Tiếp cận và ứng dụng Robot công nghiệp ở Việt Nam
Phân loại theo kết CẤM - 5-5 S+sS kAs SE HE HH re, 10
Theo kết cấu ( hay theo hình học ), người ta phân robot ra thành các loại: để các, trụ, cầu, SCARA, kiểu tay người và các dạng khác nữa
1.5.1.1 Tay máy kiểu tọa độ đề các, còn gọi là kiểu chữ nhật, dùng 3 khớp trượi, cho phép phần công tác thực hiện một cách độc lập các chuyển động thẳng song song với 3 trục toạ độ
Hình 1.11 Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc và sơ đồ động học của robot tọa độ vuông góc
Vùng làm việc của tay máy có hình dạng hộp chữ nhật, mang lại độ cứng vững cao nhờ vào kết cấu đơn giản Điều này đảm bảo độ chính xác đồng đều trong toàn bộ khu vực làm việc, mặc dù tay máy này không linh hoạt Vì vậy, tay máy kiểu này thường được sử dụng cho các nhiệm vụ vận chuyển và lắp ráp.
1.5.1.2 Tay máy kiểu tọa độ trụ
Hình 1.12 Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc và sơ đỗ động học của robot tọa độ trụ
Hình 1.13 Một dạng robot hoạt động trong hệ tọa độ trụ
Khác với tay máy kiểu Để Các ở khớp đầu tiên, tay máy này sử dụng khớp quay thay vì khớp trượt, tạo ra một vùng làm việc hình trụ rỗng Khớp trượt nằm ngang cho phép tay máy có thể “thò” vào khoang rỗng nằm ngang Mặc dù độ cứng vững cơ học của tay máy trụ rất tốt và phù hợp với tải nặng, nhưng độ chính xác định vị trong mặt phẳng nằm ngang lại giảm khi tầm với tăng.
1.5.1.3 Tay máy kiểu tọa độ cầu
Hình 1.14 Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc và sơ đỗ động học của robot tọa độ cầu
Hình 1.15 Robot hàn hoạt động trong tọa độ cầu của hãng FANUC
Khớp thứ hai trong loại trụ này được thay thế bằng khớp quay, tạo ra một quỹ đạo chuyển động mô tả trong tọa độ cầu Mỗi bậc tự do thể hiện một khả năng chuyển động, với vùng làm việc là khối cầu rỗng Mặc dù độ cứng vững của tay máy này thấp hơn hai loại trước, độ chính xác định vị lại phụ thuộc vào tầm với Đặc biệt, loại tay máy này có khả năng “nhặt” được cả vật dưới nền.
Hình 1.16 Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc và sơ đồ vỉ động học của robot dang SCARA
Robot SCARA, được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1979 tại trường đại học Yamanashi (Nhật Bản), là một loại tay máy chuyên dụng cho công việc lắp ráp Cấu tạo của nó bao gồm hai khớp quay và một khớp trượt, với cả ba khớp có trục song song, giúp tăng cường độ cứng vững theo phương thẳng đứng nhưng lại giảm độ cứng vững theo phương ngang Tên gọi SCARA là viết tắt của "Selective Compliance Assembly Robot Arm," phản ánh đặc điểm này Vùng làm việc của robot SCARA có hình dạng như một phần của hình trụ rỗng, thích hợp cho các công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ theo phương thẳng đứng.
1.5.1.5 Tay máy kiểu tay người ( Anthropomorphic),
Cả 3 khớp đều là khớp quay, trong đó trục thứ nhất vuông góc với hai trục kia Do sự tương tự với tay người, khớp thứ hai được gọi là khớp vai ( Shoulder joint ), khớp thứ ba là khớp khuỷu ( Eibow joint ), nối cẳng tay với khuỷu tay Với kết cấu này không có sự tương ứng giữa khả năng chuyển động của các khâu và số bậc tự do Tay máy làm việc rất khéo léo, nhưng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của phần công tác trong vùng làm việc
Để định hướng phần công tác một cách hiệu quả, cần bổ sung phần cổ tay với ít nhất 3 chuyển động quay quanh 3 trục vuông góc Các kết cấu đã đề cập chỉ liên quan đến khả năng định vị của phần công tác, do đó việc cải thiện khả năng này là cần thiết.
Phân loại theo điều khiển -cccrerriiiierirree l5
Có 2 kiểu điều khiển robot: điều khiển hở và điểu khiển kín Điều khiển hở, dùng truyền động bước ( động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén ) mà quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỉ lệ với số xung điều khiển Kiểu điều khiển này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp
Robot sử dụng nguồn khí nén có hệ thống điều khiển kín (hay điều khiển servo) nhằm tăng độ chính xác thông qua tín hiệu phản hồi vị trí Có hai kiểu điều khiển servo phổ biến: điều khiển điểm - điểm và điều khiển theo đường (contour).
Hình 1.19 Một loại robot sử dụng động cơ servo
Kiểu điều khiển điểm — điểm cho phép phần công tác di chuyển nhanh chóng giữa các điểm dừng mà không hoạt động trong quá trình di chuyển Phương pháp này thường được áp dụng trong các robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh và bắt đỉnh Ngược lại, điều khiển contour cho phép phần công tác di chuyển theo quỹ đạo bất kỳ với tốc độ có thể điều chỉnh, thường thấy ở các robot hàn hồ quang và phun sơn.
1.5.3 Phân loại theo ứng dụng
Phân loại robot dựa trên ứng dụng của chúng bao gồm nhiều loại như robot công nghiệp, robot phục vụ nghiên cứu khoa học, robot trong lĩnh vực kỹ thuật vũ trụ và robot quân sự.
Cách mạng khoa học kỹ thuật đã mang lại nhiều giá trị to lớn, nâng cao dân trí và cải thiện mức sống của xã hội, đáp ứng nhu cầu thiết yếu của cộng đồng Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đó, chúng ta cũng cần chú ý đến mặt trái của cuộc cách mạng này, như ô nhiễm môi trường, sự suy giảm tầng Ozon, không gian sống ngày càng hạn hẹp và tình trạng thất nghiệp gia tăng Việc đối phó với những hệ quả tiêu cực này là cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững cho tương lai.
Tuy vậy công nghệ chế tạo robot vẫn phải tổn tại do nhu cầu về mức sống
RA ta ^2 az ` rae z a z Ao 2 ư ` ^Z về công việc, vấn đề an toàn, vấn đề về phẩm chất sản phẩm dùng đến
Hình1.22 Nhà máy tự động hóa tại nhật
CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ROBOT
Chương này trình bày cơ sở hình thành đề tài về robot bốn bậc tự do, có khả năng mang trọng lượng lên đến 0.3Kg Robot này được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong không gian hẹp, phục vụ cho các nhiệm vụ như cung ứng dụng cụ và lắp ráp.
2.1 Cấu Trúc Tổng Thể Của Một Robot
Robot công nghiệp và máy NC có nhiều điểm tương đồng, đặc biệt trong công nghệ điều khiển Cách điều khiển máy NC tương tự như cách điều khiển tay Robot, cho thấy sự liên kết trong hoạt động của hai thiết bị này.
Hệ thống cơ >Ì Môi trường khí + làm việc
Hệ thống Hệ thống cảm điện ằ| biến a Ỷỉ ¥
Hệ thống điều Chương trình khiến * điều khiển i
Cấu trúc tổng thể của một robot bao gồm nhiều hệ thống quan trọng Hệ thống điện, với các thành phần như động cơ điện, máy vi tính, mạch giao tiếp, bộ điều khiển và nguồn cung cấp, đóng vai trò thiết yếu trong hoạt động của robot Hệ thống cơ khí bao gồm cơ cấu truyền động, các khâu và khớp, tạo nên sự linh hoạt và chính xác cho robot Hệ thống cảm biến được chia thành cảm biến nội để nhận biết trạng thái của robot (như cảm biến vị trí, vận tốc, lực mô men) và cảm biến ngoại để cảm nhận môi trường xung quanh (bao gồm cảm biến quang học, xúc giác, âm thanh và hóa học) Hệ thống hoạch định giúp mô phỏng, lập trình và huấn luyện robot, trong khi hệ thống điều khiển thực hiện các chức năng như mô hình hóa bài toán, chuyển đổi tọa độ, phép nội suy và lập trình điều khiển.
2.2 Các Thông Số Cần Quan Tâm Trong Thiết Kế Robot
Khi thiết kế robot công nghiệp, cần tuân thủ các nguyên tắc thiết kế máy như yêu cầu công nghệ và sự đồng bộ hệ thống Các yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm mục đích công việc của robot, không gian làm việc, số bậc tự do, độ cứng vững, tốc độ và hệ thống điều khiển.
2.2.1 Không gian làm việc và yêu cầu công việc
Môi trường làm việc đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn kết cấu robot, với các loại khớp và cách bố trí phù hợp Kết cấu toàn khớp trượt cho không gian làm việc rộng rãi hơn so với kết cấu toàn khớp bản lề, do đó, việc lựa chọn cần dựa vào yêu cầu công việc và không gian hoạt động cụ thể Hai yếu tố này hỗ trợ lẫn nhau và ảnh hưởng lớn đến quyết định thiết kế cơ khí của robot, dẫn đến sự thay đổi trong các ý tưởng ban đầu của người thiết kế.
Yêu cầu công việc đặt ra cho người thiết kế là tìm ra những biện pháp đơn giản và hiệu quả nhất Trong luận văn này, dựa trên robot SCARA, phôi có khối lượng 0.3 kg và không gian làm việc được giới hạn trong phạm vi hẹp.
Như vậy đến đây cơ sở hình thành những ý tưởng thiết kế bắt đầu Như ta biết trong công nghệ robot thường dùng loại robot với khớp tịnh tiến
; khớp quay, hoặc kết hợp cả hai loại khớp tịnh tiến và khớp quay Trong mỗi loại đều có ưu điểm cũng như nhược điểm riêng của nó
Khớp tịnh tiến cho phép điều khiển dễ dàng và đạt độ chính xác cao trong việc định vị, nhờ vào khả năng di chuyển tịnh tiến theo các trục Tuy nhiên, cơ cấu này có nhược điểm là chiếm nhiều không gian hơn.
Hình 2.2 Robot có cấu tạo khớp tịnh tiến
Để di chuyển đối tượng, kết cấu chân đế của robot cần phải lớn hơn đường di chuyển, điều này gây khó khăn khi không gian làm việc bị hạn chế Do đó, kết cấu của robot phải có kích thước rộng hơn không gian làm việc để đảm bảo khả năng hoạt động hiệu quả.
Khớp quay có thể gây khó khăn trong việc điều khiển vị trí theo các góc quay so với cơ cấu tịnh tiến Tuy nhiên, ưu điểm của khớp quay là tiết kiệm không gian và mang lại tầm vươn lớn hơn.
RR iB FT (B, aed? VEEN ~
Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc và sơ đô động học của robot dạng SCARA 3 bậc tự do
Với cấu trúc nhỏ gọn và dễ chấp nhận, thiết bị này rất phù hợp cho không gian làm việc hẹp Ba trục quay được bố trí theo phương thẳng đứng giúp nâng hạ và đặt chi tiết một cách hiệu quả Ngoài ra, thiết kế linh hoạt cho phép thích ứng dễ dàng với sự thay đổi trong môi trường làm việc.
Như vậy với yêu cầu không gian làm việc nêu trên kết cấu robot toàn khớp quay là sự lựa chọn hợp lý nhất
