Bài giảng Robot công nghiệp - Chương I Các khái niệm cơ bản và phân loại robot công nghiệp

*Robot công nghiệpHandout for mechatronics class 2011©Giảng viên: Nhữ Quý ThơTrường đại học Công Nghiệp Hà NộiKhoa cơ khí – Bộ môn Cơ điện tửPhone: 04.37655121(Ext 324) Mobile: 0947593636Email: nhuquytho@haui.edu.vnHomepage: www.haui.edu.vn*Quy định chungThời lượng: 3 tín chỉ: 30 tiết LT + 30h TH, 4 tiết/tuầnHình thức đánh giá: 1 bài ktLT+ 1 BTL+ 1 bài kt TH+ 1Chuyên cần + Thi cuối kỳTài liệu giảng dạy: 1. Bài giảng robot CN- ĐHCN 2. Kỹ thuật robot – Đào Văn Hiệp- NXB KHKT 2006Tài liệu tham khảo: 1. Robot công nghiệp- Phạm Đăng Phước- Ebook 2. Robot manipulator control- Frank. Lewis,...- EbookHình thức thi: Tự luận (Không sử dụng tài liệu) Sử dụng ngân hàng câu hỏi.*Mục tiêu của học phần- Giới thiệu khái niệm robot công nghiệp, các đặc điểm cấu tạo, phân loại và lựa chọn robot công nghiệp. - Giải quyết các bài toán cơ học tay máy: bài toán động học thuận, bài toán động học ngược, bài toán động lực học.- Phân tích cơ sở lý thuyết điều khiển robot công nghiệp, giải quyết bài toán thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot công nghiệp. - Phân tích đặc điểm, chức năng và mối quan hệ giữa các hệ thống điển hình của robot công nghiệp.- Phân tích phương pháp thiết kế và tính toán hiệu quả kinh tế của việc sử dụng robot công nghiệp.- Thiết kế không gian làm việc cho robot công nghiệp bằng phần mềm.- Lập trình và vận hành cho robot công nghiệp.*Nội dung giảng dạyPhần I: Lý thuyết1Chương 1: Các khái niệm cơ bản và phân loại robot công nghiệp2Chương 2: Động học tay máy3Chương 3: Động lực học tay máy4Chương 4: Cơ sở điều khiển robot 5Chương 5: Các hệ thống điển hình của robot công nghiệp6Chương 6: Cơ sở thiết kế robot công nghiệp7Chương 7: Sử dụng robot trong công nghiệpPhần II: Thực hành1Bài 1: An toàn lao động và vận hành robot công nghiệp2Bài 2: Thiết kế không gian làm việc của tay máy bằng phần mềm AX – On Desk3Bài 3: Lập trình offline cho robot công nghiệp 4Bài 4: Vận hành robot công nghiệp theo chương trình tự động5Bài 5: Vận hành theo phương pháp dạy học cho robot công nghiệp*Chương I Các khái niệm cơ bản và phân loại robot công nghiệpGiới thiệu các khái niệm robot, robot công nghiệp, khoa học robot; đặc điểm cấu tạo, phân loại robot công nghiệp*1.1. Các khái niệm cơ bản và phân loại robot1.1.1. Robot và robotic: ThuËt ng÷ “Robot” xuÊt ph¸t tõ tiÕng Sec (Czech) “Robota” cã nghÜa lµ c«ng viÖc t¹p dÞch trong vë kÞch Rossum’s Universal Robots cña Karel Capek, vµo n¨m 1921.Vào những năm1940 nhà văn Issac Asimov mô tả robot là chiếc máy tự động có các nguyên tắc cơ bản: - Robot không xúc phạm và gây tổn thương cho con người - Hoạt động của robot do con người đặt ra và ko vi phạm nguyên tắc 1 - Robot phải bảo vệ được sự sống của mình và ko vi phạm 2 nguyên tắc trên *1.1. Các khái niệm cơ bản và phân loại robot1.1.1. Robot và robotic: Theo tiêu chuẩn AFNOR của pháp: Robot là một cơ cấu chuyển đổi tự động có thể chương trình hoá, lập 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 VDI 2860/BRD: Robot là một thiết bị có nhiều trục, thực hiện các chuyển động có thể chương trình hóa và nối ghép các chuyển động của chúng trong những khoảng cách tuyến tính hay phi tuyến của động trình. Chúng được điều khiển bởi các bộ phận hợp nhất ghép kết nối với nhau, có khả năng học và nhớ các chương trình; chúng được trang bị dụng cụ hoặc các phương tiện công nghệ khác để thực hiện các nhiệm vụ sản xuất trực tiếp hay gián tiếp.*1.1. Các khái niệm cơ bản và phân loại robot1.1.1. Robot và robotic: 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 robotics, 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. Các khái niệm cơ bản và phân loại robot*1.1. Các khái niệm cơ bản và phân loại robot1.1.2. Robot công nghiệp Theo định nghĩa của tổ chức ISO:Robot công nghiệp là một tay máy đa mục đích có thể điều khiển tự động, lập trình lại nhiều hơn hoặc bằng 3 trục.Theo Viện nghiên cứu robot của Mĩ đề xuất: RBCN 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: RBCN 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.*1.1. Các khái niệm cơ bản và phân loại robot1.1.2. Robot công nghiệp Ứng dụng của robot công nghiệpLĩnh vực19851990HànPhục vụ máy NC và hệ thống TĐLHĐúcLắp rápPhun phủSơnCác ứng dụng khác35%20%10%10%10%5%10%5%25%5%35%5%15%10%*1.1. Các khái niệm cơ bản và phân loại robotXem tài liệu bổ sungXem videos ứng dụng robot công nghiệp*1.2. Các cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp1.2.1. Cấu trúc chungMột RBCN bao gồm các phần cơ bản sau: Tay Máy: (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành cánh tay(arm) để tạo các chuyển động cơ bản, Cổ tay (Wrist) tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay (Hand) hoặc phần công tác (End Effector) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng. *1.2. Các cấu trúc cơ bản của robot công nghiệpHệ thống cảm biến: gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu khác. Các robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường. Cơ cấu chấp hành: tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực của các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: Điện, thuỷ lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng.Hệ thống điều khiển: (controller) hiện nay thường là hệ thống điều khiển số có máy tính để giám sát và điều khiển hoạt động của robot*1.2. Các cấu trúc cơ bản của robot công nghiệpHệ thống cảm biến: gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu khác. Các robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường. Cơ cấu chấp hành: tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực của các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: Điện, thuỷ lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng.Hệ thống điều khiển: (controller) hiện nay thường là hệ thống điều khiển số có máy tính để giám sát và điều khiển hoạt động của robot1.2.2. Kết cấu tay máy Tay máy là phần cơ sở quyết định khả năng làm việc của robot. Đó là phần cơ khí đảm bảo cho robot khả năng chuyển động trong không gian và khả năng làm việc như­ nâng, hạ vật, lắp ráp...Tay máy hiện nay rất đa dạng và nhiều loại khác xa với tay người. Tuy nhiên, trong kỹ thuật robot vẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc để chỉ các bộ phận của tay máy như vai (shoulder), Cánh tay (Arm), cổ tay (Wrist), bàn tay (Hand) và các khớp (Articulations),... Trong thiết kế quan tâm đến các thông số có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của robot như: - Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay... - Tầm với hay vùng làm việc: Kích thước và hình dáng vùng mà phần làm việc có thể với tới. - Sự khéo léo, là khả năng định vị và định hướng phần công tác trong vùng làm việc. Các tay máy có đặc điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu, đựơc nối với nhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở tính từ thân đến phần công tác. Các khớp được dùng phổ biến là khớp trượt và khớp quay. tuỳ theo số lượng và cách bố trí các khớp mà có thể tạo ra các tay máy kiểu toạ độ Decac (Cartesian), toạ độ trụ (Cylindrical), toạ độ cầu (Revolute), SCARA, POLAR, kiểu tay người (Anthropomorphic). 1.2.2. Kết cấu tay máy1.2.2. Kết cấu tay máy1.2.2. Kết cấu tay máy1.2.2. Kết cấu tay máy1.2.2. Kết cấu tay máy1.2.2. Kết cấu tay máyRobot kiểu SCARA 1.3. Phân loại Robot 1.3.1. Phân loại theo kết cấu: Lấy hai hình thức chuyển động nguyên thủy làm chuẩn:Chuyển động thẳng theo các hướng X, Y, Z trong không gian ba chiều thông thường tạo nên những khối hình có góc cạnh, gọi là Prismatic (P).Chuyển động quay quanh các trục X, Y, Z kí hiệu (R).Với ba bậc tự do, robot sẽ hoạt động trong trường công tác tùy thuộc tổ hợp P và R ví dụ:PPP trường công tác là hộp chữ nhật hoặc lập phương.RPP trường công tác là khối trụ.RRP trường công tác là khối cầu.RRR trường công tác là khối cầu. 1.3.2. Phân loại theo phương pháp điều khiển Có 2 kiểu điều khiển robot: điều khiển hở và điều 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 tỷ lệ với số xung điều khiển. Kiểu này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp. Điều khiển kín ( điều khiển kiểu servo ), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm - điểm và điều khiển theo đường ( contour). 1.3. Phân loại Robot 1.3.2. Phân loại theo phương pháp điều khiển Có 2 kiểu điều khiển robot: điều khiển hở và điều 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 tỷ lệ với số xung điều khiển. Kiểu này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp. Điều khiển kín ( điều khiển kiểu servo ), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm - điểm và điều khiển theo đường ( contour). 1.3. Phân loại Robot 1.3.2. Phân loại theo phương pháp điều khiển 1.3. Phân loại Robot Với kiểu điều khiển điểm - điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường thẳng với tốc độ không cao ( không làm việc ). Nó chỉ làm việc tại các điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh, bắn đinh, Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kỳ, với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các robot hàn hồ quang, phun sơn. 1.3. Phân loại Robot1.3.3. Phân loại theo ứng dụng: Cách phân loại này dựa vào ứng dụng của robot. Ví dụ, có robot công nghiệp, robot dùng trong nghiên cứu khoa học, robot dùng trong kỹ thuật vũ trụ, robot dùng trong quân sự Ngoài những kiểu phân loại trên còn có : Phân loại theo hệ thống năng lượng, phân loại theo hệ thống truyền động, phân loại theo độ chính xác *Industrial RobotThank you very much!Me. Nhu Quy ThoLecturer of Hanoi University of IndustryFaculty: Mechanical EngineeringDept.: MechatronicsPhone: 04.37655121(Ext 324) Mobile: 0947593636Email: nhuquytho@haui.edu.vnHomepage: www.haui.edu.vn