÷ng hƯ thèng c¬ ®iƯn tư ngµy càng phải

nhỏ hơn, chÝnh x¸c h¬n, th«ng minh hơn cùng với những víi thµnh tùu cđa vi hƯ thèng
vµ hƯ thèng vi c¬ ®iƯn đã tạo ra được Micro robot, Micro CMM, Nano robot, Nano
CMM.
Trong cn s¸ch “HƯ thèng s¶n xt tù ®éng” c¸c gi¸o s− Asai vµ Edward ®· ph¸c
häa t−¬ng lai cđa tù ®éng hãa lµ c¸c m¸y th«ng minh ®−ỵc dùa trªn nỊn t¶ng cđa c¬ ®iƯn
tư.
§Ỉc biƯt cn s¸ch c¬ ®iƯn tư do Bradley biªn so¹n n¨m 1995 lµ mét trong nh÷ng
giáo trình (Texbook) chđ u cđa c¸c tr−êng ®¹i häc ®· ®−ỵc thay thÕ bëi cn s¸ch cđa
chính t¸c gi¶ míi biªn so¹n n¨m 2001 vỊ thiÕt kÕ m¸y th«ng minh.
Qua kh¶o s¸t gÇn 20 ®Ị c−¬ng m«n häc vỊ c¬ ®iƯn tư th× kiÕn thøc vỊ m¸y th«ng
minh ®· ®−ỵc cËp nhËt vµ ®Ỉc biƯt lµ ®· t¸ch ra nh÷ng m«n häc míi vỊ thiÕt kÕ m¸y th«ng
minh.
ChÝnh nh÷ng u tè th«ng minh ®· n©ng cao tÝnh c¹nh tranh s¶n phÈm cđa c¸c s¶n
phÈm c¬ ®iƯn tư.


2. Ở ViƯt Nam
Trªn thÕ giíi, tïy theo ®Ỉc ®iĨm vỊ ®Þa lý, kinh tÕ x· héi cđa tõng n−íc mµ ng−êi ta
ph¸t triĨn theo c¸c h−íng riªng cho m×nh. Qua kh¶o s¸t nghiªn cøu kinh nghiƯm ph¸t triĨn
cđa n−íc ngoµi, xt ph¸t tõ ®Ỉc thï cđa TP.HCM chóng t«i chän h−íng ®i cho c¬ ®iƯn tư
phơc vơ cho c¸c ngµnh c«ng nghiƯp nhùa khu«n mÉu, c«ng nghiƯp dƯt may ở Thành
phố Hồ Chí Minh. §· h×nh thµnh nh÷ng nhóm nghiên cứu về s¶n phÈm cơ điện tử
nh− Robot, Hexapod, m¸y c«ng cơ CNC, CMM, m¸y dƯt CNC, m¸y thªu CNC. v.v
Trong lÜnh vùc Robot ®· cã nh÷ng ®Ị tµi nghiªn cøu sau ®©y:
 Robot g¾p s¶n phÈm cho khu«n phun Ðp (®Ị tµi cÊp Bé do PGS.TS. §Ỉng V¨n
Ngh×n chđ tr×).
 Robot g¾p s¶n phÈm nhùa cho khu«n thỉi (®Ị tµi cÊp Thành Phố do TS. Lª
Hoµi Qc chđ tr×).
 Robot di ®éng (®Ị tµi cÊp Thành Phố do TS. Lª Hoµi Qc chđ tr×).
 Robot tr¸nh vËt c¶n (®Ị tµi cÊp Tr−êng do TS. Ngun V¨n Gi¸p chđ tr×).

 Robot lµm viƯc trong ®iỊu kiƯn m«i tr−êng ®éc h¹i vµ kh¾c nghiƯt (®Ị tµi cÊp
Nhµ n−íc do TS.Lª Hoµi Qc chđ tr×).
Trong lÜnh vùc Hexapod ®· cã ®Ị tµi cÊp Bé do PGS. TS. §Ỉng V¨n Ngh×n chđ tr×.
Trong lÜnh vùc m¸y CNC ®· cã nh÷ng ®Ị tµi sau ®©y:
 Dự án CNC hãa m¸y c«ng cơ (dự án cấp Thành Phố do TS. Lª Hoµi
Qc chđ tr×).

Nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o m¸y dƯt CNC (®Ị tµi cÊp Thành Phố do TS. Ph¹m
Ngäc Tn chđ tr×).
 Máy may tự động ( đề tài cÊp Thành Phố do TS. Huỳnh Văn Trí chđ
tr×).
 Bé ®iỊu khiĨn CNC th«ng minh ( đề tài cấp Nhà nước do TS. Th¸i ThÞ
Thu Hµ chđ tr×).
Trong lÜnh vùc m¸y ®o täa ®é CMM ®· cã 1 ®Ị tµi cÊp Së vỊ ¸p dơng thiÕt kÕ ng−ỵc
®Ĩ lÊy mÉu nhanh s¶n phÈm do TS. Th¸i ThÞ Thu Hµ chđ tr× vµ ci cïng lµ trong lÜnh lùc
m¸y t¹o mÉu nhanh ®· cã 1 ®Ị tµi cÊp Nhµ n−íc do PGS.TS.§Ỉng V¨n Ngh×n chđ tr×. Trong
đề tài này, ngoµi viƯc t¹o ra c¸c s¶n phÈm cÊy ghÐp y häc, chóng t«i ®ang triĨn khai ®Ĩ
t¹o c¸c s¶n phÈm c¬ ®iƯn tư chÝnh x¸c nh− Nano Robot, Nano CMM.
Ngoµi nh÷ng ®Ị tµi ®· ®−ỵc ®¨ng ký ë trªn, Khoa C¬ khÝ chóng t«i ®ang triĨn khai
c¸c ®Ị tµi khác Robocrane, robot song song cao tèc, m¸y ®o täa ®é song song, xe l¨n cho
ng−êi mï, robot ng«i sao.v.v

III. KÕT LN
Trong những năm gần đây song song với việc mở ngành đào tạo Cơ điện tử, Khoa
Cơ khí đại học Bách Khoa TP.HCM đã và đang triển khai những đề tài và dự án nghiên cứu
li
eõn quan ủeỏn
cơ điện tử.
Phơng châm của chúng tôi là vừa triển khai thực hiện những sản phẩm cơ điện tử
thông thờng có định hớng để các sản phẩm ngày càng chính xác hơn và thông minh hơn.

Trên cơ sở những đề tài này chúng tôi đã và đang áp dụng những thành tựu của
công nghệ thông tin, điều khiển thông minh trong các sản phẩm của mình.

TàI LIệU THAM KHảO

1. D.BRADLEY. [2000]
Mechatronics and the Design of Intelligent Machine and Systems. Stanley Thornes
Ltd.
2. G.RZESSKI [1995]
Mechatronics Designing Intelligent Machines Volume 1
3. RYOJI OHBA [1995]
Intelligent Sensor Technology.
4. G.SARIDIS [2001]
Herarchically Intelligent Machinces. World Scientifiec.
5. D.BRADLEY [1995]
Mechatronics Electronics in Products and Processes Chapman and Hall
6. Popovic (1998) Mechatronics in Engineering Design and Product Development.
7. AMAR [1994]
Mechatronics. The basis for New Industrial Development.
8. Kỷ yếu hội thảo:
- Mechatronics 1998.
- Mechatronics and Machine Visit on Practice 1997,1994.
- Robotics, Mechatronics and Manufacturing 1992.
9. Tạp chí Mechatronics.