Nghiên cứu thiết kế chế tạo robot phục vụ cho các quá trình sản xuất trong các điều kiện độc hại và không an toàn

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA

______________***______________

BAÙO CAÙO TOÅNG KEÁT

KHOA HOÏC VAØ KYÕ THUAÄT ÑEÀ TAØI

NGHIEÂN CÖÙU THIEÁT KEÁ VAØ CHEÁ TAÏO ROBOT

PHUÏC VUÏ SAÛN XUAÁT TRONG CAÙC ÑIEÀU KIEÄN

MOÂI TRÖÔØNG ÑOÄC HAÏI VAØ KHOÂNG AN TOAØN

PGS. TS. Leâ Hoaøi Quoác

6147

17/11/2006

TPHCM, thaùng 08/2004

Baûn quyeàn 2004 thuoäc ÑHBK-ÑHQG HCM

Ñôn xin sao cheùp toaøn boä hoaëc töøng phaàn taøi lieäu naøy phaûi gôûi

ñeán Hieäu tröôûng ÑHBK-ÑHQG HCM tröø tröôøng hôïp söû duïng vôùi

muïc ñích nghieân cöùu.

BGD&ÑT

ÑHBK-ÑHQG HCM

BGD&ÑT

ÑHBK-ÑHQG HCM

BGD&ÑT

ÑHBK-ÑHQG HCM

MUÏC LUÏC

Chöông I: TOÅNG QUAN VEÀ THIEÁT KEÁ ROBOT COÂNG NGHIEÄP 11

1.1 Caùc giai ñoaïn thieát keá vaø tích hôïp heä thoáng 11

1.2 Nhieäm vuï thieát keá 13

1.2.1 Phaân tích chöùc naêng 14

1.2.2 Thieát keá heä thoáng robot 17

1.3 Thieát keá ñoäng hoïc robot 20

1.3.1 Caáu hình ñoäng hoïc 21

1.3.2 Robot hoaït ñoäng trong khoâng gian Descartes 24

1.3.3 Robot toïa ñoä truï 25

1.3.4 Robot SCARA

25

1.3.5 Robot vôùi lieân keát toaøn khôùp baûn leà 26

1.3.6 Robot laép gheùp töø caùc moâ ñun chuyeån ñoäng 26

1.3.7 Robot song song 27

1.4 Ñieàu khieån chuyeån ñoäng 29

1.4.1 Toång quaùt 29

1.4.2 Tính toaùn chuoãi truyeàn ñoäng 29

1.5 Nguoàn daãn ñoäng 34

1.5.1 Ñoäng cô ñieän 34

1.5.1.5 Ñoäng cô ñoàng boä 35

1.5.1.2 Ñoäng cô khoâng ñoàng boä 36

1.5.1.3 Ñoäng cô chuyeån ñoäng thaúng 36

1.5.2 Nguoàn daãn ñoäng ñieän – daàu eùp 37

1.5.3 Cô caáu truyeàn ñoäng 38

1.5.3.1 Truyeàn chuyeån ñoäng thaúng 39

1.5.3.2 Truyeàn chuyeån ñoäng quay

40

1.6 Khôùp noái 43

1.7 Heä thoáng ño 44

1.7.1 Boä maõ hoùa quang ñieän tuyeät ñoái 44

1.7.2 Boä maõ hoùa quang ñieän loaïi quay 45

1.7.3 Boä ño chuyeån vò goùc daïng caûm öùng ñieän töø 47

1.8 Hieäu chænh chuaån robot 48

1.8.1 Caùc böôùc hieäu chænh chuaån 50

1.8.2 Kyõ thuaät vaø thieát bò ño 52

1.8.3 Nhaän daïng caùc thoâng soá 55

1.8.4 Thöïc hieän 56

1.8.5 Thöû nghieäm 57

Chöông 2: CAÙC BAØI TOAÙN VAØ PHAÀN MEÀM TÍNH TOAÙN & MOÂ PHOÛNG

CAÙC ÑAËC ÑIEÅM ÑOÄNG HOÏC VAØ ÑOÄNG LÖÏC HOÏC CUÛA

CÔ CAÁU ROBOT DÖÏ KIEÁN THIEÁT KEÁ 60

2.1 Muïc tieâu nghieân cöùu 60

2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc robot 61

2.2.1 Cô sôû lyù thuyeát 61

2.2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän 62

2.2.3 Baøi roaùn ñoäng hoïc ngöôïc 64

i/ Khaûo saùt nhoùm chuyeån ñoäng chính vôùi 3 khaâu 66

ñònh vò trí (nhoùm ñònh vò)

ii/ Khaûo saùt nhoùm 3 khaâu ñònh höôùng (nhoùm ñònh höôùng) 68

2.3 Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc 70

2.3.1 Muïc ñích cuûa vieäc khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc 70

2.3.2 Khaûo saùt baøi toaùn ñoäng löïc hoïc cuûa tay maùy nhieàu baäc töï do 70

2.4 Keát quaû aùp duïng treân moät soá tay maùy trong haïng muïc cuûa ñeà taøi 78

2.4.1 Treân robot vaïn naêng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn 81

2.4.2 Treân Robot camera crane 85

2.4.3 Treân robot SCARA

89

2.4.2 Treân tay maùy laáy saûn phaåm phoâi nhöïa PET 93

Chöông 3: MOÄT SOÁ PHAÀN TÖÛ TIEÂU BIEÅU ÑÖÔÏC ÖÙNG DUÏNG 97

TREÂN HEÄ THOÁNG ROBOT THIEÁT KEÁ

3.1Boä ñieàu khieån PC-based 97

3.1.1 Caáu truùc chung 97

3.1.2 Caùc loaïi boä ñieàu khieån 103

3.1.3 Boä noäi suy 107

3.1.4 Giôùi thieäu chung veà card noäi suy PCL-832 114

3.1.5 Boä ñieàu khieån öùng duïng trong ñeà taøi 124

3.2 Panel laäp trình vaø ñieàu khieån (teach pendant) 128

3.2.1 Chöùc naêng cuûa teach pendant 128

3.2.2 Moät soá loaïi Teach Pendant cuûa Robot Coâng nghieäp 131

3.2.3 Nguyeân lyù caáu taïo cuûa panel laäp trình vaø ñieàu khieån – 135

Teach Pendant

3.3 Keát noái heä thoáng – teá baøo saûn xuaát töï ñoäng vôùi robot 137

3.3.1 Teá baøo saûn xuaát töï ñoäng 137

3.3.2 Vaán ñeà truyeàn thoâng treân heä thoáng saûn xuaát töï ñoäng 143

Chöông 4: CAÙC HAÏNG MUÏC PHAÀN MEÀM 152

4.1 Giôùi thieäu chung 152

4.2 Phaàn meàm 1: Phaàn meàm hoã trôï tra cöùu robot 152

4.2.1 Giôùi thieäu 152

4.2.2 Caùc tính naêng cuûa phaàn meàm tra cöùu robot 153

4.2.3 Caùch caäp nhaät döõ lieäu cho phaàn meàm 167

4.2.4 Höôùng phaùt trieån trong töông lai cuûa phaàn meàm 171

4.3 Phaàn meàm laäp trình - ñieàu khieån robot vaø phaàn meàm moâ phoûng

hoaït ñoäng cuûa robot 174

4.3.1 Giôùi thieäu 174

4.3.2 Moâñun ñieàu khieån 175

4.3.3 Moâñun moâ phoûng - giaùm saùt 177

4.3.4 Laäp trình vaø vaän haønh robot 179

4.3.5 Moâ phoûng vaø giaùm saùt hoaït ñoäng cuûa robot 189

4.3.6 Keát luaän 192

Chöông 5: Giôùi thieäu caùc haïng muïc robot ñaõ thöïc hieän trong ñeà taøi 193

5.1 Robot haøn vaø robot phuïc vuï cho caùc quaù trình hoùa nhieät luyeän 193

5.1.1 Giôùi thieäu 193

5.1.2 Nhöõng ñaëc tính cô baûn 194

5.1.3 Keát caáu 196

5.1.4 Truyeàn ñoäng 198

5.1.5 Heä thoáng ñieàu khieån 200

5.1.6 Caùc thieát bò coâng ngheä 202

5.1.7 ÖÙng duïng thöû nghieäm trong saûn xuaát 203

5.2 Robot phuïc vuï trong quoác phoøng 204

5.2.1 Chöùc naêng cuûa robot

204

5.2.2 Keát caáu cô khí 207

5.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån 207

5.2.4 Laép ñaët robot trong saûn xuaát 207

5.3 Robot camera crane – phuïc vuï cho coâng vieäc quay phim

208

5.3.1 Sô löôïc quaù trình phaùt trieån 208

5.3.2 Nguyeân lyù caáu taïo vaø hoaït ñoäng 215

5.3.3 Baøi toaùn ngöôïc vò trí cho caùc chuyeån ñoäng buø cuûa RCC 217

ñeå baùm muïc tieâu ñònh tröôùc

5.3.4 Chuyeån ñoäng baùm muïc tieâu di ñoäng 220

5.3.5 Caùc cheá ñoä hoaït ñoäng 221

5.4 Tay maùy laáy laáy saûn phaåm nhöïa 224

5.4.1 Sô löôïc veà coâng ngheä saûn xuaát saûn phaåm PET 224

treân maùy eùp phun

5.4.2 Moät soá giaûi phaùp taêng naêng suaát ñöôïc aùp duïng treân maùy eùp 227

phun ñeå taïo phoâi PET

5.4.3 Tay maùy laáy phoâi kieåu naèm ngang – giaûi phaùp naâng cao 228

naêng suaát treân maùy eùp

5.4.4 Tay maùy laáy saûn phaåm theo phöông ñöùng, aùp duïng treân 232

maùy eùp nhöïa kieåu eùp phun

Chöông 6: KEÁT QUAÛ ÑAÏT ÑÖÔÏC VAØ KIEÁN NGHÒ 236

6.1 Veà keát quaû nghieân cöùu öùng duïng cuûa ñeà taøi 236

i. Veà phöông phaùp thieát keá robot 236

ii. Veà phöông phaùp giaûi baøi toaùn ñoäng löïc hoïc tay maùy treân cô sôû 237

taùch nhoùm 3 khaâu – Xaây döïng phaàn meàm tính toaùn vaø moâ phoûng

keát quaû

iii. Veà thieát keá, tích hôïp moät soá phaàn töû quan troïng cuûa heä thoáng 238

ñieàu khieån robot: boä ñieàu khieån PC based vaø Teach pendant

iv. Xaây döïng phaàn meàm laäp trình – ñieàu khieån vaø moâ phoûng 239

hoaït ñoäng cuûa robot.

6.2 Veà goùc ñoä phuïc vuï ñaøo taïo cuûa ñeà taøi 239

6.3 Caùc saûn phaåm cuï theå cuûa ñeà taøi vaø keát quaû öùng duïng thöû nghieäm 240

taïi cô sôû saûn xuaát.

6.4 Vaøi suy nghó töï ñaùnh giaù vaø kieán nghò. 241

Lôøi caûm ôn 244

Taøi lieäu tham khaûo 245

Phaàn phuï luïc 246

- Baûn veõ laép cuûa moät soá haïng muïc tieâu bieåu

- YÙ kieán nhaän xeùt cuûa nôi öùng duïng

- Keát quaû kieåm tra, ñaùnh giaù cuûa Cô quan chöùc naêng veà moät soá

ñaëc ñieåm vaø chæ tieâu kyõ thuaät cô baûn cuûa saûn phaåm nghieân cöùu

Ñóa minh hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm

Taøi lieäu giôùi thieäu caùc haïng muïc ñaõ thöïc hieän cuûa ñeà taøi

Caùc taäp baûn veõ thieát keá cuûa töøng haïng muïc thieát bò

i

DANH SAÙCH NHÖÕNG NGÖÔØI THAM GIA THÖÏC HIEÄN

TT Hoï vaø teân Chöùc danh Cô quan – ñôn vò

1 Leâ Hoaøi Quoác PGS. TS

Chuû nhieäm ñeà taøi

Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

2 Leâ Vaên Ngöï TS, chuû nhieäm

ÑT nhaùnh

Phoøng Robot – Vieän NC Ñieän töû, Tin

hoïc vaø Töï ñoäng hoùa – VIELINA

3 Hoaøng Vaên Chaâu TS Vieän Cô khí – Haø Noäi

4 Hoà Xuaân Vónh TS Vieän Teân löûa

5 Phaïm Anh Tuaán TS Vieän Cô hoïc VN

6 Leâ Vaên Duõng KS ÑT Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

7 Nguyeãn Vaên Thaønh KS CK CTM Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

8 Nguyeãn Ñaøm Taán Th.S CKCTM Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

9 Leâ Tuaán Anh Th.S ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

10 Phan Traàn Hoà Truùc KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

11 Nguyeãn Baûo Tuyeân KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

12 Leâ Ñình Phong KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

13 Phan Khaùnh Nam KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

14 Nguyeãn Quoác Thaùi KS. CNTT Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

15 Phan Quoác Höng KS. ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

16 Laïi Anh Khoa KS ÑKTÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

17 Nguyeãn Hoaøi Nhaân KS CK TÑ Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

18 Vuõ Hoaøng Nam KS CNTT Tröôøng ÑHBK – ÑHQG HCM

19 Buøi Thanh Luaân KS CKTÑ Tröôøng ÑHDL KT CN TP. HCM

20 Nguyeãn Ñöùc Toaøn KS VIELINA

21 Nguyeãn Vaên Quang KS CK VIELINA

22 Nguyeãn Cao Sôn KS ÑT VIELINA

23 Ñaïng Anh Vieät KS ÑKTÑ VIELINA

24 Ñaëng Anh Quang KS ÑKTÑ VIELINA

25 Phaïm Vaên Baïch Ngoïc KS Vieän Cô hoïc VN

26 Ñoã Traàn Thaéng KS Vieän Cô hoïc VN

27 LeâThanh Thuûy KS Vieän Cô hoïc VN

28 Ñinh Toaøn Thaéng KS Xöôûng Vuõ khí – Boä ñoäi Bieân phoøng

ii

GIÔÙI THIEÄU TOÙM TAÉT VEÀ ÑEÀ TAØI

Theo öôùc tính chöa ñaày ñuû trong baùo caùo World Robotics 2003 cuûa toå chöùc

UNECE thuoäc Lieân ñoaøn Robot quoác teá (IRF – International Robot Federation) thì

hieän nay treân toaøn theá giôùi coù khoaûng 770.000 robot ñang ñöôïc söû duïng trong caùc

lónh vöïc saûn xuaát coâng nghieäp. Trong soá ñoù, 350.000 (chieám 45,5%) ôû Nhaät Baûn,

233.000 (chieám 30,3%) ôû EU vaø khoaûng 104.000 (chieám 13,5%) ôû Baéc Myõ. ÔÛ Chaâu

Aâu, CHLB Ñöùc daãn ñaàu vôùi 105.000 robot, tieáp theo laø Italia vôùi 47.000, Phaùp

24.000, Taây Ban Nha 18.000 vaø Anh 14.000.

Trong khoaûng thôøi gian suy thoaùi kinh teá gaàn ñaây nhaát (töø naêm 1997 ñeán naêm

2002) thò tröôøng Robot giaûm trung bình 12% – 16% /naêm. Tuy nhieân nhìn chung

möùc ñoä suy giaûm trong ñaàu tö so vôùi caùc saûn phaåm coâng ngheä cao khaùc (nhö maùy

coâng cuï CNC bò suy giaûm chæ coøn 1/3) vaãn coøn khaû quan hôn ñaùng keå.

Theo ñieàu tra haøng quyù cuûa UNECE/ IFR veà doanh soá ñaët haøng robot coâng

nghieäp cuûa haàu heát caùc haõng lôùn nhaát theá giôùi thì doanh soá toaøn caàu cuûa naêm 2003

taêng 26% so vôùi cuøng kyø naêm 2002. Xu theá trong giai ñoaïn 2003 – 2006 möùc taêng

tröôûng veà doanh soá treân saûn phaåm robot noùi chung (trong ñoù robot coâng nghieäp

chieám hôn 65%) ñöôïc döï baùo nhö sau: Baéc Myõ taêng 35%, Chaâu Aâu taêng 25%, Chaâu

AÙ taêng 18%, caùc khu vöïc khaùc taêng 19%.

Nhöõng lónh vöïc coâng nghieäp söû duïng robot nhieàu nhaát laø coâng nghieäp OÂ toâ,

coâng nghieäp Ñieän vaø Ñieän töû, coâng nghieäp Cheá taïo maùy vaø coâng nghieäp cheá bieán

thöïc phaåm. Nhöõng coâng vieäc thöôøng ñöôïc aùp duïng robot laø haøn, laép raùp, vaän chuyeån

saûn phaåm vaø caáp phoâi trong caùc daây chuyeàn töï ñoäng. Tính linh hoaït trong vaän haønh

khai thaùc, khaû naêng hoaït ñoäng tinh vi, nhanh vaø chuaån xaùc, khaû naêng thay theá con

ngöôøi trong moâi tröôøng laøm vieäc ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn cuûa robot coâng nghieäp laø

nhöõng yeáu toá quyeát ñònh cuûa vieäc aùp duïng robot trong caùc lónh vöïc coâng nghieäp noùi

treân.

iii

Vôùi nhu caàu raát lôùn trong caùc lónh vöïc aùp duïng chính nhö treân, söï caïnh tranh

giöõa caùc nhaø saûn xuaát robot treân theá giôùi ñaõ giuùp cho saûn phaåm naøy ngaøy moät hoaøn

thieän vaø giaù thaønh ngaøy caøng haï hôn.

Robot ñöôïc coi nhö moät saûn phaåm ñieån hình cuûa Cô ñieän töû, laø keát quaû tích

hôïp cuûa caùc lónh vöïc kyõ thuaät nhö Cô hoïc vaø Cô khí chính xaùc, Ñieän – Ñieän töû, Caûm

bieán, Ñieàu khieån vaø Maùy tính. Treân hình 1.1 theå hieän söï tích hôïp caùc lónh vöïc treân

töøng boä phaän cuûa robot.

Hình 1.1: Quan heä giöõa kyõ thuaät robot vaø Cô ñieän töû

Saûn

Heä thoáng Tích hôïp heä thoáng robot

Robot

coâng

nghieäp

Caùc heä thoáng con Phaùt trieån caùc heä thoáng Cô Ñieän töû

- Caùc phöông phaùp

xöû lyù ñaëc bieät: caét

baèng laser, tia

nöôùc,…

- Gia coâng cô

- Laép raùp

- Caáp phoâi

- Ño, thöû nghieäm, kieåm tra

- Huaán luyeän, ñaøo taïo

- Nghieân cöùu vaø thieát keá caùc boä phaän

taùc ñoäng cuoái: haøn, gaép keïp, …

Thieát bò

ngoaïi vi

Cô caáu tay maùy

Boä taùc ñoäng cuoái:

boä phaän gaép keïp,

coâng cuï gia coâng

Caùc phaàn töû, boä phaän chi tieát

Caùc boä phaän giao tieáp

Ngöôøi – Maùy

Caùc khôùp,

truïc quay

cuûa robot

Caûm bieán Boä ñieàu khieån

PC based

Maïch laùi vaø ñieàu

khieån coâng suaát

Coâng ngheä Nghieân cöùu cô baûn

Xöû lyù thoâng tin Vi ñieän töû vaø

ñieän töû coâng suaát

Thu nhaän, xöû lyù vaø truyeàn Löïa choïn vaø söû duïng hôïp

tín hieäu töø caùc caûm bieán lyù vaät lieäu cho töøng boä phaän

iv

• Muïc tieâu nghieân cöùu cuûa ñeà taøi

Muïc tieâu cuûa ñeà taøi naøy laø nghieân cöùu veà caáu taïo vaø caùc phöông phaùp ñieàu khieån

thích hôïp treân cô sôû öùng duïng caùc kyõ thuaät tieân tieán vaø xaây döïng caùc giaûi phaùp phaàn

cöùng cuõng nhö phaàn meàm ñeå aùp duïng trong vieäc thieát keá vaø cheá taïo caùc robot laøm

vieäc trong caùc moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn cho ngöôøi coâng nhaân nhaèm

laøm chuû kyõ thuaät cheá taïo robot, aùp duïng vaøo saûn xuaát ôû moät soá ñôn vò coù nhu caàu vaø

coù tính tieâu bieåu trong nöôùc ñeå thay theá ngöôøi coâng nhaân laøm vieäc trong moâi tröôøng

khoâng thaân thieän nhaèm ñaït ñöôïc naêng suaát cao hôn, an toaøn vaø tin caäy hôn trong quaù

trình hoaït ñoäng cuûa caû heä thoáng thieát bò hieän höõu vôùi chaát löôïng saûn phaåm oån ñònh

vaø sau ñoù tìm kieám khaû naêng môû roäng öùng duïng vaøo thöïc tieãn saûn xuaát cuõng nhö

trong sinh hoaït trong nöôùc vôùi giaù thaønh thaáp.

Muïc tieâu cuûa ñeà taøi naøy ñöôïc theå hieän treân caùc saûn phaåm cuï theå ñaõ ñaêng kyù.

Trong Baùo caùo toång keát, muïc tieâu nghieân cöùu ñöôïc theå hieän trong caùc noäi dung chính

nhö sau:

- Xaây döïng cô sôû lyù luaän veà phöông phaùp thieát keá, phöông phaùp tính toaùn ñoäng

hoïc, ñoäng löïc hoïc vaø caùc phaàn töû cô baûn ñeå tích hôïp heä thoáng robot, ñöôïc theå

hieän ôû caùc chöông I, II vaø III.

- Caùc keát quaû thöïc hieän cuûa ñeà taøi veà caùc haïng muïc phaàn meàm vaø caùc saûn

phaåm robot ñöôïc theå hieän treân caùc chöông IV vaø V.

Ñeà taøi KC.03.02 – “Nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo robot phuïc vuï saûn xuaát

trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn”, nhö teân goïi cuûa noù, nhaèm

nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo caùc robot coâng nghieäp coù tính chuyeân bieät, tieâu bieåu

ñeå phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi hoaëc/vaø khoâng an toaøn,

bao goàm 5 haïng muïc saûn phaåm:

- Robot vaïn naêng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn

- Robot haøn

v

- Robot Crane

- Tay maùy phuïc vuï trong daây chuyeàn saûn xuaát ñaïn, thuoác noå

- Tay maùy laáy saûn phaåm phoâi PET treân maùy eùp nhöïa

vaø 3 haïng muïc phaàn meàm laø:

- Phaàn meàm tra cöùu veà robot

- Phaàn meàm laäp trình vaø ñieàu khieån robot

- Phaàn meàm moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot

Beân caïnh quaù trình noùi treân, khi trieån khai thöïc hieän nhöõng nhieäm vuï ñöôïc theå

hieän ôû caùc haïng muïc noäi dung cuûa ñeà taøi naøy, vieäc nghieân cöùu xaây döïng phöông

phaùp luaän trong thieát keá robot vaø ñöa caùc saûn phaåm nghieân cöùu ñeán nhöõng nôi öùng

duïng ñeå thu nhaän nhöõng keát quaû ñaùnh giaù töø thöïc teá saûn xuaát nhaèm hoaøn thieän saûn

phaåm nghieân cöùu ñöôïc ñaëc bieät quan taâm.

Nhoùm nghieân cöùu hy voïng qua vieäc thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu naøy coù theå ñoùng

goùp phaàn naøo veà phöông phaùp luaän, veà caùc keát quaû öùng duïng trong thöïc teá saûn xuaát,

cuõng nhö trong vieäc nghieân cöùu, giaûng daïy vaø öùng duïng robot trong nöôùc, nhaèm goùp

phaàn xaây döïng naêng löïc noäi sinh trong lónh vöïc nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo robot

ñeå coù theå ñaùp öùng böôùc ñaàu veà nhu caàu töï ñoäng hoùa coâng nghieäp ôû nöôùc ta.

Baùo caùo toång keát naøy taäp trung trình baøy caùc vaán ñeà coù lieân quan ñeán phöông

phaùp luaän – goàm nhöõng noäi dung lieân quan ñeán nhöõng vaán ñeà veà quan ñieåm nghieân

cöùu thieát keá, caùc vaán ñeà lieân quan ñeán cô sôû phöông phaùp tính toaùn thieát keá, giôùi

thieäu caùc phaàn töû trong heä thoáng robot vaø vaán ñeà khai thaùc söû duïng robot trong coâng

nghieäp theå hieän ôû moái lieân keä keát noái ñieàu khieån phoái hôïp giöõa robot vôùi caùc thieát bò

ngoaïi vi khaùc trong heä thoáng. Vì vaäy, trong baùo caùo naøy khoâng trình baøy nhöõng vaán

ñeà hieån nhieân coù lieân quan ñeán quaù trình thöïc hieän nhöng laø nhöõng coâng vieäc cuûa kyõ

sö nhö tính toaùn thieát keá chi tieát maùy, tính beàn,…

Theo quan ñieåm ñoù, noäi dung trình baøy trong baùo caùo toång keát ñöôïc cuï theå hoùa ôû

caùc chöông sau:

vi

- Chöông 1: Toång quan veà phöông phaùp thieát keá robot coâng nghieäp.

- Chöông 2: Caùc baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc robot. Xaây döïng

chöông trình tính toaùn vaø moâ phoûng treân MATLAB caùc ñaëc ñieåm ñoäng

hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa cô caáu robot döï kieán thieát keá.

- Chöông 3: Giôùi thieäu caùc phaàn töû tieâu bieåu ñöôïc nghieân cöùu, tthieát keá, tích

hôïp vaø öùng duïng treân heä thoáng robot: boä ñieàu khieån PC based, panel hoã

trôï laäp trình vaø ñieàu khieån.

- Chöông 4: Giôùi thieäu caùc haïng muïc phaàn meàm ñaõ thöïc hieän.

- Chöông 5: Giôùi thieäu vaø minh hoïa caùc haïng muïc robot trong ñeà taøi:

Nguyeân lyù caáu taïo vaø hoaït ñoäng, ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa töøng haïng muïc,

thieát bò, hình aûnh caùc saûn phaåm tieâu bieåu cuûa ñeà taøi. Giôùi thieäu vaø minh

hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm.

- Chöông 6: Keát quaû ñaït ñöôïc vaø kieán nghò

- Taøi lieäu tham khaûo

- Phaàn phuï luïc

i. Chöông trình MATLAB: Tính toaùn vaø ñieàu khieån theo moâ men.

ii. Baûn veõ laép cuûa caùc haïng muïc saûn phaåm robot cuûa ñeà taøi.

iii. YÙ kieán nhaän xeùt cuûa nôi öùng duïng.

iv. Keát quaû kieåm tra, ñaùnh giaù cuûa Cô quan chöùc naêng veà moät soá ñaëc

ñieåm vaø chæ tieâu kyõ thuaät cô baûn cuûa saûn phaåm nghieân cöùu.

v. Taøi lieäu giôùi thieäu caùc haïng muïc ñaõ thöïc hieän cuûa ñeà taøi.

vi. Ñóa CD ROM minh hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm.

vii. Taäp baûn veõ thieát keá vaø ñóa CD ROM trình baøy caùc baûn veõ thieát keá

chi tieát vaø cuïm chi tieát cuûa caùc robot.

vii

MUÏC LUÏC

Danh saùch nhöõng ngöôøi tham gia thöïc hieän ñeà taøi i

Giôùi thieäu toùm taét ñeà taøi ii

Muïc luïc vii

Baûng chuù giaûi caùc chöõ vieát taét xiv

Chöông I: TOÅNG QUAN VEÀ THIEÁT KEÁ ROBOT COÂNG NGHIEÄP 1

1.1 Caùc giai ñoaïn thieát keá vaø tích hôïp heä thoáng 1

1.2 Nhieäm vuï thieát keá 3

1.2.1 Phaân tích chöùc naêng 4

1.2.2 Thieát keá heä thoáng robot 7

1.3 Thieát keá ñoäng hoïc robot 10

1.3.1 Caáu hình ñoäng hoïc 11

1.3.2 Robot hoaït ñoäng trong khoâng gian Descartes 14

1.3.3 Robot toïa ñoä truï 15

1.3.4 Robot SCARA

15

1.3.5 Robot vôùi lieân keát toaøn khôùp baûn leà 16

1.3.6 Robot laép gheùp töø caùc moâ ñun chuyeån ñoäng 16

1.3.7 Robot song song 17

1.4 Ñieàu khieån chuyeån ñoäng 19

1.4.1 Toång quaùt 19

1.4.2 Tính toaùn chuoãi truyeàn ñoäng 19

1.4.3 Maïch ñieàu khieån servo vò trí 22

1.5 Nguoàn daãn ñoäng 25

1.5.1 Ñoäng cô ñieän 25

1.5.1.5 Ñoäng cô ñoàng boä 26

viii

1.5.1.2 Ñoäng cô khoâng ñoàng boä 26

1.5.1.3 Ñoäng cô chuyeån ñoäng thaúng 27

1.5.2 Nguoàn daãn ñoäng ñieän – daàu eùp 28

1.5.3 Cô caáu truyeàn ñoäng 28

1.5.3.1 Truyeàn chuyeån ñoäng thaúng 30

1.5.3.2 Truyeàn chuyeån ñoäng quay

31

1.6 Khôùp noái 34

1.7 Heä thoáng ño 35

1.7.1 Boä maõ hoùa quang ñieän tuyeät ñoái 35

1.7.2 Boä maõ hoùa quang ñieän loaïi gia taêng 37

1.7.3 Boä ño chuyeån vò goùc daïng caûm öùng ñieän töø 38

1.8 Hieäu chænh chuaån robot 39

1.8.1 Caùc böôùc hieäu chænh chuaån 41

1.8.2 Kyõ thuaät vaø thieát bò ño 43

1.8.3 Nhaän daïng caùc thoâng soá 46

1.8.4 Thöïc hieän 47

1.8.5 Thöû nghieäm 48

Chöông 2: CAÙC BAØI TOAÙN VAØ PHAÀN MEÀM TÍNH TOAÙN & MOÂ PHOÛNG

CAÙC ÑAËC ÑIEÅM ÑOÄNG HOÏC VAØ ÑOÄNG LÖÏC HOÏC CUÛA

CÔ CAÁU ROBOT DÖÏ KIEÁN THIEÁT KEÁ 51

2.1 Muïc tieâu nghieân cöùu 51

2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc Tay maùy 52

2.2.1 Cô sôû lyù thuyeát 52

2.2.2 Baøi toaùn ñoäng hoïc thuaän 53

2.2.3 Baøi roaùn ñoäng hoïc ngöôïc (BTÑHN) 55

Phöông phaùp taùch nhoùm 3 khaâu 56