Đồ Án Tìm hiểu Robot công nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Vào đầu thế kỷ trước, ý tưởng đầu tiên về Robot xuất hiện, thể hiện ước mơ cháy bang của con người là sáng tạo ra những người máy để thay thế mình trong công việc nặng nhọc, nhàm chán, nguy hiểm. Vào khoảng năm 1940, mẫu robot đầu tiên ra đời tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và Argonnecuar mỹ, để vận chuyển các hoạt chất phóng xạ. Đến thập kỷ 80 trên thế giới đã có 40 nghin robot thuộc 500 kiểu, do 200 hãng tham gia sản xuất. Ngày nay robot được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, nghiên cứu khoa học và đời sống. Đó là thiết bị không thể thiếu được trên các hệ thống sản xuất, đặc biệt là các hệ thống sản xuất linh hoạt. Robot ngày càng khéo léo và thông minh, được coi là sản phẩm điển hình của một ngành kĩ thuật mới: ngành cơ - điện tử (Mechatronics).

Cho đến nay, hầu hết các trường đại học kĩ thuật ở Việt Nam đã đưa môn Robot công nghiệp vào chương trình chính khoá. Môn học này được giảng dạy chủ yếu cho các ngành cơ khí, song các khía cạnh riêng của kĩ thuật Robot, như kĩ thuật điều khiển, lập trình, mô phỏng cũng được các ngành khác rất quan tâm.

Để góp phần vào việc tìm hiểu ứng dụng Robot công nghiệp vào sản xuất. Trong khuôn khổ của đồ án tốt nghiệp với đề tài chúng em được giao là “ Tìm hiểu Robot công nghiệp”. Đây là đề tài mới, cộng với sự thu nhận kiến thức hạn chế, nên trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành đồ án, chúng em cũng không tránh khỏi những thiếu sót.

Vậy chúng em kính mong nhận được những ý kiến phê bình và sự hướng dẫn của các Thầy Cô. Để chúng em hoàn thành được đồ án này là nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Doãn Ý cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn.
Vậy chúng em chân thành gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô hướng dẫn và các thầy cô giáo trong hội đồng đã kí duyệt và cho chúng em ý kiến.

Hà Nội, ngày tháng năm

CHƯƠNG I
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN:
Do nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất.Xu hướng tạo ra những dây chuyền về thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành. Các thiết bị này đang thay thế dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong lúc thị trường luôn luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng về chủng loại, về kích cỡ, và về tính năng v.v Điều này dẫn đến nhu cầu ứng dụng robot để tạo ra các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt.
Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của nhà văn Tiệp Khắc có tên là Karel Capek.
Thuật ngữ inducstrial Robot (IR) xuất hiện đầu tiên ở mỹ do công ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô phỏng một thiết bị mang dáng dấp và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động thực hiện một số thao tác để sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran.
Quá trình phát triển của IR được tóm tắt như sau:
- Từ những năm 1950 ở Mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên.
- Vào đầu những năm 1960 xuất hiện sản phẩm đầu tiên có tên gọi là Versatran của công ty AMF.
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của Mỹ từ những năm 1967.
- Từ những năm1970 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã được chú ý nhiều hơn và cũng bắt đầu xuất hiện ở các nước Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển.
- Ở Châu Á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ những năm 1968.
Từ những năm 80, nhất là vào những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về vi sử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã gia tăng với nhiều tính năng vượt bậc. Chính vì vậy mà robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các đây chuyền tự động sản xuất hiện đại.
Đến nay, trên thế giới có khoảng trên 200 công ty sản xuất IR trong số đó có 80 công ty của Nhật, 90 công ty của Tây âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty của Nga, Tiệp
II. KHÁI NIỆM.
Robot công nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt, bắt chước được các chức năng lao động công nghiệp của con người. Nói đến thiết bị tự động linh hoạt là nhấn mạnh đến khả năng thao tác với nhiều bậc tự do, được điều khiển và lập trình thay đổi được. Còn nói đến sự bắt chước các chức năng lao động công nghiệp của con người là nói đến sự không hạn chế từ các chức năng lao động chân tay đơn giản đến trí khôn nhân tạo, tuỳ vào công việc lao động cần đến chức năng đó hay không.
Với đặc điểm có thể lập trình lại được, robot công nghiệp là thiết bị tự động hoá và ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu được của các tế bào hoặc hệ thống sản xuất linh hoạt.
III. PHÂN LOẠI.
Ngày nay, robot công nghiệp đã phát triển rất phong phú và đa dạng, vì vậy phân loại chúng không đơn giản. Có rất nhiều quan điểm khác nhau và mỗi quan điểm lại phục vụ một mục đích riêng. Dưới đây là hai cách phân loại chính.
1. Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và nhận biết thông tin của tay máy-người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau:
Thế hệ 1: thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình cứng không có khả năng nhận biết thông tin.
Thế hệ 2: thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm bước đầu đã có khả năng nhận biết thông tin.
Thế hệ 3: thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận biết thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người.
2. Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động:
Thông thường cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp được mô hình hoá trong dạng chuỗi động với các khâu và các khớp như trong nguyên lý máy với các giả thuyết cơ bản sau:
- Chỉ dùng các khớp động loại khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp vít.
- Trục quay hướng tịnh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc với nhau.
- Chuỗi động chỉ là chuỗi động hở đơn giản:
Ta ví dụ một chuỗi động của một tay máy công nghiệp có 6 bậc tự do, các khớp A, B, F là các khớp tổng quát, có nghĩa là chúng có thể là khớp quay, cũng có thể là khớp tịnh tiến, các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay. Các khâu được đánh số bắt đầu từ 0-giá cố định, tiếp đến là các khâu 1, 2, .n - các khâu động, khâu tổng quát ký hiệu là khâu i, (i= 1, 2, 3, .n), khâu n cuối cùng mang bàn kẹp của tay máy. Tương tự như tay người để bàn kẹp gồm có 3 loại chuyển động, tương ứng với các chuyển động này là 3 dạng của cấu trúc máy như sau:
- Cấu trúc chuyển động toàn bộ (chân người) cấu trúc này thực hiện chuyển động đem toàn bộ tay máy (tay người) đến vị trí làm việc. Cấu trúc này hết sức đa dạng và thông thường nếu không phải là tay máy hoạt động trong hệ thống mà chuyển động này cần có sự kiểm soát. Người ta thường coi tay máy là đứng yên, khâu 0 gọi là giá cố định của tay máy.
- Cấu trúc xác định bàn kẹp bao gồm các khớp A, B và F các khâu 1, 2 và 3, chuyển động của cấu trúc này đem theo bàn kẹp với vị trí làm việc. Do giả thiết về loại khớp động dùng trong chế tạo máy thông thường ta có những phối hợp sau đây của các khớp và từ đó tạo nên những cấu trúc xác định vị trí của bàn kẹp trong các không gian vị trí khác nhau của bản kẹp.
Phối hợp TTT nghĩa là 3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một khớp quay. Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ Đề Các so với các toạ độ So vì 3 điểm M nằm trên khâu 3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một chuyển động quay.
Phối hợp TRT, RTT, hay TTR nghĩa là một khớp tịnh tiến hai khớp quay( các cấu trúc 2, 3, và 4). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ trụ so với điểm M trên khâu 3 được xác định bởi 2 chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay.
Phối hợp RTR, RRT, TTR nghĩa là hai khớp tịnh tiến và hai khớp quay( các cấu trúc 5, 6, 7, 8, 9 và 10). Đây là cấu trúc hoạt động trong hệ toạ độ cầu so với hệ So, vì điểm M trên khâu 3 được xác định bởi một chuyển động tịnh tiến và hai chuyển động quay.
Phối hợp RRR tức là 3 khớp quay( các cấu trúc 11,12) đây là các cấu trúc hoạt trong toạ độ góc so với hệ So, vì điểm M trên khâu 3 được xác định bởi ba chuyển động quay( tức là ba toạ độ góc), cấu trúc này được gọi là cấu trúc phỏng sinh học.
Tuy nhiên trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dùng ta chuyên môn hoá và đặc biệt đảm bảo giá thành và giá đầu tư vào tay máy thấp, người ta không nhất thiết lúc nào cũng phải chế tạo tay máy có đủ số ba khớp động cho cấu trúc xác định vị trí.
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại, trong số đó có hơn 40% là loại tay máy có điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất.
Sự xuất hiện của IR và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất và xã hội loài người làm xuất hiện một nghành khoa học mới là nghành Robot học(Robotic). Trên thế giới nhiều nơi đã xất hiện những viện nghiên cứu riêng về Robot.