Tài liệu trình bày về sự phát triển và vai trò của rô bốt công nghiệp trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa Việt Nam, nhấn mạnh tính cần thiết của việc ứng dụng công nghệ tự động hoá. Giáo trình 'rô bốt công nghiệp' được biên soạn nhằm phục vụ việc giảng dạy cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật điện, công nghệ tự động tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, với nội dung liên quan đến tổng quan về rô bốt, điều khiển và các cơ cấu trên rô bốt. Các nghiên cứu và sản phẩm về rô bốt tại Việt Nam đã có nhiều tiến bộ, tuy nhiên việc ứng dụng còn hạn chế.

1. -1-
LỜI NÓI ĐẦU
Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là mục tiêu hàng đầu trong công cuộc
xây dựng phát triển của nước ta, "Đến năm 2020 đất nước ta về cơ bản phải trở thành
nước công nghiệp". Rô bốt là thành phần chủ chốt trong tự động hóa công nghiệp. Yếu
tố quyết định cho việc sử dụng Rô bốt trong sản xuất công nghiệp một cách khá phổ
biến hiện nay là do tính linh hoạt trong vận hành, hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn
xác, có khả năng thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và không an
toàn. Việc ứng dụng Rô bốt công nghiệp vào trong sản xuất là thực sự cần thiết bởi nó
sẽ làm thay đổi cục diện tại các nhà máy và bắt kịp được sự phát triển chung của thế
giới.
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng của công nghệ tự động và tự động
hóa vào trong sản xuất là nhu cầu bắt buộc tối thiểu. Việc biên soạn giáo trình và
giảng dạy môn học “Rô bốt công nghiệp” trong các trường đại học mang tính hàn lâm
nhiều hơn là tính công nghệ. Chính vì lẽ đó mà các giáo trình biên soạn khó phù hợp
với đội ngũ giáo viên dạy nghề. Qua nhiều năm nghiên cứu giảng dạy, tham khảo các
tài liệu liên quan và tham gia nghiên cứu tại các nhà máy chúng tôi biên soạn bài giảng
“Rô bốt công nghiệp”. Bài giảng nhằm mục đích phục vụ cho học tập và nghiên cứu
của học sinh – sinh viên khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam
Định. Bài giảng mang tính công nghệ được biên soạn dựa theo nội dung chương trình
giảng dạy môn học: “Rô bốt công nghiệp” dành cho sinh viên đại học ngành công
nghệ kỹ thuật điện, công nghệ tự động. Nội dung của tập bài giảng gồm ba chương
như sau:
Chương 1: Tổng quan về Rô bốt công nghiệp
Chương 2: Điều khiển rôbốt công nghiệp
Chương 3: Các cơ cấu & trang bị trên rôbốt công nghiệp
Bài giảng được trình bày rõ dàng ngắn gọn dễ hiểu. Nội dung từng phần thể
hiện rõ sự gắn liền lý thuyết với thực tế sản xuất hiện đại ngày nay. Cuối mỗi chương
đều có các câu hỏi và bài tập kèm theo để sinh viên dễ dàng củng cố được nội dung
kiến thức và có khả năng áp dụng trực tiếp vào quá trình sản xuất.

2. -2-
Để có được tập bài giảng “Rô bốt công nghiệp” này chúng tôi xin cảm ơn sự
giúp đỡ của trung tâm thực hành, các thầy cô giảng dạy phần rô bốt hàn thuộc khoa Cơ
khí. Chúng tôi xin cảm ơn sự quan tâm tạo điều kiện của Ban Giám hiệu, hội đồng
khoa học các cấp, các phòng ban chức năng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam
Định.
Bài giảng được biên soạn lần đầu chắc hẳn không tránh khỏi những khiếm khuyết
chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến góp ý của các thầy cô giáo và các em sinh viên.
Mọi ý kiến góp ý xin gửi về bộ môn Kỹ thuật điều khiển - Khoa Điện -Điện tử - Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.
Trân trọng./.
Nam định, tháng 10 năm 2013
Các tác giả

3. -3-
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ RÔ BỐT CÔNG
1.1.Sơlượt quátrìnhpháttriểncủaRôbốtcôngnghiệp(IR):
Trên thế giới
Thuật ngữ "Rô bốt" xuất phát từ tiếng Sec (Czech) "Rôbốta" có nghĩa là công
việc tạp dịch (trong vở kịch Rossum's Universal Rô bốt của Karel Capek, vào năm
1921). Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc
máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu
cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ
bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là "Người máy công nghiệp"
(Industrial Rô bốt - IR).
Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay Rô bốt công nghiệp)
cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều
khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất.
Về mặt kỹ thuật, những Rô bốt công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh
vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các
máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool).
Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh
trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Người
thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc vài cửa
quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong. Các cơ cấu điều khiển từ xa
thay thế cho cánh tay của người thao tác; nó gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và
hai tay cầm ở bên ngoài (chủ). Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một
cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tuỳ ý của tay cầm và bộ kẹp. Cơ cấu
dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm.
Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng
yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những Rô bốt đầu tiên
thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng
lập trình của máy công cụ điều khiển số.
Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người
máy công nghiệp. Một trong những Rô bốt công nghiệp đầu tiên được chế tạo là Rô

4. -4-
bốt Versatran của công ty AMF, Mỹ. Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện
loại Rô bốt Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô.
Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất Rô bốt công nghiệp : Anh -1967,
Thuỵ Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở
ý - 1973. . .
Tính năng làm việc của Rô bốt ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng
nhận biết và xử lý. Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra
mẫu Rô bốt hoạt động theo mô hình "mắt-tay", có khả năng nhận biết và định hướng
bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra
loại Rô bốt được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là Rô bốt T3 (The Tomorrow Tool:
Công cụ của tương lai). Rô bốt này có thể nâng được vật có khối lượng đến 40kg. Có
thể nói, Rô bốt là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ
xa với mức độ "tri thức" ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương
trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát
triển của trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia ...
Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của Rô bốt
không ngừng phát triển. Các Rô bốt được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau
để nhận biết môi trường chung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực
Tin học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ Rô bốt với nhiều tính năng đăc biệt, số lượng Rô
bốt ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, Rô bốt công nghiệp đã có
vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Một vài số liệu về số lượng
Rô bốt được sản xuất ở một vài nước công nghiệp phát triển như bảng 1.1 sau :
Bảng 1.1. số liệu về số lượng Rô bốt được sản xuất ở một vài nước công nghiệp
Nước sản xuất Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998
Nhật 60.118 29.756 67.000
Mỹ 4.327 7.634 11.100
Đức 5.845 5.125 8.600
ý 2.500 2.408 4.000
Pháp 1.488 1.197 2.000
Anh 510 1.086 1.500
Hàn quốc 1.000 1.200

5. -5-
Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra Rô bốt, nhưng nước phát triển cao nhất trong
lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng Rô bốt lại là Nhật.
Ở Việt Nam
Nghiên cứu phát triển rô bốt ở Việt Nam có những bước tiến đáng kể trong 25 năm
qua. Vào giai đoạn 1985-1990, chương trình nghiên cứu quốc gia về tự động hóa đã có
những đề tài nghiên cứu và chế tạo rô bốt do Trung tâm Tự động hóa, Đại học Bách khoa
Hà Nội chủ trì. Các rô bốt được chế tạo thời gian này là một số loại tay máy được điều
khiển bằng khí nén rất cồng kềnh và chưa có phần điều khiển điện tử. Thiết kế rô bốt
nặng về thiết kế cơ khí, chi tiết máy. Các chuyển động của các khớp chưa có vòng điều
khiển servo mà chủ yếu dùng các công tắc hành trình là chính. Tuy không có khả năng
ứng dụng nhưng các rô bốt này đã dấy lên hướng đào tạo về rô bốt ở Đại học Bách khoa
Hà Nội trong khi ở các trường đại học khác trên toàn quốc chưa có khái niệm về môn học
về rô bốt cả ở các khoa cơ khí lẫn khoa điện. Các rô bốt được thiết kế và chế tạo ở Việt
Nam thực sự có nhiều khởi sắc từ khoảng 15 năm nay. Lúc này công nghệ vi xử lý, PLC,
DSP, SOC đã thâm nhập sâu vào trong các trường đại học và cộng đồng công nghệ Việt
Nam nên nhiều ý tưởng và đề tài nghiên cứu đã được đề xuất và triển khai. Nhiều đơn vị
trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng về rô bốt. Trung
tâm Tự động hóa- Đại học Bách khoa Hà Nội tiếp tục phát triển các rô bốt điều khiển
bằng máy PC và vi xử lý, cho ra đời rô bốt SCA mini, là một loại rô bốt lắp ráp, phục vụ
tốt cho công tác đào tạo và một số rô bốt di động được điều khiển từ xa bằng con người.
Đại học Bách khoa Tp.HCM phát triển rô bốt hàn, rô bốt lấy sản phẩm phôi chai nhựa
PET, rô bốt phục vụ quay TV, và một số mẫu rô bốt song song hexapode phục vụ cho đào
tạo. Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự nghiên cứu chế tạo rô bốt sơn xe quân giới, rô
bốt phục vụ chế tạo thuốc súng, rô bốt di động gắp mìn điều khiển từ xa, máy bay không
người lái… Học viện Kỹ thuật Quân sự thiết kế và chế tạo rô bốt lặn dưới nước điều
khiển từ xa qua dây dẫn phục vụ khảo sát các công trình dưới nước, rô bốt exoskeleton trợ
giúp mang vác cho con người. Viện Cơ học - Viện KH&CN Việt Nam thiết kế chế tạo rô
bốt Hexapode phục vụ gia công chính xác. Viện CNTT triển khai các nghiên cứu tích hợp
hệ rô bốt-camera phân loại sản phẩm, hệ rô bốt 2 bậc tự do Pan-Tilt-Camera theo dõi bám
mục tiêu di động, rô bốt di động phục vụ tự động hóa kho hàng. Gần đây, trong chương
trình nghiên cứu cấp quốc gia về lĩnh vực TĐH giai đoạn 2006-2010 có nhiều đề tài sắp
được nghiệm thu về thiết kế chế tạo rô bốt, trong đó Đại học Bách khoa Hà Nội chế tạo rô
bốt hàn vỏ tàu thủy, Viện TĐH Viện Kỹ thuật Quân sự chế tạo rô bốt phun hạt nix cọ rửa
tàu, Tp. HCM chế tạo máy gia công 3D sử dụng rô bốt song song Hexapode có độ chính

6. -6-
xác cao và hệ thống tự động sắp xếp và cấp vật tư kho gồm 3 rô bốt di động chạy trên ray.
Đại học Quốc gia Hà Nội tiến hành các nghiên cứu phát triển các hệ điều khiển rô bốt di
động qua truyền thông không dây và Internet…
Doanh nghiệp thiết kế và chế tạo rô bốt ở Việt Nam có nhiều sản phẩm quảng cáo
ấn tượng trên trường quốc tế, trong đó phải kể đến Công ty Cổ phần Rô bốt TOSY.
TOSY đã gây thương hiệu bằng rô bốt dáng người đánh bóng bàn TOPIO Ping Pong được
trình diễn tại Hội chợ quốc tế Rô bốt IREX 2009 ở Nhật Bản năm 2009. Gần đây tại Hội
chợ quốc tế về Tự động hoá 2010 ở Đức, TOSY đã giới thiệu rô bốt dịch vụ 23 bậc tự do
TOPIO Dio và 2 sản phẩm rô bốt công nghiệp với giá thành chỉ bằng 1/5 các rô bốt tương
đương trên thế giới. Ngoài ra, sản phẩm rô bốt đồ chơi như TOSY UFO được xuất khẩu
ra nhiều thị trường trên thế giới. Phải nói lĩnh vực chế tạo rô bốt của Việt Nam đã có
nhiều khởi sắc mặc dù trên thực tế rất ít rô bốt do Việt Nam thiết kế và chế tạo được đưa
vào ứng dụng.
Nghiên cứu về rô bốt: Song song với chế tạo rô bốt thì các công trình nghiên cứu khoa
học về rô bốt được công bố của các nhà khoa học Việt Nam rất đa dạng và theo sát được
các hướng nghiên cứu của thế giới. Các nghiên cứu về rô bốt ở Việt Nam liên quan nhiều
đến các vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cơ
cấu chấp hành, điều khiển và phát triển trí thông minh cho rô bốt. Các nghiên cứu về động
học và động lực học rô bốt được các khoa cơ khí, chế tạo máy ở các trường đại học và các
viện nghiên cứu về cơ học, chế tạo máy, quan tâm cả trong dân sự và quân sự. Ngoài việc
tìm các phương pháp giải các bài toán liên quan đến cơ học của các loại rô bốt nối tiếp,
song song, di động, thì các chương trình mô phỏng kết cấu và chuyển động 3D được áp
dụng và phát triển để minh họa cũng như phục vụ cho phân tích, thiết kế rô bốt. Các công
bố liên quan về cơ học rô bốt thường do Viện Cơ học - Viện KH&CN Việt Nam, Khoa
Cơ khí Chế tạo máy thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội và Đại học Bách khoa Tp.HCM,
các bộ môn rô bốt và Cơ điện tử ở các trường Đại học khác công bố. Lĩnh vực điều khiển
rô bốt rất phong phú từ các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp
tính mô men, phương pháp điều khiển trượt đến các phương pháp điều khiển thông minh
như điều khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển
tự thích nghi, các phương pháp học cho rô bốt, các hệ visual servoing…
Các công bố về điều khiển rô bốt cho rô bốt công nghiệp, hexapod, rô bốt di động
phải kể đến các công trình của Viện CNTT Viện KH&CN Việt Nam, Đại học Bách khoa
Tp.HCM và Đại học Bách khoa Hà Nội. Gần đây, đội ngũ nghiên cứu và giảng dạy ở Đại
học Quốc gia Hà Nội và Học viện Kỹ thuật Quân sự cũng có nhiều công bố liên quan đến

7. -7-
lĩnh vực điều khiển rô bốt do đội ngũ giáo viên trẻ tốt nghiệp tiến sỹ ở nước ngoài về tiếp
tục các nghiên cứu của mình. Lĩnh vực rô bốt di động với nhiều cảm biến dẫn đường và
camera đang được nhiều đơn vị trong nước quan tâm nghiên cứu. Các vấn đề xử lý ảnh
tốc độ cao, phối hợp đa cảm biến, định vị và lập bản đồ không gian, thiết kế quỹ đạo
chuyển động tránh vật cản cho rô bốt di động đã có nhiều công bố trong các Hội nghị Cơ
điện tử toàn quốc năm 2002, 2004, 2006, 2008 và 2010. Các nghiên cứu về thị giác rô bốt
được quan tâm cả ở rô bốt công nghiệp và rô bốt di động, nhất là lĩnh vực nhận dạng và
điều khiển rô bốt trên cơ sở thông tin hình ảnh. Các vấn đề về xử lý ngôn ngữ tự nhiên,
nhận dạng và tổng hợp tiếng nói tiếng Việt bắt đầu được chú ý cho các lọai rô bốt dịch
vụ.
Các nghiên cứu cơ bản về rô bốt của Việt Nam đã được công bố nhiều trên các hội nghị
và tạp chí quốc tế. Việc phối hợp với các nước như Nhật, Mỹ, Singapore, Đức tổ chức các
hội nghị quốc tế tại Việt Nam liên quan đến rô bốt như RESCCE’98, RESCCE’00,
RESCCE’02, ICMT2004, ICARCV 2008, ITOMM 2009 là một chuỗi hoạt động khoa
học liên tục của cộng đồng rô bốtics Việt Nam hòa nhập vào các hoạt động nghiên cứu
khoa học với các nước khu vực và tiên tiến trên thế giới.
Mặc dù có nhiều loại rô bốt đã được Nhà nước hỗ trợ cho nghiên cứu chế tạo qua
các đề tài nghiên cứu các cấp suốt 25 năm qua nhưng hầu như các rô bốt đó ít được ứng
dụng vào thực tiễn sản xuất. Nhiều nhóm nghiên cứu phát triển rô bốt được hình thành ở
các trường đại học, viện nghiên cứu ở 3 miền đất nước nhưng chủ yếu phục vụ cho nghiên
cứu và đào tạo. Ứng dụng mạnh mẽ của rô bốt trong sản xuất chỉ có hiệu quả khi dây
chuyền sản xuất có nhu cầu tự động hóa hóa cao trong khi đó nền sản xuất của Việt Nam
đang ở giai đoạn công nghiệp hóa sử dụng lao động thủ công với giá nhân công rẻ. Mặc
dù vậy các nghiên cứu phát triển rô bốt ở Việt Nam vẫn phát triển mạnh đáp ứng nhu cầu
đào tạo nguồn nhân lực công nghệ cao đang rất thiếu cho quá trình phát triển của đất
nước.
Ưu điểm của Rô bốt
Rô bốt có thể làm việc liên tục trong thời gian dài, chúng chỉ ngừng hoạt động
khi cần duy tu, bảo dưỡng, thay thế.
Rô bốt có khả năng làm việc trong môi trường độc hại, khu vực nguy hiểm,
hoặc những nơi con người không thể đến được.
Với chương trình được đặt trước, Rô bốt có khả năng làm việc với hiệu suất
cao hơn con người, tiết kiệm nguyên vật liệu, độ chính xác làm việc cao.

8. -8-
Giá thành và chi phí lắp đặt, chế tạo Rô bốt ngày càng thấp do sự tiến bộ của
khoa học kỹ thuật.
Khi thay đổi công việc, lập trình lại cho Rô bốt nhanh hơn và chi phí thấp hơn
so với việc đào tạo một công nhân.
Rô bốt có thể cải thiện được điều kiện lao động. Đó là ưu điểm nổi bật nhất mà
chúng ta cần quan tâm. Trong thực tế sản xuất có rất nhiều nơi người lao động phải
lao động suốt buổi trong môi trường bụi bặm, ẩm ướt, nóng nực, hoặc ồn ào quá mức
cho phép nhiều lần. Thậm trí ở nhiều nơi người lao động còn phải làm việc dưới môi
trường độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ con người, dễ xảy ra tai nạn, dễ bị nhiễm hoá
chất độc hại, nhiễm sóng điện từ, phóng xạ...
1.2. Các khái niệm và định nghĩa về Rô bốt công nghiệp
1.2.1. Định nghĩa Rô bốt công nghiệp
Hiện nay có nhiều định nghĩa về Rô bốt, có thể điểm qua một số định nghĩa
như sau :
Định nghĩa theo tiêu chuẩnAFNOR (Pháp) : Rô bốt công nghiệp là một cơ cấu
chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương
trình đặt ra trên các trụ toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, 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.
Định nghĩa theo RIA (Rô bốt institute of America) : Rô bốt là một tay máy vạn
năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng
cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay
đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau.
Theo Artobolevski I.I., Vorobiov M.V. và các nhà nghiên cứu thuộc trường
phái khối SEV trước đây thì phát biểu rằng: “Rô bốt công nghiệp là những máy hoạt
động tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của
những đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hoá các quá trình sản xuất”.
Định nghĩa theo OCT 25686-85 (Nga) : Rô bốt công nghiệp là một máy tự
động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống
điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận
động và điều khiển trong quá trình sản xuất.

9. -9-
Mikell P.Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực rô bốt, mở rộng
hơn như sau: “Rô bốt công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo
chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như ở con người”. Định nghĩa của
M.P.Groover về rô bốt không dừng lại ở tay máy mà mở rộng ra cho nhiều đối tượng
khác có những đặc tính tương tự như con người như là suy nghĩ, có khả năng đưa ra
quy định và có thể nhìn thấy hoặc cảm nhận được đặc điểm của vật hay đối tượng mà
nó phải thao tác hoặc xử lý.
Những rô bốt hay tay máy dùng các cơ cấu cam trong hệ thống điều khiển có
được thừa nhận hay không là không quan trọng ; điều quan trọng là chúng đã đóng vai
trò đáng kể trong việc tự động hoá sản xuất ở các nhà máy. Những rô bốt, tay máy nói
trên còn được gọi một cách hình tượng là “tự động hoá cứng”, ngược lại với “tự động
hoá linh hoạt”, mà đại diện của chúng là những rô bốt công nghiệp được điều khiển
bằng chương trình, thay đổi được nhiệm vụ thao tác đặt ra một cách nhanh chóng.
Một số nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực rô bốt của Nhật Bản đưa ra
những định nghĩa về rô bốt dưới dạng những yêu cầu như sau:
Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một rô bốt công nghiệp
phải thoả mãn yếu tố sau:
- Có khả năng thay đổi chuyển động;
- Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác;
- Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao;
- Có khả năng thích nghi với môi trường hoạt động;
- Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngoài.
Theo Giáo sư Masahiro Mori (Viện công nghệ Tokyo) thì rô bốt công nghiệp phải có
các đặc điểm sau:
- Có khả năng thay đổi chuyển động;
- Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ);
- Có tính vạn năng;
- Có những đặc điểm của người và máy.
Từ những khác biệt trong định nghĩa về rô bốt, căn cứ vào tính linh hoạt của
những hệ thống sản xuất có áp dụng rô bốt P.J.McKerrow, một nhà nghiên cứu về rô

10. -10-
bốt của Úc đã đưa ra một định nghĩa ở một góc độ khác. Theo ông, rô bốt là một loại
máy có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng tương tự như một máy
tính, là một mạch điện tử có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng.
Các rô bốt đóng góp vào sự phát triển công nghiệp dưới nhiều dạng khác
nhau; tiết kiệm sức người, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và
an toàn lao động và giải phóng con người khỏi những công việc cực nhọc và tẻ nhạt.
Tất nhiên, trong tương lai còn nhiều vấn đề nảy sinh khi rô bốt ngày càng thay thế các
hoạt động của con người, nhưng trong việc đem lại lợi ích cho con người, khám phá
vũ trụ, và khai thác các nguồn lợi đại dương, rô bốt đã thực sự làm cho cuộc sống của
chúng ta tốt đẹp hơn. Trước khi đi vào phân tích những nội dung tiếp theo, để bạn đọc
có sự nhận dạng một cách thống nhất trong quá trình khảo sát, dưới đây sẽ trình bày
một số phương pháp phân loại rô bốt sử dụng trong công nghiệp.
Có thể nói Rô bốt công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từng phần
hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong nhiều khả
năng thích nghi khác nhau. Rô bốt công nghiệp có khả năng chương trình hoá linh
hoạt trên nhiều trụ chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng. Rô bốt công
nghiệp được trang bị những bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giải quyết những
nhiệm vụ xác định trong các quá trình công nghệ : hoặc trực tiếp tham gia thực hiện
các nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy . . .)
hoặc phục vụ các quá trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá . . .)
với những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công
nghệ, trong một hệ thống máy tự động linh hoạt, được gọi là "Hệ thống tự động linh
hoạt Rô bốt hoá" cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản
xuất thay đổi.
1.2.2. Bậc tự do của Rô bốt (DOF : Degrees Of Freedom)
Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc
tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của
Rô bốt phải đạt được một số bậc tự do.
Thông thường các tay máy có trên một bậc tự do. Số bậc tự do hay bậc chuyển
động của tay máy là số khả năng chuyển động độc lập của nó trong không gian hoạt
động. Trong lĩnh vực rô bốt học (rô bốtic) người ta hay gọi mỗi khả năng chuyển động

11. -11-
(có thể là chuyển động thẳng; dọc theo hoặc song song với một trục, hoặc chuyển
động quay quanh trục) là một trục, tương ứng theo đó là một toạ độ suy rộng dùng để
xác định vị trí của trục trong không gian hoạt động. Mỗi trục của tay máy đều có cơ
cấu tác động và cảm biến vị trí được điều khiển bởi một bộ xử lý riêng.
Thông qua các khảo sát thực tế, người ta nhận thấy là để nâng cao độ linh hoạt
của tay máy sử dụng trong công nghiệp, các tay máy phải có số bậc chuyển động cao.
Tuy nhiên, số bậc chuyển động này không nên quá 6. Lý do chính là với 6 bậc chuyển
động, nếu bố trí hợp lý, sẽ đủ để tạo ra khả năng chuyển động linh hoạt của khâu tác
động cuối nhằm có thể tiếp cận đối tượng thao tác (nằm trong vùng không gian hoạt
động của nó) theo mọi hướng. Ngoài ra, số bậc tự do nhiều hơn sáu sẽ không kinh tế
và khó điều khiển hơn. Sáu bậc chuyển động được bố trí gồm:
• Ba bậc chuyển động cơ bản hay chuyển động định vị.
• Ba bậc chuyển động bổ sung hay chuyển động định hướng.
1) Bậc chuyển động cơ bản hay chuyển động định vị
Về nguyên lý cấu tạo, tay máy là một tập hợp các khâu được liên kết với nhau
thông qua các khớp động để hình thành một chuỗi động hở. Khớp động được sử dụng
trên các tay máy thường là các khớp loại 5 (khớp tịnh tiến hoặc khớp quay loại 5) để
dễ chế tạo, dễ dẫn động bằng nguồn độc lập và cũng dễ điều khiển. Tay máy có số
chuyển động độc lập thường là từ ba trở lên (dưới đây ta sẽ gọi là bậc tự do hay bậc
chuyển động).
Các chuyển động độc lập có thể là các chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động
quay. Mỗi khâu động trên tay máy, về nguyên tắc, có ít nhất là một khả năng chuyển
động độc lập và thường là một. Như vậy khái niệm bậc tự do hay bậc chuyển động
cũng chính là số khả năng chuyển động độc lập mà một tay máy có thể thực hiện
được.
Trường hợp mỗi khâu động trên tay máy có một khả năng chuyển động độc lập,
thì tay máy có bao nhiêu khâu động sẽ có bấy nhiêu bậc chuyển động và cũng có từng
ấy khớp động hay trục. Các chuyển động cơ bản, hay chuyển động chính trên một tay
máy là những chuyển động có ảnh hưởng quyết định đến dạng hình học của không
gian hoạt động của nó như bạn đọc đã xem ở phần phân loại. Các chuyển động này
thực hiện việc chuyển dời cổ tay của tay máy đến những vị trí khác nhau trong vùng

12. -12-
không gian hoạt động của tay máy vì vậy còn được gọi là các chuyển động định vị.
Bên cạnh các rô bốt tĩnh tại được sử dụng phần lớn trong công nghiệp hiện nay,
các loại rô bốt di động cũng được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.
Bậc chuyển động của rô bốt di động được xác định bởi số khả năng chuyển
động độc lập của nó kể cả các chuyển động di động.
Phần ngoài cùng của tay máy (khâu tác động cuối - End Effector) thường có
dạng của một tay gấp, một bộ phận làm việc với đối tượng thao tác, có thể tác động
trực tiếp với đối tượng thao tác hoặc được thay thế bởi các dụng cụ công nghệ như là
ống đưa dây hàn trên rô bốt hàn, đầu phun sơn hoặc phun men, đầu vặn bu-lông, đai
ốc trong dây truyền lắp ráp tự động, v.v...Chuyển động kẹp của tay gắp không được
kể khi tính bậc chuyển động bởi vì chuyển động này không ảnh hưởng đến vị trí, toạ
độ của tay máy. Để thuận tiện trong việc điều khiển, mỗi bậc chuyển động của tay
máy thường là có nguồn dẫn động riêng, có thể là nguồn dẫn khí nén, dầu ép hay điện.
Một số tay máy dùng chung nguồn dẫn cho một nhóm các chuyển động, tuy
nhiên, kiểu dùng chung này cồng kềnh và kém linh hoạt hơn. Phần lớn các rô bốt công
nghiệp hiện đại có một tay máy. Tuy vậy trong ứng dụng cũng có rô bốt có nhiều tay
máy.
(2) Bậc chuyển động bổ sung (bậc chuyển động định hướng).
Một tay máy đều yêu cầu một bộ phận công tác trang bị ở khâu tác động cuối
(End Effector), có thể là một bộ gắp, kẹp hoặc súng phun sơn, phun vữa, ống dẫn dây
hàn,v.v... có đủ độ linh hoạt trong chuyển động để đảm bảo khả năng hoàn thành
nhiệm vụ công nghệ đặt ra. Để hoàn toàn định hướng đến tư thế làm việc với đối
tượng thao tác cũng cần tối thiểu ba bậc chuyển động, tương tự như các chuyển động
xoay của cố tay người; ba khớp quay loại 5 được sử dụng để xoay khâu tác động cuối
trong mặt phẳng ngang, mặt phẳng thẳng đứng và quay quanh trục của nó.
Các bậc chuyển động xoay cổ tay nói trên được gọi là các chuyển động định
hướng nhằm tăng khả năng linh hoạt, giúp tay máy có thể dễ dàng định hướng của
khâu tác động cuối đạt đến tư thế cần thiết để tác động lên đối tượng thao tác, cũng
như tăng khả năng tránh chướng ngại vật trong không gian thao tác nhằm cải thiện
tính chất động lực học của tay máy.

13. -13-
Tuy nhiên, điều cần lưu ý ở đây là thêm càng nhiều bậc chuyển động một mặt
sẽ làm tăng khả năng linh hoạt của tay máy, mặt khác cũng kéo theo hệ quả là làm
tăng thêm sai số dịch chuyển, tức là làm tăng sai số tích luỹ trong điều khiển vị trí của
khâu tác động cuối. Điều này đồng nghĩa với sự gia tăng về chi phí và thời gian sản
xuất và bảo dưỡng rô bốt.
Nói chung cơ hệ của Rô bốt là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể
tính theo công thức :
Trong đó : n - Số khâu động;
pi - Số khớp loại i (i = 1,2,. . .,5 : Số bậc tự do bị hạn chế).
Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnh
tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động . Đối với cơ cấu hở, số
bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trong không
gian 3 chiều Rô bốt cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do
để định hướng. Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp... có thể yêu cầu số bậc tự
do ít hơn. Các Rô bốt hàn, sơn... thường yêu cầu 6 bậc tự do. Trong một số trường
hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hoá quỹ đạo,... người ta dùng
Rô bốt với số bậc tự do lớn hơn 6.
1.2.3. Hệ toạ độ (Coordinate frames) :
Mỗi Rô bốt thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp
(joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên.
Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay hệ toạ độ chuẩn). Các hệ
toạ độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng. Trong từng
thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của Rô bốt bằng các
chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc cuả các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay
(hình 1.1). Các toạ độ suy rộng còn được gọi là biến khớp.

14. -14-
Hình 1.1: Các toạ độ suy rộng của Rô bốt.
Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của Rô bốt phải tuân theo qui tắc bàn tay phải :
Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón : cái, trỏ và
giữ theo 3 phương pháp vuông góc với nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều
của truc z thì ngón trỏ chỉ phương,
chiều của trụ x và ngón giữa sẽ biểu thị
phương, chiều của trụ y (hình 1.2).
Trong Rô bốt người ta thường
dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ tọa độ
gắn trên khâu thứ n. Như vậy hệ tọa độ
cơ bản (hệ tọa độ gắn với khâu cố
định) sẽ được ký hiệu là O0; hệ tọa độ
gắn trên các khâu trung gian tương ứng
sẽ là O1, O2,…, On-1. Hệ tọa độ gắn
trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là
On.
Hình 1.2: Qui tắc bàn tay phải
1.2.4. Trường công tác của Rô bốt (Workspace or Range of motion):
Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của Rô bốt là toàn
bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi Rô bốt thực hiện tất cả các chuyển
động có thể. Trường công tác bị ràng buộc bởi các thông số hình học của Rô bốt cũng
như các ràng buộc cơ học của các khớp; ví dụ, một khớp quay có chuyển động nhỏ

15. -15-
hơn một góc 3600
. Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của
một Rô bốt (hình 1.3).
Hình chiếu đứng Hình chiếu bằng
Hình 1.3: Biểu diễn trường công tác của Rô bốt.
1.2.5. Độ chính xác định vị
Độ chính xác định vị thể hiện khả năng đối tượng đạt được chính xác tới điểm
đích. Đó là một thông số quan trọng, ảnh hưởng đến sự thao tác chính xác của phần
công tác và khả năng bám quỹ đạo của nó. Đối với thiết bị điều khiển số, độ chính xác
định vị liên quan đến hai vấn đề, độ phân giải điều khiển và độ chính xác lặp lại.
1.2.6. Tốc độ dịch chuyển
Xét về yếu tố năng suất người ta mong muốn tốc độ dịch chuyển nói chung càng
cao càng tốt. Tuy nhiên về mặt có học, tốc độ cao sẽ dẫn đến những vấn đề như giảm
tính ổn định, lực quán tính lớn, các cơ cấu ma sát mòn nhanh hơn.
Xét về mặt điều khiển với độ phân giải sẵn có của bộ điều khiển, khi tăng tốc độ
dịch chuyển có thể làm giảm độ chính xác định vị. Vì vậy vấn đề chọn tốc độ dịch
chuyển hợp lí cũng đặt ra khi thiết kế và lựa chọn rô bốt.
1.2.7. Đặc tính của bộ điều khiển
Rô bốt là sản phẩm cơ điện tử nên ngoài khâu khớp còn có bộ não của rô bốt là
các thiết bị điều khiển.
Kiểu điều khiển: có hai kiểu điều khiển hay dùng nhất cho RBCN là điều khiển
điểm - điểm và điều khiển liên tục. Điều khiển điểm - điểm thường dùng cho các rô

16. -16-
bốt hàn điểm, tán đinh, vận chuyển. Điều khiển liên tục dùng cho các rô bốt hàn
đường, phun sơn, tạo mẫu…
Dung lượng bộ nhớ: Bộ nhớ trên rô bốt hiện đại chia làm hai phần:
Bộ nhớ hệ thống lưu trữ các phần mềm hệ thống, phần mềm công dụng chung
như hệ điều hành, dữ liệu máy, các mô đun chương trình tính toán động học, động lực
học.
Bộ nhớ chương trình dùng lưư trữ các chương trình ứng dụng do người dùng tạo
ra. Thường bộ nhớ chương trình là RAM, dung lượng của nó là một thông số đáng
quan tâm.
Giao diện với các thiết bị ngoại vi: Các thiết bị ngoại vi là các thiết bị mà rô bốt
phải phục vụ hay phối hợp làm việc. Chẳng hạn máy công cụ, phương tiện vận chuyển
như băng tải, máng tải, thiết bị đo lường, hoặc các thiết bị hiển thị, in ấn nhập dữ
liệu…Hầu hết các rô bốt phục vụ trong dây chuyền có khả năng ghép nối trong hệ
CIM thông qua giao diện truyền thông chuẩn. Điều này có thể giúp mở rộng khả năng
công nghệ vốn có của rô bốt ra ngoài đặc tính chuẩn của nó, thông qua việc xây dựng
dữ liệu bằng ngôn ngữ chuẩn của nhà sản xuất sau đó kết nối vào từ bên ngoài.
Các tiện ích: Tiện ích của rô bốt bao gồm lập trình có trợ giúp đồ họa, hệ thống
dạy - học, mô phỏng gia công. Những tiện ích này làm cho rô bốt thân thiện hơn với
người sử dụng.
1.3. Cấu trúc cơ bản của Rô bốt công nghiệp
1.3.1. Các thành phần chính của Rô bốt công nghiệp
Một Rô bốt công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như: cánh tay
Rô bốt, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều
khiển, thiết bị dạy học, máy tính ... các phần mềm lập trình cũng nên được coi là một
thành phần của hệ thống Rô bốt. Mối quan hệ giữa các thành phần trong Rô bốt như
hình 1.4.

17. -17-
Hình 1.4: Các thành phần chính của hệ thống Rô bốt.
Cánh tay Rô bốt (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau
bằng các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của Rô bốt.
Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc động cơ bước), các hệ
thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động.
Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của Rô bốt, dụng cụ của Rô bốt có
thể có nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ
làm việc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn ...
Thiết bị dạy-hoc (Teach-Pendant) dùng để dạy cho Rô bốt các thao tác cần thiết
theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó Rô bốt tự lặp lại các động tác đã được dạy
để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học).
Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển Rô bốt được cài đặt
trên máy tính, dùng điều khiển Rô bốt thông qua bộ điều khiển (Controller). Bộ điều
khiển còn được gọi là Mô đun điều khiển (hay Unit, Driver), nó thường được kết nối
với máy tính. Một mô đun điều khiển có thể còn có các cổng Vào - Ra (I/O port) để
làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp Rô bốt nhận biết trạng
thái của bản thân, xác định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dò tìm khác; điều
khiển các băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với Rô bốt ...Với cấu trúc
và chức năng như trên, Rô bốt phần nào mang tính “người” còn phần máy chính là
trạng thái vật lý của cấu trúc. Với IR tính chất “người” và “máy”cũng được thể hiện
đầy đủ như trên, duy trì hình thức mang dáng dấp của tay “người”.

18. -18-
1.3.2. Cấu trúc của tay máy
Thuật ngữ “tay máy” và Rô bốt trong quan niệm của nhiều nhà chuyên môn
trong lĩnh vực này không có sự khác biệt. Để thuận tiện trong trình bày, ở đây ta hiểu
tay máy là một dạng Rô bốt có cấu tạo mô phỏng theo những đặc điểm cấu tạo cơ bản
của cánh tay người. Cũng có thể hiểu tay máy là tập hợp các bộ phận và cơ cấu cơ khí
được thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối với nhau, được gọi
là các khâu động hay các trụ. Trong đó, phần liên kết giữa các khâu động được gọi là
các khớp động .Tay máy cũng bao gồm cả các cơ cấu tác động là các phần tử thực sự
thực hiện các chuyển động để vận hành tay máy như động cơ điện, xy - lanh dầu ép,
xy - lanh khí nén,... Phần quan trọng khác trên các tay máy là bộ phận hay khâu tác
động cuối (End - Effector) để thao tác trên đối tượng làm việc - thường là các tay gắp
hoặc các đầu công cụ chuyên dùng như mỏ hàn, dao cắt lazer..
Tay máy có thể gọi là cánh tay cơ khí của Rô bốt công nghiệp thông thường là
một chuỗi động hở được tạo thành từ nhiều khâu được liên kết với nhau nhờ các khớp
động. Khâu cuối (hay khâu tác động cuối) của tay máy thường có dạng một tay gắp
hoặc được gắn dụng cụ công tác.
Hình 1.5: Mô hình kết cấu của tay máy
Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫn động riêng, năng lượng và chuyển
động truyền đến cho chúng được điều khiển trên cơ sở tín hiệu nhận được từ bộ phận
phản hồi là các cảm biến nhằm thông báo trạng thái hoạt động của các khâu chấp
hành, trong đó vấn đề được đặc biệt quan tâm là vị trí và vận tốc dịch chuyển của
khâu cuối - khâu thể hiện kết quả tổng hợp các chuyển động của các khâu thành phần.
Vai
Shoulde
r
Cánh tay-
Arm
Cổ tay
Wrist
Bàn tay
hand

19. -19-
1) Tay máy toạ độ vuông góc
Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phương của các trụ
hệ toạ độ gốc (cấu hình T.T.T). Trường công tác có dạng khối chữ nhật. Do kết
cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ khí dễ
đảm bảo vì vậy nó thuờng dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt
Ưu điểm:
- Không gian làm việc lớn, có thể dài đến 20m. Tải trọng lớn đến vài chục tấn
hoặc hơn thế.
- Đối với loại gắn trên trần sẽ dành được diện tích sàn lớn cho các công việc
khác.
- Hệ thống điều khiển đơn giản dễ điều khiển
- Được ứng dụng nhiều trong hệ thống nâng vận chuyển trong các nhà xưởng
chế tạo cơ khí. Hay nâng hạ thi công đối với các sản phẩm trong bể tôi, mạ....
Hạn chế: Việc thêm vào các loại thiết bị vận chuyển khác trong không gian làm việc
của Rô bốt không được thích hợp lắm. Việc duy trì vị trí của các cơ cấu dẫn động và
các thiết bị điều khiển điện đối với loại Rô bốt trên đều gặp nhiều trở ngại.
2) Tay máy toạ độ trụ
Tiêu biểu cho một Rô bốt hoạt động trong hệ toạ độ trụ là Rô bốt được trang bị
hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay.
Hình 1.6: tay máy toạ độ vuông góc

20. -20-
Hình 1.7: tay máy dạng hình trụ
-Ưu điểm:
(1) có khả năng chuyển động ngang và sâu vào trong các máy sản xuất.
(2) Cấu trúc theo chiều dọc của máy để lại nhiều khoảng trống cho sàn.
(3) Kết cấu vững chắc, có khả năng mang tải lớn.
(4) Khả năng lặp lại tốt.
-Nhược điểm:
Nhược điểm duy nhất là giới hạn tiến về phía trái và phía phải do kết cấu cơ khí
và giới hạn các kích cỡ của cơ cấu tác động theo chiều ngang.
3) Tay máy toạ độ cầu
Vùng làm việc của Rụ bốt có dạng hình cầu. thường độ cứng vững của loại Rụ
bốt nầy thấp hơn so với hai loại trên. Ví dụ Rô bốt 3 bậc tự do, cấu hình R.R.R hoặc
R.R.T làm việc theo kiểu toạ độ cầu
Hình 1.8: tay máy dạng hình trụ

21. -21-
4) Tay máy kiểu khớp bản lề và kiểu SCARA
Rô bốt kiểu SCARA: Rô bốt SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học
Yamanashi (Nhật Bản) là một kiểu Rô bốt mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quá
trình sản xuất. Loại cấu hình dễ thực hiện nhất được ứng dụng cho Rô bốt là dạng
khớp nối bản lề và kế đó là dạng ba trụ thẳng, gọi tắt là dạng SCARA (Selective
Compliance Articulated Rô bốt Actuator). Dạng này và dạng toạ độ trụ là phổ cập
nhất trong ứng dụng công nghiệp bởi vì chúng cho phép các nhà sản xuất Rô bốt sử
dụng một cách trực tiếp và dễ dàng các cơ cấu tác động quay như các động cơ điện,
động cơ đầu ép, khí nén.
Hình 1.9: Tay máy kiểu SCARA
5) Rô bốt khớp bản lề (articular Rô bốt): ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trụ
quay, bao gồm cả kiểu Rô bốt SCARA (hình 1.10).
Hình 1.10: tay máy kiểu khớp bản lề

22. -22-
Ưu điểm:
(1) Mặc dù chiếm diện tích làm việc ít song tầm vươn khá lớn. Tỷ lệ kích
thước/tầm vươn được đánh giá cao.
(2) Về mặt hình học, cấu hình dạng khớp nối bản lề với ba trụ quay bố trí theo
phương thẳng đứng là dạng đơn giản và có hiệu quả nhất trong trường hợp yêu cầu
gắp và đặt chi tiết theo phương thẳng đứng. Trong trường hợp này bài toán tọa độ
hoặc quỹ đạo chuyển động đối với Rô bốt chỉ cần giải quyết ở hai phương x và y còn
lại bằng cách phối hợp ba chuyển động quay quanh ba trụ song song với trụ z.
1.3.3. Cổ tay máy
Bàn tay người có 27 khúc xương với 22 bậc tự do rất phức tạp. Hiển nhiên, các
nhà thiết kế không bao giờ áp dụng hết các bậc tự do đó vào tay gắp của Rô bốt.
Nhiều nhà nghiên cứu về khoa học phân tích thao tác cũng như các nhà sản xuất đưa
ra số bậc chuyển động tối đa hợp lý của tay máy là sáu như đã phân tích ở phần trước.
Cũng ở phần trước đã trình bày, ngoài ba chuyển động cơ bản để thực hiện chuyển
động định vị, tay máy sẽ được bổ sung tối đa là ba chuyển động định hướng dạng ba
chuyển động quay quanh ba trụ vuông góc, gồm:
• Chuyển động xoay cổ tay (ROLL), góc quay ρ
• Chuyển động gập cổ tay (PITCH), góc quay δ
• Chuyển động lắc cổ tay (YAW), góc quay ε Hai chuyển động gập (PITCH)
và lắc cổ tay (YAW) thực hiện trên hai phương vuông góc. Loại Rô bốt SCARA
không cần thiết phải bổ sung các chuyển động dạng này vì điều đó sẽ phá vỡ đặc
trưng hoạt động của nó. Tuỳ theo yêu cầu của thao tác công nghệ đặt ra cho Rô bốt,
người thiết kế cần thực hiện sự phối hợp đa dạng các chuyển động định vị với các
chuyển động định hướng. Chuyển động gấp, kẹp của khâu công tác cuối thường
không được tính vào bậc chuyển động (hay bậc tự do) của Rô bốt ngoại trừ trường
hợp tay gắp có dạng tay gắp servo được điều khiển bởi một mạch riêng trên bộ điều
khiển.
1.3.4. Cơ cấu tay kẹp
Phần công tác của rô bốt rất đa dạng, trên các rô bốt chuyên dùng thì phần công
tác cũng là thiết bị chuyên dùng. Ví dụ mỏ hàn, mỏ cắt, súng phun sơn, chìa vặn vít,
bàn kẹp.Trên các loại rô bốt vạn năng thường là rô bốt lắp ráp, vận chuyển, xếp dỡ thì

23. -23-
phần công tác có chức năng nắm giữ và thực hiện các thao tác khác nhau với đối tượng
(xoay, nhấc, lật, thả..), nếu không đề cập đến sự khác biệt về kết cấu mà căn cứ vào
chức năng chính của chúng, ta gọi chung là tay kẹp. Các hình ảnh sau minh họa các
kết cấu từ đơn giản đến phức tạp của bộ phận này.
Hình 1.11: Hình ảnh một số tay kẹp của rô bốt

24. -24-
Kết cấu tay kẹp cơ khí. Đó là loại tay kẹp để giữ, di chuyển đối tượng bằng các
mỏ kẹp, móc, càng, tấm đỡ (xem các minh họa phần trên). Tay kẹp không có điều
khiển dùng các loại mỏ, nhíp, chấu …để kẹp vật nhờ tác dụng của lò xo hoặc nhờ lực
đàn hồi của chính các chi tiết trong hệ thống. Kết cấu của các loại kẹp này rất đơn
giản, chúng không có nguồn dẫn động riêng, không có cơ cấu hãm nên lực kẹp dao
động theo kích thước của đối tượng.
Vì vậy chúng thuộc loại tay kẹp chuyên dùng, được thiết kế cho từng loại đối
tượng cụ thể, với phạm vi thay đổi kích thước hẹp. Do các đặc điểm nêu trên, chúng
được dùng chủ yếu trong sản xuất hàng khối. Xem minh họa cơ cấu này như hình
1.12:
Để đảm bảo làm việc tin cậy và ổn định ngay cả khi có biến động kích thước của
đối tượng, tay kẹp được bổ xung cơ cấu hãm, ví dụ như cơ cơ minh họa dưới đây. Nhờ
có cơ cấu hãm mà tay kẹp làm việc với hành trình kẹp và nhả rành mạch hơn dù vẫn
không có nguồn dẫn động riêng. Các tay kẹp dùng với vật tròn xoay như hình vẽ 1.12,
lực kẹp được tạo ra dưới tác dụng của trọng lực, tấm nêm 4 tác động lên đuối của các
mỏ kẹp 1. Khi đặt vật xuống, nêm 4 tiến gần đến vật, hai mỏ kẹp được giải phóng, vật
được nhả ra dưới tác dụng của lực kéo từ lò xo 13. Chú ý tới cơ cấu hãm, nó gồm thân
7 gắn liền với cần 5. Chốt hãm 10 gắn trên cần 12 nhưng có thể quay tự do trên đó.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Hình 1.12: Kết cấu cơ khí một tay kẹp

25. -25-
Trong lỗ của thân 7 có lồng 2 bạc không quay được 8 và 9. Bạc 8 có các vấu phía
dưới, bạc 9 có cả vấu trên và dưới. Các vấu này khi ăn khớp và trượt tương đối với các
vấu trên chốt 10 sẽ làm quay chốt đó 45o
. Trong hành trình nhả, thân 7 tiến gần đến
đầu 3, chốt 10 tiếp xúc với bạc 8, quay 450
, khi đi xuống tiếp xúc với mặt trên của bạc
9 lại quay tiếp 450
và bị mắc trong lỗ. Hai mỏ kẹp bị giữ ở trạng thái nhả. Trong hành
trình kẹp, sau khi chốt 2 tiếp xúc với vật, đầu 3 và thân 7 tiến gần đến nhau. Chốt 10
tiếp xúc với bạc 8, bị quay 450
. Khi đi xuống chốt 10 lại tiếp xúc với bạc 9, bị quay
tiếp 450
nữa. Kết quả là chốt lọt qua được rãnh và lọt ra khỏi lỗ. Các mỏ 1 được khóa
ở trạng thái kẹp.
Một số kiểu cơ cấu kẹp
-Tay kẹp cơ cấu hình bình hành (hình 1.13-a : Được sử dụng để duy trì độ song
song hai má kẹp, khi kích thước vật kẹp thay đổi trong một phạm vi lớn.
- Tay kẹp cơ cấu nêm (hình 1.13-b): Khi nêm hình trụ côn di chuyển sẽ tạo ra
Chuyển động đõng và moet tay kẹp
- Tay kẹp dùng đòn kẹp (hình 1.13-c)
- Tay kẹp dùng buồng đàn hồi: Lực kẹp sinh ra do sự biến dạng của buồng đàn hồi
dưới tác dụng của khí nén hoặc thủ lực.
- Tay kẹp thích nghi: Trên các tay kẹp kiểu này người ta lắp đặt các sensor để
thu nhận thông tin về sự tồn tại, vị trí, hình dáng, kích thứơc khối lượng, trạng thái bề
mặt, màu sắc… của đối tượng để rô bốt tự động tìm cách xử lí thích hợp. Chẳng hạn
nhận hay không nhận, thay đổi nơi chuyển đến, thay đổi vị trí và lực kẹp.
-Tay kẹp chân không và điện từ: Các kiểu tay kẹp này dùng lực hút chân không
(hoặc lực từ) để nhấc và di chuyển đối tượng. Trong một vài trường hợp, người ta còn
dùng cả lực hút tĩnh điện. Ưu điểm chính của lọai tay kẹp này là có kết cấu đơn giản,
có thể dùng với các loại bề mặt hay các loại vật liệu mà tay kẹp cơ khí khó đáp ứng, ví
dụ chi tiết phẳng, mỏng nhưng rộng như tấm tôn, hoặc giấy mỏng, hình dạng chi tiết
phức tạp, vị trí của chi tiết thay đổi ngẫu nhiên.
a
i
b

p
Mj
Fi Ni
p
 Mj
Ni
a
i
p
Ni
a
i

Mj
a
b

26. -26-
1.3.5. Các chuyển động của Rô bốt
Rô bốt được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau trong sản xuất. Các
công việc được thực hiện bởi khả năng chuyển động của cơ thể, cánh tay, cổ tay của
Rô bốt qua một chuỗi các chuyển động và vị trí. Cổ tay được sử dụng cho Rô bốt thực
hiện chính xác công việc. Các chuyển động của Rô bốt được chia làm hai chuyển
động cơ bản là chuyển động của cổ tay và chuyển động của toàn bộ cơ thể. Các
chuyển động riêng lẻ được ghép nối và gắn chặt với hai dạng chuyển động này và
chúng được giới hạn bởi số bậc tự do (deggrees of freedom). Các Rô bốt thông thường
có 4 đến 6 bậc tự do.Các chuyển động cơ bản được thực hiện bởi các ghép nối về
năng lượng. Với Rô bốt có từ 4 đến 6 bậc tự do, thường có 3 ghép nối với hoạt động
của cánh tay và cơ thể, từ 2 đến 3 khớp nối sử dụng cho hoạt động của cổ tay. Trong
một chuỗi các chuyển động đều có liên hệ với nhau. Chuyển động đầu ra có liên hệ
với chuyển động đầu vào. Các khớp nối được sử dụng trong thiết kế Rô bốt công
nghiệp điển hình là khớp tịnh tiến và khớp quay.
Cánh tay Rô bốt được thiết kế cho phép Rô bốt có thể chuyển động tự do trong
giới hạn về kích thước. Giới hạn chuyển động của Rô bốt phụ thuộc vào hình dạng vật
lý của Rô bốt, kích thước các phần tử (cánh tay, cổ tay), giới hạn chuyển động của các
khớp nối.
1.3.6. Hệ thống truyền động
Có 3 dạng hệ thống truyền động chính của Rô bốt là: Truyền động bằng thuỷ
lực, truyền động điện, truyền động khí nén.
Trong đó truyền động điện và truyền động bằng thuỷ lực được sử dụng phổ
biến trong các Rô bốt tính kinh tế và đơn giản.
Truyền động khí nén thường sử dụng trong các Rô bốt có số bậc tự do nhỏ, yêu
cầu độ tác động nhanh cao.
1.3.7. Hệ thống cảm biến
Cảm biến được sử dụng như thiết bị ngoại vi của Rô bốt, gồm 2 loại đơn giản
như: Công tắc hành trình và hệ thống camera. Cảm biến cũng được dùng như các
phần tử tích hợp của hệ thống phản hồi vị trí. Có các loại cảm biến thông dụng:
+ Cảm biến va chạm: Là cảm biến với lực khi va chạm với một vật khác.
+ Cảm biến phạm vi gần: Là thiết bị cảm nhận được vật ở gần.

27. -27-
+ Cảm biến hỗn hợp: Gồm cảm biến nhiệt độ, áp suất, các đại lượng vật lý
khác.
+ Camera được sử dụng thực hiện việc kiểm tra, quan sát.
1.3.8. Ví dụ cấu trúc của rô bốt.
1) Cấu trúc ghép nối rô bốt hàn
Một hệ thống Rô bốt thông thường gồm một Rô bốt, bảng dạy, và các thiết bị ngoại
vi khác. Tất cả được kết nối với một tủ điều khiển. (Hình 1.14)
Hình 1. 14: Hệ thống rô bốt hàn hồ quang
1. Tay máy
2. Tủ điều khiển
3. Bảng dạy
4. Hộp thao tác
5. Nguồn hàn
6. Súng hàn
7. Bộ phận cấp dây hàn
8,9. Ống dẫn điện cực
10. Cuộn dây điện cực

28. -28-
Tay máy Rô bốt hàn hồ quang
- Rô bốt hàn hồ quang thực chất là một tay máy công nghiệp được gắn đầu công
nghệ hàn nhằm thay thế con người thực hiện các quá trình công nghệ hàn.
- Các tay máy công nghiệp sử dụng trong công nghệ hàn (Các rô bốt hàn hồ quang)
thường có 6 trục (6 bậc tự do) hoặc nhiều hơn, vì vậy nó có khả năng thực hiện các
chuyển động như cách con người thao tác. Góc súng hàn và góc di chuyển có thể thay đổi
để hàn ở mọi vị trí trong không gian, nhất là ở những vị trí khó tiếp cận. Cánh tay rô bốt
cũng gọn nhẹ nhất và có tầm với lớn nhất. Các cánh tay rô bốt do nhiều nhà cung cấp bán
sẵn như ABB, FANUC, PANASONIC, KUKA, MOTOMAN(Hình 1.15).
- Rô bốt hàn hồ quang có đặc tính PTP (Point To point) hay CP (Continuous Path)
nghĩa là quá trình di chuyển của rô bốt đồng thời là quá trình làm việc của đầu
công nghệ.
- Chuyển động của rô bốt là chuyển động liên
tục và là loại rô bốt khả trình (có bộ phận giao tiếp
với con người).
- Thường dùng cơ cấu điều khiển Servo (điều
khiển kín) trên hầu hết các trục của rô bốt để điều
khiển vị trí và vận tốc.
- Có sử dụng hệ thống cảm biến tín hiệu.
- Rô bốt hàn phải được lập trình làm việc, nó
cần được hướng dẫn điểm đầu và điểm kết thúc,
hướng làm việc, thao tác đầu mỏ hàn như thế nào,
các thông số hàn phải được lưu vào trong bộ nhớ.
Khi cần thiết có thể hiệu chỉnh và thay đổi được.
Hình 1. 15: Tay máy
Nguồn hàn
- Nguồn điện hàn phải điều khiển được dòng điện và điện áp hàn thích hợp cho quá
trình hàn.(hình 1.16)

29. -29-
Hình 1.16: Nguồn hàn
Các loại nguồn điện hàn tự động cấu tạo phức tạp hơn nguồn điện hàn bán tự động.
Nguồn điện hàn tự động có khả năng giao tiếp với tủ điều khiển (hệ thống điều khiển của
Rôbôt) và lập trình điều khiển các thông số chế độ hàn thông qua hộp dạy “Teach
pandent”.
Có 3 loại nguồn hàn hồ quang
- Nguồn điện hàn công suất không đổi
- Nguồn điện hàn áp không đổi
- Nguồn điện hàn dòng không đổi
Súng hàn hồ quang
- Sùng hàn dùng để đưa điện cực vũng hàn, truyền dòng điện hàn vào dây điện cực
tạo ra vùng khí bảo vệ bao quanh vùng hồ quang hàn. Có nhiều kiểu súng hàn khác nhau,
tùy theo quá trình hàn, cường độ dòng điện hàn, đường kính dây điện cực và loại khí bảo
vệ, ...
- Súng hàn có thể được làm mát bằng nước luân chuyển hoặc bằng khí. Đối với qúa
trình hàn dùng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ hoặc hàn hồ quang điện
cực lõi thuốc, có thể dùng hoặc không dùng khí bảo vệ.
- Các súng hàn có thể ở dạng thẳng hoặc cong. Súng hàn cong để tiếp cận mối hàn
dễ dàng hơn. (Hình 1.17)
- Chức năng chính của súng hàn là truyền dòng điện cho điện cực. Đối với quá trình
hàn dùng điện cực nóng chảy, dòng hàn được truyền tới điện cực khi nó chuyển động qua
súng hàn.

30. -30-
Hình 1.17: Súng hàn hồ quang
- Chức năng thứ hai của súng hàn là cấp khí bảo vệ tới vùng hàn (nếu có). Hàn hồ
quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ dùng khí hoạt tính CO2 hoặc hỗn
hợp khí trơ, thường là argon với CO2 hoặc ô-xy.
- Súng hàn được lắp vào
thân rô bốt bằng khâu, khớp nối
thích hợp. Thường là một ly hợp
chống va đập, phòng khi điện
cực bị dính hoặc va chạm khi lắp
đặt, khởi động. (Hình 1.18)
Hình 1.18: Ly hợp chống va đập
Bộ cấp dây
- Bộ cấp dây dùng để cấp dây điện cực (bổ sung kim loại điền đầy mối hàn) trong
qúa trình hàn tự động. Điều này cho phép linh hoạt trong việc thiết lập nhiều tốc độ cấp
dây khác nhau để phù hợp với những yêu cầu cụ thể của từng quá trình sản xuất kết cấu
hàn. Thông thường, bộ cấp dây được lắp trên cánh tay rô bốt, độc lập với nguồn hàn
(Xem hình 1.19)
- Với hàn tự động, cần có một giao diện điều khiển giữa bộ điều khiển rô bốt, nguồn
và bộ cấp dây. Hệ thống cấp dây hàn phải phù hợp với quá trình hàn và kiểu nguồn điện
được sử dụng.
- Điện cực là một phần của mạch hàn, và kim loại nóng chảy từ điện cực điền đầy
vào mối hàn. Có hai loại cơ cấu cấp dây điện cực khác nhau. Nguồn điện hàn kiểu dòng
điện không đổi cần một bộ cấp dây cảm áp, trong đó tốc độ cấp dây thay đổi liên tục theo
sự thay đổi của điện áp. Còn nguồn điện áp không đổi cần tốc độ cấp dây không đổi trong
suốt quá trình hàn.

31. -31-
Hình 1.19: Hình ảnh bộ cấp dây hàn
Định vị và giữ cố định vật hàn
- Để nối các vật hàn, mỗi vật hàn phải được căn chỉnh chính xác và giữ chắc chắn tại
chỗ trong quá trình hàn. Một điều quan trọng là cách thiết kế một khung giữ các vật hàn
tại vị trí thích hợp. Bộ phận này phải thao tác nhanh và dễ dàng, giữ chắc các vật hàn cho
tới khi chúng dính vào nhau và phải cho phép súng hàn tự do tiếp cận mối hàn (hình 1.20)
Hình 1.20: Khung giữ
- Bộ định vị có thể được thiết kế giống như trong hàn bằng tay, hoặc chuyên biệt để
tăng tính linh hoạt và tầm hoạt động của các hệ thống hàn tự động. Độ chính xác cũng
phải cao hơn. Ngoài ra, các điều khiển định vị rô bốt phải tương thích và tuân thủ theo bộ
điều khiển rô bốt trung tâm để đạt được chuyển động phối hợp tức thì của nhiều trục trong
khi hàn.

32. -32-
- Tuy nhiên, thao tác nâng hạ các bộ phận tĩnh của hệ rô bốt rất tốn thời gian và có
thể phi thực tế. Sẽ hiệu quả hơn nếu có hai hay nhiều khung giữ trên một bộ định vị vật
hàn quay, mặc dù chi phí ban đầu cao hơn (hình 1.21)
Hình 1.21: Bộ định vị vật hàn quay
Bộ làm sạch súng hàn
Để làm việc chính xác và tin cậy, súng hàn hồ quang phải được làm sạch liên tục.
Chu kỳ làm việc cao độ của hàn tự động nên quá trình làm sạch súng hàn cũng phải được
tự động hóa. Chất tách vẩy hàn được phun vào mũi súng hàn. Ngoài ra, bộ làm sạch còn
có thể trà sát mũi súng hàn để loại bỏ vẩy hàn bám vào và cắt dây hàn. Hệ thống làm sạch
phải được tự động kích hoạt tại các thời điểm mà hệ điều khiển
yêu cầu (hình 1.22).
Hình 1.22. Bộ làm sạch súng hàn
Bộ định tâm
Cảm biến cuối tay và quá trình căn chỉnh trọng tâm là những yếu tố cơ bản để thực
hiện thành công hệ thống hàn tự động. Cảm biến cuối tay dùng để phát hiện vị trí thực tế

33. -33-
của cạnh vật hàn so với khung rô bốt, từ đó tính ra chính xác trọng tâm công cụ so với vật
hàn (hình 1.23)
Hình 1. 23: Bộ định tâm
Tủ điều khiển.
Tủ điều khiển kiểu OTC, AX-C. Kết nối với các thiết bị ngoại vi điều khiển toàn bộ
hoạt động của rô bốt .
Hình 1. 24: Tủ điều khiển
Bảng dạy
- Bảng dạy có các phím và các nút ấn để phục vụ cho việc lập chương trình cho Rô
bốt, thao tác với file, hoặc cài đặt các chế độ khác,... (hình 1.25)

34. -34-
Các nút ấn và công tắc Chức năng
Công tắc chuyển chế độ - Công tắc này dùng để chuyển từ chế độ dạy sang chế
độ chạy tự động. Nó được kết hợp cùng với công tắc
chuyển chế độ trên hộp thao tác.
Nút ấn dừng khẩn cấp - Khi ấn nút này Rô bốt sẽ dừng ngay lập tức.
- Muốn huỷ chế độ dừng khẩn cấp, hãy vặn nút này theo
chiều kim đồng hồ (Nút ấn sẽ trở về trạng thái ban đầu)
Công tắc Deadman
- Công tắc này nằm phía trái mặt sau của bảng dạy và
được sử dụng khi vận hành Rô bốt bằng tay hoặc ở chế
độ dạy.
- Khi giữ chặt công tắc tay cầm DEADMAN này, nguồn
sẽ được cấp cho các động cơ Secvo của Rô bốt, Khi vận
hành bằng tay khi công tắc này được giữ chặt .
- Nếu thả công tắc DEADMAN ra Rô bốt sẽ dừng hoạt
Hình 1.25: Bảng dạy và các phím, nút ấn trên bảng dạy

35. -35-
động.
Hộp thao tác
Hình 1.26: Hộp thao tác
Hộp thao tác được trang bị các nút ấn cần thiết trong quá trình vận hành Rô bốt.
Gồm các nút ấn để thực hiện các thao tác cần thiết như: Khởi động động cơ (ON), khởi
động và dừng chế độ vận hành tự động (Auto operation), dừng khẩn cấp, chuyển đổi giữa
chế độ dạy (Teach), và chế độ chạy tự động (Playback). (hình 1.26)
Bảng 4. 1. Chức năng của các nút trên hộp thao tác
Chỉ dẫn Mô tả chức năng
A
Nút ấn ON cấp nguồn
cho động cơ
Sử dụng để bật nguồn động cơ về ON. Khi ở vị trí
ON, Rô bốt sẵn sàng làm việc.
B Nút ấn Start
Ở chế độ Playback, nút ấn khởi động chương trình
đã được định sẵn
C Nút ấn Stop
Ở chế độ Playback, nút ấn này có tác dụng làm dừng
chương trình khi nó đang ở trạng thái khởi động
Dừng khẩn cấp
Chọn chế độ
Dừng CT
Chạy CT
Khởi động sevo

36. -36-
D Công tắc chọn chế độ
- Dùng để chọn chế độ “Teach” hoặc “Playback”.
- Nó chỉ có tác dụng khi được sử dụng cùng với công
tắc tương tự trên bảng dạy.
E
Nút ấn Emergency
stop
- Khi ấn nút này, Rô bốt sẽ được đặt ở trạng thái dừng
khẩn cấp.
- Có thể sử dụng nút ấn này trên hộp thao tác
(Operation box) hoặc trên bảng dạy (Teach pandent)
- Huỷ bỏ chế độ này, vặn nút ấn này theo chiều kim
đồng hồ (Nút này sẽ trở về trạng thái ban đầu).
Hộp thao tác được kết nối với tủ điều khiển của Rô bốt AX-C giống như phụ kiện
chuẩn. Nó không thể kết nối với các tủ điều khiển khác loại như: tủ điều khiển
loại AX.

37. -37-
2) Cấu trúc ghép nối rô bốt RV-3SD
Ghi chú:
1: Khối đấu dây ROB IO-XMA1 8: Rô bốt RV-3SDB
2: Cáp Syslink 9: Cáp tín hiệu động cơ CN2
3: Bộ Ria-Box 10: Bộ điều khiển CR2D-721
4: Giao tiếp -XO 11: Cáp Ethernet
5: Cáp kết nối 2D-IOADAP-CBL 12: Đầu nối cho kết nối T/B
6: Giao tiếp X1 13: Kết nối cho pendant R32TB
7: Cáp công suất động cơ CN1
Hình 1.27: Sơ đồ kết nối rô bốt RV-3SD

38. -38-
1.4. Thông số cơ bản của rô bốt công nghiệp
Thông số cơ bản của rô bốt công nghiệp bao gồm:
- Tên rô bốt
- Số trục chuyển động hay số bậc tự do
- Kết cấu tay máy
- Tải trọng cho phép
- Hệ thống truyền động
- Công xuất truyền động
- Phản hồi vị trí
- Tốc độ tối đa
- Tải trọng
- Vùng tiết diện vận hành
- Nhiệt độ và độ ẩm môi trường cho phép
- Trọng lượng
- Tải trọng cánh tay
- Kiểu lắp đặt
- Mầu sơn
- Năm sản xuất
Ví dụ: Thông số cơ bản của rô bốt hàn OTC DAIHEN
Bảng 1.4. Các thông số kỹ thuật của rô bốt hàn OTC DAIHEN.
STT Danh mục Đặc tính kỹ thuật
1 Số trục 6
2 Kết cấu Kiểu có khớp thẳng đứng
3 Tải trọng cho phép 6kg
4 Độ lập lại vị trí +/- 0.08 mm (chú thích 1)
5 Hệ thống truyền động AC Servo motor
6 Công xuất truyền động 2750W
7 Phản hồi vị trí Thiết bị mã hoá hoàn toàn

39. -39-
8
Không gian
hoạt động
Cánh tay rô bốt J1 (quay tròn) 3400(1700) [1000(500)]
(chú thích2)
J2 (hạ cánh tay) -1500  +900
J3 (Nâng cánh tay) -1700  +1900
Khớp cổ tay J4 (lắc lư cổ tay) 1800
J5 (uốn cổ tay) -500  +2300
J6 (xoắn) 3600
9
Tốc độ tối
đa
Cánh tay J1 (quay tròn) 2.62rad/s (1500/s)
J2 (hạ cánh tay) 2.79rad/s (1600/s)
J3 (nâng cánh tay) 2.97rad/s (1700/s)
Cổ tay J4 (lắc lư) 5.93rad/s (3400/s)
J5 (uốn) 5.93rad/s (3400/s)
J6 (xoắn) 9.08rad/s (5200/s)
10
Tải trọng
Mô men cho
phép
J4 (lắc lư) 11.8N.m
J5 (uốn) 9.8N.m
J6 (xoắn) 5.9N.m
Mô men quán
tính cho phép
J4 (lắc lư) 0.30kg.m2
J5 (uốn) 0.25kg.m2
J6 (xoắn) 0.06kg.m2
11 Vùng tiết diện vận hành 3,14m23400
12 Nhiệt độ và độ ẩm môi trường
xung quanh
0~450C, 20~80%RH(độ ẩm tương đối không
ngưng tụ)
13 Trọng lượng 155kg
14 Tải trọng có ích khi nâng cánh
tay
10kg (chú thích 3)
15 Kiểu lắp đặt Treo tường, trần, sàn
16 Trở về vị trí gốc Chú thích 5 (chú thích 5)
17 Mầu sơn Cánh tay: mầu trắng. Đế: mầu xanh nước biển

40. -40-
Chú thích:
1. Độ lặp lại vị trí là một giá trị đo được đồng thời có được khi các điều kiện vận
hành của tay máy ổn định sau nhiều thao tác tự động.
2. Giá trị trong ngoặc [] cho biết điều kiện treo trên tường.
3. Khi tải trọng có ích tối đa tại đầu mút cổ tay là 6kg. tải trọng có ích tối đa tại đầu
mút cổ tay + tải trọng có ích khi nâng cánh tay = 16kg.
4. Có một phanh giữ cho tất cả các trục.
5. Có bin lắp trong cánh tay để bảo vệ các dữ liệu về vị trí. Thời gian sử dụng của bin
khoảng 3 năm.
1.5. Phân loại Rô bốt công nghiệp
Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản nhất
của Rô bốt để giúp cho việc nhận xét được dễ dàng. Có 4 yếu tố chính để phân loại Rô
bốt như sau: (1) theo dạng hình học của không gian hoạt động, (2) theo thế hệ Rô bốt,
(3) theo bộ điều khiển, (4) theo nguồn dẫn động.
1.5.1. Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động
Để dịch chuyển khâu tác động cuối cùng của Rô bốt đến vị trí của đối tượng
thao tác được cho trước trong không gian làm việc cần phải có ba bậc chuyển động
chuyển dời hay chuyển động định vị. Những Rô bốt công nghiệp thực tế thường
không sử dụng quá bốn bậc chuyển động chuyển dời (không kể chuyển động kẹp của
tay gắp) và thông thường với ba bậc chuyển động định vị là đủ, rất ít khi sử dụng đến
bốn bậc chuyển động định vị. Rô bốt được phân loại theo sự phối hợp giữa ba trụ
chuyển động cơ bản rồi sau đó được bổ sung để mở rộng thêm bậc chuyển động
nhằm tăng thêm độ linh hoạt. Vùng giới hạn tầm hoạt động của Rô bốt được gọi là
không gian làm việc.
Theo đó có thể có các loại rô bốt :
- Rô bốt toạ độ vuông góc
- Rô bốt toạ độ trụ (cylindrical Rô bốt)
- Rô bốt toạ độ cầu (spherical Rô bốt
- Rô bốt khớp bản lề (articular Rô bốt)

41. -41-
1.5.2. Phân loại theo thế hệ
Theo quá trình phát triển của Rô bốt, ta có thể chia ra theo các mức độ sau đây:
a) Rô bốt thế hệ thứ nhất:
Bao gồm các dạng Rô bốt hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi
(playback Rô bốts), theo chương trình định trước. Chương trình ở đây cũng có hai
dạng; chương trình “cứng” không thay đổi được như điều khiển bằng hệ thống cam và
điều khiển với chương trình có thể thay đổi theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử
dụng nhờ các panel điều khiển hoặc máy tính.
Đặc điểm:
• Sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tác giới hạn hành trình.
• Điều khiển vòng hở.
• Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lỗ để đưa chương trình vào bộ điều
khiển, tuy nhiên loại này không thay đổi chương trình được.
• Sử dụng phổ biến trong công việc gắp - đặt (pick and place).
b) Rô bốt thể hiện thứ hai
Trong trường hợp này Rô bốt được trang bị các bộ cảm biến (sensors) cho
phép cung cấp tín hiệu phản hồi hỗ trở lại hệ thống điều khiển về trạng thái, vị trí
không gian của Rô bốt cũng như những thông tin về môi trường bên ngoài như trạng
thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà Rô bốt phối hợp, nhiệt
độ của môi trường, v.v... giúp cho bộ điều khiển có thể lựa chọn những thuật toán
thích hợp để điều khiển Rô bốt thực hiện những thao tác xử lý phù hợp. Nói cách
khác, đây cũng là Rô bốt với điều khiển theo chương trình nhưng có thể tự điều
chỉnh hoạt động thích ứng với những thay đổi của môi trường thao tác. Dạng Rô bốt
với trình độ điều khiển này còn được gọi là Rô bốt được điều khiển thích nghi cấp
thấp. Rô bốt thế hệ này bao gồm các Rô bốt sử dụng cảm biến trong điều khiển
(sensor - controlled Rô bốts) cho phép tạo được những vòng điều khiển kín kiểu
servo.
Đặc điểm:
• Điều khiển vòng kín các chuyển động của tay máy.
• Có thể tự ra quyết định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phản

42. -42-
hồi từ cảm biến nhờ các chương trình đã được cài đặt từ trước.
• Hoạt động của Rô bốt có thể lập trình được nhờ các công cụ như bàn phím,
pa-nen điều khiển.
c) Rô bốt thế hệ thứ ba
Đây là dạng phát triển cao nhất của Rô bốt tự cảm nhận. Các Rô bốt ở đây
được trang bị những thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghi theo những thông
tin và tác động của môi trường lên chúng; nhờ đó Rô bốt tự biết phải làm gì để hoàn
thành được công việc đã được đặt ra cho chúng. Hiện nay cũng đã có nhiều công bố
về những thành tựu trong lĩnh vực điều khiển này trong các phòng thí nghiệm và được
đưa ra thị trường dưới dạng những Rô bốt giải trí có hình dạng của các động vật máy.
Rô bốt thế hệ này bao gồm các Rô bốt được trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong
điều khiển (Vision - controlled Rô bốts) cho phép nhìn thấy và nhận dạng các đối
tượng thao tác.
Đặc điểm:
• Có những đặc điểm như loại trên và điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý
thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh (Vision systems - Camera).
• Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình
dạng và kích thước khá khác biệt nhau.
d) Rô bốt thế hệ thứ tự
Bao gồm các Rô bốt sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi
(adaptively controlled Rô bốt) được trang bị bước đầu khả năng lựa chọn các đáp ứng
tuân theo một mô hình tính toán xác định trước nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp
với điều kiện của môi trường thao tác.
Đặc điểm : Có những đặc điểm tương tự như thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả
năng tự động lựa chọn chương trình hoạt động và lập trình lại cho các hoạt động dựa
trên các tín hiệu thu nhận được từ cảm biến. Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tương đối
lớn để giải các bài toán tối ưu với điều kiện biên không được xác định trước. Kết quả
của bài toán sẽ là một tập hợp các tín hiệu điều khiển các đáp ứng của Rô bốt.
e) Rô bốt thế hệ thứ năm
Là tập hợp những Rô bốt được trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent
Rô bốt).

43. -43-
Đặc điểm:
Rô bốt được trang bị các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như nhận dạng tiếng nói,
hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc, v.v... để ra quyết
định và giải quyết các vấn đề hoặc nhiệm vụ đặt ra cho nó. Rô bốt được trang bị mạng
Neuron có khả năng tự học. Rô bốt được trang bị các thuật toán dạng Neuron
Fuzzy/Fuzzy Logic để tự suy nghĩ và ra quyết định cho các ứng xử tương thích với
những tín hiệu nhận được từ môi trường theo những thuật toán tối ưu một hay nhiều
mục tiêu đồng thời. Hiện nay trong lĩnh vựcgiải trí, nhiều dạng Rô bốt thế hệ này đang
được phát triển như Rô bốt Aibo - chú chó Rô bốt của hãng Sony hay Rô bốt đi trên
hai chân và khiêu vũ được của hãng Honda.
Nhật Bản là đất nước có số lượng Rô bốt sử dụng trong công nghiệp nhiều
nhất thế giới. Người Nhật có quan niệm khá khác biệt về Rô bốt so với các nước công
nghiệp phát triển. Theo Hiệp hội Rô bốt Nhật - JIRA (Japanese Rô bốt Associasion),
Rô bốt được chia thành sáu loại, theo mức độ thông minh như sau:
1- Rô bốt hoạt động nhờ người điều khiển trực tiếp từng động tác, bằng
pendant hay pa-nen điều khiển.
2- Rô bốt hoạt động theo chu trình cố định (fixed sequence Rô bốts).
3- Rô bốt hoạt động theo chu trình thay đổi được (variable sequence Rô bốts):
người điều khiển có thể dễ dàng chỉnh sửa trình tự hoạt động.
4- Rô bốt hoạt động theo chương trình vả lặp lại chương trình(playback
Rô bốts): người điều khiển có thể lập trình cho Rô bốt trong chế độ huấn
luyện (teaching mode).
5- Rô bốt điều khiển theo chương trình số (numerically controlled Rô bốts).
6- Rô bốt thông minh intelligent Rô bốts): Rô bốt có thể hiểu, nhận biết và
tương tác với môi trường xung quanh.
1.4.3.Phân loại theo bộ điều khiển
1) Rô bốt gắp - đặt:
Rô bốt này thường nhỏ và sử dụng nguồn dẫn động khí nén. Bộ điều khiển phổ
biến là bộ điều khiển lập trình (PLC) để thực hiện điều khiển vòng hở. Rô bốt hoạt
động căn cứ vào các tín hiệu phản hồi từ các tiếp điểm giới hạn hành trình cơ khí đặt

44. -44-
trên các trụ của tay máy.
Hình 1.28: Rô bốt gắp vật.
2) Rô bốt đường dẫn liên tục
Rô bốt loại này sử dụng bộ điều khiển servo thực hiện điều khiển vòng kín. Hệ
thống điều khiển liên tục là hệ thống trong đó Rô bốt được lập trình theo một đường
chính xác. Trong hệ thống điều khiển này, đường dẫn được biểu điễn bằng một loạt
các điểm rời rạc gần nhau và được lưu vào bộ nhớ Rô bốt, sau đó Rô bốt sẽ thực hiện
lại chính xác đường dẫn đó.
Hình 1.29: Một loại Rô bốt sơn thực hiện đường dẫn liên tục.
1.4.4. Phân loại Rô bốt theo nguồn dẫn động
1) Rô bốt dùng nguồn cấp điện
Nguồn điện cấp cho Rô bốt thường là nguồn DC để điều khiển động cơ DC.

45. -45-
Hệ thống dùng nguồn AC cũng được chuyển đổi sang DC. Các động cơ sử dụng
thường là động cơ bước, động cơ DC servo, động cơ AC servo. Rô bốt loại này có
thiết kế gọn, chạy êm, định vị rất chính xác. Các ứng dụng phổ biến là Rô bốt sơn,
hàn.
2) Rô bốt dùng nguồn khí nén
Hệ thống cán được trang bị máy nén, bình chứa khí và động cơ kéo máy nén.
Rô bốt loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có
tay máy là các xy-lanh khí nén thực hiện chuyển động thẳng và chuyển động quay. Do
khí nén là lưu chất nén được nén Rô bốt loại này thường sử dụng trong các thao tác
gắp đặt không cần độ chính xác cao.
3) Rô bốt dùng nguồn thuỷ lực
Nguồn thuỷ lực sử dụng lưu chất không nén được là dầu ép. Hệ thống cần trang
bị bơm để tạo áp lực dầu. Tay máy là các xy - lanh thuỷ lực chuyển động thẳng và
quay động cơ dầu. Rô bốt loại này được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn.
Ngoài các cách phân loại trên người ta có thể phân loại Rô bốt theo một số
cách theo bảng 1.2 dưới đây.
Bảng 1.2: Tóm tắt các yếu tố phân loại Rô bốt.
Dấu hiệu phân loại Tên gọi của tay máy
Theo số bậc chuyển động ( Kể
cả bậc chuyển động chuyển
rời của tay máy)
Có hai, ba hoặc nhiều hơn ở dạng:
-Không di chuyển
-Tự di chuyển
Theo số lượng tay máy Một, hai hoặc nhiều tay máy được điều khiển
đồng thời.
-Có nguồn dẫn dẫn động và điều khiển riêng.
-Có nguồn dẫn dẫn động riêng và điều khiển
chung.
-Có nguồn dẫn động
-Tự di chuyển
Theo tải trọng nâng của tay - Loại siêu nhẹ

46. -46-
máy - Loại nhẹ
- Loại trung
- Loại nặng
- Loại siêu nặng
Theo nguồn dẫn động của các
cơ cấu chấp hành
- Khí nén
- Thủy lực
- Cơ điện
- Hỗn hợp
Theo hệ thống điều khiển,
theo nguyên lý điều khiển
Với điều khiển chương trình
- Theo chu kỳ
- Theo vị trí
- Theo chu vi
- Hỗn hợp
Với điều khiển theo cảm nhận có điều khiển
thích nghi và không thích nghi
Với trí tuệ nhân tạo
Theo số rô bốt được điều
khiển đồng thời
- Điều khiển riêng rẽ
- Điều khiển theo nhóm
Theo độ chính xác Gồm các mức chính xác: 0,1,2,3
Theo kiểu bảo hiểm - Kiểu thông thường
- Kiểu phòng bụi
- Kiểu phòng nhiệt
- Kiểu phòng chống cháy nổ

47. -47-
1.5. Ứng dụng rôbốt trong công nghiệp.
Rô bốt được sử dụng trong mọi lĩnh vực: sản xuất, quốc phòng, nghiên cứu khoa
học, dân sinh,... trong đó, công nghiệp là nơi sử dụng rô bốt một cách phổ biến nhất.
Trong công nghiệp, cùng với các thiết bị công nghệ và các thiết bị nâng chuyển, rô bốt
cũng đã được thống nhất hoá cao về kết cấu và ứng dụng. Xu hướng ứng dụng RBCN
nhằm vào một số trường hợp chính như sau:
Công việc buồn tẻ, đơn điệu. hoặc làm việc liên tục cả ngày đêm, ví dụ vận chuyển. xếp
dỡ hàng hoá, phục vụ máy công cụ, lắp ráp, đo lường, bao gói sản phẩm....
- Công việc nặng nhọc
- Công việc gây nguy hiểm cho con người
- Làm việc trong các môi trường không lợi cho sức khoẻ của con người, như nóng,
độc, phóng xạ, dưới nước sâu, trong lòng đất, ngoài khoảng không vũ trụ,...
Có thể xem rô bốt công nghiệp là thành phần chủ chốt để tự động hoá. Nó được thể hiện ở
Tính linh hoạt trong vận hành; hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn xác; có khả năng thay
thế con người làm việc trong môi trường độc hại và không an toàn là những yếu tố quyết
định cho việc sử dụng rô bốt trong sản xuất công nghiệp. Trên thế giới hiện nay, rô bốt
chuyên dụng và rô bốt tự trị được sử dụng chủ yếu trong các ngành chế tạo ôtô, công
nghiệp điện và điện tử, chế tạo máy và công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất vật liệu
xây dựng, luyện kim, chế tạo cơ khí, công nghiệp đóng tàu, an ninh quốc phòng và một
vài lĩnh vực khác như thăm dò khai thác biển…
Trong sản xuất vật liệu xây dựng, rô bốt được sử dụng cho dây chuyền nghiền than tại các
lò luyện cốc, một điển hình về môi trường độc hại, khói bụi và nhiệt độ cao, ảnh hưởng
lớn đến sức khỏe con người. Trong dây chuyền sản xuất kính, rô bốt bốc xếp thay thế
công nhân ở công đoạn lấy và sắp xếp sản phẩm. Trong công đoạn đúc kim loại ở các nhà
máy cơ khí và luyện kim, rô bốt được sử dụng chủ yếu ở các khâu rót kim loại và tháo dỡ
khuôn - những khâu nặng nhọc, dễ gây tai nạn. Trong công nghiệp đóng tàu, rô bốt chiếm
tỷ trọng lớn, có ý nghĩa quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm trong công đoạn
hàn và cắt vỏ tàu ở phần đuôi. Các rô bốt tự trị nhận dạng vết hàn phục vụ cho việc tự
động hoá một số công đoạn hàn trên boong và bên trong thân tàu thuỷ. Trong công đoạn
sản xuất nhựa và phôi cho chai nhựa, các tay máy được sử dụng để lấy sản phẩm đang ở
nhiệt độ cao trong khuôn ra ngoài, rút ngắn chu kỳ ép của máy ép nhựa. Trong ngành
công nghiệp điện tử, rô bốt sử dụng tay máy SCADA di chuyển các bộ phận vi điện tử từ
khay và đặt chúng vào bo mạch in PCBs với độ chính xác tuyệt đối và tốc độ lắp đặt lên

48. -48-
tới hàng trăm nghìn bộ phận trên một giờ. Còn trong vận chuyển hàng hoá, mobile rô bốt
(AGVs) sử dụng thị giác, máy quét 3D hoặc laser điều khiển quá trình vận chuyển hàng
hoá quanh các cơ sở lớn như nhà kho, cảng container, hoặc bệnh viện bằng cách nhận
dạng không gian, loại bỏ các lỗi tích lũy trong các quá trình xác định vị trí hiện hành
AGV, điều hướng thời gian thực theo nhiều phương thức tránh chướng ngại vật, không
thực hiện lặp đi lặp lại...
Theo Hiệp hội rô bốt quốc tế VFR, sở dĩ rô bốt được nhiều nhà máy đưa vào sản
xuất để hạ giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho người lao động, nâng cao chất lượng
sản phẩm và tự động hoá dây chuyền sản xuất, là do hiệu suất làm việc và độ ổn định lớn.
Vì thế, trong những năm gần đây, mật độ rô bốt phục vụ trong các ngành công nghiệp trên
thế giới tương đối cao. Năm 2006, số rô bốt công nghiệp phục vụ trong các lĩnh vực chỉ
khoảng 950.000 đơn vị. Đến năm 2009, số rô bốt này đã đạt khoảng 1.031.000 đơn vị.
Trong đó, rô bốt phục vụ trong các ngành công nghiệp tập trung nhiều nhất là Nhật Bản
với số lượng lên tới 339.800 đơn vị. Đứng thứ hai là ở Mỹ với số lượng khoảng 172.800
đơn vị. Đứng thứ ba là Đức với số lượng khoảng 145.800 đơn vị và sau đó là các nước
Hàn Quốc, Trung Quốc, Ý, các quốc gia Đông Nam Á và các nước khác. Thế nhưng, rô
bốt công nghiệp được ứng dụng trong ngành chế tạo ôtô đã không tăng như trước đây mà
mà chúng đang tập trung số lượng ứng dụng vào các ngành điện tử, thực phẩm và đồ
uống, và các ngành công nghiệp khác.
Ứng dụng rô bốt trong các ngành chế tạo máy.
Trong gia công cắt gọt: Các công việc thường được phục vụ bởi rô bốt là vận
chuyển phôi và sản phẩm, đưa phôi vào thiết bị gá kẹp và tháo sản phẩm sau gia công
(thay phôi), đảo phôi trong khi gia công, xếp sản phẩm vào giá đo sản phẩm trên máy
hoặc đưa sản phẩm lên thiết bị đo, làm sạch đồ gá hoặc bề mặt chi tiết, thay dụng cụ....
Trong sản xuất đúc, rô bốt thường được giao nhiệm vụ lắp, dỡ khuôn, rót vật liệu, làm
sạch vật đúc,... Trong gia công áp lực rô bốt có thể đảm nhận việc đưa phôi vào vùng gia
công và lấy sản phẩm, đảo phôi khi rèn. Có những trường hợp, như khi hàn, sơn.... rô bốt
đồng thời là thiết bị công nghệ, nghĩa là nó trực tiếp điều khiển mỏ hàn hay đầu phun sơn
để hoàn thành nguyên công công nghệ.

49. -49-
Hình 1.30: Máy tiện ren kiểu 1И1611M 3, được lắp rô bốt
Trên hình 1.30 là sơ đồ một tổ hợp gồm máy tiện ren vít điều khiển số 2, kiểu
1И1611M 3, được lắp rô bốt 1. kiểu PИТM01-01. Phễu rung 3 để định hướng phôi
trước khi đưa vào máy. Rô bốt nhặt phôi đã được định hướng từ phễu 3. Chi tiết sau gia
công được rô bốt lấy khỏi mâm cặp và đặt lên khay 6.
Tổ hợp này dùng để gia công các chi tiết tròn xoay, dùng phôi rời có đường kính 6,50
mm, dài 10 -50 mm, khối lượng dưới 0,1 kg. Thời gian gia công một chi tiết từ 0,15 đến
0,5ph. Năng suất gia công tăng 150% so với không dùng rô bốt. Rô bốt PИТM01-01. Nó
được thiết kế để phục vụ các máy gia công cắt gọt, máy dập nguội và lắp ráp đơn giản.
Các tính năng kỹ thuật chính của nó trong bảng 1.3
Bảng 1.3. Tính năng kỹ thuật chính của rô bốt PИТM01-01
Tên thông số Giá trị Tên thông số Giá trị
Sức nâng (kg) 0,1 Tầm vươn lớn nhất (mm) 345
Số bậc tự do 5 Di chuyển thẳng x/r/z (mm) 50/150/50
Kiểu truyền động Khí nén Vận tốc thẳng theo x/r/z (mm) 0,17/0,6/0,17
Kiểu điều khiển chu trình Di chuyển góc 
 / (o) 220/90
Số tọa độ lập trình 4 Vận tốc góc theo 
 / (o
/s) 6,2/1,53
Sai số định vị (mm) 1
,
0
 Khối lượng (kg) 30

50. -50-
Trên hình 1.18 là sơ đồ không gian của tổ hợp máy - rô bốt để gia công cơ khí. Đó là một
thiết bị vạn năng, có khả năng thay đổi cấu hình để thích ứng với sự thay đổi trong một
phạm vi hẹp kích thước và hình dạng chi tiết.
Hình 1.31: Sơ đồ không gian tổ hợp máy - rô bốt
Ví dụ về máy công cụ được một rô bốt độc lập phục vụ ở trên hình 1.31. Tổ hợp dùng
máy tiện CNC kiểu A616 3. Rô bốt kiểu БВИГ–10Б. Có nhiệm vụ lấy phôi từ giá 3, cấp
cho máy tiện và lấy chi tiết gia công xong khỏi máy, chất vào giá 5. Tổ hợp có thể gia
công các chi tiết dạng đĩa, đường kính đến 100 mm, dài đến 200 mm. hoặc chi tiết dạng
trục, đường kính đến 80 mm. dài đến 600 mm. Rô bốt kiểu БВИГ-10Б trên hình 4.6 được
thiết kế để phục vụ các máy tiện bán tự động kiểu lA730, lA240л-6, máy phay ren 5K63,
máy tiện CNC kiểu AT  P-2M12. Nó có tính năng cơ bản như trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Tính năng kỹ thuật của rô bốt БВИГ-10Б
Tên thông số Giá trị Tên thông số Giá trị
Sức nâng (kg) 10 Tầm vươn lớn nhất (mm) 1260
Số bậc tự do 5 Chuyển vị dài y/r/z (mm) 200/600/100
Kiểu truyền động Khí nén Vận tốc dài theo x/r/z (m/s) 0,3/0,6/0,3
Kiểu điều khiển Chu trình Chuyển vị góc 
 / (o
) 210/180
Số tọa độ lập trình 4 Vận tốc góc theo 
 / (o
/s) 1,53/1,53
Sai số định vị (mm) 3
,
0
 Khối lượng (kg) 300

51. -51-
Ứng dụng trong công nghệ đúc: Rô bốt thường được dùng để thay thế con người trong
các công việc nặng nhọc, độc hại (như nóng, bụi, ồn ...)
Trên hình 1.32 là sơ đồ rô bốt của hãng Toshiba. làm công việc rót vật liệu ở thiết
bị đúc dưới áp lực. Phần công tác của rô bốt là thìa 1, được kẹp trên cánh tay 2. Cánh tay
là cơ cấu hình bình hành. Tại vị trí I, thìa múc kim loại nóng chảy trong lò. Lượng kim
loại được điều chỉnh nhờ một cơ cấu quay đặc biệt 6, tuỳ theo góc quay của nó. Xi lanh
thuỷ lực 5 làm quay cánh tay 2 quanh trục 8 để chuyển thìa về phía phễu 4 (vị trí II). Kim
loại được rót qua phễu vào buồng áp lực của máy đúc.
Ứng dụng rô bốt trong công nghệ hàn.
Một quá trình hàn gồm nhiều thao tác lặp đi lặp lại trên những chi tiết giống nhau sẽ
thích hợp để tự động hóa. Số lượng chi tiết cần hàn trong quá trình chế tạo quyết định
xem có nên tự động hóa quá trình hàn hay không. Nếu bình thường phải điều chỉnh để các
Hình 1.32. Sơ đồ robot phục vụ thiết bị đúc áp lực

52. -52-
chi tiết ăn khớp với nhau hoặc các mối hàn quá rộng hoặc có vị trí khác nhau trên mỗi chi
tiết thì không thể tự động hóa được.
Những lợi ích lớn nhất của hàn tự
động là có độ chính xác và năng suất
cao. Hàn bằng rô bốt nâng cao độ tin cậy
của mối hàn. Một khi được lập trình hợp
lý, các rô bốt sẽ tạo ra những mối hàn y
như nhau trên các vật hàn cùng kích
thước và quy cách.. Chuyển động của mỏ
hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ
mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế
phẩm và khối lượng công việc phải làm
lại. Rô bốt không những làm việc nhanh
hơn mà còn có thể hoạt động liên tục
suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một thiết bị hàn tay. Qúa trình hàn được tự
động hóa giải phóng người công nhân khỏi những tác hại khi hàn do tiếp xúc với bức xạ
hồ quang, vẩy hàn nóng chảy, khí độc.
Trong công việc bốc xếp, vận chuyển.
Trong bốc xếp, vận chuyển rô bốt được ứng dụng nhiều trong các nhà máy ở khâu
đầu vào của nguyên vật liệu, hay khâu đầu ra của sản phẩm. Việc bốc xếp , vận chuyển
được thực hiện tự động các rô bốt thường chạy trên đường ray trượt cố định. Trong vận
chuyển các chi tiết từ vị trí sản xuất này đến vị trí sản xuất khác.
Hình 1.33: Sơ đồ robot phục vụ thiết bị đúc áp lực

53. -53-
Hình 1.34: Hình ảnh Rô bốt của ABB đang xếp thùng tại Công ty TNHH Bia Huế.
Hệ thống này gồm hai rô bốt đã được ABB bàn giao cho Bia Huế vào ngày
15/7/2012. Với lịch sử hơn 125 năm hình thành, phát triển, Tập đoàn ABB (Thụy Sỹ)
hiện là một trong những nhà cung cấp hàng đầu thế giới về các sản phẩm kỹ thuật điện, tự
động hóa trong lĩnh vực công nghiệp và phục vụ công cộng. Tại Việt Nam, nhiều dự án
lớn có sự tham gia của ABB như: Nhà máy điện Uông Bí, Nhà máy lọc dầu Dung Quất,
Trạm 500kV Tân Định, Dự án Hầm đèo Hải Vân, Tòa nhà Petro Tower tại TP. Hồ Chí
Minh, Xi măng Thăng Long, Xi măng Cẩm Phả. Đây là dự án đầu tiên Ban rô bốt ABB
giành được trong ngành Bia tại Việt Nam với sự hợp tác cùng Vepro, đối tác lớn nhất khu
vực của ABB Rô bốtics trong ứng dụng đóng gói. Tại Nhà máy Bia Huế, IRB 760 được
sử dụng để xếp các két bia chai lên pallet ở cuối dây chuyền sản xuất. Sự kiện này đã
đánh dấu mốc lớn trong việc áp dụng những tiến bộ của nền khoa học – kỹ thuật thế giới,
đặc biệt là công nghệ cao đến từ châu Âu, kể từ khi Công ty TNHH Bia Huế chính thức
trở thành đơn vị trực thuộc Tập đoàn Carlsberg (Đan Mạch).
Ứng dung trong công nghiệp nhẹ.
Trước thực trạng lương nhân công và dân số già ngày càng gia tăng, giới lãnh đạo
trong các doanh nghiệp sản xuất hàng điện tử cho rằng không lâu nữa, các "công nhân rô
bốt" sẽ thay thế con người trong các nhà máy. Thật vậy, một làn sóng rô bốt công nghiệp
mới đang được phát triển, từ những rô bốt hình người cao cấp có cả các giác quan và khả
năng học hỏi đến những rô bốt giá rẻ thích hợp với mức lương thấp ở một số nước trên

54. -54-
thế giới (Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản…..) Các nhà quản lý dự đoán trong 5 năm tới,
những công nghệ rô bốt nói trên sẽ làm thay đổi hoạt động tại các nhà máy Trung Quốc,
cũng như bù đắp cho tình trạng thiếu hụt lao động đang gia tăng trong bối cảnh lực lượng
lao động trẻ của nước này ngày càng không hứng thú với công việc lao động chân tay.
Bổ sung rô bốt công nghiệp vào dây chuyền sản xuất là giải pháp tự động hoá tối
ưu bảo vệ lợi ích người lao động và các doanh nghiệp sản xuất. Tuy nhiên, rô bốt cũng
giống như con người, nó cũng cần được bố trí vào những công việc phù hợp với kỹ năng
chuyên môn của nó.Với đặc thù công việc của ngành dệt may,hiện nay con người đang
dần sử dụng rô bốt thay thế con người làm việc ở những khâu độc hại,ảnh hưởng lớn tới
sức khỏe của người lao động nhằm tránh những rủi ro và nâng cao năng xuất lao động.
Việc ứng dụng rô bốt vào dây chuyền sản xuất dệt may đã mang lai những hiệu ứng tích
cực trong quá trình sản xuất, sản lượng hàng hóa liên tục tăng trưởng góp phần đáp ứng
nhu cầu không hề nhỏ của con người với loại hàng hóa trên đồng thời giải quyết được bài
toán về nhân lực trong dây chuyền sản xuất.
Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ hiện đại để phục vụ cho các hoạt động sản xuất,
kinh doanh luôn là chủ trương được Công ty TNHH Bia Huế (trực thuộc Tập đoàn
Carlsberg, Đan Mạch
Ứng dụng Rô bốt trong lắp ráp.
Ngành công nghệ lắp ráp là ngành cần độ chính xác cao, vì vậy Rô bốt công
nghiệp được ứng dụng rất nhiều trong ngành lắp ráp. Nhờ có các rô bốt công nghiệp trong
sản xuất mà các giai đoạn lắp ráp các chi tiết được rút ngắn, chính xác tuyệt đối, thay thế
con người trong một số ngành công nghiệp độc hại.
Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việc sử dụng rô bốt nhiều
nhất: khung xe được cố định vào một xe được điều khiển từ xa di chuyển khắp nhà máy.
Khi xe đến trạm hàn, kẹp sẽ cố định các chi tiết đúng vào vị trí cần hàn, trong khi đó rô
bốt di chuyển dọc theo các điểm hàn được lập trình trước.
Nhờ sự gia tăng toàn cầu về tính di động cá nhân, ngành công nghiệp ô tô vẫn là một
lĩnh vực chủ chốt. Nếu bạn muốn củng cố vị trí của bạn trong sản xuất ô tô trong thời gian
dài, bạn phải theo kịp với sự phát triển mới nhất. Kết hợp chất lượng, an toàn và tính bền
vững là rất quan trọng ở đây, cũng như hiệu suất và thiết kế thân thiện với người dùng.
Tất cả điều này có thể đạt được mặc dù chi phí cao.

55. -55-
Hình 1.35:Rô bốt trong nhà máy sản xuất ôtô
Nhu cầu về chất lượng ngày càng tăng trong sản xuất thường liên quan chặt chẽ với
việc sử dụng chi phí hợp lý cho công nghệ và các nguồn lực. Đồng thời, quá trình và trình
tự sản xuất có suốt vào nhau và đảm bảo an toàn cho máy móc, nhân sự và vật chất ở tất
cả các lần. Nhiều nhà sản xuất ô tô đã nhanh chóng nhận ra rằng việc giới thiệu các tiêu
chuẩn giống hệt nhau cho chất lượng, an toàn, quá trình và trình tự sản xuất, cùng với một
mức độ cao về tự động hóa, đảm bảo sản xuất linh hoạt và hiệu quả cao. Để giới thiệu các
tiêu chuẩn tương ứng thống nhất trong công nghệ mạng là một mong muốn lâu dài của
hầu hết các nhà sản xuất hiện nay.
Đối với BMW AG, rõ ràng các hệ thống sản xuất hiện đại chỉ có thể được kiểm soát,
theo dõi, tối ưu hóa và được chẩn đoán hiệu quả với tiêu chuẩn hóa và tích hợp thông tin
liên lạc. Kể từ năm 2008, sản xuất trong bộ phận thân xe sơn lọt màu trắng của các nhà
máy của BMW tại Dingolfing đã được thực hiện với Profinet IO (PN IO) trong các ô hàn
của BMW series 7. Công ty (nhà sản xuất của các thương hiệu BMW, Mini và Rolls-
Royce tại hơn 20 địa điểm trên bốn lục địa) là hệ thống tự động hóa tiên tiến và một trong
những nhà máy đi đầu của Profinet trong ngành công nghiệp ô tô.

56. -56-
Hình 1.36: Rô bốt phun sơn ôtô
Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại đối với sức khoẻ của con người, nhưng lại
hoàn toàn không nguy hiểm đối với rô bốt. Ngoài ra, con người phải mất hơn hai năm để
nắm được kỹ thuật và kỹ năng trở thành một thợ sơn lành nghề trong khi rô bốt có thể học
được tất cả kiến thức đó chỉ trong vài giờ và có khả năng lặp lại một cách chính xác các
động tác sơn phức tạp. Điều đó thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc kết hợp giữa
năng suất và chất lượng cũng như cải thiện chế độ làm việc cho con người trong môi
trường độc hại. Tất cả rô bốt phun sơn đều được ‘dạy’ bởi một thợ sơn chuyên nghiệp giữ
đầu phun và dịch chuyển nó đi đúng đường; đường đi đó được ghi lại; và khi rô bốt thực
hiện công việc phun sơn thì nó chỉ việc đi theo đường đi đã được định sẵn đó. Như thế, rô
bốt phun sơn phải có các khớp sao cho người thợ sơn có thể dễ dàng dẫn hướng cho
chúng. Ứng dụng này đưa đến sự phát triển một loại tay rô bốt dạng ‘vòi voi’ có độ linh
hoạt
Trong không gian và đáy biển.
Năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy
hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển. Từ
những năm 1970, rô bốt dưới nước (underwater rô
bốt) đã được nghiên cứu phát triển để hỗ trợ và/hoặc
thay thế con người làm việc ở những vùng nước sâu
(dưới đáy đại dương), những vùng nước ô nhiễm
hoặc khi làm việc trong thời gian dài dưới nước.
Hiện nay, rô bốt dưới nước được sử dụng nhiều trong

57. -57-
quân sự, kỹ thuật và nghiên cứu biển. Trong ngành dầu khí, rô bốt dưới nước được sử
dụng để làm những công việc như kiểm tra các giàn khoan và đường ống dẫn khí, dẫn
dầu. Trong ngành viễn thông, rô bốt dưới nước được sử dụng để khảo sát đáy biển trước
khi đặt cáp trong lòng biển, chôn cáp và kiểm tra hiện trạng cáp truyền. Trong quân sự, rô
bốt dưới nước được sử dụng để gài hoặc tìm kiếm và tháo gỡ thủy lôi, mìn hoặc phối hợp
cùng con người trong việc tác chiến dưới nước. Rô bốt dưới nước còn là các thiết bị quan
trọng khi cứu hộ các tàu thuyền bị đắm dưới đáy biển. Trong thám hiểm và nghiên cứu
biển, rô bốt dưới nước được sử dụng để khảo sát địa hình dưới đáy biển, thu thập dữ liệu
về độ phóng xạ, độ rò rỉ của các nguồn khí dưới đáy biển, theo dõi việc sinh sản của các
đàn cá,... Trong ngành năng lượng nguyên tử các rô bốt dưới nước cỡ nhỏ được dùng để
kiểm tra các thiết bị trong nhà máy điện nguyên tử.
Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt được vào
năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 được điều khiển từ
trái đất (hình 1.37).
hình 1.37: Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod 1
Năm 1962, rô bốt Unmation đầu tiên được
đưa vào sử dụng tại hãng General Motors; và năm
1976 cánh tay rô bốt đầu tiên trong không gian đã
được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ
quan Không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu
đất trên sao Hoả.
Hình 1.38: Rô bốt trên tàu thám hiểm Viking 1 .
Có nhiều loại rô bốt dưới nước khác nhau như rô bốt dịch chuyển trên nền của đáy
biển nhờ các bánh xe hay bánh xích. Loại này dùng để đào rãnh để chôn các loại cáp
ngầm hay dùng để thu gom các vật quý hiếm nằm dưới đáy biển. Hai loại rô bốt dưới
nước được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhất là rô bốt dưới nước hoạt động độc lập
(AUV) và rô bốt dưới nước điều khiển từ xa (ROV).

58. -58-
AUV là rô bốt dưới nước làm việc theo chế độ đã được lập trình trước. Năng
lượng cung cấp cho rô bốt là pin hoặc ắc quy được mang trên rô bốt. Loại rô bốt này bơi
được tự do trong nước và không bị hạn chế về bán kính làm việc. Tuy nhiên thời gian làm
việc của nó rất hạn chế, tuỳ thuộc vào năng lượng dự trữ lắp trên nó. Các rô bốt loại này
thường được trang bị các cảm biến, camera để thực hiện các nhiệm vụ thám hiểm, thu
thập dữ liệu. Các AUV thường có kết cấu thân kín, hình trụ dài để giảm thiểu lực cản của
nước. Hệ thống vận động thường dùng kiểu chân vịt với các cánh lái đặt ở phía đuôi hoặc
hai bên sườn .
ROV là rô bốt dưới nước được điều khiển và cung cấp năng lượng từ trung tâm
điều khiển (trên bờ, trên tàu mẹ) thông qua cáp dẫn. Dây cáp có nhiệm vụ cung cấp điện
năng và các lệnh điều khiển cho rô bốt và truyền tải dữ liệu thu nhận được từ các camera,
cảm biến trên rô bốt về trung tâm điều khiển. Đôi khi dây cáp còn có tác dụng phụ giúp
trục vớt các vật thể nặng và có thể làm nhiệm vụ cứu hộ rô bốt khi gặp sự cố. Bán kính
làm việc của loại rô bốt này bị giới hạn bởi chiều dài dây cáp dẫn.
Khác với rô bốt dưới nước hoạt động độc lập, rô bốt dưới nước điều khiển từ xa có
thể làm việc trong khoảng thời gian lâu dài dưới nước mà không phải thoát lên khỏi mặt
nước để nạp thêm năng lượng. Trên rô bốt loại này ngoài các cảm biến, camera để thu
thập dữ liệu còn được bố trí thêm các tay máy với các dụng cụ khác nhau tuỳ theo yêu cầu
của từng công việc cụ thể. Hệ thống vận động thường là các động cơ đẩy có gắn cánh
quạt để tạo lực đẩy theo các phương khác nhau giúp rô bốt thực hiện các chuyển động
tiến, lùi, lặn, nổi một cách dễ dàng.
Các nghiên cứu cơ bản về mô hình hoá và điều khiển rô bốt dưới nước được nhiều
tác giả quan tâm .Do khả năng làm việc và độ tin cậy vượt trội mà rô bốt dưới nước kiểu
ROV được quan tâm phát triển và ứng dụng phổ biến trên thế giới. Đã có nhiều kiểu loại
ROV được phát triển và thương mại hoá như dòng rô bốt SONIA của trường École de
Technologie Supérieure (Canada), rô bốt Micro REM của hãng REMTECHSTROY
Group (Bulgaria), rô bốt Nova Ray M3000 của hãng Nova+ (Đức), rô bốt dòng Seaeye
Falcon của Saab Seaeye Limited (Canada),...
Từ mục tiêu chế tạo rô bốt thám hiểm dưới nước phục vụ quốc phòng và nghiên cứu
biển, dạng rô bốt được chọn là loại điều khiển từ xa (ROV). Kết cấu được lựa chọn là
kiểu khung giàn, trên đó lắp khoang thiết bị, các động cơ đẩy và có thể lắp các cơ cấu
công tác khác khi cần. Rô bốt được kết nối với trung tâm điều khiển đặt trên mặt nước
(trên bờ, trên tàu mẹ) thống qua dây cáp. Dây cáp cung cấp điện năng, cho phép rô bốt có
thể làm việc lâu dài dưới nước mà không cần quan tâm đến nguồn năng lượng sử dụng.

59. -59-
Ngoài ra cáp nối còn truyền các lệnh điều khiển tới rô bốt, truyền dữ liệu thám hiểm về
trung tâm điều khiển và làm chức năng cứu hộ khi cần thiết.
Ngoài ra, Rô bốt còn có nhiều lĩnh vực được nghiên cứu như Rô bốt dịch vụ,
Rô bốt dùng trong lĩnh vực quân sự, Rô bốt di động đồng thời kết hợp với nhận dạng
và điều khiển trên cơ sở xử lý những thông tin hình ảnh, đặc biệt là kết hợp với xử lý
ngôn ngữ.
CÂU HỎI CHƯƠNG 1
Câu 1: Tìm hiểu các video, clip về rô bốt trong công nghiệp, liên hệ với thực
tiễn về các loại rô bốt hàn, rô bốt gắp vật.
Câu 2: Tìm hiểu các cuộc thi rô bốt trong nước và quốc tế.
Câu 3: Nêu khái niệm cơ bản về rô bốt công nghiệp
Câu 4: Trình bày cấu trúc cơ bản của rô bốt công nghiệp
Câu 5: Trình bày cấu trúc cơ bản của tay máy
Câu 6: Trình bày nội dung các kiểu tay máy điển hình
Câu 7: Phương pháp và nội dung phân loại rô bốt.
Câu 8: Trình bày ứng dụng của rô bốt công nghiệp
Câu 9: Vẽ kết cấu tay kẹp kiểu song song.
Câu 9: Nghiên cứu vẽ cấu trúc rô bốt gắp –vận chuyển.

60. -60-
CHƯƠNG 2
ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP
2.1. Khái quát về hệ thống điều khiển rô bốt.
2.1.1. Kiến trúc chức năng của bộ điều khiển
Bộ điều khiển rô bốt cần có các khả năng sau:
- Điều khiển chuyển động của các cơ cấu cơ khí (manipulation)
- Thu nhận thông tin về trạng thái của hệ thống và về môi trường công tác (sensory
ability)
- Phân tích thông tin và phản ứng trước điều kiện thực tế trong phạm vi xác định
(intelligent behavior ability)
- Lưu trữ, xử lý và cung cấp thông tin về hệ thống (data processing ability).
Muốn vậy, bộ điều khiển cần có các khối (modul) cơ bản:
- Modul cảm biến thu nhận biến đổi, hiệu chỉnh, tổng hợp thông tin về trạng thái của
hệ thống và về môi trường.
- Modul tổng hợp, thiết lập mô hình tổng hợp về hệ thống và môi trường trên cơ sở
thông tin do modul cảm biến cung cấp.
- Modul ra quyết định, đưa ra phương thức hành động. Từ chiến lược hành động, lập
kế hoạch. điều khiển hoạt động của cơ cấu để thực hiện nhiệm vụ theo tình huống cụ thể.
Các modul trên tự động liên kết với nhau theo nhiệm vụ, được quy định trong chương
trình có tính đến khả năng thích ứng của hệ thống trong tình huống cụ thể. Tuy vậy, vẫn
cần có giao diện với người vận hành để khi cần con người có thể kiểm tra, giám sát, can
thiệp vào hệ thống.
Tính đến cường độ trao đổi thông tin giữa các modul với nhau và giữa hệ thống với
người vận hành. cần có bộ nhớ chung để lưu trữ các thông tin ban đầu và thông tin cập
nhật của hệ thống và môi trường.
Cấu trúc chức năng trên được phân cấp theo thứ bậc. Cấu trúc bậc thấp liên quan đến
các dịch chuyển vật lý. Cấu trúc bậc cao gắn với chức năng phân tích logic. Các bậc liên
hệ với nhau thông qua dòng dữ liệu. Sơ đồ trên hình 2.1 cho phép nhìn nhận tổng quan về
cấu trúc chức năng cấu trúc thứ bậc của hệ điều khiển rô bốt.
Tuỳ theo yêu cầu đối với hoạt động của rô bốt, các chức năng được phân cấp với mức
độ khác nhau. Nói chung. có thể phân thành 4 cấp chính:

61. -61-
- Cấp nhiệm vụ (task level). giải quyết các vấn đề chung về nhiệm. So sánh yêu cầu đặt
ra với khả năng chấp nhận của hệ thống, tình trạng hiện tại của hệ thống và môi trường,...
- Cấp chiến lược (action level), giải quyết phương thức hành động chung, ví dụ hệ tọa
độ, vị trí của phần công tác, các điểm phải đi qua, hàm nội suy sẽ sử dụng,...
S
S
S
S
M
M
M
M
D
D
D
D
CẤP
NHIỆM VỤ
BỘ
NHỚ
TOÀN
CỤC
INTERFACE
Người
vận
hành
XỬ LÝ TÍN HIỆU
TỪ SENSOR
MÔ HÌNH
TRI THỨC
CHIẾN LƯỢC
RA QUYẾT ĐỊNH
SENSORS ACTUATORS
CẤP
TÁC ĐỘNG
CẤP
ĐỐI TƯỢNG
CẤP
SERVO
Hình 2.1: Cấu trúc chức năng và thứ bậc của hệ điều khiển rô bốt
- Cấp kế đối tượng (primitive level), thiết lập quỹ đạo. tính toán động học và động
học ngược, phân tích tình trạng hệ chấp hành.. ..
- Cấp thừa hành (servo level), liên quan đến các hoạt động cụ thể, như giải mã lệnh,
nội suy, xử lý lỗi. giao diện với cơ cấu chấp hành.

62. -62-
Hình 2.2. Phân cấp điều khiển rô bốt
Chi tiết về sự phân cấp điều khiển xem như trong sơ đồ trong hình 2.2. Trên thực tế,
không phải hệ điều khiển rô bốt nào cũng có đầy đủ các cấp điều khiển nói trên. Hầu hết
các RBCN không có cấp nhiệm vụ. Ngược lại, một số loại rô bốt như rô bốt dùng trong
vũ trụ, trong quân sự, trong y học.... có nhiều cấp điều khiển hơn nữa.
2.1.1. Cấu trúc phần cứng hệ điều khiển rô bốt
Nhiệm vụ quan trọng đầu tiên của việc điều khiển rô bốt là đảm bảo sao cho điểm tác
động cuối E (End - effector) của cơ cấu tay máy phải dịch chuyển bám theo quỹ đạo đặt
trước. Muốn điều khiển được rô bốt thì phải có 4 yếu tố:
- Hệ thống phát động (Actuators) và chấp hành (Drivers, Motors)

63. -63-
- Hệ thống cảm biến (Sensors)
- Bộ điều khiển (Controller) gồm phần cứng và phần mềm hệ thống
- Các chương trình điều khiển
Thống nhất với cấu trúc chung của hệ thống điều khiển, phần cứng cũng có cấu trúc
chức năng theo thứ bậc. Sơ đồ cấu trúc phần cứng như trong hình 2.3.
Trong hệ thống này, từng chức năng được hình thành nhờ bảng mạch riêng. Các bảng
mạch được liên kết với nhau qua đường truyền (BUS) dữ liệu. Độ rộng của BUS phải đủ
cho các phép xử lý thời gian thực.
Bảng mạch (Board) hệ thống thực chất là CPU, gồm:
- Một bộ vi xử lý với bộ đồng xử lý toán học.
- Một EPROM cho cấu hình hệ thống ,
- Một RAM riêng (local)
- Một RAM chia sẻ với các bảng mạch khác thông qua BUS,
- Một số cổng nối tiếp và song song để ghép với BUS hoặc các thiết bị bên ngoài
- Các bộ đếm. thanh ghi và đồng hồ.
- Hệ thống ngắt.

64. -64-
Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của hệ điều khiển RBCN
Board hệ thống thực hiện các chức năng sau :
- Giao diện với teach pendant, bàn phím. video, máy in.
- Giao diện với bộ nhớ ngoài (ổ cứng) để lưu dữ liệu và chương trình
- Giao diện với các trạm hoặc hệ điều khiển khác trong mạng cục bộ (LAN)
- Giao diện vào ra (I/O) với các thiết bị ngoại vi, như băng tải, nâng hạ, đo lường,
ON/OFF sensor.
- Bộ dịch chương trình .
- Bộ điều khiển BUS.
Board động học thực hiện các chức năng:
- Tính toán động học của cấu trúc.
- Giải các bài toán thuận. nghịch, Jacobian của động học tay máy.
- Test quỹ đạo.
- Giải quyết vấn đề liên kết động học thừa.
Board động lực học giải bài toán ngược của động lực học tay máy.

65. -65-
Servo boad có các chức năng:
- Nội suy quỹ đạo.
- Thực hiện các thuật toán điều khiển.
- Chuyển đổi số - tương tự và giao diện với các bộ khuyếch đại công suất.
- Xử lý các thông tin về vị trí và vận tốc.
- Ngắt chuyển động khi có sự cố.
Các board khác có các chức năng xử lý thông tin từ các sensor tương ứng. Mặc dù các
board đều truyền dữ liệu qua BUS. tốc độ trao đổi dữ liệu của chúng không cần giống
nhau. Các thông tin hệ thống cung cấp cho servo board cần cập nhật nhanh nhất có thể
được, nên tốc độ trao đổi của chúng rất cao (100 1000) Hz. Board động học và động lực
học chỉ thực hiện các phép tính, không trực tiếp tham gia điều khiển hệ thống nên trao đổi
thông tin ở tần số thấp hơn (10 100)Hz. Vision board còn trao đổi dữ liệu với tần số thấp
hơn nữa (1-10)Hz. Việc các board trao đổi dữ liệu với tốc độ khác nhau giúp phòng ngừa
tình trạng nghẽn kênh dữ liệu.
Ví dụ sơ đồ cấu trúc của rô bốt misubishi mô tả như hình 2.4. cho phép thấy rõ hơn về
cấu trúc cũng như các thành phần của bộ điều khiển rô bốt. Trong đó CR1 là bộ điều
khiển trung tâm, nó được kết nối với các thiết bị khác hay kết nối mạng thông qua các thẻ
giao diện ( expansion cards). Bộ điều khiển được kết nối trực tiếp với máy tính, thiết bị
huấn luyện và kết nối sang điều khiển tay máy. Tay máy được gắn bộ tay kẹp gripper...

66. -66-
Hình 2.4: Cấu trúc phần cứng rô bốt Misubishi

67. -67-
Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển rô bốt không thể tách rời sự phát triển của công nghệ
thông tin. Bản thân bộ điều khiển rô bốt là một máy tính chuyên dùng (hình 2.5).
Hình 2.5: Bộ điều khiển rô bốt có cấu trúc như một máy tính
1) Bộ xử lý trung tâm
Trung tâm của bộ điều khiển là CPU chịu trách nhiệm quản lý thông tin về bộ nhớ,
quản lý xuất nhập, xử lý thông tin, tính toán và điều khiển và đưa ra các tín hiệu điều
khiển cho bộ phận chuyển đổi tín hiệu. Ứng dụng CPU vào trong bộ điều khiển rất khác
nhau đối với từng nhà sản xuất. Cụ thể như một số trường hợp sau đây:
(1)Dùng nguyên một máy tính nhỏ (minicomputer) làm công việc của CPU. Nhà
sản xuất Cincinnati Miclaron sử dụng loại máy tính phổ biến thay cho bộ điều khiển các
loại rô bốt thuỷ lực T3.
(2)Dùng các mô-đun mạch máy tính đã có sẵn như Digital Equipment
Corporation LSI-11 để thiết kế một máy tính sử dụng cho từng mục đích riêng, hay làm
công việc của một CPU cho bộ điều khiển rô bốt. Các rô bốt PUMA của nhà sản xuất
Wesstinghouse/Unimation dùng kỹ thuật này để cấu tạo nên bộ điều khiển.
(3)Sử dụng một bộ vi xử lý 8 hoặc 16 bit làm nền tảng cho một CPU. Nhiều nhà
sản xuất Nhật Bản đã làm theo kỹ thuật này và nhiều nhà sản xuất các bộ điều khiển lập
trình (PLC) cũng dùng những bộ vi xử lý này.
(4)Sử dụng một máy tính riêng giao tiếp với bộ điều khiển của rô bốt để cung cấp
các hệ thống lệnh phục vụ cho công việc lập trình, thực hiện các tính toán, xử
lý để điều khiển tay máy. Hãng phim IBM dùng máy tính của họ để điều khiển kiểu rô bốt
7537 & 7545. Máy tính Rhino RX-1- của các loại rô bốt Rhino sẽ giao tiếp với mọi máy
vi tính qua các cổng RS 232 của bộ điều khiển.
(5) Dùng hệ thống mạng của các bộ xử lý 8 hay 16 bit liên kết lại với nhau bằng
phần cứng và phần mềm để thực hiện công việc của CPU. Bộ điều khiển của rô bốt

68. -68-
Acramatic Version 4.0 của nhà sản xuất Cincinnati Miclaron cho các mô-đunrô bốt truyền
động điện sử dụng kiểu này.
Rô bốt trở nên phổ biến từ khi các máy tính 8-bít như loại APPLE 2E trở nên thông
dụng. Cho đến hiện nay người ta vẫn còn sử dụng các rô bốt với bộ vi xử lý 8 bit như
6800 của MOTOROLA hay Z80 của ZILOG. Nhược điểm cơ bản của những bộ điều
khiển đầu tiên này là bên cạnh vấn đề tốc độ xử lý chậm hơn những bộ vi xử lý hiện nay,
chúng còn bị giới hạn ở dung lượng bộ nhơ mà chúng có thể gửi thông tin đến. Điều này
làm giới hạn khả năng lập trình cũng như hạn chế một số vị trí trong vùng không gian làm
việc mà rô bốt phải nhớ trong chế độ huấn luyện.
Nhiều rô bốt hiện nay được trang bị bộ xử lý 16-bit có kèm theo bộ đồng xử lý để
phục vụ cho việc tính toán. Được sử dụng nhiều nhất là các bộ vi xử lý họ INTEL 8086
và 8088 (phổ biến trong họ các máy vi tính IBM), tốc độ xử lý gia tăng và việc gia tăng số
bộ nhớ địa chỉ cho phép điều khiển tốt hơn các yếu tố vận tốc và gia tốc của tay máy và
cho phép khai thác hết các công năng của ngôn ngữ lập trình cho rô bốt. Nhờ những ưu
điểm nói trên, các máy vi tính IBM đã tạo ra một tiêu chuẩn công nghiệp, trong đó đáng
kể nhất là cho phép các máy tính có khả năng trao đổi thông tin với nhau. Trong giai đoạn
này, lập trình không-trực-tuyến(offline) với chương trình được viết trên máy tính sau đó
truyền cho bộ điều khiển rô bốt trở thành một đặc điểm chung.
Các bộ vi xử lý 42-bít là bộ não cho các bộ điều khiển của thế hệ rô bốt hiện đại
nhờ ở khả năng tăng tốc độ xử lý và dung lượng của bộ nhớ. Máy tính 42-bitcho phép ghi
nhớ được một số lượng lớn các vị trí, điều này cần thiết cho các rô bốt điều khiển theo
đường dẫn liên tục (continnuos path) như rô bốt hàn và rô bốt sơn. Có nhiều bộ xi xử
lý 42-bit được ưa chuộng như họ MOTOROLA 680x 0m, như 68030, 68040..., được dùng
trong các mạng máy tính APPLE và MACINTOSH; hay họ Intel 80x86, như 80386,
80486, ... được dùng trong các máy tính IBM.
2) Bộ nhớ
Bộ nhớ dùng để lưu giữ chương trình và những thông tin phản hồi từ môi trường
thao tác. Các máy tính 8-bit có thể gửi thông tin đến 64 KB bộ nhớ. Các máy tính 16- bit
thường bị giới hạn ở 1 MB, trong khi đó các máy tính 42-bit có thể thực hiện việc gửi
thông tin đến bộ nhớ 4 GB. Bộ nhớ này không chỉ dành cho người lập trình để lưu giữ
chương trình. Trong phần này chúng ta sẽ thảo luận vài thông tin khác được lưu trong bộ
nhớ ROM và RAM của rô bốt. Các bộ nhớ ROM được cung cấp cho các rô bốt chiếm giữ

69. -69-
một phần bộ nhớ. Các chương trình xuất/nhập cơ bản nằm trong bộ nhớ ROM. Các
chương trình này cho phép máy tính nhận và chuyển thông tin với các mạch giao tiếp của
cảm biến, mạch giao tiếp của các cơ cấu tác động, mạch truyền thông nối tiếp, bàn phím,
màn hình và các bộ điều khiển lập trình trong chế độ huấn luyện (teach pendants).
ROM cũng chứa các chương trình điều khiển servo cho phép tính toán tín hiệu ra
để dịch chuyển từng trục đến vị trí yêu cầu hoặc điều khiển vận tốc, gia tốc và mônen cần
thiết.
Chương trình điều khiển servo sử dụng tín hiệu phản hồi từ các cảm biến để tính
toán và xác định sai lệch giữa vị trí (vận tốc, gia tốc, mômen) hiện tại với vị trí yêu cầu.
Một số hãng sản xuất rô bốt gia tăng tốc độ cho rô bốt bằng cách trang bị thêm card xử lý
như là một máy tính riêng cho từng trục để điều khiển theo cơ chế servo. Các máy tính
con này chấp hành các lệnh điều khiển nội suy từ bộ vi xử lý của máy tính chủ (bộ điều
khiển chủ).
Hầu hết các bộ điều khiển rô bốt có kèm theo các chương trình trong bộ nhớ ROM
cho phép quản lý được toàn bộ chuyển động của rô bốt. Các đặc điểm điều khiển chuyển
động này cho phép liên kết chuyển động giữa các trục, chẳng hạn như các trục sẽ cũng
khởi động hoặc cũng dừng hoặc duy trì giá trị tốc độ của các trục.
ROM phải chứa các chương trình khởi động hệ thống. Hệ thống khởi động cho
phép người sử dụng đưa ra các lệnh như “run”, “learn”, “edit”, v.v...
Bảng 2.1: Nội dung ô nhớ và kiểu bộ nhớ sử dụng trong rô bốt.
Nội dung ô nhớ Kiểu bộ nhớ
Các chương trình xuất/nhập cơ bản (gởi và nhận dữ liệu đến các thiết
bị xuất/nhập)
ROM
Các chương trình điều khiển servo (về vị trí, tốc độ và mômen của các
cơ cấu tác động)
Các chương trình điều khiển chuyển động (cung cấp các dữ liệu điểm
điều khiển và toạ độ của các trục cho các chương trình điều khiển
vervo)
Các chương trình vận hành hệ thống (biên dịch và thực hiện các lệnh
từ người sử dụng)
Các chương trình ứng dụng (biên dịch và thực hiện các lệnh trong

70. -70-
chương trình của người sử dụng)
RAM
Các chương trình do người sử dụng soạn thảo
Các vị trí đã được lập trình trong chế độ huấn luyện
Giá trị của các biến điều khiển
Các thông số điều khiển rô bốt
Vùng nhớ dự trữ
Vùng hoạt động tính toán của RAM
Các thiết bị xuất/nhập (được xử lý và sử dụng như là bộ nhớ ở một số
máy tính.
Phần cứng
Cuối cùng ROM còn kèm theo chương trình ứng dụng để đáp ứng việc hướng dẫn
cho người viết chương trình. Các mức độ khác nhau của chương trình ứng dụng cùng cho
phép người sử dụng viết, soạn thảo và kiểm tra chương trình trước khi cho chạy hoặc biên
dịch các lệnh của chương trình sang dạng ngôn ngữ máy mà máy tính có thể hiểu được.
Các chương trình ứng dụng cũng cho phép người sử dụng dạy (lập trình cho rô bốt trong
chế độ huấn luyện và điều chỉnh lại các vị trí, các đường dịch chuyển và giá trị của biến
số.
Không phải tất cả các chương trình ứng dụng đặc biệt được bố trí ROM. Một số
chương trình có thể nạp vào bộ nhớ RAM khi cần thiết, từ bộ chứa chương trình bên
ngoài, đĩa mềm chẳng hạn. Bằng cách đó bộ nhớ ít bị chiếm chỗ.
Phần còn lại của bộ nhớ địa chỉ có thể được dành toàn bộ hoặc một phần cho bộ
nhớ RAM. Một số nhà sản xuất chỉ kèm theo một số lượng tối thiểu cho RAM và chỉ bán
kèm thêm theo khi khách hàng yêu cầu.
Bộ nhớ RAM có công dụng lưu chương trình của người sử dụng, sử dụng trong chế
độ huấn luyện, lưu giữ giá trị các biến hiện hành, các thông số cài đặt và các dữ liệu làm
việc được yêu cầu bởi chương trình từ bộ nhớ ROM.
Các thông số cài đặt được sử dụng bởi các chương trình điều khiển chuyển động.
Chúng có thể kèm theo các giá trị được đặt bởi người sử dụng hoặc chương trình của
người sử dụng như tốc độ, khoảng cách giữa các hàm kẹp của tay gắp hoặc các thông số
điều chỉnh đặc điểm vận hành khác của người sử dụng.

71. -71-
3) Bộ xuất/nhập
Bộ xuất nhập dùng để đưa chương trình vào bộ xử lý và kiểm tra, theo dõi hoạt
động trong quá trình thao tác. Cấu hình của bộ xuất/nhập thường bao gồm bàn phím, màn
hình, các bo mạch được bố trí các cổng giao tiếp xuất/nhập dạng nối tiếp và song song
và pa-nen điều hiển cũng được xem là một bộ phận xuất/nhập.
Bộ điều khiển phải xuất tín hiệu ra đề điều khiển việc cung cấp năng lượng cho các
cơ cấu tác động của từng trục. Thông thường tín hiệu xuất từ bộ điều khiển ở dạng dữ liệu
nhị phân được dạng cơ DC hoặc các van servo.
Tương tự như vậy, cơ chế điều khiển vervo cho từng trục yêu cầu bộ điều khiển
(máy tính) nhập vào các thông tin phản hồi từ các cảm biến có thể là
Teach pendants là các pa-nen điều khiển cho phép người sử dụng điều khiển trực
tiếp các chuyển động của rô bốt bằng tay và giúp cho bộ điều khiển nhờ những vị trí cần
thiết mà rô bốt phải thực hiện. Nó được sử dụng trong chế độ huấn luyện và được trang bị
cho hầu hết các rô bốt. Các rô bốt đơn giản có thể được lập trình hoàn toàn từ panen điều
khiển với các nút bấm cho phép thực hiện các chức năng như SAVE, EDIT, INSERT,
RUN, v.v... và một số lệnh ứng dụng như MOVE, READ INPUT, CLOSE GRIPPER,
v.v...
Nhiều rô bốt được trang bị bộ nhớ dùng pin để lưu giữ chương trình khi mất điện.
Nhưng ngay cả như vậy chương trình đã được soạn thảo nên được cất giữ bằng đĩa mềm
hoặc EEPROMs trong trường hợp RAM bị xoá. Do vậy, nhiều bộ điều khiển được trang
bị ổ đĩa mềm, ổ đĩa đọc bằng từ hoặc ổ cắm cho EEPROM.
Hầu hết các rô bốt cho phép các cảm biến được nối trực tiếp với bộ điều khiển
hoặc thông qua mạch giao tiếp. Nếu rô bốt có các cổng nối tiếp, nhiều đặc điểm kỹ thuật
giao tiếp tín hiệu sẽ có thể thực hiện được. Các chương trình ứng dụng của rô bốt có thể
chứa các lệnh cho phép rô bốt nhận dữ liệu từ một bộ điều khiển khác (hoặc từ các thiết bị
ngoại vi thông minh như các bộ đọc mã vạch - barcode reader) và đáp ứng tương hỗ đối
với những thông tin nhận được. Rô bốt cũng có thể gửi đi các thông tin quan trọng (như
kết quả việc thực hiện thao tác thử nghiệm trên sản phẩm) cho các bộ điều khiển khác nhờ
các cổng nối tiếp.
Cổng nối tiếp cũng cho phép nối kết rô bốt với mạng máy tính. Điều này cho phép
các máy tính trong mạng lập trình trong chế độ off-line để gửi cho rô bốt. Đồng thời còn
cho phép người lập trình kiểm tra lỗi hoặc mô phỏng hoạt động của rô bốt và hiệu chỉnh
trước khi cho rô bốt chạy trong chế độ tự động.

72. -72-
Các chương trình có thể nạp từ máy tính PC sang bộ điều khiển của rô bốt thông
qua truyền thông nối tiếp nhờ phần mềm. Đồng thời các chương trình, vị trí hiện hữu của
rô bốt, giá trị của các biến điều khiển và thông tin cài đặt từ bộ điều khiển rô bốt có thể
chuyển ngược về máy tính PC.
Phần mềm lập trình off-line thường bao gồm phần mềm “mô phỏng thiết bị đầu
cuối” cho phép người sử dụng dùng máy tính PC như là một thiết bị ra lệnh điều khiển
cho bộ điều khiển của rô bốt. Bằng cách đó, phần mềm lập trình off-linecho phép các nhà
cung cấp rô bốt không phải cung cấp các phần tử tốn kém như thiết bị đầu cuối, ổ đĩa
hoặc mạch giao tiếp EEPROM.
Từ đó hoạt động của bộ điều khiển rô bốt trong hệ thống điều khiển phân tán (các hệ
thống DCS - Distributed Control Systems) hoặc trong một mạng cục bộ LAN thực hiện
truyền thông nối tiếp. Điều này bao hàm ý nghĩa là rô bốt có thể được đặt dưới sự điều
khiển của một máy tính chủ có thể ra lệnh cho hệ thống vận hành rô bốt bao gồm công
việc truyền chương trình đến rô bốt, nhận các biến, ra lệnh hoặc đáp ứng các thông báo từ
rô bốt. Cổng nối tiếp với các công năng như vậy sẽ là công cụ cho phép các rô bốt được
tích hợp rộng rãi, nhất là trong các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS - Flexible
Manufacturing System).
Thiết bị vào/ra của rô bốt (xem hình 2.6) phục vụ cho nhiệm vụ điều khiển, nghĩa là
giao diện giữa máy tính với các hệ thống thiết bị trong rô bốt và các thiết bị bên ngoài.
Thiết bi điều khiển các trục điều khiển nguồn động lực cung cấp cho các trục để thi hành
các nhiệm vụ của rô bốt. Máy tính điều khiển hệ thống chấp hành thông qua các thiết bị
này. Chúng có thể là các servo duyệt, inverter.... Chúng có thể bao gồm cả bộ chuyển đổi
số - tương tự, cho phép máy tính điều khiển động cơ một chiều. Nếu dùng hệ điều khiển
servo thì cần thu nhận tín hiệu từ các sensor.

73. -73-
Hình 2.6: Sơ đồ thiết bị vào/ra của rô bốt
- Thiết bị dạy (Teach Pendants)
Hầu hết các rô bốt công nghiệp đều có thiết bị dạy học. Loại đơn giản chỉ cho phép
nhớ các toạ độ mà rô bốt được dẫn qua để sau đó lặp lại. Loại phức tạp hơn có thể có các
phận điều khiển chức năng. như chuyển động các trục. mở và đóng kẹp,... và các lệnh xử
lý chương trình, như giữ, đọc chạy chương trình....
- Các thiết bị ngoại vi: như máy in, thiết bị lưu trữ ngoài, màn hình,...các thiết bị
này có thể trang bị riêng hay dùng chung cho các loại rô bốt.
- Giao diện với hệ thống sensor: Tùy từng loại rô bốt và nhiệm vụ cụ thể, giao diện
với hệ thống cảm biến có thể là số hay tương tự . Nó cũng phụ thuộc vào loại sensor và
thiết bị xử lý.
- Giao diện với có hệ điều khiển khác: Rô bốt thường vẫn kết nối với các phần tử
khác trong hệ thống sản xuất tự động nhằm đảm bảo vai trò của nó trong hệ thống. Các
giao diện có thể kết nối tới như PLC, máy CNC, rô bốt và các thiết bị sản xuất khác....
- Mạng truyền thông: Rô bốt có trong hệ thống sản cuất có thể liên kết với các bộ
phận hay các trạm khác thông qua mạng cục bộ hay diện rộng. ..

74. -74-
Ví dụ: Sơ đồ ghép nối bộ điều khiển rô bốt RV-3SD
Bộ điều khiển được ghép nối tới tất cả các ngoại vi liên quan nhằm giải quyết
nhiệm vụ của rô bốt.
Bộ điều khiển sử dụng là loại CR1D-721 hoặc CR2D-721. Nó được kết nối với các thiết
bị bên ngoài bao gồm:
- Nối khối đấu dây I/O- XMA1 của trạm ROB bằng cáp Syslink đến giao tiếp X1
của RIA-Box.
- Nối RIA- Box với bộ điều khiển CR2D-271 và giao tiếp CN1 của rô bốt RV-3SD.
- Nối cáp công suất động cơ đến bộ điều khiển CR2D-271 và giao tiếp CN2 của rô
bốt RV-3SD.
- Thiết bị dạy học R32TB thông qua đầu nối dành riêng T/B của bộ điều khiển
- Máy tính qua cáp Ethernet 2D-232CBL03M
- Mạng Ethernet và các camera..
- Cảm biến vị trí
- Các bộ điều khiển lập trình PLC, động cơ servo, bộ điều khiển CNC... qua các card
giao tiếp.
Hình 2.7: Sơ đồ kết nối bộ điều khiển rô bốt

75. -75-
2.2. Nguyên lý điều khiển rô bốt
2.2.1. Nguyên lý chung của hệ thống điều khiển
Trong kỹ thuật điều khiển nói chung và điều khiển rô bốt nói riêng đều gồm có 2
kiểu điều khiển cơ bản điều khiển vòng hở (open - loop) hay còn gọi là hệ thống điều
khiển không có phản hồi (non- servo system) và điều khiển vòng kín (closed-loop) hay
còn gọi là điều khiển có phản hồi theo cơ chế servo (servo system).
1) Điều khiển rô bốt trong hệ thống hở
Rô bốt hoạt động theo hệ thống hở không nhận biết được vị trí khi nó dịch chuyển
từ điểm này sang điểm khác.Trên mỗi trục chuyển động thường có điểm dừng ở một vài
vị trí xác định để kiểm tra độ chính xác dịch chuyển.
Bộ điều khiển của hệ thống hở thường gồm các cơ cấu cơ khí bên trong rô bốt,
dùng thiết lập vị trí chính xác và các thiết bị bên ngoài xử lý và truyền dẫn tín hiệu tác
động cho các cơ cấu tác động bảo đảm cho việc tuần tự các dịch chuyển.
Các cơ cấu định vị bên trong gồm:
(1)Các cữ chặn hạn chế hành trình cố định giới hạn sự dịch chuyển của cơ cấu tác
động thuỷ lực hay khí nén ở cuối hành trình hay ở một khoảng cách xác định nào đó.
(2)Các cữ chặn hạn chế hành trình có thể điều chỉnh vị trí.
(3)Các công tắc hạn chế hành trình.
(4)Động cơ bước có góc quay tuỳ vào số xung cung cấp. Động cơ bước ít dùng
trong công nghiệp nhưng thường dùng trong phần cứng phụ như bàn định vị, để xoay cho
rô bốt, v.v...
(5)Thiết bị bảo đảm sự tuần tự của rô bốt.
(6)Bộ lập trình trống (drum-programmer): người ta điều khiển tuần tự bằng cách
xếp đặt các cam lên bề mặt trang trống. Các cam này tác động lên công tắc điện hay các
van thuỷ lực/khí nén. Chính các van này kiểm soát sự dịch chuyển của mỗi trục của rô
bốt. Kiểm soát thời gian bằng số lượng cam sử dụng và tốc độ quay của tang trống.
(7) Logic khi nén và các phần tử logic khi nén; thời gian tuần tự dịch chuyển của rô
bốt được xác định bằng cách liên kết hợp lý các phần tửkhi nén.
(8) Các bộ điều khiển lập trình (PLC- Programmable Logic Controller) là loại
thường dùng nhất để điều khiển rô bốt gắpvà đặt. Sơ đồ hình 2.8 minh hoạ cách sử dụng
PLC trong một rô bốt có tính công nghệ thấp điển hình. Ở đây PLC không chỉ làm nhiệm

76. -76-
vụ điều khiển chuyển động rô bốt mà còn có khả năng giám sát các cảm biến và hiển thị
các đèn chỉ thị.
Hình 2.8: Mô hình PLC hoạt động trong hệ thống rô bốt
Bộ điều khiển trong hệ thống hở này thường không nhận biết được sự dịch chuyển
đã đạt được vị trí mới hay chưa; Tuy nhiên, nhờ kết cấu của hệ cơ và sự dịch chuyển xác
định trước thời gian thực hiện các thao tác đảm bảo sự phối hợp tương đối chính xác khi
hoạt động. Hơn nữa, người ta cũng đã lường trước để rất ít khả năng có trở ngại xẩy ra khi
sử dụng kiểu điều khiển vòng hở trong các ứng dụng mang tính chuẩn mực, phổ biến. Tuy
nhiên, khi cần xác nhận vị trí giới hạn đã đạt được hay chưa người ta dùng bổ sung các
cảm biến hay công tắc cuối hành trình, và theo đó phát triển lên thành hệ thống điều khiển
vòng hở có nhiều điểm dừng. Hoặc một số trường hợp có thể dùng rơ le thời gian thay
cho công tắc hành trình.để khống chế chuyển động.
Điều khiển
Khởi tạo chu trình
Kiểm tra thiết bị ngoại
vi
Rô bốt khí nén:
- Cơ cấu tác động
- Hàm kẹp
Hiển thị tình trạng của
hệ thống ( đầu ra)
-Cơ cấu tác động
-Đèn báo
-Màn hình
-Tín hiệu cảnh báo
(chuông, còi, đèn)
Hệ thống đầu vào:
- Công tắc, nút bấm
- Cảm biến đầu vào
các loại tùy thuộc vào
bài toán điều khiển
Van
khí
Mô
đun
I/O
Mô
đun
I/O
Bộ
điều
khiển
lập
trình
Giao
diện
Thiết bị lập trình

77. -77-
Rô bốt sử dụng hệ thống điều khiển hở thường gặp nhất là loại gắp-vá-đặt hay còn
gọi là rô bốt hoạt động từng đoạn. Mặc dù tính thích nghi giảm, song trong công nghiệp
rô bốt loại này vẫn được sử dụng nhiều do hiệu quả sử dụng chấp nhận được và chi phí
thực hiện thấp, do đó nó phù hợp cho các hệ thống sản xuất cần công việc xếp dỡ vật liệu.
2) Điều khiển rô bốt trong hệ thống điều khiển kín
Hệ thống điều khiển kín là hệ thống điều khiển có phản hồi (Feed back) có nghĩa là
tín hiệu ra được đo lường và đưa về thiết bị điều khiển. Tín hiệu hồi tiếp kết hợp với tín
hiệu vào để tạo ra tín hiệu điều khiển ( hình 2.9). Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu hệ thống
kín chính là lý thuyết điều
khiển tự động.
Hệ thống ĐKTĐ là hệ thống được xây dựng từ ba bộ phận chủ yếu:
- Thiết bị điều khiển C (Controller)
- Đối tượng điều khiển O (Object)
- Thiết bị đo lường M (Measuring device)
Các tín hiệu tác động trong hệ thống:
R - tín hiệu chủ đạo, chuẩn, tham chiếu (Refrence) thường gọi tín hiệu vào INPUT
Y - tín hiệu ra OUTPUT
X - Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng
e - Sai lệch điều khiển (error)
Z- Tín hiệu phản hồi. Đôi khi kí hiệu là F ( Feed back).( Phản hồi âm kí hiệu bằng
dấu ( -) khi Z ngược dấu với tín hiệu vào R. Phản hồi dương ghi dấu (+) hoặc không ghi)
N- Tín hiệu nhiễu ( Noise) tác động từ ngoài vào hệ thống. Nhiễu có nhiều loại
như nhiễu đầu vào , nhiễu phụ tải.
Controller Object
Measuring device
Y
X
e
Z
R
Noise
H×nh 2.9: HÖ ®iÒu khiÓn vßng kÝn

78. -78-
Trong rô bốt điều khiển vòng kín thường là một hệ thống điều khiển servo sử dụng
trong điều khiển vị trí. Ở đây, mạch điều khiển được trang bị hai loại cảm biến là cảm
biến vị trí và cảm biến vận tốc để kiểm soát liên tục sự thay đổi về vị trí và vận tốc trên
một trong sáu trục của rô bốt.
Hình 2.10: Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển vòng kín
Trong sơ đồ, ban đầu người ta đặt các vị trí yêu cầu thông qua việc xác định một
tọa độ điểm nào đó. Tốc độ động cơ được phản hồi thông qua máy phát tốc độ đưa về bộ
so sánh tốc độ. Vị trí được xác định trên hệ trục chuyển động thông qua bộ mã hóa vị trí (
có thể dựa vào vòng quay) để đưa về so sánh với giá trị của vị trí đặt ban đầu. Hệ thống
servo có nhiều ưu điểm mà các hệ khác không có được như:
- Khả năng định vị tốt của rô bốt nhờ hệ thống điều khiển servo sẽ giảm đi độ phức
tạp của tay gắp.
- Rô bốt có khả năng thực hiện nhiều chuyển động có yêu cầu phức tạp, đồng thời
có khả năng thực thi nhiều chương trình để đáp ứng theo các yêu cầu sản xuất có trình tự
thay đổi khác nhau, giúp cho hệ thống sản xuất có tính linh hoạt cao.
2.2.2 Chương trình hoá hoạt động của rô bốt
Đặc điểm quan trọng của rô bốt là làm việc theo chương trình và tái lập trình được.
Chương trình là phương tiện để người sử dụng truyền đạt cho rô bốt các nhiệm vụ mà nó
phải thực hiện và hướng dẫn cho rô bốt làm việc đó thế nào. Vì vậy rô bốt cần có một môi
trường lập trình với ngôn ngữ lập trình nhất định. Môi trường lập trình.ngoài hệ thống
Bộ so sánh
vị trí
Bộ so sánh
tốc độ
Van servo
hay SCR
Bộ khuếch đại Bộ khuếch đại
Trục
Động cơ
Máy phát tốc
Phản hồi tốc độ
Phản hồi vị trí Mã hóa vị trí
vị trí yêu cầu

79. -79-
lệnh và hàm như các ngôn ngữ lập trình khác. còn phải có khả năng giám sát quá trình
làm việc của rô bốt và có phản ứng thích hợp. Nói cách khác, dù hệ thống được thiết kế
chính xác và tỷ mỹ đến đâu thì cũng không lường hết được mọi yếu tố bất trắc. Chương
trình phải cho phép rô bốt phản ứng hợp lý trong mỗi tình huống. Nói tóm lại, môi trường
lập trình rô bốt cần có các yếu tố sau:
- Hệ thống điều hành trong thời gian thực.
- Mô hình hoá không gian công tác.
- Điều khiển chuyển động.
- Đọc và xử lý thông tin từ hệ thống sensor
- Giao diện với hệ thống vật lý.
- Phát hiện và xử lý lỗi.
- Phục hồi các chức năng làm việc đúng
- Cấu trúc ngôn ngữ xác định.
Như vậy, môi trường lập trình bắt nguồn từ cấu trúc hệ điều khiển, nghĩa là có kết cấu
chức năng và thứ bậc. Sự phát triển của môi trường lập trình phụ thuộc vào khoa học máy
tính. Theo định hướng chức năng có thể nhận thấy 3 thế hệ của môi trường lập trình: lập
trình kiểu làm mẫu (teach-in programming). lập trình định hướng rô bốt (rô bốt orienled
programming), lập trình định hướng đối tượng (object oriented programming). Thế hệ
sau thường bao cả chức năng của các thế hệ trước.
2.2.3. Chế độ hoạt động của rô bốt
Rô bốt công nghiệp thường có hai chế độ hoạt động cơ bản nó gắn với quá trình
huấn luyện (học tập) và làm việc sau huấn luyện. Một rô bốt sau sản xuất thông thường
có nhiệm vụ nhất định tuy nhiên để nó làm việc như thế nào cần phải cho nó một môi
trường làm việc và phải giao nhiệm vụ cho nó. Ví dụ như rô bốt hàn nó không thể biết
được cần hàn chỗ nào và hàn theo thông số cụ thể nào, chính vì điều đó mà người lập
trình cần phải huấn luyện cài đặt các thông số cho nó, hướng dẫn nó di chuyển thế nào để
hàn đúng nơi cần hàn. Sau quá trình huấn luyện rô bốt có thể tự nó làm việc và đó là quá
trình rô bốt hàn làm việc.

80. -80-
1) Chế độ huấn luyện (teaching mode) Chế độ huấn luyện còn gọi là chế độ lập trình.
Ở chế độ hoạt động này chương trình thao tác của Rô bốt sẽ được người sử dụng
“ước định” bằng những bước chương trình; có nghĩa là, mỗi bước chương trình sẽ
được nhập vào bộ điều khiển Rô bốt bằng những công cụ khác nhau được trang bị
kèm theo như pa-nen lập trình và điều khiển (teach pendant), bộ mô phỏng
(simulator hoặc makette) hoặc bàn phím trong trường hợp điều khiển trực tiếp
bằng máy tính.
Hình 2.11: Hình ảnh bộ lập trình điều khiển bằng tay (teach pendant)
Trong một số trường hợp khi kích thước và trọng lượng các khâu của tay máy khá
bé, có thể sử dụng ngay cả cách thức dùng tay dắt trực tiếp các khâu của tay máy để đưa
khâu tác động cuối dịch chuyển tuần tự qua các điểm trên quỹ đạo dự kiến (kiểu lập trình
‘dắt mũi’ - lead-by-nose). Ở mỗi bước chương trình, toạ độ của các khâu sẽ được lưu lại
(insert) nhằm cho phép lập thành một tập hợp các bước tuần tự (gọi là chương trình) để
đưa tay gắp hay dụng cụ công nghệ gắn trên khâu tác động cuối của tay máy di chuyển
trên quỹ đạo dự kiến. Toàn bộ trình tự các bước thao tác đó được lưu lại trong bộ nhớ, sau
đó cho tay máy hoạt động lại toàn bộ chu trình thao tác để kiểm tra. Trường hợp cần
điều chỉnh chương trình hoạt động có thể thay đổi dữ liệu của các bước chương trình,
chèn thêm hoặc bớt đi các bước chương trình cho đến khi đạt được yêu cầu về quỹ đạo và
tốc độ dịch chuyển đặt ra.

81. -81-
2) Chế độ tự động (auto mode)
Chế độ này còn gọi là chế độ tự động thực hiện thao tác công nghệ. Ở chế độ này,
khi có tín hiệu khởi động, dựa theo dữ liệu của chương trình gồm các bước tuần tự lưu
trong bộ nhớ đã được thiết lập trong chế độ huấn luyện, tay máy sẽ ‘tự động’ thực hiện
chương trình quỹ đạo.
3) Ví dụ về chế độ hoạt động của rô bốt hàn Almega
CHUẨN BỊ
GHI NHỚ
KIỂM TRA
OK?
TẠO MỘT CHƯƠNG TRÌNH
CHẠY TỰ ĐỘNG
END
- Bật nguồn
- Chọn phương thức dạy (Teach mode)
- Chọn chương trình (dạy họăc chạy CT)
- Nhập số của chương trình vào, có thể nhập bất
kì số nào từ 0 đến 9999
Ghi nhớ các lệnh chuyển động (vị trí mà Robot
sẽ di chuyển tới và tư thế của nó)
- Di chuyển Robot bằng tay tới vị trí mong muốn
- Ấn O.WRITE/REC để ghi nhớ bước (lệnh
chuyển động)
- Ghi lại các bước theo trình tự được thực hiện
- Ghi lệnh END (lệnh chức năng END <FN
92>) ở bước kết thúc thao tác để chỉ thị sự kết
thúc của chương trình
Di chuyển Robot qua các bước được ghi và kiểm
tra lại vị trí được ghi nhớ và các tư thế
YES
NO
CHỈNH SỬA
- Thay đổi các điểm được ghi nhớ, thêm hoặc xoá
các bước....
- Ghi nhớ?

82. -82-
2.2.4. Hoạch định quỹ đạo rô bốt.
Hoạch định quỹ đạo là xác định qui luật chuyển động của các biến khớp để từ đó điều
khiển chuyển động của từng khớp và tổng hợp thành chuyển động chung của rô bốt theo một quỹ
đạo đã được xác định.
Quĩ đạo cần thiết kế đảm bảo phải đi qua những điểm nút chính (đơn giản nhất là điểm
đầu và điểm cuối). Ngoài các điểm nút chính, thông thường còn có thêm những điểm nút
trung gian (khi liên quan đến việc tránh vật cản, hoặc tránh xa những vùng kỳ dị )
Quĩ đạo cần thiết kế phải phải tạo nên nên những chuyển động êm, nhẹ nhàng để tránh
tạo nên những rung động, va đập. Do đó, thông thường quỹ đạo cần phải đảm bảo tính liên
tục về vị trí, vận tốc, và đôi khi cả về gia tốc.
Thông thường, các đa thức thường dùng để hoạch định quỹ đạo:
- Quỹ đạo CS (cubic segment)
- Quỹ đạo QS (quintic segment)
- Quỹ đạo LSPB (Linear segment with parabolliic blend) 
Nhìn chung về các hình thức họat động của rô bốt, thông thường có hai trường hợp:
*) Dụng cụ công tác chỉ cần đạt điểm cuối mong muốn (về vị trí và hướng) từ điểm ban
đầu. Loại này thường ứng dụng trong các trường hợp sau:
- Dạng điều khiển từ điểm đến điểm.
- Thường dùng cho các thao tác gắp và đặt, ví dụ như trong các hệ thống vận
chuyển phôi liệu.
- Điểm cuối là quan trọng, còn dạng đường đi đến điểm cuối không quan trọng.
- Vị trí điểm cuối thường được xác định thông qua phương pháp dạy học (Teaching
mode), do đó không sử dụng đến các bài toán động học.
*) Dụng cụ công tác phải đi qua các điểm trung gian ở thời điểm xác định trước khi
dừng ở điểm cuối mong muốn.
- Dạng điều khiển theo đường dẫn liên tục.
- Thường dùng cho các nguyên công công nghệ sơn, hàn, cắt kim lọai 
- Họach định quỹ đạo rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chất lượng của các
nguyên công.
- Bài toán động học ngược thường được sử dụng để xác định tập hợp các điểm trung

83. -83-
gian (trong không gian biến khớp) tương ứng với quĩ đạo công nghệ đã được xác định
(trong không gian Cartesian)
Theo dạng kết hợp chuyển động của các chuyển động độc lập trên tay máy, việc hoạch
định chuyển động của rô bốt và điều khiển tay máy được chia thành các dạng chính sau:
(1) Hệ điều khiển rời rạc hay còn được gọi là điều khiển theo điểm hoặc điều khiển điểm-
tới-điểm (point-to-point).
(2) Hệ điều khiển theo đường dẫn liên tục (hay điều khiển theo chu vi - Continuous path).
Cách phân loại này tương đối thuận tiện dựa trên cách thức mà bộ điều khiển kiểm soát
đường dẫn hay quỹ đạo trong dịch chuyển của các khâu trên tay máy.
Bộ điều khiển sẽ thông qua đường dẫn để hướng dụng cụ công nghệ đi qua các điểm lập
trình trong quỹ đạo tay máy. Có bốn kiểu đường dẫn từ đơn giản đến phức tạp như sau:
• Đường dẫn từng đoạn (stop-to-stop):
• Đường dẫn từng điểm (point-to-point
• Đường dẫn liên tục (continuous path)
• Đường dẫn điều khiển (controlled-path)
2.3. Phương pháp điều khiển
2.3.1. Phương pháp lập trình cho rô bốt
1) Lập trình kiểu làm mẫu
Đây là phương pháp lập trình đơn giản nhất. Người vận hành dùng teach pendant hay
trực tiếp dẫn dắt tay máy thực hiện các thao tác. Mọi thao tác sẽ được ghi nhớ để sau đó
tay máy có thể lặp lại. Dù ngày nay ngôn ngữ lập trình đã phát triển, phương pháp lập
trình này hiện vẫn còn được sử dụng, ví dụ cho người mới học lập trình hoặc để lập trình
các thao tác phức tạp, khó diễn đạt trực tiếp bằng ngôn ngữ lập trình bậc cao.
2) Lập trình định hướng rô bốt
Phương pháp này phát triển trên cơ sở kỹ thuật máy tính hiện đại. Đặc điểm cơ bản
của nó là dùng ngôn ngữ lập trình bậc cao, có cấu trúc để mô tả các thao tác. Các yếu tố
chính của môi trường gồm:
- Bộ soạn thảo chương trình dưới dạng text editor.
- Cấu trúc biểu thị dữ liệu phức tạp.
- Sử dụng các biến trạng thái.

84. -84-
- Thực hiện các phép toán ma trận.
- Sử dụng ký hiệu để biểu diễn hệ toạ độ.
- Có khả năng chuyển đổi hệ toạ độ vật trên các khâu, khớp của tay máy.
- Dùng kỹ thuật chương trình con, thủ tục, vòng lặp.
- Có khả năng tính toán song song.
- Các chức năng điều khiển logic khả trình (PLC)
Sử dụng môi trường lập trình định hướng rô bốt có thể tạo ra các giao diện với các
thiết bị khác trong hệ thống sản xuất. Mặt khác. không nhất thiết phải lập trình trực tiếp
trên thiết bị mà trên một trạm lập trình độc lập (offline programming). Các công cụ lập
trình có hiệu quả cho phép mô tả hệ thống và môi trường làm việc dưới dạng đồ hoạ
(hình 2.12)
Hình 2.12: Hình ảnh đoạn chương trình sử dụng phương pháp đinh hướng
3) Lập trình định hướng đối tượng
Lập trình hướng đối tượng cho phép thâm nhập vào cấp điều khiển cao nhất: mô hình
hoá môi trường làm việc của rô bốt như trong hệ thống sản xuất thực. Trong hệ thống đó
rô bốt chỉ là một trong những thiết bị, làm việc đồng bộ với các thiết bị khác. Đối tượng
lập trình và mô tả là nhiệm vụ sản xuất của cả hệ thống chứ không phải của riêng rô bốt.
Môi trường lập trình này dần dần mang các đặc tính của hệ chuyên gia và trí tuệ nhân tạo.
2.3.2. Các phương pháp điều khiển rô bốt.
1) Điều khiển từng đoạn
Đây là dạng dơn giản nhất của hệ điều khiển rời rạc; kiểu điều khiển không có
phản hồi sử dụng các cử chặn hoặc công tác hành trình và được sử dụng ở các rô bốt

85. -85-
thuộc thế hệ đầu có hoạt động theo chu kỳ. Trong trường hợp này, số điểm được lập trình
cho mỗi trục thường là hai, tương ứng với điểm đầu và điểm cuối trên hành trình của trục;
và chúng được xác định nhờ các cữ chặn hoặc các công tắc hành trình. Điển hình cho loại
này là các rô bốt gắp-đặt.
2) Điều khiển từ điểm tới điểm (Pick-and-place and Point-to-point Rô bốts).
Đây là dạng đơn giản nhất của hệ điều khiển rời rạc; kiểu điều khiển không có
phản hồi sử dụng các cử chặn hoặc công tác hành trình và được sử dụng ở các rô bốt
thuộc thế hệ đầu có hoạt động theo chu kỳ. Trong trường hợp này, số điểm được lập trình
cho mỗi trục thường là hai, tương ứng với điểm đầu và điểm cuối trên hành trình của trục;
và chúng được xác định nhờ các cữ chặn hoặc các công tắc hành trình. Điển hình cho loại
này là các rô bốt gắp-đặt.
Khi lập trình, người vận hành sẽ sửdụng pa-nen điều khiển để di chuyển độc lập
từng trục của tay máy lần lượt đến các điểm phát đi qua trong chương trình công nghệ.
Mỗi lần đi qua một điểm trong chương trình, người lập trình phải lưu lại vị trí toạ độ của
điểm vào bộ nhớ. Cần lưu ý là khi tất cả các điểm lập trình đã được đưa vào bộ nhớ, bộ
điều khiển sẽ xử lý, tính toán vị trí của tay máy với các toạ độ suy rộng - các dịch chuyển
góc thể hiện qua các góc quay ϕi hoặc các dịch chuyển thẳng thể hiện qua các hành trình
si của các trục thay cho toạ độ Đề-các (được thể hiện dưới dạng các giá trị toạ độ định vị
X, Y, Z và các giá trị góc định vị δ, ε, ρ). Ở các rô bốt công nghiệp hiện đại, số điểm lập
trình cho mỗi bậc chuyển động thường từ vài chục cho đến vài trăm, rô bốt sử dụng trong
các dây chuyền sản xuất các khung xe ô-tô là một ví dụ. Ngoài ra, tuy là ởdạng điều khiển
từ điểm-tới-điểm, chuyển động của một số khâu trên tay máy có thể được thực hiện đồng
thời. Điều cần phân biệt ở đây là ngay cả trong trường hợp này, người sử dụng chỉ quan
tâm việc đưa tay gắp hay khâu tác động cuối đi đến những điểm xác định rời rạc để thực
hiện một quá trình thao tác yêu cầu nào đó mà không quan tâm đến quỹ đạo chuyển động
giữa các điểm lập trình.
Đa số rô bốt làm việc tốt ở chế độ điều khiển theo điểm. Trong chế độ điều khiển
này, chuyển động chỉ yêu cầu đạt tới vị trí mục tiêu, không quan tâm đến quá trình trung
gian. Các rô bốt điều khiển số đầu tiên chỉcó thể xử lý điều khiển từng trục ở từng thời
điểm, nghĩa là, các trục được điều khiển tuần tự cho đến khi đạt tới vị trí yêu cầu. các bộ
điều khiển hiện đại cho phép thực hiện điều hiển nhanh hơn và có thể điều khiển đồng
thời các trục; nghĩa là khi có một lệnh chuyển động được đưa ra, tất cả các trục vận hành
ở vận tốc lớn nhất hướng tới vị trí mới và một số trục sẽ kết thúc vận hành trước các trục

86. -86-
khác. Tu nhiên, kiểu điều khiển theo điểm không liên kết đồng bộ chuyển động của các
trục hiện nay cũng ít dùng. Kiểu điều khiển liên kết chuyển động đồng thời của các trục
yêu cầu sao cho các trục đồng thời dịch chuyển và đồng thời kết thúc Để thực hiện điều
này, bộ điều khiển phải tính toán tốc độvận hành của các trục, đồng thời xác định gia tốc
chuyển động sao cho vận tốc các trục đạt giá trị lớn nhất giữa hành trình chuyển động của
từng trục, sau đó giảm tốc độ ở nửa hành trình còn lại để đồng thời dừng cùng lúc. Công
việc vừa mô tả trên đây của bộ điều khiển được thực hiện nhờ cơ chế nội suy, tương tự
như ở các máy NC và CNC. Theo kiểu điều khiển này hoạt động của rô bốt tạo cảm giác
nhẹ nhàng nhưng không thể tác động nhanh nhưcó thể. Loại này được sử dụng khá phổ
biến trong công nghiệp và sẽ được trình bày chi tiết hơn ở mục đường dẫn điều khiển. Bộ
điều khiển theo điểm có thể chứa hàng ngàn điểm lập trình, tuỳ theo dung lượng của bộ
nhớ và có thể chứa nhiều chương trình khác nhau, nhờ đó rô bốt có thể nhanh chóng thay
đổi được các chuyển động của nó để đáp ứng các yêu cầu sản xuất thay đổi trong các tế
bào sản xuất tự động linh hoạt dạng Workcell.
Ví dụ, bộ điều khiển xuất tín hiệu để điều khiển một tay gắp trong một chương
trình kiểm tra sản phẩm. Khi phát hiện sản phẩm không đạt tiêu chuẩn, tay gắp phải
chuyển chi tiết sang thùng đựng phế phẩm thay vì sang một băng tải di chuyển đến trạm
gia công tiếp theo. Quá trình này đã thực hiện hai đoạn chương trình trong bộ điều khiển.
Đặc điểm của kiểu điều khiển theo điểm là chương trình điều khiển tương đối lớn nhưng
thời gian và công sức bỏ ra cho công việc lập trình không quá lâu theo phương thức như
đã mô tả. Điểm hạn chế của nó chính là thiếu sự điều khiển theo đường thẳng. Điều này
được lý giải theo nguyên tắc hoạt động của nó; trước tiên, nếu cần dịch chuyển đến một vị
trí nào đó thì các trục thực hiện chuyển động định hướng, thực hiện các dịch chuyển lớn
nhất có thể có: sau đó các trục chuyển động định vị- các chuyển động chính tốn nhiều
năng lượng hơn - dịch chuyển ít hơn. Như vậy có thểthấy kiểu đường dẫn điều khiển này
chỉ thích hợp cho việc vận chuyển vật liệu hay lắp ráp chi tiết, còn đối với các trường hợp
sử dụng những quỹ đạo liên tục để bảo đảm độ chính xác công nghệ như là hàn theo
đường hoặc các ứng dụng cản kiểm soát theo đường thẳng thì bắt buộc các điểm lập trình
phải rất gần nhau. Điều này cũng có thể thực hiện được ở kiểu điều khiển từ- điểm - tới -
điểm, nhưng độ chính xác không cao và mất nhiều thời gian lập trình cũng như thời gian
hoạt động của rô bốt theo chương trình được lập ra theo kiểu này. Một đặc điểm đáng lưu
ý là việc lựa chọn kiểu điều khiển theo điểm còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kỹ thuật
điều khiển tương ứng với nguồn dẫn động, dạng hình học và độ chính xác yêu cầu của
quỹ đạo, v.v... Những sử dụng phổ biến nhất kiểu điều khiển này là các rô bốt toàn khớp

87. -87-
quay (jointed-spherical) hoặc dạng SCARA với độ chính xác lặp lại vị trí trong khoảng
sai lệch +0,05mm.
Chuyển động điểm- điểm sử dụng cho một số loại rô bốt như rô bốt hàn điểm, tán
đinh, xếp dỡ vật liệu, trong dạng chuyển động này, người ta chỉ quan tâm đến các tọa độ
điểm đầu, điểm cuối của đường dịch chuyển và thời gian chuyển động giữa các điểm đó
chứ không quan tâm đến dạng hình học của đường dịch chuyển. Nhiệm vụ đặt ra là xác
định quỹ đạo chuyển động thỏa mãn các yêu cầu chung và có thể thêm cả một số tiêu chí
tối ưu nào đó.
3) Điều khiển liên tục (Continuous-Path Rô bốts).
Đường dẫn liên tục là tập hợp của tất cả các điểm nằm kề nhau, Sự khác nhau
chính giữa điều khiển từng điểm và điều khiển đường dẫn liên tục là số lượng các điểm
lập trình và phương pháp lưu các điểm lập trình vào bộ nhớ. Trong chương trình theo
điểm người lập trình đưa rô bốt đến vị trí xác định và nhấn nút ghi chương trình (insert) -
từng điểm trong đường dẫn lập trình được ghi nhận như thếvà chương trình hoàn thành
sau một chuỗi các điểm đó; như vậy, bộ điều khiển theo điểm đưa rô bốt đi từ điểm này
sang điểm kia. Trái lại, trong lập trình đường dẫn liên tục, người lập trình chỉra đường dẫn
bằng cách sử dụng teach-pendant hay bằng các thiết bị như bộ lập trình trên thiết bị mô
phỏng (simulator), lập trình theo cách dắt mũi (lead-bynose), hay bàn phím để kiểm soát
vị trí của tay máy. Như vậy, các rô bốt có đường dẫn liên tục có thể có các điểm nhận
được khi lập trình trong chế độ huấn luyện, trên một đường dịch chuyển được đưa vào bộ
nhớ. Sau đó, các điểm nút - các điểm có toạ độ đã được lưu vào bộ nhớ trước đó - sẽ được
đưa ra tuần tự bởi bộ điều khiển rô bốt cho các trục của rô bốt khi thực hiện chương trình.
Rô bốt có thể thường xuyên được điều khiển để thực hiện những đoạn dịch chuyển thẳng
hoặc theo cung tròn từ nút này tới nút kế tiếp. Khi hoạt động ở chế độ huấn luyện, nút ghi
chương trình hoạt động đồng thời với sự di chuyển từ lúc bắt đầu cho đến cuối đường
dẫn. Lúc đó bộ điều khiển sẽ ghi vị trí các điểm với tốc độ từ 6 điểm /giây trở lên. Với
kiểu điều khiển này để thực hiện một chương trình ngắn có thể phải sử dụng một dung
lượng rất lớn của bộ nhớ.
Mặc dù việc chạy một chương trình điều khiển liên tục tương tự như trường hợp
của các rô bốt thế hệ đầu tiên sử dụng bộ điều khiển analog nhưng điểm khác biệt là với
điều khiển số (digital) có thể loại trừ sự nhầm lẫn ở chỗ phải thực hiện xong điểm nút
trước mới thực hiện tiếp điểm nút sau. Thách thức lớn mà các rô bốt loại này đã thực hiện
được khác với các loại thế hệ đầu là tạo ra chuyển động êm không bị dừng ở mỗi điểm nút
đồng thời giảm tối thiểu việc bị lệch hướng khỏi đường dịch chuyển mà rô bốt đã học

88. -88-
trong chế độ huấn luyện nhớ vào cơ chế điều khiển servo sẽ được trình bày ở phần sau.
Rô bốt có đường dẫn liên tục được sử dụng chủ yếu trong việc sơn và hàn.
4) Đường dẫn điều khiển (controlled path)
Rô bốt có đường dẫn được điều khiển là hệ thống điều khiển theo điểm được trang
bị thêm khả năng điểm soát vị trí của tay gắp dịch chuyển giữa các điểm lập phân hoạch
1, x1, y1, z1,θ1, Φ1, ψ1
2, x2, y2, z2, θ2, Φ2, ψ2
k, xk, yk, zk, θk, Φk, ψk
n, xn, yn, zn,θn, Φn, ψn
Nội suy giải bài toán ngược để xác định các dịch chuyển góc ϕ, hoặc/và dịch
chuyển tịnh tiến s1của các khâu trên tay máy. Quỹ đạo yêu cầu trình. Người ta lập trình
cho hệ thống này như cách đã làm đối với rô bốt điều khiển theo điểm; nghĩa là, dùng
teach-pendant ghi nhận từng điểm trên đường dẫn. Điểm khác nhau là chương trình quỹ
đạo được thực thi khi đó là chuyển động thẳng giữa các chúng; nghĩa là trục có góc quay
lớn được dẫn động nhanh hơn trục có góc quay bé, bảo đảm sao cho quá trình thực hiện
một quỹ đạo nào đó của tay máy - cũng là quá trình thực hiện các góc quay được bắt đầu
và kết thúc cùng một lúc. Gọi Δt là
Δt = Δϕi / ωi= Δsj/ vj
trong đó:
- Δϕi : là góc quay của trục thứ i
- ωi: là vận tốc góc của trục thứ i
- Δsj: là dịch chuyển thẳng của trục thứ j
- vj: là vận tốc dài của trục thứ j
- i, j : l - n
Các lệnh điều khiển chuyển động giúp cho bộ điều khiển tính toán một loạt các điểm tạm
thời hoặc trung gian giữa vị trí hiện tại với vị trí phải dịch chuyển đến. Các vị trí trung
gian sẽ được cung cấp tuần tựcho các bộ điều khiển servo của từng trục nhờ khối nội suy
trong bộ điều khiển. Chuyển động kết quả giữa hai điểm lập trình là đường dẫn thẳng mà
không cần sự khéo léo của người lập trình. Hầu hết các rô bốt có đường dẫn điều khiển
thực hiện được việc nội suy đường thẳng, cho phép rô bốt dịch chuyển đối tượng thao tác

89. -89-
theo quỹ đạo thẳng hiện được việc nội suy cung tròn để thực hiện các quỹ đạo cong. Một
số ít khác thực hiện được các phép nội suy tinh vi hơn như các quỹ đạo parabol hoặc xoắn
ốc, v.v... Các rô bốt có đường dẫn điều khiển hiện nay còn được trang bị khảnăng thực
hiện mọi quỹ đạo cong mà hệ thống CAD vẽ được. Thêm vào đó, vận tốc giữa các điểm
trong chương trình có thể được tính riêng dọc theo di chuyển của dụng cụ công nghệ
chẳng hạn nhưtrong kiểu hàn đường đu đưa. Với các bộ điều khiển hiện nay, việc tính
toán thời gian phối hợp để thực hiện chuyển động nội suy (Δt) cho phép trì hoãn các
chuyển động để phối hợp theo đúng quỹ đạo nội suy với một sai số tích luỹ không đáng
kể sau một hành trình dịch chuyển dài. Một lợi điểm của rô bốt có đường dẫn điều khiển
là chúng có thể tự tính toán dịch chuyển tuần tự mà trước đó chúng không được “học”
trong chế độ huấn luyện. Các rô bốt dạng này hiện nay còn được trang bị khả năng có thể
sử dụng thông tin từ các hệ thống vision, chẳng hạn như để tìm và gắp các chi tiết có
hướng nằm ngẫu nhiên trên băng tải. Tất cả các khả năng này là thành quả của sự phát
triển của bộ điều khiển thông minh kết hợp với các tiện ích trong soạn thảo, lập trình như
sửa lỗi chương trình, dự đoán sự cố, sử dụng bộ nhớ phụ khi cần thiết và tăng cường việc
kiểm soát bộ phận công tác trên đầu cánh tay rô bốt. Trên cùng một rô bốt có thể sử dụng
đồng thời các điều khiển đã trình bày. Ngoài ra, trên các hệ thống sản xuất, người ta còn
phân biệt hệ điều khiển riêng cho từng rô bốt hoặc hệ điều khiển chung một nhóm rô bốt.
Những điểm nói thêm về điều khiển đường dẫn theo cơ chế servo. Sự cải tiến về chất
lượng của các bộ điều khiển servo (máy tính tương tự) được thực hiện trên những rô bốt
công nghiệp đầu tiên trong những năm 40-50. Các cảm biến vị trí đã được kết nối cho
phép các thợ máy lập trình điều khiển tinh xảo hơn và các chuyển động của rô bốt được
ghi vào băng từ. Sau đó các băng từ sẽ báo lại các tín hiệu điều khiển vị trí cho các động
cơ thực hiện những chuyển động đã lập trình. Nhược điểm của các rô bốt đầu tiên này là
sau một thời gian hoạt động các đặc điểm về ma sát và quán tính của cơ hệ bị thay đổi nên
không còn đáp ứng đúng với tín hiệu điều khiển, dẫn đến việc phải điều chỉnh tín hiệu
điều khiển. Các rô bốt thế hệ mới giải quyết được các vấn đề này nhờ cơ chế điều khiển
servo để không bị ảnh hưởng của ma sát và quán tính nhờ bộ điều khiển dạng máy tính số
kết hợp với cơ chế điều khiển tự thích nghi. Tuy nhiên, ta có thể đưa ra lệnh thay đổi vị trí
và chờ đến khi các cảm biến đáp ứng hoàn toàn hoặc hầu như xong một lệnh điều khiển
mới xuất lệnh điều khiển tiếp theo. Quá trình thực hiện một dịch chuyển bao gồm các giai
đoạn.
(1) Đoạn đầu gia tốc được điều khiển để chạy êm, tăng dần đến vận tốc cực đại của
chuyển động. Vận tốc lớn nhất được duy trì cho đến khi cảm biến vịtrí báo như khi tăng

90. -90-
tốc. Trong trường hợp dịch chuyển ngắn, việc giảm tốc có thể được thực hiện trước khi
đạt tới vận tốc ổn định (vmax).
(2) Một cách lý tưởng là vận tốc giảm dần tới không khí đạt đến vị trí yêu cầu. Trong thực
tế, đa số các bộ điều khiển rô bốt cho phép có một khoảng vượt quá (overshoot) và hiệu
chỉnh lại ngay sau đó nhằm đạt được thời gian chuyển động tối ưu.
(3) Một số ngôn ngữ rô bốt kèm theo các lệnh cho phép người lập trình có thể qui định
vận tốc và gia tốc lớn nhất.
2.3.3. Điều khiển Rô bốt theo thời gian thực
Trong lĩnh vực công nghiệp, người ta nói về hệ thống thời gian thực khi hệ thống
để điều khiển một vật thể vật lý với một tốc độ phù hợp với sự tiến triển của tiến trình
chủ. Một ví dụ dễ hiểu (hệ thống điều khiển màn hình hiển thị giờ chính xác của các tàu
điện ngầm sẽ đến và đi tại một gare nhất định). Hệ thống thời gian thực khác với những
hệ thống khác bởi sự chặt chẽ về thời gian, do đó, việc tuân thủ các nguyên tắc cũng quan
trọng như độ chính xác của kết quả, nói một cách khác, hệ thống không chỉ đơn giản là
đưa ra kết quả chính xác mà nó còn phải thực hiện một xử lý trong một thời gian rất ngắn.
Hệ thống thông tin thời gian thực ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như:
trong ngành công nghiệp sản xuất, kiểm soátt tiến trình (trong nhà máy, hay trong viện hạt
nhân, trong hệ thống hàng không, thông qua các hệ thống dẫn đường tích hợp trên máy
bay và vệ tinh). Sự phát triển của hệ thống thơng tin thời gian thực yêu cầu mỗi phần tử
của hệ thống phải ở thời gian thực, và một hệ thống được thiết kế theo cách như vậy được
gọi là hệ điều hành thời gian thực.
Trong điều khiển một hệ thống gồm nhiều công việc phức hợp, hệ thống được gọi là
điều khiển theo thời gian thực khi nó có khả năng quản lý được tất cả các công việc đang
được thực hiện bên trong và phản ứng được với các sự kiện đến từ bên ngoài nhưng vẫn
thỏa mãn được các yêu cầu giới hạn về mặt thời gian. Đến nay vẫn chưa có một định
nghĩa “chính xác” mang tính định lượng thế nào là một hệ thống thời gian thực. Theo đó
một hệ thống được hiểu là điều khiển theo thời gian thực khi thỏa mãn:
-Bảo đảm phản ứng theo thời gian thích hợp với các sự kiện bên ngoài.
-Bảo đảm hoạt động liên tục mà không mất thông tin.
-Bảo đảm quản lý được thời gian tính tốn và mô hình hóa để có thể phân tích được
phản ứng của hệ thống.

91. -91-
Rõ ràng, tính “thực” của hệ thống điều khiển phụ thuộc vào mức độ phức tạp trong
tính tốn của các công việc, lượng thông tin trao đổi, các sự kiện, v.v… Nhưng trước hết,
hệ điều hành thời gian thực phải cho phép người lập trình can thiệp trực tiếp vào các quá
trình phân chia thời gian và thông tin của các công việc trong hệ thống.
Đối với rô bốt công nghiệp thông thường mọi hoạt động được thực hiện thông qua
một tác động nào đó ví dụ như một công tắc hay một cảm biến nào đó tác động. Tuy
nhiên trong nhiều trường hợp rô bốt thực hiện nhiệm vụ của nó theo thời gian thực tế đặt
ra. Ví dụ như việc chụp ảnh, lấy mẫu, hay xử lý các tình huống kỹ thuật theo thời gian .
Một vấn đề nữa là khả năng đáp ứng về mặt thời gian của rô bốt trong hệ thống sản
xuất. Nó có đáp ứng được tốc độ của sản xuất liên tục trong hệ thống hay không.Cả dây
chuyền sản xuất không thể tạm nghỉ chờ chỉ vì rô bốt làm việc chậm quá hoặc phản ứng
của nó chậm quá so với yêu cầu công nghệ. Ví dụ trong vấn đề an toàn người ta đặt ra
nếu có dấu hiệu nguy hiểm từ bên ngoài thì rô bốt phải dừng làm việc ngay lập tức thay vì
nó phải mất thời gian để tính toán rồi mới đưa ra quyết định quá chậm chạp gây mất an
toàn.
2.3.4. Rô bốt điều khiển thích nghi
Rô bốt thích nghi là rô bốt có khả năng tự phản ứng có lợi trước những diễn biến bất
lợi của môi trường mà người lập trình không lường trước được, hệ điều khiển của rô bốt
treo thường được xây dựng trên cơ sở điều khiển mờ. Sự phản ứng của rô bốt dựa vào các
thông số đo được của môi trường, ví dụ vị trí, tính chất vật lí của đối tượng, hoặc dựa vào
trạng thái các cơ cấu trong rô bốt. Trong trường hợp này chương trình điều khiển chỉ định
hướng sơ bộ các hoạt động của rô bốt, chính nó sẽ phải tìm hiểu và chính xác hóa các
hoạt động của mình trên cơ sở phân tích các thông tin thu nhận được từ môi trường. Nhờ
khả năng thích nghi mà rô bốt kiểu này có thể làm được những việc mà rô bốt thông
thường không làm được, chẳng hạn tìm kiếm, lắp ráp, thay đổi lực kẹp phù hợp …Phần
lớn các rô bốt thông thường đều có thể trở thành rô bốt thích nghi nếu trang bị các sensor
để thu nhận các thông tin về môi trường, chương trình phân tích thông tin thu được và ra
quyết định với thông tin thu được.
Điều khiển thích nghi là tổng hợp các kỹ thuật nhằm tự động chỉnh định các bộ
điều chỉnh trong mạch điều khiển nhằm thực hiện hay duy trì ở một mức độ nhất định
chất lượng của hệ thống khi thông số của quá trình được điều khiển không biết trước hay
thay đổi theo thời gian.

92. -92-
Hiện nay, hệ thống điều khiển thích nghi bao gồm: điều khiển thích nghi
tự chỉnh, điều khiển thích nghi bù bất định, mà phổ biến nhất là hệ thống điều
khiển thích nghi dựa theo mô hình (MRAC) được ứng dụng trong các lĩnh vực đòi
hỏi độ chính xác cao như: lĩnh vực hàng không, điều khiển rô bốt. Một hệ thống điều
khiển thích nghi dựa theo mô hình được miêu tả bằng sơ đồ khối hình 2.13.
Hình 2.13: Sơ đồ khối hệ thống thích nghi dựa theo mô hình
Phương pháp này sẽ sử dụng mô hình mẫu với cách hiệu chỉnh tham số tổng quát
để sao cho hàm truyền đối tượng hệ thống vòng kín tiến gần đến với mô hình mẫu được
chọn. Sai số e là sai lệch giữa đầu ra của hệ thống và của mô hình mẫu e = y - ym , bộ
điều khiển có thông số thay đổi cũng dựa vào sai số này. Có 3 phương pháp cơ bản để
phân tích và thiết kế hệ MRAC: phương pháp tiếp cận Gradient, Hàm Lyapunov, Lý
thuyết bị động.
2.3.5. Điều khiển giám sát trong rô bốt
1) Khái quát
Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu viết tắt là SCADA – Supervisory
Control And Data Acquisition, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong
việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường. Để
có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ
liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface).
Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không
chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người –
máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ. Nếu nhìn
nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và thiết bị có

93. -93-
nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để
xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng
đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của
công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem
lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ
thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp
hệ thống.
Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng: SCADA
độc lập / SCADA nối mạng; SCADA không có khả năng đồ hoạ / SCADA có khả năng
xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực.
Để đánh giá một hệ thống điều khiển và giám sát SCADA ta cần phải phân tích các
đặc điểm của hệ thống theo một số các tiêu chuẩn sau:
- Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện xây dựng các màn
hình giao diện.
- Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn, khả năng truy cập và
cách kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, sensor,
module vào/ra qua PLC hay các hệ thống bus trường).
-Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình, khả năng hỗ trợ
xây dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and
Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting).
2) Cấu trúc chung của hệ SCADA
Cấu trúc chung của hệ SCADA được minh hoạ trong hình vẽ 2.14

94. -94-
H Ö t h è n g ® iÒ u k h iÓ n g i¸ m s ¸ t
T h iÕ t b Þ ® iÒ u k h iÓ n t ù ® é n g
C ¶ m b iÕ n v µ c h Ê p h µ n h
Q ó a tr ×n h k ü th u Ë t
N I
N I
N I I/O N I
N I
I/O
N I
N è i trù c tiÕ p
N è i q u a m ¹ n g
N I: ( N e tw o r k In te rfa c e )
G ia o d iÖ n m ¹ n g
I/O : ( In p u t/O u tp u t)
V µ o /R a
Trong hệ thống điều khiển giám sát, các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là
giao diện giữa thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật. Còn hệ thống điều khiển giám sát
đóng vai trò là giao diện giữa người và máy. Các thiết bị và các bộ phận của hệ thống
được ghép nối với nhau theo kiểu điểm-điểm (Point to Point) hoặc qua mạng truyền
thông. Tín hiệu thu được từ cảm biến có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc tương
tự. Khi xử lý trong máy tính, chúng phải được chuyển đổi cho phù hợp với các chuẩn giao
diện vào/ra của máy tính. Các thành phần chính của hệ thống SCADA bao gồm:
Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các
cơ cấu chấp hành.
Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID), các bộ
điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), các thiết bị điều chỉnh số
đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính PC với các phần mềm điều khiển
tương ứng.
Hình 2.14: Cấu trúc chung của hệ thống Scada

95. -95-
Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người-máy HMI,
các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường,
bus hệ thống.
Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn.
Trong hệ thống sản xuất tự động rô bốt tham gia ở nhiều công đoạn sản xuất.
Thông thường rô bốt hoạt động như một tế bào trong một trạm sản xuất nó cũng bị theo
dõi và giám sát chặt chẽ như bất kỳ thành viên nào. Điều đó cũng nói rằng các rô bốt
trong sản xuất công nghiệp hoàn toàn có khả năng kết nối mạng công nghiệp trong hệ
thống Scada như hình vẽ 2.15
2.15: Hình ảnh rô bốt trong hệ thống Scada

96. -96-
2.4. Mô phỏng điều khiển rô bốt
(Sử dụng phần mềm EASY-ROB 2.0)
2.4.1. Khái quát
EASY-ROB là công cụ mô phỏng rô bốt sử dụng đồ hoạ trong không gian 3 chiều
(3D) và các hình ảnh có thể hoạt động được. Một hệ thống 3D-CAD đơn giản cho phép
tạo ra các khối hình học cơ bản như khối trụ, khối cầu, khối chữ nhật, khối tam giác, khối
hình thang, ... để vẽ kết cấu của rô bốt. Trong EASY-ROB chúng ta có thể dùng chuột để
quay hoặc tịnh tiến rô bốt đến một toạ độ tuỳ ý. EASY-ROB cũng có các chức năng
phóng to, thu nhỏ đối tượng vẽ như nhiều phần mềm thiết kế khác... Chuyển động của Rô
bốt có thể được điều khiển theo các biến khớp hoặc các toạ độ Đề-cát. Chúng ta cũng có
thể mô tả động học của rô bốt theo kiểu DH hoặc trong hệ toạ độ toàn cục (Universa
Coordinates). Easy-Rob đã có sẵn các trình điều khiển động học thuận và ngược của các
cấu hình rô bốt thông dụng, khi thiết kế ta chỉ cần khai báo kiểu động học thích hợp.
Trong trường hợp rô bốt có kết cấu đặc biệt hoặc có các khâu bị động gắn với các chuyển
động của các khớp thì cần phải giải bài toán động học ngược hoặc xác định hàm toán học
mô tả sự phụ thuộc của khâu bị động đối với khớp quay, viết chương trình xác định sự
phụ thuộc đó bằng ngôn ngữ C và sau đó dùng tập tin MAKE.EXE trong C để dịch thành
tập tin thư viện liên kết động er_kin.dll (Easy- Rob kinematic Dynamic link library), khi
chạy chương trình, EASY-ROB sẽ liên kết với tập tin nầy và thực hiện kiểu động học đã
được khai báo trong chương trình điều khiển.
Easy-ROB có một số các lệnh điều khiển riêng, Chương trình được viết theo kiểu
xử lý tuần tự, tập tin dạng Text, có thể soạn thảo chương trình trong bất kỳ trình soạn thảo
nào. Các công cụ gắn trên khâu chấp hành cuối có thể thay đổi được. Chúng ta có thể viết
một chương trình chuyển động cho một rô bốt theo một quỹ đạo mong muốn, có thể kiểm
tra khả năng vươn tới của cánh tay, xác định vùng làm việc của rô bốt . . . Rô bốt mô
phỏng có thể cầm nắm hoặc thả các đối tượng làm việc. Các chuyển động của rô bốt có
thể ghi vào một tập tin và có thể thực hiện lại.
Phần mềm cho phép ta xem được các hệ toạ độ đã gắn trên các khâu của rô bốt, xem được
quỹ đạo chuyển động của điểm cuối công cụ gắn trên khâu chấp hành cuối. Phần mềm
còn có nhiều tiện ích khác như : cho phép ta lập trình điều khiển rô bốt bằng phương pháp
dạy học, thiết kế các đối tượng làm việc của rô bốt, có các cửa sổ về toạ độ và giá trị góc
quay của các khớp tại từng thời điểm khi rô bốt hoạt động...

97. -97-
Việc sử dụng phần mềm EASY-ROB để mô phỏng rô bốt giúp chúng ta hai khả năng
nghiên cứu :
- Mô phỏng lại một rô bốt đã có và các đối tượng làm việc của nó. Đánh giá khả
năng làm việc và mức độ linh hoạt của rô bốt, xác định các thông số điều khiển, quỹ đạo
chuyển động để dùng trong điều khiển thực.
- Nghiên cứu thiết kế động học, các kích thước và kết cấu của rô bốt trên máy tính
để có thể chọn được phương án động học tốt nhất, đảm bảo cho rô bốt hoàn thành các
nhiệm vụ yêu cầu.
4.3.2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm
1) Giao diện làm việc của phần mềm.
EASY ROB 2.0 là chương trình tự chạy bạn không cần phải cài đặt. Để chạy chương
trình bạn kích vào tập tin EASYROBW.EXE
Giao diện làm việc của phần mềm gồm 3 phần chính: Cửa sổ làm việc; Các thanh công
cụ; Thanh menu chính
a) Thanh menu chính của chương trình
Menu file: Dùng để load, lưu, xóa các dạng file của rô bốt
File có dạng *.Rob : (Rô bốtfile) để mô tả riêng kết cấu của một rô bốt.
File có dạng *.Bod : (Bodyfile) để mô tả các đối tượng làm việc của rô bốt.

98. -98-
File có dạng *.Tol : (Toolfile) để mô tả công cụ gắn trên khâu chấp hành cuối của rô bốt.
File có dạng *.Vie : (Viewfile) để xác định góc nhìn trong không gian.
File có dạng *.igp : (Igrip Partfile) lưu trử một bộ phận kết cấu.
File có dạng *.Prg : (Programm) Chương trình điều khiển.
Menu Rô bốtics : Dùng để nhập các thông số DH, xác định vị trí của dụng cụ, xác định vị
trí rô bốt và các thông số khác.
Menu simulate: Dùng mô phỏng
hoạt động của rô bốt.
Menu 3D-CAD
Cung cấp các công cụ để vẽ
kết cấu rô bốt trong không gian 3
chiều (3D) cũng như để thiết kế các
công cụ, các đối tượng làm việc. Để
vẽ được kết cấu của rô bốt, dựa vào

99. -99-
các khối hình học đơn giản ta có thể lắp ghép chúng lại để tạo nên các hình dáng khác
nhau của rô bốt.
Menu view: Dùng để xem màn hình rô bốt dưới các góc độ khác nhau.
Menu aux :
Dùng để điều chỉnh rô bốt trong quá trình thiết kế và trong quá trình lập trình cho rô bốt.
Menu help : Tiện ích giúp đỡ của chương trình
b) Thanh công cụ nằm ngang phía trên
Chức năng của các nút trên thanh công cụ, tính từ trái qua phải.
- Bật tắt chế độ chiếu sáng các đối tượng vẽ.
- Chuyển tất cả các đối tượng sang dạng lưới.

100. -100-
- Chuyển đối tượng dạng trụ / khối phức tạp.
- Thể hiện/không thể hiện sàn.
- Thể hiện sàn ở dạng lưới.
- Reset vị trí rô bốt trên màn hình.
- Chuyển đổi cửa sổ khi mở Cellfile hoặc igip partfile (kết hợp với nút 7).
- Chạy chương trình.
- Tạm dừng chương trình.
- Tiếp tục chạy cương trình.
- Kết thúc chương trình.
- Chạy chương trình theo từng bước.
- Lặp lại chương trình sau khi kết thúc.
- Giảm tốc độ điều khiển
- Tăng tốc độ điều khiển.
- Đánh giá sai số và xem các giá trị động học
c) Thanh công cụ nằm ngang phía dưới
Chức năng của các nút trên thanh công cụ, tính từ trái qua phải:
- Thấy hoặc không thấy kết cấu rô bốt.
- Thấy hoặc không thấy dụng cụ.
- Thấy hoặc không thấy các đối tượng làm việc.
- Thể hiện/không thể hiện hệ toạ độ gắn với dụng cụ .
- Thể hiện/không thể hiện hệ toạ độ gắn trên các khâu của rô bốt.
- Thể hiện vị trí điều khiển.
- Mô phỏng động lực học.
- Thể hiện quĩ đạo chuyển động.
- Sử dụng các giới hạn của khớp.

101. -101-
- Soạn thảo chương trình và dạy học.
- Thể hiện hoặc không thể hiện Hệ toạ độ gắn trên đối tượng hiện thời.
- Chuyển đến đối tượng tiếp theo (khi thiết kế).
-. Xác định vị trí tuyệt đối của đối tượng hiện tại.
- Xác định vị trí tương đối của đối tượng hiện tại.
- Reset vị trí của đối tượng hiện tại.
- Ghi lại vị trí của đối tượng sau khi điều chỉnh.
- Đưa rô bốt về vị trí dừng (Home position).
- Điều khiển rô bốt theo khớp quay.
d) Thanh công cụ thẳng đứng
Chức năng của các nút trên thanh công cụ, tính từ trên suống dưới.
- Dùng chuột để view, zoom và Pan.
- Điều khiển hướng của khâu chấp hành cuối bằng chuột.
- Điều khiển các khớp 1,2,3 (Dùng các phím chuột).
- Di chuyển thân rô bốt. (hệ toạ độ cơ sở)
- Di chuyển các đối tượng (body) bằng chuột.
- Di chuyển tất cả các đối tượng bằng chuột.
- Chuyển đổi chuyển động là quay hoặc tịnh tiến
- Tăng tốc độ điều khiển bằng chuột
- Giảm tốc độ điều khiển bằng chuột
3. Thao tác chuột
Easy-Rob cho phép dùng chuột với nhiều chức năng như :
Khi nút lệnh số 1 của thanh công cụ thẳng đứng được chọn :
-Zoom (Phóng to, thu nhỏ) : ấn nút chuột phải, rê chuột lên xuống theo phương thắng
đứng của màn hình.
-Pan (thay đổi vị trí của đối tượng so với khung màn hình) : ấn đồng thời hai nút chuột
phải và trái, rê chuột trên màn hình.
-Rotate (quay rô bốt để nhìn ở các góc độ khác nhau) : ấn chuột trái, rê chuột.

102. -102-
Khi nút lệnh số 4 của thanh công cụ thẳng đứng được chọn lần thứ nhất sẽ điều khiển
ba khớp đầu tiên (1, 2, 3) :
-Quay khớp 1: ấn nút chuột phải, rê chuột (nếu là khớp tịnh tiến sẽ làm khâu chuyển
động tịnh tiến).
-Quay khớp 2: ấn đồng thời 2 nút chuột phải và trái, rê chuột.
-Quay khớp 3: ấn nút chuột trái, rê chuột.
Khi click lên nút số 4 lần thứ hai sẽ điều khiển ba khớp tiếp theo (4, 5, 6) Để điều
khiển các khớp làm giống như trên.
Quay khớp 4: ấn nút chuột phải, rê chuột (nếu là khớp tịnh tiến sẽ làm khâu chuyển
động tịnh tiến).
Quay khớp 5: ấn đồng thời 2 nút chuột phải và trái, rê chuột.
Quay khớp 6: ấn nút chuột trái, rê chuột.
Tương tự khi nút số 4 được chọn lần thứ 3 sẽ điều khiển được ba khớp tiếp theo.
6. Lập trình điều khiển rô bốt
Để lập trình điều khiển rô bốt đã mô phỏng ta dùng phương pháp lập trình kiểu dạy
học. Sau khi đã thiết kế hình dáng rô bốt, công cụ gắn trên khâu chấp hành cuối, các đối
tượng làm việc khác . . . ta có thể lập trình để điều khiển rô bốt đã mô phỏng. Việc lập
trình thực hiện theo trình tự sau đây :
Nhấp chuột vào nút lệnh số 10 (Show program window) để kích hoạt cửa sổ lập trình.
Chọn New để đặt tên cho File chương trình.
Chọn Append nếu muốn bổ sung một chương trình đã có trên đĩa.
Xác định vị trí các điểm mà dụng cụ phải đi qua (dùng chuột để điều khiển các khớp,
dùng menu đứng). Cứ sau mỗi lần xác định được một vị trí thì ấn nút PTP (điều khiển
điểm) hoặc LIN (điều khiển đường) hoặc VIA (điểm trung gian dẫn hướng khi điều khiển
đường cong), CIRC (điều khiển theo đường cong). Làm liên tục cho tất cả các điểm để có
một chương trình hoàn thiện.

103. -103-
Sau khi kết thúc việc dạy rô bốt học, ấn nút Close trên Program Window để kết thúc. Để
hiệu chỉnh và bổ sung các lệnh điều khiển khác vào chương trình, ấn chuột vào nút
EDIT, Dùng các lệnh của EasyRob như dưới đây để hoàn thiện chương trình.
Một số lệnh hay dùng tham khảo phụ lục 4
Câu hỏi chương 2.
Câu 1: Nêu cấu trúc phần cứng hệ điều khiển rô bốt
Câu 2: Nêu kiến trúc chức năng của bộ điều khiển
Câu 3: Nguyên lý chung của hệ thống điều khiển
Câu 4: Trình bày nội dung chương trình hoá hoạt động của rôbốt
Câu 5: Trình bày chế độ hoạt động của rô bốt
Câu 6: Nêu phương pháp hoạch đinh quỹ đạo rô bốt
Câu 7: Nêu tóm tắt phương pháp lập trình cho rô bốt
Câu 8: Nêu các phương pháp lập trình cho rô bốt
Câu 9: Trình bày nội dung điều khiển rô bốt theo thời gian thực
Câu 10: Trình bày nội dung điều khiển giám sát trong rô bốt.

104. -104-
Ch­¬ng 3
TRUYỀN ĐỘNG VÀ TRANG BỊ ĐIỆN TRÊN RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP
Nhiệm vụ của rô bốt là thực hiện các thao động tác nào đó để giải quyết các công việc
nhất định trong công nghiệp. Cơ cấu truyền động có vai trò chính để tạo ra các chuyển
động. Truyền động được xem là một hệ gồm các chi tiết hoặc cấu trúc được liên kết bởi
bánh răng, cam, trục khuỷu… để truyền chuyển động hoặc truyền lực. Động cơ điện hay
động cơ khí nén được sử dụng để gây ra các chuyển động đó. Bên cạnh đó bộ điều khiển
cùng với các cảm biến nắm vai trò then chốt. Nó điều khiển chính xác mọi thao động tác
theo yêu cầu của rô bốt. Trong chương này sẽ trình bày chi tiết các kiểu cơ cấu truyền
động, các loại động cơ sử dụng trong rô bốt cũng như một số mạch điện điều khiển điển
hình.
3.1. Các cơ cấu truyền động của Rô bốt
3.1.1. Truyền động cơ học
1) Bộ truyền động đai răng
a) Khái niệm và phân loại
Bộ truyền đai thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song và quay
cùng chiều (Hình 3.1), trong một số trường hợp có thể truyền chuyển động giữa các trục
song song quay ngược chiều (truyền động đai chéo), hoặc truyền giữa hai trục chéo nhau
.(truyền động đai nửa chéo, Hình 3.2). Tùy thuộc vào vị trí truyền lực mà người ta lựa
chọn kiểu cách cho phù hợp.
Hình 3.1: Bộ truyền đai thường
1

2F0cos 2F0cos

105. -105-
Theo hình 3.1. trình bày các thông số cơ bản của bộ truyền động trong đó:
F0: lực căng ban đầu của dây đai;
A: khoảng cách trục; : góc nghiêng của dây đai so với phương ngang
1: bánh đai dẫn; 2: bánh đai bị dẫn;
n1; n2: tốc độ vòng của bánh dẫn và bánh bị dẫn;
D1; D2: đường kính trung bình của bánh dẫn và bánh bị dẫn;
1; 2: góc ôm của dây đai trên bánh dẫn và bánh bị dẫn;
Nguyên lý làm việc của bộ truyền đai: dây đai mắc căng trên hai bánh đai, trên bề
mặt tiếp xúc của dây đai và bánh đai có áp suất, có lực ma sát Fms. Lực ma sát cản trở
chuyển động trượt tương đối giữa dây đai và bánh đai. Do đó khi bánh dẫn quay sẽ kéo
dây đai chuyển động và dây đai lại kéo bánh bị dẫn quay. Như vậy chuyển động đã được
truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ lực ma sát giữa dây đai và các bánh đai.Tùy theo
hình dạng của dây đai, bộ truyền đai được chia thành các loại:
- Đai dẹt, hay còn gọi là đai phẳng. Tiết diện đai là hình chữ nhật hẹp, bánh đai
hình trụ tròn, đường sinh thẳng hoặc hình tang trống, bề mặt làm việc là mặt rộng của đai
(Hình 3.3a).
Hình 3.3: Bộ truyền đai dẹt (a), đai thang (b), đai tròn (c)
Hình 3.2: Bộ truyền đai chéo và nửa chéo

106. -106-
Kích thước b và h của tiết diện đai được tiêu chuẩn hóa. Giá trị chiều dầy h thường
dùng là 3 ; 4,5 ; 6 ; 7,5 mm. Giá trị chiều rộng b thường dùng 20 ; 25 ; 32; 40 ; 50 ; 63 ;
71 ; 80 ; 90 ; 100 ; .... mm.
Vật liệu chế tạo đai dẹt là: da, sợi bông, sợi len, sợi tổng hợp, vải cao su. Trong đó
đai vải cao su được dùng rộng rãi nhất.
Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa. Các lớp vải chịu tải
trọng, cao su dùng để liên kết, bảo vệ các lớp vải, và tăng hệ số ma sát với bánh đai.
- Đai thang, tiết diện đai hình thang, bánh đai có rãnh hình thang, thường dùng
nhiều dây đai trong một bộ truyền (Hình 3-3, b).
Vật liệu chế tạo đai thang là vải cao su. Gồm lớp sợi xếp hoặc lớp sợi bện chịu
kéo, lớp vải bọc quanh phía ngoài đai, lớp cao su chịu nén và tăng ma sát. Đai thang làm
việc theo hai mặt bên.
Hình dạng và diện tích tiết diện đai thang được tiêu chuẩn hóa. TCVN 2332-78
quy định 6 loại đai thang thường Z, O, A, B, C, D. TCVN 3210-79 quy định 3 loại đai
thang hẹp SPZ, SPA, SPB.
Đai thang được chế tạo thành vòng kín, chiều dài đai được tiêu chuẩn hóa. Bộ
truyền đai thang thường dùng có chiều dài: 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000,
1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550, 4000, 4500, 5000,...
mm.
- Đai tròn, tiết diện đai hình tròn, bánh đai có rãnh hình tròn tương ứng chứa dây
đai (Hình 3-3, c). Đai tròn thường dùng để truyền công suất nhỏ.
- Đai hình lược, là trường hợp đặc biệt của bộ truyền đai thang. Các đai được làm
liền nhau như răng lược (Hình 3.4 a). Mỗi răng làm việc như một đai thang. Số răng
thường dùng 2  20, tối đa là 50 răng. Tiết diện răng được tiêu chuẩn hóa.
Đai hình lược cũng chế tạo thành vòng kín, trị số tiêu chuẩn của chiều dài tương tự
như đai thang.
Hình 3.4: Bộ truyền đai hình lược (a), đai răng (b)

107. -107-
- Đai răng, là một dạng biến thể của bộ truyền đai. Dây đai có hình dạng gần giống như
thanh răng, bánh đai có răng gần giống như bánh răng. Bộ truyền đai răng làm việc theo
nguyên tắc ăn khớp là chính, ma sát là phụ, lực căng trên đai khá nhỏ (Hình 3.50 b).
Cấu tạo của đai răng bao gồm các sợi thép bện chịu tải, nền và răng bằng cao su
hoặc chất dẻo.
Thông số cơ bản của đai răng là mô đun m, mô đun được tiêu chuẩn hóa, gía trị
tiêu chuẩn của m: 1 ; 1,5 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 7 ; 10 mm. Dây đai răng được chế tạo thành vòng
kín. Giá trị tiêu chuẩn của chiều dài đai tương tự như đai hình thang.
Trên thực tế, bộ truyền đai dẹt và đai thang được dùng nhiều hơn cả. Vì vậy, trong
chương này chủ yếu trình bày bộ truyền đai dẹt và đai thang.
b) Các phương pháp căng đai
Bộ phận căng đai, tạo lực căng ban đầu F0 kéo căng hai nhánh đai. Để tạo lực căng
F0, có thể dùng trọng lượng động cơ (Hình 3.5a), dùng vít đẩy (Hình 3.5 b), hoặc dùng
bánh căng đai (Hình 3.5 c).
c) Các phương pháp nối đai
Thông thường chỉ nối đai dẹt, vì chiều dài đai dẹt được cắt theo yêu cầu và nối
thành vòng kín. Đai được nối bằng cách dán, may, hoặc dùng bu lông kẹp chặt.
Hình 3.6: Các phương pháp nối đai
Hình 3.5: Bộ phận căng đai
Bánh căng đai
c)
Keo

108. -108-
d) Vận tốc và tỷ số truyền
- n1 (1) và n2 (2) : tốc độ vòng (góc) của bánh dẫn và bánh bị dẫn, vg/phút
(rad/s); i: tỉ số truyền; v1, v2: tốc độ tiếp tuyến của bánh dẫn v bnh bị dẫn , m/s
Nếu không có sự trượt giữa đai với bánh đai thì:
v1 = v2 hay
60
1
1n
D

=
60
2
2n
D

vaø i =
2
1
n
n
=
1
2
D
D
Nhưng sự trượt đó không tránh khỏi khi bộ truyền đai làm việc nên v1 < v2, và nếu
gọi  là hệ số trượt thì ta có:
v2 = v1(1 - ) , hay
60
2
2 n
D

=
60
1
1n
D

(1-)
Suy ra: i =
)
1
(
1
2


D
D
Trong điều kiện làm việc bình thường, có thể lấy hệ số trượt  = 0,01-0,02
e) Lực trong đai truyền
Gồm có:
- Lực căng đai ban đầu F0;
- Lực vòng tác dụng lên dây
đai:
v
N
D
M
Ft
1000
2
1
1

 ;
M1: mômen xoắn trên trục I;
D1: đường kính bánh đai số 1;
N: công suất;
v: vận tốc dây đai.
- Lực ly tâm của dây đai: Fv = qm.v2
(qm: khối lượng của 1 mét dây đai)
- Lực tổng hợp tác dụng lên nhánh căng: F1 = F0 +
2
t
F
+ Fv.
Hình 3.7: Lực trong đai truyền

109. -109-
- Lực tổng hợp tác dụng lên nhánh chùng: F2 = F0 -
2
t
F
+ Fv.
- Lực tác dụng lên trục và ổ đỡ: Fr = 3F0cos =
2
sin
3 1
0

F (3.8)
f) Hiện tượng trượt đai truyền
Trượt đàn hồi: Hiện tượng trượt này do dây đai biến dạng đàn hồi gây nên, gọi là hiện
tượng trượt đàn hồi của dây đai trên bánh đai. Dây đai càng mềm, giãn nhiều thì trượt
càng lớn. Cung AC gọi là cung trượt, cung CB không có hiện tượng trượt gọi là cung tĩnh
như hình 3.8.
Trượt trơn: Trượt trơn xảy ra khi bộ truyền đai bị quá tải; lúc này lực vòng Ft lớn hơn
lực ma sát Fms, hiện tượng trượt xảy ra trên toàn bộ cung ôm của dây đai trên bánh đai
(cung ACB)
g) Ưu nhược điểm của truyền động đai
a) Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ.
- Truyền động êm dịu.
- Do có sự trượt giữa dây đai với bánh đai cho nên khi quá tải đột ngột cũng không
gây ra hư hỏng các chi tiết của bộ truyền.
- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai, biên độ dao động của cơ cấu, do tải trọng thay
đổi sinh ra, không lớn.
Hình 3.8: Hiện tượng trượt đai truyền
Cung tĩnh
Cung trượt
A
A
C
B Cung trượt
Cung tĩnh
B
C

110. -110-
- Có thể truyền động giữa các trục xa nhau và giữa các trục được bố trí thích hợp
trong không gian.
b) Nhược điểm:
- Kích thước cồng kềnh, nhất là khi truyền công suất lớn.
- Do có trượt đai nên không đảm bảo được độ chính xác về tỷ số truyền.
- Do phải có lực căng đai ban đầu tạo nên áp lực phụ trên trục và gối đỡ.
- Dây đai dễ bị nhiễm điện và không chịu được môi trường có dầu, mỡ.
c) Phạm vi sử dụng:
- Công suất truyền có thể đạt tới 1500 kW; phổ biến trong phạm vi từ 0,3 – 50kW,
vận tốc dây đai có thể đạt tới 30 m/s; tỷ số truyền i  6.
2) Bộ truyền động bánh răng
a) Khái quát về truyền động bằng bánh răng
Bánh răng là một chi tiết cơ khí thường dùng để truyền lực và truyền chuyển
động giữa các bộ phận trong một cỗ máy. Bánh răng có độ bền cao và có thể truyền lực
đạt hiệu quả tới 98%. Cơ cấu truyền động bánh răng thông thường bao gồm từ hai bánh
răng trở lên, thường dùng trong các trường hợp: 1. Tăng tốc; 2. Giảm tốc; 3. Thay đổi
hướng chuyển động .
- Phân nhóm bánh răng:
+ Dựa theo vị trí các trục truyền động người ta phân thành: Song song, Giao nhau,
Chéo nhau.
+ Dựa theo cấu tạo phân ra các loại: bánh răng trụ thẳng, bánh răng trụ nghiêng,
bánh răng côn, bánh vít, trục vít.
Loại bánh răng thông dụng nhất và đơn giản nhất là bánh răng trụ thẳng
Trục truyền động song song: Các trục tuyền động được bố trí song song nhau khi cần đổi
tốc độ và /iều quay của các trục.
- Các loại bánh răng thường được sử dụng cho kiểu truyền động này bao gồm:
+ Bánh răng trụ thẳng
+ Bánh răng trụ nghiêng

111. -111-
+ Bánh răng xương cá
Loại bánh răng thông dụng nhất và đơn
giản nhất là bánh răng trụ thẳng
Bánh răng trụ thẳng:
- Bánh răng trụ thẳng có bộ răng song song
với trục.
- Do tương đối đơn giản khi thiết kế và lắp
đặt nên nó là một trong những chi tiết phổ
biến nhất trong các thiết kế cơ khí. Tuy
nhiên, bánh răng trụ thẳng có khả năng chịu
lực thấp và gây ra nhiều tiếng ồn hơn các loại bánh răng khác.
- Có 2 loại bánh răng trụ thẳng là răng ngoài
và loại răng trong
Bánh răng xương cá còn gọi là bánh răng ăn khớp chữ
V, đây là bánh răng trụ nghiêng có răng nghiêng theo
hai hướng
Bánh răng côn: Như hình 3.11 Dùng cho bộ truyền
động có trục giao nhau được dùng để thay đổi hướng
của trục quay với góc bất kỳ, nhưng thường là 90o.
Bánh răng côn thường có hai dạng là răng thẳng và
răng xoắn.
- Các răng của bánh răng côn răng thẳng được đặt
dọc các theo đường sinh của mặt côn.
- Khi hai bánh răng côn ăn khớp, các đỉnh côn trùng
nhau.
Hình 3.9: Bánh răng trụ thẳng
Hình 3.10: Bánh răng xương cá
Hình 3.11: Bánh răng côn

112. -112-
- Hai bánh răng côn ăn khớp có trục vuông góc và có cùng kích thước gọi là các bánh
răng côn đỉnh vuông.
Bánh răng trụ nghiêng
- Cặp bánh răng trụ nghiêng gồm bánh răng lớn
và bánh răng nhỏ ăn khớp và có trục vuông góc
với nhau.
- Dạng bánh răng này sử dụng để thay đổi hướng
trục quay trong trường hợp truyền lực nhỏ
.b) Ưu nhược điểm của truyền động răng
Ưu điểm:
- Đảm bảo độ chính xác truyền động (v, i) vì không có sự trượt.
- Tỉ số truyền cố định.
- Có thể sắp đặt vị trí tương đối giữa cặp bánh răng ăn khớp theo ngững góc mong
muốn trong không gian (song song, chéo hay vuông góc với nhau).
- Hiệu suất cao từ 0,96 đến 0,98 thậm chí đến 0,99 cho một cặp bánh răng.
- Kích thước bộ truyền tương đối nhỏ gọn, khả năng tải lớn.
- Tuổi thọ và độ tin cậy cao.
- Làm việc trong phạm vi công suất, tốc độ và tỉ số truyền khá rộng.
Nhược điểm:
- Không thực hiện được truyền động vô cấp.
- Không có khả năng tự bảo vệ an toàn khi quá tải.
- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn.
- Đòi hỏi độ chính xác cao trong chế tạo (chế tạo tương đối phức tạp) và lắp ráp.
- Chịu va đập kém vì độ cứng của bộ truyền khá cao.
3) Cơ cấu trục vít - bánh vít
Hình 3.12: Bánh răng trụ nghiêng

113. -113-
- Cơ cấu trục vít - bánh vít có tỷ số truyền lớn, cho phép đổi phương trục và thay đổi
điểm tác dụng của lực.
Hình 3.13: Cơ cấu trục vít - bánh vít
Giả sử có 1 cặp bánh răng trục chéo, truyền chuyển động quay giữa hai trục vuông góc
nhau (γ = 90o). Cặp bánh răng này có đặc điểm: góc nghiêng β1 rất lớn, β2 nhỏ. Vì thế
đường răng của bánh răng 1 được quấn nhiều vòng trên bánh răng (hình 3.13). Số răng
của bánh răng 1 không thể nhiều được, vì bước của đường xoắn có giá trị nhất định.
Thông thường Z1 = 1 ÷ 4. Số răng Z1 còn gọi là số đầu mối, bánh răng 1 được gọi là trục
vít, bánh răng 2 được gọi là bánh vít.
Vì vậy, thực chất của cơ cấu trục vít – bánh vít là một cặp bánh răng trụ chéo. Cấu tạo
mặt răng giống như bánh răng trụ chéo.
Đặc điểm của cơ cấu trục vít – bánh vít
- Tỷ số truyền: vì là bánh răng trụ chéo nên tỷ số truyền được tính
- Nhận xét: số đầu mối của trục vít Z1 rất nhỏ, trong khi đó Z2 có thể lấy lớn.Vì vậy
cơ cấu này có ưu điểm cơ bản là tỷ số truyền có thể rất lớn, nhưng kích thước cơ cấu vẫn
nhỏ gọn.
- Góc nghiêng của bánh vít và trục vít khác nhau nhiều, nên vận tốc trượt tương đối
dọc răng sẽ rất lớn, vì vậy hiệu suất của cơ cấu thấp, nhiệt độ ở vùng tiếp xúc sẽ cao.
- Trong bộ truyền trục vít – bánh vít, mặt răng của trục vít và bánh vít tiếp xúc theo
điểm nên khả năng tải không cao, mau mòn. Để đạt được tiếp xúc đường giữa trục vít và

114. -114-
bánh vít, sẽ phải thay đổi mặt răng của bánh vít. Bánh vít được cắt bằng dao phay lăn có
hình dạng hoàn toàn giống như trục vít sẽ ăn khớp với bánh vít.
4) Cơ cấu Vit me- đai ốc bi,
Cơ cấu vít me - đai ốc cho phép biến chuyển động quay của trục động cơ thành
chuyển động thẳng tại khớp trượt. Vít me - đai ốc bi thường được dùng để giảm ma sát.
thường cơ cấu này được lắp có độ dôi để giảm khe hở và tăng độ cứng vững.
Hình 3.14: Cơ cấu vít me - đai ốc bi
5) Cơ cấu Malt
a) Đặc điểm:
Cơ cấu man là cơ cấu biến chuyển động quay liên tục thành chuyển động quay
gián đoạn nhờ trên khâu dẫn có chốt và trên khâu bị dẫn có những rãnh tiếp xúc không
liên tục nhau.
Ứng dụng: Trong đồng hồ cơ; Trong máy
công cụ(cơ cấu ăn dao của máy bào, cơ cấu
ụ dao máy tiện tự động); Trong máy
chiếu phim (cơ cấu đưa phim của máy);
Trong dây chuyền lắp ráp và sản xuất tự
động,...

115. -115-
Hình 3.15: Mô tả nguyên lý cơ cấu Malt
b) Cấu tạo & nguyên lý hoạt động:
Theo hình 3.15, cơ cấu Man có khâu dẫn (1) mang chốt (3) quay quanh tâm O1;
khâu bị dẫn(2) là đĩa mang những rãnh (4) có thể quay quanh tậm O2. Khi khâu 1 quay
liên tục, sẽ có lúc chốt 3 lọt vào rãnh 4 của đĩa 2 ở vị trí A và gạt đĩa này quay quanh O2
một góc đến khi chốt ra khỏi rãnh ở vị trí B thì đĩa 2 sẽ ngừng quay nhờ cung tròn trên đĩa
1 tiếp xúc với cung tròn trên đĩa 2. Lúc này rãnh kế tiếp của đĩa 2 ở vị trí chờ chốt trên đĩa
1 vào để truyền động và quá trình này xảy ra liên tục.
Số chốt trên đĩa 1 có thể là 1chốt hay nhiều hơn. Số rãnh trên đĩa 2 thường là 4, 6, 8,...
nếu phân loại theo dạng ăn khớp thì cơ cấu Man có 2 loại là: Cơ cấu Man ăn khớp ngoài
và cơ cấu Man ăn khớp trong.
6) Cơ cấu cam
a) Đặc điểm
Cơ cấu cam là cơ cấu có khớp loại cao
thực hiện chuyển động lặp lại của khâu bị dẫn
nhờ vào đặc tính hình học của thành phần khớp
cao trên khâu dẫn.
Tùy vào kiểu dẫn- khớp dẫn, cơ cấu cam
có thể biến chuyển động quay thành chuyển
B
1
2
Hình 3.16: Hình ảnh về cơ cấu cam

116. -116-
động thẳng hay các chuyển động khác (bằng cách sử dụng bề mặt hoặc một đường rãnh
của một bộ phận, được gọi là cam, để điều khiển sự chuyển động của bộ phận thứ hai,
được gọi là con đội) hay các khâu dẫn của cơ cấu được gọi là cam, còn khâu bị dẫn được
gọi là cần.
+ O1B là kích thước động của khâu 1, O1B
thay đổi trong quá trình làm việc.
+ Khớp cao giữa khâu 1 và khâu 2 là B.
Thời gian và kiểu chuyển động của con đội là cơ sở để thiết kế cam. Chu trình chuyển
động của con đội ứng với một vòng quay 360o của cam và được gọi là chu trình chuyển
vị. Hình 3.17 mô tả cơ cấu cam. Khi cam quay một vòng con đội đi lên điều khiển mở van
một lần.
-
Các lại cơ cấu cam thông dụng: Cam mặt: có dạng đĩa phẳng, hình dạng đường chu vi của
cam điều khiển sự chuyển động của con đội. Cam rãnh: là đĩa phẳng được tạo rãnh, hình
dạng rãnh điều khiển sự chuyển động của con đội (Hình 3.18). Cam hình trụ: có dạng mặt
trụ với rãnh cắt trên mặt trụ để điều khiển sự chuyển động của con đội.
Con đội (2)
Trục dẫn
Hãm
Van
Lò xo
Cam (1)
Hình 3.17: Ví dụ về cơ cấu cam trong hệ đóng mở van

117. -117-
Hình 3.18: Hình ảnh cơ cấu cam rãnh
b) Ưu nhược điểm
- Ưu điểm: Chọn biên hình cam (thiết kế cơ cấu cam) theo một quy luật chuyển động cho
trước (của cần) thì dễ dàng.
- Nhược điểm: Có khớp cao B tiếp xúc theo điểm hay theo đường, dẫn đến hao mòn
nhanh ở bề mặt làm việc; có khuynh hướng tháo khớp; khó khăn trong việc chế tạo chính
xác bề mặt làm việc của cam.
7) Cơ cấu bánh cóc (Ratchet Mechanism)
Cơ cấu bánh cóc là cơ cấu biến chuyển động qua lại thành chuyển động 1 chiều gián
đoạn thông qua con cóc và bánh cóc.
Hình 3.19: Mô tả cơ cấu bánh cóc

118. -118-
Hình 3.19 mô tả cơ cấu bánh cóc gồm: thanh lắc 1 lắc qua lại quanh tâm O, con cóc 2 có
thể trượt trên răng của bánh cóc 3 khi chiều lắc cùng chiều kim đồng hồ và bánh cóc quay
quanh tâm O khi chiều lắc ngược chiều kim đồng hồ. Như vậy bánh cóc chuyển động
quay gián đoạn 1 chiều. Để hãm chuyển động của bánh cóc theo chiều ngược lại (khi
không nhận truyền động của con cóc 2) ta dùng con cóc 5 được bắt trên giá 4 và được giữ
bằng lò xo xoắn ốc 6. Chuyển động qua lại có thể là chuyển động lắc quanh tâm bánh cóc
(hoặc chuyển động tịnh tiến qua lại) nhận được từ cơ cấu 4 khâu bản lề ABCD (hình
3.20a) hoặc từ chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu tay quay – con trượt (hình 3.20b) hoặc
nhờ những cơ cấu khác.
Hình 3.20: Hình ảnh minh họa cơ cấu cóc
3.1.2. Truyền động khí nén
1) Khái quát về điều khiển bằng khí nén
Ứng dụng khí nén đã có từ thời trước Công Nguyên, tuy nhiên sự phát triển của
khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật
lý, vật liệu… còn thiếu, cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế.
Đến thế kỷ thứ XIX, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt
được phát minh. Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện, vai trò sử dụng năng
lượng bằng khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng bằng khí nén vẫn
đón một vai trò cốt yếu ở những linh vực mà khi sử dụng điện sẽ không an toàn. Khí nén
được sử dụng ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc lớn như: Búa hơi,
dụng cụ dập, tán đinh… nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy.
Sau chiến tranh thế giới thứ hai, việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén trong kỹ
thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ. Những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén mới

119. -119-
được sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự kết hợp khí nén với điện -
điện tử sẽ quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai. Khí nén
được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:
-Trong lĩnh vực điều khiển
+ Vào những thập niên 50 và 60 của thế kỷ 20, là thời gian phát triển mạnh mẽ của
giai đoạn tự động hóa quá trình sản xuất, kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển
rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
+ Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các lĩnh vực như: các thiết
bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiết hoặc là sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị
điện tử vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao.
+ Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền
rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện,
đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất.
-Trong Hệ thống truyền động
+ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: các thiết bị, máy móc trong lĩnh vự khai thác
đá, khai thác than, trong các công trình xây dựng (xây dựng hầm mỏ, đường hầm,...).
+ Truyền động thẳng: vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động
thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại
máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô.
+ Truyền động quay: truyền động xilanh, động cơ quay với công suất lớn bằng
năng lượng khí nén.
+ Trong các hệ thống đo và kiểm tra: được dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra
chất lượng sản phẩm.
2) Cấu trúc và đặc điểm của hệ thống truyền động khí nén
a) Cấu trúc của hệ thống truyền động khí nén
Khí nén được dùng ở mạch động lực để tạo ra các chuyển động các thiết bị được sử
dụng như : các xilanh, mô tơ khí nén, các thiết bị chân không...Ngoài ra khí nén cũng
được sử dụng ở mạch điều khiển và nó được kể đến là mạch điều khiển dùng khí nén.
Hình vẽ 3.21 dưới là ví dụ về hệ thống khí nén trong đó cả mạch động lực và mạch điều
khiển đều dùng khí nén.

120. -120-
Hình 3.21: Hệ thống điều khiển dùng khí nén
Ngày nay các phần tử khí nén chủ yếu được dùng như phần tử chấp hành. Các tín
hiệu điều khiển thường được lấy từ bộ điều khiển bằng điện từ bộ điều khiển hay PLC...
Trong hệ thống chỉ dùng nhiều các cơ cấu chấp hành khí nén, các van điều khiển là bắt
buộc và các van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng dòng khí. Sơ đồ khí nén điều khiển dùng
điện được mô tả như hình vẽ 3.22.

121. -121-
`
Hình 3. 22: Cơ cấu chấp hành khí nén được điều khiển bằng PLC
Trong hình vẽ phần tử chấp hành là mô tơ khí M1, Xi lanh khí C1, C2. Phần tử điều
khiển chỉnh lưu lượng là các van tiết lưu. Phần tử điều khiển khí là các van đảo chiều tác
động bằng điện. Các cuộn điện được kết nối điều khiển từ bộ điều khiển lập trình PLC.
Nguồn khí nén bao gồm các bộ lọc nước, điều chỉnh áp suất, đồng hồ đo. Hoạt động của
các phần tử chấp hành thông qua sự điều khiển theo chương trình được lập tự bộ PLC.
b) Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén
Ưu điểm
+ Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ
và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
+ Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí nén
rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tích chứa khí nén.
+ Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra
ng−ợc trở lại bầu khí quyển.
4 2
5
1
3
1V1 2V1
2
1 3
1V3
0V Q0 Q1
24V I0 I1
Q3
Q2 Q4 Q5 Q6 Q7
I3
I2 I4 I5 I6 I7
40%
100%
40%
40%
40%
4 2
5
1
3
1V2 2V2
1V3
0V
2V1
1V1 1V2
2V2
PLC
M 1
C 1 C 2 Phần tử chấp
hành
Phần tử điều
chỉnh (tiết
lưu)
Phần tử điều
khiển khí
(Valve)
Nguồn khí nén
Bộ điều khiển

122. -122-
+ Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn,
do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
+ Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn
trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẳn đường dẫn khí nén.
+ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm
của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
+ Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van, ...) có cấu tạo
đơn giản và giá thành không đắt.
+ Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành
logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức.
Nhược điểm
+ Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp.
+ Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi
vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn. (Không thể thực hiện được những chuyển động
thẳng hoặc quay đều).
+ Dòng khí thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn.
Đặc điểm của khí nén
- Mức độ sạch: Không khí nén sạch ngay cả trong trường hợp lưu thông trong các
đường ống hay thiết bị. Không một nguy cơ gây bẩn nào phải lo tới. Điều này đặc biệt cần
thiết trong các ngành công nghiệp: Thực phẩm, vải sợi, lâm sản...
- Vận tốc: Không khí nén có thể lưu thông với tốc độ rất cao. Vận tốc công tác của
các xi lanh khí nén thường trong khoảng 1 đến 2 m/s, trong một số trường hợp có thể đạt
5 m/s.
- Tính dễ điều chỉnh: Vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác dùng khí nén
được điều chỉnh một cách vô cấp.
- Cách xử lý: Không khí nén phải được chuẩn bị sao cho không chứa bụi bẩn, tạp
chất và nước vì chúng làm cho các phần tử khí nén chóng mòn.
- Tính chịu nén: Không khí có tính nén được, cho phép thay đổi và điều chỉnh vận
tốc của Piston.
- Lực tác dụng: Không khí được nén sẽ không kinh tế nếu chưa đạt được công suất
nhất định, áp suất làm việc thường được chấp nhận là 7 bar. Lực tác dụng được giới hạn

123. -123-
trong khoảng 20000 đến 30000 N (20000 đến 30000 KP). Độ lớn của lực tác dụng còn
phụ thuộc vào vận tốc và hành trình.
- Thoát khí: Không khí nén xả ra ngoài tạo âm thanh gây ồn, nhưng nhờ các bộ
giảm thanh gắn ở từng đường thoát nên vấn đề này đã được giải quyết.
- Giá thành: Không khí nén là một nguồn năng lượng dồi dào, đơn giản và sẵn có
nên hệ thống sử dụng có giá thành thấp.
3.1.3. Truyền động dầu ép
1) Khái quát.
Truyền động dầu ép hay truyền động thủy lực được sử dụng trong một số trường hợp
hệ thống (rô bốt) cần thực hiện việc mang vác vận chuyển với tải trọng lớn mà hệ thống
khí nén khó thực hiện được. Về mặt kết cấu và nguyên lý điều khiển hệ thống thủy lực
cũng giống như đối với hệ thống điều khiển bằng khí nén chúng chỉ khác ở chỗ phải có
đường ống dẫn để dầu được đưa về bể chứa thay vì xả ra ngoài như khí nén. Một điều nữa
cũng cần phải quan tâm là hệ thống dầu ép phải có một động cơ bơm dầu và nó phải làm
việc liên tục trong quá trình ép mà không có bình tích chứa được như khí nén. Sơ đồ hệ
thống dầu ép đơn giản như hình 3.23.
Hình 3.23: Kết cấu hệ thống dầu ép
2)Ưu nhược điểm của hệ điều khiển dùng dầu ép
Ưu điểm:

124. -124-
Truyền động được công suất cao và lực lớn, (nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản,
hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng).
Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, (dễ thực hiện tự động hoá theo
điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn).
Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau.
Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.
Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có
thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh (như trong cơ khí và điện).
Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu
chấp hành.
Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.
Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.
Tự động hoá đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu
chuẩn ho¸.
Như vậy, theo những chỉ số vật lý, rô bốt với truyền động thuỷ lực là loại có công suất và
tải trọng mang lớn nhất. Các xy lanh thuỷ lực với kết cấu gọn có thể được lắp đặt ở các
khuỷu tay gắp và ngay cả ở khâu nối giá để cung cấp các chuyển động chuyển dời và
chuyển động định hướng với lực hoạt động lớn. Tuy nhiên bên cạnh ưu điểm nêu trên, giá
thành của loại này cao hơn các loại dùng truyền động điện hay khí nén. Ngoài ra truyền
động thuỷ lực còn yêu cầu phải trang bị bơm, đường dẫn lưu chất, hệ thống van và ngay
cả máy thuỷ lực tạo áp suất cao để phụ trợ. Bên cạnh tay máy và bộ điều khiển bằng máy
tính, rô bốt được trang bị thêm bơm, bể chứa dầu, bộ lọc và bộ ổn áp, các van điều khiển
servo trong phần nguồn dẫn động. Rô bốt với nguồn dẫn dầu ép cũng chỉ đạt được một
số ưu điểm giới hạn. Khác với nguồn dẫn khí nén, thể tích dầu hầu như không thay đổi
(không nén được) dưới áp lực; và dầu có thể được bơm dưới áp lực cao, có thể đạt từ
3000 đến 5000 psi; vì vậy, truyền động dầu ép có thể đạt được lực lớn và tác động nhanh.
Truyền động thuỷ lực cung cấp cho rô bốt khả năng mang tải lớn và chính xác. Được dẫn
động dưới áp lực cao, các rô bốt dầu ép có thể điều chỉnh được sai số vị trí bé một cách
nhanh chóng và chính xác nhờ các van điều khiển servo dạng vòi phun lá chắn, truyền
động dầu ép còn có ưu điểm là êm.
Hạn chế của nguồn dẫn dầu ép
(1) Chi phí cho một hệ thống dầu ép thông thường khá cao.

125. -125-
(2) Không thích hợp cho cơ cấu quay với tốc độ nhanh.
(3) Cần có đường xả dầu về bể.
(4) Khó giảm kích thước hệ thống do áp suất và tốc độ dầu cao.
(5) Nguồn dẫn dầu ép không phổ biến trong các nhà máy như các nguồn dẫn
khí nén và điện.
(6) Chiếm chỗ trên mặt bằng nhiều hơn các nguồn dẫn khác.
(7) Sự rò rỉ dầu sau một thời gian hoạt động và có thể trở thành mối nguy hại gây cháy
trong ứng dụng hàn đường. Các thiết bị phụ theo như động cơ điện, bơm cao áp, bồn
chứa, các thiết bị điều khiển làm tăng năng lượng tiêu hao, chi phí chế tạo và bảo trì.
3.2. Trang bị điện của rô bốt
3.2. 1. Động cơ truyền động của rô bốt
1) Đặc điểm chung
Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động
cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động
cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được.Việc thiết lập một hệ thống điều khiển
để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không
quay cũng không dễ dàng.
Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín
hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí
sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động
quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn.
Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
Với những công việc đòi hỏi chính xác, loại rô bốt với truyền động điện tỏra đắc dụng nhất
vì chúng cho phép bảo đảm được độ chính xác dịch chuyển cao và khảnăng thực hiện những
thao tác phức tạp.
*Ưu điểm
-Cơ cấu tác động nhanh và chính xác
- Có khả năng áp dụng kỹ thuật điều khiển phức tạp cho các chuyển động.
- Giá thành không cao .
-Thời gian triển khai hệ thống rô bốt mới nhanh .

126. -126-
-Nhiều động cơ có mô men quay cao, trọng lượng giảm, và thời gian đáp ứng nhanh.
*Nhược điểm
- Bản chất đã là tốc độ cao .
-Khe hở bộ truyền bánh răng làm giảm độ chính xác .
-Gây quá nhiệt khi hệ thống bị dừng hoạt động do quá tải .
-Cần phải có thẳng để ghim vị trí các khớp.
Ta có thể chia loại này làm hai nhóm theo dạng động cơ trang bị cho chúng.
•Nhóm thứ nhất:
Dùng động cơ bước (stepper motor) để thực hiện những chuyển dịch góc chính xác
dưới tác dụng của các xung điện áp đơn vị. Dịch chuyển góc của rô bốt của các động cơ
bước đạt được độ chính xác cao nếu mô men tải trọng không vượt quá mô men giới hạn của
động cơ.
•Nhóm thứ hai:
Dùng động cơ phụ trợ với nguồn điện DC.Trong trường hợp này nhất thiết phải có liên
hệ ngược giữa nguồn dẫn động (động cơ) với phần dịch chuyển (chấp hành) của rô bốt. Phần
lớn các rô bốt được sử dụng trên thị trường sử dụng nguồn dẫn là các động cơ điện. Nguồn
dẫn điện có các đặc điểm là tác động khá nhanh, chính xác, sạch và êm. Động cơ điện cung
cấp mô men quay tốt hơn các loại khác. Điểm khó khăn là khả năng tải hay mang tải của hệ
thống này thấp hơn so với hệ thống thuỷ lực.
Trong rô bốt công nghiệp, việc hoạt động của các rô bốt chủ yếu hoạt động theo vị trí
trong một quỹ đạo nhất định, vì vậy các động cơ dùng để truyền các chuyển động trong rô
bốt không khai thác nhiều về tốc độ mà chủ yếu khai thác về vị trí. Vì thế trong các rô bốt
công nghiệp hiện nay chủ yếu sử dụng các loại động cơ bước, động cơ servo DC, servo
AC, động cơ thủy lực. Vì thế trong chương này sẽ giới thiệu cấu tạo, nguyên tắc điều
khiển động cơ bước, động cơ servo.
2) Động cơ bước
a) Cấu tạo và phân loại động cơ bước
Các hệ truyền động rời rạc thường được thực hiện nhờ động cơ chấp hành đặc biệt
gọi là động cơ bước.

127. -127-
Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều
khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc
các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần thiết.
Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều
khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương
ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto, phụ thuộc vào
thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato
(phần ứng) của động cơ bước thì rôto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất
định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây
phần ứng thay đổi liên tục thì rôto sẽ quay liên tục.
Có thể coi động cơ bước là linh kiện (hay dụng cụ) số (Digital Device) mà ở đó các
thông tin số hoá đã thiết lập sẽ được chuyển thành chuyển động quay theo từng bước.
Động cơ bước sẽ thực hiện trung thành các lệnh đã số hoá mà máy tính yêu cầu (xem hình
3.24).
H×nh 3.24: M« h×nh ho¸ ®éng c¬ b­íc
b) Nguyên lý hoạt động
Hình 3.2 vẽ sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với rôto có 2 cực ( 2p =2) và không
được kích thích.

128. -128-
Hình 3.25: Sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với rôto 2 cực
và các lực điện từ khi điều khiển bằng xung 1 cực
Xung điện áp cấp cho m cuộn dây stato có thể là xung một cực (hình 3.26a) hoặc xung
2 cực( hình 3.26b)
Hình 3.26: Xung điện áp cấp cho cuộn dây stato
a, Xung một cực; b, xung hai cực
Chuyển mạch điện tử có thể cung cấp điện và điều khiển cho các cuộn dây stato theo
từng cuộn dây riêng lẻ hoặc theo từng nhóm các cuộn dây. Trị số và chiều của lực điện từ
tổng F của động cơ và do đó vị trí của rôto trong không gian hoàn toàn phụ thuộc và
phương pháp cung cấp điện cho các cuộn dây
Trong thực tế để tăng cường lực điện từ tổng của stato và do đó tăng từ thông và
momen đồng bộ, người ta thường cấp điện đồng thời cho hai, ba hoặc nhiều cuộn dây.
Lúc đó rôto của động cơ bước sẽ có vị trí cân bằng (ổn định) trùng với vectơ lực điện từ
tổng F. Đồng thời lực điện từ tổng F cũng có giá trị lớn hơn lực điện từ thành phần của
các cuộn dây stato.
Một cách tổng quát, số bước quay cân bằng trong khoảng o
360
0  là :
K= mn1n2p
Trong đó :
 p: là số đôi cực của rôto;
 m: số cuộn dây điều khiển trên stato (số pha);
 n1: hệ số , n1=1 ứng với điều khiển đối xứng (điểu khiển cả bước); n1 = 2 ứng
với điều khiển không đối xứng (điều khiển nửa bước)
t
u
0
t
u
0
a b

129. -129-
 n2 : hệ số , n2 =1 điều khiển bằng xung cực; n2 =2 điều khiển bằng xung 2 cực.
Bước quay của rôto trong không gian là K
o
360


c) Mômen đồng bộ và trạng thái ổn định của động cơ bước
Trong động cơ được cấp bởi nguồn một chiều, sau quá trình quá độ, dòng điện trong
các cuộn stato là hằng số.
const
r
U
I
s


Từ thông do nó sinh ra tác động vào cặp cực của rôto:

 sin
cos BS
BS 


Trong đó:
 B là cường độ từ trường do dòng điện I sinh ra trong cuộn dây có điện cảm L;
 S là tiết diện vuông góc của cặp cực;
  là góc giữa trục cặp cực với trụ của cuộn dây pha;
  là góc giữa trục cặp cực và đường vuông góc với trục của cuộn dây pha;
Do góc  thay đổi nên từ dẫn dọc theo đường đi của từ thông thay đổi theo, làm cho
từ thông thay đổi trong một giới hạn rộng. Nếu viết biểu thức  dưới dạng :
LI


Trong đó L là điện cảm
Thì sự thay đổi của góc  cùng với sự thay đổi khe hở không khí giữa các răng của
stato và rôto làm cho điện cảm L thay đổi theo dẫn đến từ thông và do đó mômen của
động cơ thay đổi.
Hiện nay, phần lớn các động cơ bước đều có cấu tạo rôto không có cuộn kích thích.
Do đó biểu thức mômen có dạng đơn giản sau:


d
dL
I
C
M S
S
M .
.
)
( 
Trên hình 3.27 vẽ đường cong mômen tổng )
(
f
M  (đường nét liền) và các thành
phần điều hoà của nó (đường nét đứt).
Chất lượng của động cơ bước được đánh giá bởi độ dốc của đường cong mômen đồng
bộ )
(
f
M  , đặc biệt là ở đầu của vùng làm việc thuộc đường cong này (phần đậm nét

130. -130-
của đường cong )
(
f
M  trên hình 3.27). Độ dốc của đường )
(
f
M  trong vùng này
càng lớn thì suất mômen 
d
dM càng lớn.
Hình 3.27: Đường cong mômen của động cơ bước theo góc 
Giả sử tại một vị trí nhất định, rôto mang một momen tải (mômen cản) MC. Để giữ
được rôto ở vị trí này ta phải cấp dòng điện cho cuộn dây stato tại ví trí đó và do góc
0

 nên M=Mmax . Điều kiện để giữ được roto không trượt khỏi vị trí là:
MC < Mmax
Muốn quay rôto đi một góc  rời khỏi vị trí đang giữ, ta phải cấp dòng điện cho cuộn
dây stato ở vị trí mới, đồng thời ngắt dòng điện của cuộn stato ở vị trí cũ. Điều kiện để
rôto quay được góc  là:
MC < Mmax cos
Cần chú ý rằng sự chuyển bước của rôto chỉ thực hiện được trong điều kiện nhất định,
khi mà sự dịch chuyển của lực điện từ F đi một góc  không làm cho động cơ rơi vào
vùng mất ổn định của đặc tính góc )
(
f
M  (điểm 2 ở đường cong trên hình 3.27).
Nếu như góc  quá lớn thì rôto rơi vào vùng mất ổn định, không bám theo được từ
trường và động cơ bị mất bước.
Trong trường hợp tổng quát, để động cơ không bị mất bước cần phải thực hiện điều
kiện sau:
MC < Mmax cos(2 /K )
Trong đó : K là số bước quay

131. -131-
Như vậy bước quay K
o
/
360

 càng nhỏ thì mômen tải MC cho phép trên trục động
cơ càng lớn.
d) Cấu tạo và phân loại động cơ bước
Xét về cấu tạo, động cơ bước có ba loại chính
*) Động cơ bước vĩnh cửu
Hình 3.28: Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Thường được cấu tạo với stato có dạng hình móng được từ hoá với cực N và S xen kẽ
nhau, rôto thường không có răng, được từ hoá vĩnh cửu vuông góc với trục (ngang trục).
Loại động cơ này có góc bước trong khoảng 60
450
, tốc độ chậm nhưng có mômen khá
lớn. Hình 3.28 là sơ đồ cấu tạo của động cơ bước nam châm vĩnh cửu với m = 4 và 2p =2 .
*) Động cơ bước có từ trở thay đổi
Hình 3.29. Động cơ bước có từ trở thay đổi
Còn gọi là động cơ phản kháng. Cả stato và rôto đều có răng. Rôto được làm bằng vật
liệu dẫn từ (sắt non) có từ trở thay đổi theo góc quay. Mỗi răng của stato và rôto gọi là

132. -132-
một cực. Mỗi pha trên stato được quấn thành 2 cuộn nối tiếp nhau ở vị trí xuyên tâm đối
trên stato, thậm chí 4 cuộn đôi một trực giao (hình 3.29).
Gọi NR là số răng của rôto , NP là số pha của stato, góc bước của động cơ được tính
theo công thức:
P
R
o
N
N
360


Động cơ vẽ trên hình 3.6 có góc bước là 150
, vì có số pha là 3 và số răng rôto là 8.
Góc bước của động cơ loại này thường từ o
30
8
,
1 0

Chiều quay của động cơ không phụ thuộc vào chiều của dòng điện mà chỉ phụ thuộc
vào thứ tự cấp điện trong các cuộn dây. Do đó trong công thức (3.1) thì n1=1, đối với loại
động cơ này.
Nhìn chung loại động cơ này có số bước lớn, tần số làm việc khá cao và chuyển động
êm nhưng mômen đồng bộ nhỏ.
*) Động cơ bước kiểu hỗn hợp (hubrid)
Về cấu tạo, nó kết hợp cả hai loại động cơ trên. Về tính chất, nó phát huy được các
ưu điểm của cả động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ phản kháng: có mômen hãm (khi
ngắt điện), có mômen giữ và mômen quay lớn, hoạt động với tốc độ cao và có số bước
lớn (góc bước trong khoảng từ o
5
45
,
0 0
 ).
Hình 3.30: Cấu tạo của động cơ hỗn hợp
Hiện nay trên thị trường có mặt chủ yếu là động cơ loại này với cấu tạo 2 pha hoặc 4
pha, góc bước 1,80
.Trên phương diện dòng điện điều khiển, động nam châm vĩnh cửu có

133. -133-
thể phân làm hai loại: động cơ lưỡng cực (điều khiển bằng dòng điện lưỡng cực) và động
cơ làm việc đơn cực (điều khiển bằng dòng điện đơn cực). Về số lượng pha trên stato,
động cơ bước được phân thành loại hai pha, bốn pha và nhiều pha.
*) Ba chế độ (mode) điều khiển động cơ bước
Biểu thức toán học tổng quát cho ba chế độ điều khiển
Hình 3.31: Giản đồ nguyên lý các lực điện từ khi điều khiển ở chế độ vi bước
Hình 3.31 vẽ mối quan hệ giữa các vectơ lực điện từ F1, F2 của 2 cuộn dây 1 và 2 khi
được cấp dòng điện đơn cực và vectơ lực điện từ tổng F.
F1: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 1 được kích thích
F2: lực điện từ tác động lên rôto khi cuộn dây 2 được kích thích
F : lực điện từ tổng;
 : góc bước
 : góc cần điều khiển ( góc vi bước)
Nếu ta điều khiển soa cho F1 và F2 có trị số không bằng nhau thì lực điện từ tổng F sẽ
có hướng thay đổi trong khoảng góc bước  (từ cạnh OA đến cạnh OB của tam giác
OAB- hình 3.8) và do đó vị trí của rôto thay đổi được và có thể có định vào vị trí bất kỳ
trong khoảng góc bước  .
A
C
F1
F

F2
B
0 

134. -134-
Gọi  là góc vi bước tạo bởi vectơ F1 và F2 , áp dụng tính chất của hình bình hành
(OACB) và các hệ thức lượng trong tam giác cho các tam giác OAB, OAC và OAD (hình
3.31), ta có các biểu thức sau:
AB2
= OA2
+ OB 2
- 2OA.OB.cos
OC2
= OA2
+ OB 2
+2OA.OB.cos
(AB/2)2
= OA2
+ (OC/2) 2
- 2OA. (OC/2).cos 
Hay AB2
= 4OA2
+ OC 2
- 4OA.OC.cos 
Từ (3.11),(3.12) và (3.13) suy ra:



cos
.
.
2
cos
.
cos
2
2
OB
OA
OB
OA
OB
OA







cos
.
.
2
cos
.
cos
2
1
2
2
2
1
2
1
F
F
F
F
F
F




Từ công thức tổng quát (3.15) suy ra các trường hợp sau đây:
Điều khiển cả bước
- Đầu tiên cho F2= 0 và F1= F, cos  =F/F= 1 nên  = 0, rôto ở vị trí trục cuộn dây 1.
- Sau đó cho F1= 0 và F2= F, cos  =cos hay  = .
Roto ở vị trí trục cuộn dây 2.
Điều khiển nửa bước
- Đầu tiên cho F2= 0 và F1= F, rôto ở vị trí trục cuộn dây 1.
- Tiếp theo cho F2= F1= F,
)
2
/
(
cos
4
)
2
/
(
cos
2
)
cos
1
(
2
cos
1
cos
2
2




 



2
/
),
2
/
cos(
cos 


 

rôto ở vị trí chính giữa góc 
- Sau đó cho F1= 0 và F2= 0, rôto sẽ ở vị trí trục của cuộn dây thứ 2.
Trong trường hợp này rôto sẽ chuyển động từng bước
)
,
2
/
,
0
.(
2
/ 



 


135. -135-
Điều khiển từng bước
Nếu ta điều khiển sao cho lực F1 giảm dần theo từng bước từ F đến 0 và lực F2 tăng
dần từng bước từ 0 đến F thì rôto sẽ quay từng bước từ vị trí OA đến OB.
*) Các đặc trưng của tín hiệu điện điều khiển động cơ bước
Đối với động cơ bước, tín hiệu điện điều khiển là các xung rời rạc kế tiếp nhau. Việc
điều khiển động cơ bước phụ thuộc vào tham số sau của xung điều khiển :
- Dòng điện I, kể cả cực tính (và liên hệ mật thiết với nó là mức điện áp U)
- Độ rộng xung (liên quan đến khả năng dịch bước)
- Tần số xung (liên quan đến tốc độ quay)
- Cách thức cấp xung, bao gồm thứ tự và số lượng cuộn dây pha được cấp (liên quan
đến chiều quay và mômen tải)
Tuỳ thuộc vào việc cấp xung điện, động cơ bước có bốn trạng thái sau đây :
Trạng thái không hoạt động
Khi không có cuộn dây nào được cấp điện:
- Đối với động cơ phản kháng: rôto sẽ quay trơn
- Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ kiểu hỗn hợp: có mômen hãm, rôto
có xu hướng dừng ở các vị trí mà đường khép từ thông giữa các cực của rôto và stato là
nhỏ nhất.
Trạng thái giữ:
Khi một số cuộn dây pha được cấp điện một chiều. Rôto mang tải sẽ được giữ chặt ở
vị trí góc bước nhất định do lực điện từ tổng F sinh ra mômen giữ.
Trạng thái dịch chuyển bước :
Rôto sẽ dịch chuyển từ vị trí bước đang được giữ sang vị trí bước tiếp theo khi các
cuộn dây pha được cấp dòng phù hợp.
Trạng thái quay quá giới hạn:
Trong chế độ không tải, nếu xung điều khiển có tần số quá cao, động cơ sẽ quay vượt
tốc độ. ở trạng thái này động cơ không thể đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhưng
vẫn có thể tăng tốc và giảm tốc từ từ. Muốn dừng và đảo chiều động cơ phải giảm xuống
dưới tốc độ tới hạn để hoạt động trong chế độ bước.
Như vậy động cơ bước chỉ được coi là làm việc khi ở hai trạng thái b và c.

136. -136-
*) Bốn kiểu điều khiển dòng điện I và điện áp U
Mối quan hệ giữa dòng điện I và điện áp U
Trong số liệu kỹ thuật của động cơ bước ta chú ý đến 4 tham số quan trọng sau:
- Điện áp danh định U.
- Dòng điện danh định I.
- Điện trở cuộn dây pha R.
- Điện cảm cuộn dây pha L.
Hình 3.32: Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho 1 cuộn dây pha
Trong đó : Vcc : Điện áp nguồn cấp.
Rs : Điện trở nguồn cấp.
D : Diode dumper.
K : Chuyển mạch điện tử cho cuộn dây pha thứ i.
Khi ở trạng thái giữ, khoá K đóng liên tục , người ta thường cấp dòng điện I hoặc điện
áp U bằng 65% đến 100% giá trị danh định vì là dòng một chiều nên ở trễ độ giữ, điện
cảm L không làm sụt áp.
Muốn cho động cơ quay một bước thì phải ngắt dòng điện vào cuộn thứ i (mở KI) và
đóng KJ cho dòng điện vào cuộn dây thứ j. Giả thiết rằng các khoá điện tử KI và KJ đóng
ngắt tức thời thì (t=0).
Tại cuộn dây thứ i (cuộn bị ngắt ) ở đầu điốt D xuất hiện suất điện động :
Và năng lượng từ trường Li2/2 sẽ được giải phóng qua diode D.(Trong thực tế, năng
lượng này có thể được hồi quy về nguồn .
dt
di
L
EL 

Hoặc chuyển cho việc cấp dòng sang cuộn dây khác. Tại cuộn dây thứ j (cuộn được
đóng điện) ta có phương trình : ir
dt
di
L
E
VCC 


Trong đó : Vcc : điện áp một chiều cấp vào; r : tổng trở toàn mạch; i : dòng điện tức
thời trong cuộn dây.
K
U
Icc
Vcc
R
L
D
Rs

137. -137-
E : suất điện động quay, cảm ứng trong cuộn dây stato bởi từ trường của nam châm
vĩnh cửu của rôto, chỉ tồn tại khi rôto đang quay từ vị trí thứ i sang vị trí thứ j, khi rôto
đứng yên ở trạng thái giữ thì E= 0.
)
1
.( /T
t
cc
e
r
E
V
i 



Giải phương trình vi phân ta được biểu thức cho dòng điện trong đó: T=L/r là hằng số
thời gian.Như vậy là dòng điện không xác lập ngay lập tức mà tăng lên từ từ.
- Khi bắt đầu khởi động (E= 0), dòng điện tăng với hệ số góc Vcc/L.
- Sau điểm khởi động, dòng điện tăng với hệ số góc (Vcc- E)/L cho đến khi rôto dừng
ở vị trí mới, lúc đó dòng điện đạt giá trị Io.
- Sau khi rôto dừng ở vị trí mới, dòng điện tiếp tục tăng lên với hệ số góc Vcc/L đến
giá trị xác lập Vcc/r ( tương ứng với L= 0 vì lúc đó là dòng một chiều)
Đặc tuyến thời gian (và góc) của dòng điện stato được biểu diễn trên hình 3.33 (đường
đậm nét)
Hình 3.33: Đặc tuyến dòng điện stato theo thời gian và góc quay khi dịch bước
Từ các kết quả trên rút ra những nhận xét sau:

138. -138-
 Phải thiết kế sao cho dòng điện xác lập không vượt quá dòng điện tối đa cho phép
(Vcc/rImax) nếu sau khi quay một bước rôto dừng và duy trì ở vị trí giữ.
 Nếu sau khoảng thời gian t1 , rôto quay xong góc bước  , ta lại chuyển mạch để
rôto quay bước tiếp theo thì dòng điện không bao giờ đạt giá trị xác lập. Điều đó giải
thích tại sao khi quay với tốc độ lớn dòng điện cấp cho động cơ lại nhỏ.
 Nếu tăng tỷ số Vcc/r thì thời gian để động cơ quay một bước (t1) sẽ bỏ đi do dòng
điện đạt đến giá trị I0 nhanh hơn. Điều đó giải thích tại sao muốn cho động cơ quay nhanh
thì phải cấp điện áp lớn.
 Nếu dòng điện chưa đạt đến giá trị I0 khi t< t1 mà đã ngắt nguồn thì không chắc
chắn động cơ sẽ quay được một bước (mất bước). Điều này người thiết kế phải tính đến
khi chọn các khoá điện tử (thực chất phải cộng thêm vào t1 thời gian trễ của chuyển mạch
điện tử.)
Qua khảo sát thực tế, đối với đa số các động cơ bước, t1 vào khoảng 60 s

Xuất phát từ các nhận xét trên, ta có 3 kiểu điều khiển dòng áp cho động cơ bước.
Điều khiển dòng áp bằng hệ số L/R
Đây là cách đơn giản nhất , chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất rất nhỏ (ví dụ
điều khiển đọc ổ đĩa, chỉnh tiêu cự ống kính v.v..)
Bản chất của kiểu điều khiển này là khi ở trạng thái giữ thì nguồn chịu tải chính là RS,
khi dịch bước thì nguồn chịu tải chính là cảm kháng ZL
Muốn cho động cơ quay tốc độ cao thì phải chọn Vcc lớn, trên thực tế là bằng 7 đến
15 lần điện áp danh định U. Do đó khi ở chế độ giữ, công suất tiêu tán trên điện trở nối
tiếp Rs rất lớn :
S
cc
S
R
U
V
R
I
P
2
2 )
( 


Công suất tổn hao này một mặt lãng phí, mặt khác có thể làm nóng và cháy điện trở
nối tiếp RS.
Điều khiển dòng áp bằng độ rộng xung
Bản chất của kiểu điều khiển này như sau:
- ở chế độ dịch bước, cuộn dây pha được cấp một xung có độ rộng sao cho rôto có thể
dịch được bước, nghĩa là dòng i đạt đến mức max
0 I
i
I 


139. -139-
- Sau khi dịch bước, ở chế độ giữ, ta không cấp dòng một chiều (như phương án hệ số
L/R) mà cấp xung điện áp cao và tần số cao hơn. Lúc này điện cảm L của cuộn dây pha
có tác dụng như một bộ lọc tích phân và dòng điện trung bình làm nhiệm vụ sinh ra
mômen giữ. Sơ đồ điện áp và dòng điện của cuộn dây pha trong trường hợp này vẽ trên
hình 3.34
Hình 3.34: Sơ đồ xung điện áp và dòng điện của cuộn dây stato
khi điều khiển bằng độ rộng xung
Đối với phần lớn các loại động cơ bước, tần số xung trong lúc giữ là 20kHz; còn độ
rộng xung chủ yếu khảo sát thực thế đối với từng loại động cơ bước, hoặc tính được khi
biết chắc chắn các tham số I, U, L của loại động cơ bước đó, hoặc được khống chế tự
động nhờ việc theo dõi dòng điện i trong cuộn dây pha.
Kiểu điều khiển này có một số nhược điểm như sau:
- Mạch điều khiển phức tạp và đòi hỏi transistor làm nhiệm vụ khoá điện tử phải có
chế độ đóng cắt nhanh, công suất lớn.
- Trong thời gian giữ, từ trường thay đổi liên tục làm nóng động cơ, đồng thời
transistor đóng ngắt cũng liên tục phải chịu các xung điện áp thuận/ nghịch khá cao nên ở
mức độ nào đó cũng bị nóng.
- Các xung điện áp cao và tần số cao cùng với từ trường thay đổi liên tục gây nhiễu
radio và nhiễu điện từ trường, nhiều khi làm cho mạch điều khiển không hoạt động được.
- Không áp dụng được cho chế độ vi bước.
Điều khiển dòng áp bằng điện áp hai mức

140. -140-
Hình 3.35: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển theo kiểu điện áp hai mức
Hình 3.35 thể hiện kiểu điều khiển điện áp hai mức dựa theo nguyên tắc:
- Khi ở chế độ giữ, ta cấp cho cuộn dây pha một điện áp thấp, đúng bằng điện áp
danh định
- Khi ở chế độ dịch bước, đồng thời với việc cấp xung điều khiển, ta cấp cho cuộn
dây pha một điện áp Vcc rất cao và đo dòng điện trong cuộn dây. Khi dòng điện đạt đến giá
trị đủ để động cơ quay một bước, ta ngắt điện áp cao và đưa điện áp thấp vào.
Điều khiển bằng điện áp hai mức như trên có ưu điểm lớn là:
Xc
X®k
Us
Cuén d©y
pha
Xrs
U1
Rs
D2
T2
T3
R
L
R2
R1
T1
Vcc
D1
Vcc1
Hình 3.36: Giản đồ xung điều khiển điện áp hai mức

141. -141-
- Mạch điều khiển đơn giản, hoạt động chuẩn xác, dễ điều chỉnh cho các loại động
cơ khác nhau bởi vì có thể chỉnh được US cho các giá trị Imax khác nhau.
- Hầu như không có công suất tiêu tán lãng phí, do đó có thể lắp cho các loại động
cơ công suất lớn.
- ít gây nhiễu radio và nhiễu điện từ trường
- Tuy nhiên nó không áp dụng được cho chế độ vi bước và mạch điện sẽ phức tạp
khi áp dụng được cho trường hợp điều khiển động cơ hai pha
Điều khiển dòng áp bằng nguồn dòng (hình 3.37)
Nguồn dòng là bộ nguồn luôn xuất ra một giá trị dòng điện không đổi Iconst Điện áp ra
của nó chính là điện áp Ut rơi trên tải Rt:
Ut= Iconst.Rt
Một nguồn dòng lý tưởng phải có Ut 
 .Nhưng thực tế điện áp ra của nguồn dòng
luôn có giới hạn Umax và do đó điện trở tải cũng phải có giá trị cực đại Rmax để thoả mãn:
Iconst. Rmax max
U

Nếu Rt>Rmax thì dòng ra i< Iconst. Điều này giải thích tại sao ngay cả khi được cấp bằng
nguồn dòng, roto của động cơ bước cũng không thể quay tức thì.
Thông thường, mỗi cuộn dây pha được cấp một nguồn dòng riêng biệt có Iconst= I
Khi ở chế độ giữ, Xđk =1 làm cho bóng bán dẫn T mở liên tục, trong cuộn dây có dòng
không đổi I, điện áp Ut=U=I.R

142. -142-
Hình 3.37: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bằng nguồn dòng
Khi ở chế độ quay liên tục , giả sử xung điều khiển Xđk là xung vuông có tần số hai cơ
bản là f0 thì điện áp Ut tính gần đúng (bỏ qua hài bậc cao) là:
2
0
2
)
2
.
(
)
.
( L
f
I
R
I
Ut 


Phải chọn f0 và Umax sao cho giá trị trên < Umax.
Khi ở thời điểm bắt đầu dịch bước (khởi động) ,sườn lên của xung điều khiển Xđk
dựng đứng, có thể coi là một xung Dirac delta , và do đó về mặt tần số phải coi f= nên
RT=2 

fL
 .Do RT>Rmax nên dòng điện không đạt đến trị số Iconst ngay mà vẫn phải tăng
từ từ. Quá trình quá độ đó làm cho rôto động cơ bước không thể lập tức quay ngay được.
Sau quá trình quá độ rất ngắn này, động cơ chuyển sang chế độ giữ (với dòng điện
I=Iconst) mà không cần phải có một tín hiệu điều khiển nào khác.
Ngoài những ưu điểm như kiểu điều khiển hai mức điện áp, điều khiển bằng nguồn
dòng còn có hai ưu điểm đặc biệt sau:
- Nó là giải pháp duy nhất để điều khiển động cơ bước ở chế độ vi bước (lúc đó
ngoài các xung điều khiển Xđk ra còn phải điều khiển cả dòng Iconst ngay trong bộ nguồn
dòng).
- Khi điều khiển không cần phải quan tâm đến độ rộng xung Xđk, mà chỉ cần bật lên
hoặc tắt Xđk đi khi có yêu cầu dịch bước. Điều này tạo rất nhiều thuận lợi cho việc thiết
kế mạch điều khiển.
Tuy nhiên khó khăn lớn nhất nằm trong việc thiết kế chế tạo bộ nguồn dòng có điều
khiển cho chế độ điều khiển vi bước.
Mặt khác, ngay cả ở chế độ điều khiển cả bước và nửa bước (một chế độ dòng I=Iconst)
thì toàn bộ công suất tiêu tán P=(Umax-U).I khi ở trạng thái giữ sẽ rơi trên bộ nguồn dòng
và vấn đề tản nhiệt cho linh kiện bán dẫn công suất trở nên nan giải.
Để giải quyết khó khăn thứ hai này ta có thể thiết kế bộ nguồn dòng Switching. Tuy
nhiên, bộ nguồn dòng Switching này khó có thể thiết kế độc lập, mà nó thường phải gắn
liền với mạch điện công suất của động cơ. Do đó việc thiết kế chế tạo sẽ cực kỳ khó khăn.
Đồng thời bộ nguồn dòng Switching cũng sẽ gây ra nhiễu radio và nhiễu điện từ trường.

143. -143-
Điều khiển tốc độ quay của động cơ bước
động cơ bước có thể quay với tốc độ bất kỳ tốc độ nào trong giải từ 0 vòng /phút
đến giá trị cực đại cho phép.
Do tính chất đặc biệt, động cơ bước có thể dừng đột ngột ở bất kỳ vị trí nào trong
độ phân giải của góc bước khi đang quay với bất kỳ tốc độ nào trong dải cho phép. Vì vậy
động cơ bước ít khi được dùng cho các thiết bị cần quay với vận tốc đều (trường hợp này
ta sử dụng chủ yếu để điều khiển thích nghi, nghĩa là tốc độ quay biến đổi liên tục, thậm
chí động cơ phải dừng và đứng yên ở vị trí bám sát).
Với lẽ đó, vận tốc quay của động cơ bước thường luôn được hiểu là vận tốc trung
bình.
Giả sử trong thời gian t (giây) ta thực hiện n lần dịch bước (mỗi lần dịch 1 bước)
thì tần số dịch bước là f= n/t.
Giả sử góc bước của động cơ là o
 thì để đạt được 1 vòng quay ta phải cho động cơ
quay 3600
/ o
 bước quay.
Vận tốc trung bình V của động cơ bước trong thời gian t giây là :
360
360
.


f
t
n
V 
 (vòng /giây)
Hay
60

f
V  (vòng/ phút)
Việc điều khiển vận tốc động cơ bước được thực hiện bằng cách thay đổi tần số
dịch bước f. Lưu ý rằng tần số dịch bước f trong trường hợp tổng quát không đồng nhất
với tần số các xung điều khiển , mà nó là tổ hợp của sự biến đổi các trạng thái của các
xung điều khiển đó. Vì vậy việc điều khiển này thường được thực hiện bởi các bộ vi xử
lý. Nhìn từ đồ thị mômen - vận tốc của động cơ bước có thể thấy rằng với vận tốc dưới 5
vòng/giây (300 vòng/phút), động cơ còn giữ được mô men cực đại. Trên vận tốc này
mômen của động cơ sẽ bị giảm dần theo chiều tăng của vận tốc. Do đó việc lựa chọn tải
trọng và vận tốc quay cực đại phải được tính toán trước khi thiết kế hệ truyền động sử
dụng động cơ bước.
Một yếu tố rất quan trọng đối với động cơ bước là vận tốc tức thời, vận tốc này
phải nhỏ hơn vận tốc cực đại đã được tính toán với một tải trọng cho trước.

144. -144-
Gọi Tcb thời gian giữa hai lần chuyển bước liên tiếp ta tính được vận tốc tức thời
Vt:
cb
T
V
360

 (vòng / giây)
Thời gian Tcb không nhất thiết phải cố định nhưng phải đảm bảo điều kiện:
max
360V
Tcb


Ví dụ với  =1,80
, Vmax=15vòng/giây ( 900 vòng/phút)
Thì Tcb> 0,33 ms, cũng có nghĩa là tần số chuyển bước f<3kHz.
Điều khiển chiều quay của động cơ bước
Chiều quay của động cơ một chiều có thể thay đổi bằng cách đảo chiều dòng điện
cấp vào.Đối với động cơ bước, chiều quay nhìn chung không đồng nhất với chiều dòng
điện cấp cho các cuộn dây mà nó phụ thuộc vào thứ tự chuyển dịch các bước. Chẳng hạn,
rôto đang ở vị trí bước thứ n; nếu ta cấp điện sao cho nó chuyển sang vị trí bước thứ (n+1)
thì động cơ quay trái. Bộ tạo xung điều khiển sẽ thực hiện việc này. Chiều quay của động
cơ bước được xác định bằng thứ tự chuyển dịch các trạng thái cấp điện của các cuộn dây
stato. Đối với động cơ 2 pha,nếu điều khiển cả bước, có 4 trạng thái cấp điện; nếu điều
khiển nửa bước, sẽ có 8 trạng thái cấp điện. Đối với động cơ 4 pha, nếu cấp xung 1 cực
thì cũng có 4 và 8 trạng thái cấp điện vào các cuộn dây cho 2 trường hợp điều khiển cả
bước và nửa bước. Bảng 3.4 nêu các trạng thái cấp điện 2 theo cách đơn giản nhất cho 4
cuộn dây pha. Trong bảng 3.1 tương ứng với cột các trạng thái, ô nào đánh số 1 là cuộn
dây đó được cấp xung điện 1 cực, ô nào đánh số 0 là cuộn dây đó không được cấp điện.
Nếu điều khiển cả bước thì chỉ có 4 trạng thái: 1,3,5 và 7 hoặc 2,4,6 và 8. Nếu điều khiển
nửa bước có cả 8 trạng thái.
Bảng 3.1. các trạng thái cấp điện cho 4 cuộn dây pha.
Trạng thái
Cuộn dây
1 2 3 4 5 6 7 8
Cuộn 1 1 1 0 0 0 0 0 1
Cuộn 2 0 1 1 1 0 0 0 0
Cuộn 3 0 0 0 1 1 1 0 0
Cuộn 4 0 0 0 0 0 1 1 1

145. -145-
Khi đã xác định cách cấp điện như trên, trong lúc hoạt động , động cơ bước chỉ có
thể ở 8 trạng thái ổn định đó, ngoài ra không còn trạng thái ổn định khác. Mỗi lần dịch
chuyển trạng thái cấp điện sang trạng thái liền kề thì động cơ dịch chuyển một bước
(bước đủ hay bước nửa).
Nếu chiều dịch chuyển từ trái qua phải thì động cơ quay phải, ngược lại nếu chiều
dịch chuyển từ phải qua trái thì động cơ quay trái.
3) Động cơ servo
a) Khái quát
Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để
động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ
bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một
hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ
hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng.
Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín
hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và
vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản
chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt
được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được
điểm chính xác.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu máy
khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi.
ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các rô bốt, cùng loại với các động cơ dùng
trong mô hình máy bay và xe hơi.
Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C
(radio- controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển
bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo
nhận tín hiệu từ máy thu này. Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển rô bốt
bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn thế. Ta có
thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lý hay thậm chí một mạch
điện tử đơn giản dùng IC 555.
b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ servo

146. -146-
*) Cấu tạo động cơ R/C servo: Động cơ servo điển hình có cấu tạo như hình 3.38.
Trong đó:
1. Motor
2. Electronics Board
3. Positive Power Wire (Red)
4. Signal Wire (Yellow or White)
5. Negative or Ground Wire (Black)
6. Potentiometer
7. Output Shaft/Gear
8. Servo Attachment Horn/Wheel/Arm
9. Servo Case
10. Integrated Control Chip
Hình 3.38: Động cơ servo R/C kích thước chuẩn điển hình
Động cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín. Cả
mạch điều khiển và động cơ đều được cấp nguồn DC (thường từ 4.8 – 7.2 V).
Để quay động cơ, tín hiệu số được gửi tới mạch điều khiển. Tín hiệu này khởi động
động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế. Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí
trục ra của servo. Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ.
Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như
động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo R/C quay liên
tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong
khoảng từ 90o
– 180o
. Việc điều khiển này có thể ứng dụng để lái rô bốt, di chuyển các
tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng.
*) Servo và điều biến độ rộng xung.
Trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là đi62u biến độ rộng
xung (PWM). Trong hệ thống này, servo là đáp ứng của một dãy các xung số ổn định.
Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1 2
ms. Các xung này được gởi đi 50 lần/giây. Chú ý rằng không phải số xung trong một
giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung. Servo đòi hỏi khoảng 30 60

147. -147-
xung/giây. Nếu số này qua thấp, độ chính xác và công suất để duy trì servo sẽ giảm. Với
độ dài xung 1ms, servo được điều khiển quay theo một chiều (giả sử là chiều kim
đồng hồ như hình 3.39)
Hình 3.39: Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung
Với độ dài xung 2ms, servo quay theo chiều ngược lại. Kỹ thuật này còn được gọi là tỉ
lệ số - chuyển động của servo tỉ lệ với tín hiệu số điều khiển.
Công suất cung cấp cho động cơ bên trong servo cũng tỉ lệ với độ lệch giữa vị trí
hiện tại của trục ra với vị trí nó cần đến. Nếu servo ở gần vị trí đích, động cơ được truyền
động với tốc độ thấp. Điều này đảm bảo rằng động cơ không vượt quá điểm định đến.
Nhưng nếu servo ở xa vị trí đích nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa để đến đích
càng nhanh càng tốt. Khi trục ra đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc. Quá trình tưởng
chừng như phức tạp này diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn, một servo trung bình có
thể quay 60o trong vòng 1/4 1/2 giây.
Vì độ dài xung có thể thay đổi tùy theo hãng chế tạo nên ta phải chọn servo và máy thu
vô tuyến thuộc cùng một hãng để đảm bảo sự tương thích. Đối với rô bốt, ta phải làm một
vài thí nghiệm để xác định độ dài xung tối ưu.
*) Vai trò của Vôn kế
Vôn kế trong servo giữ vai trò chính trong việc cho phép định vị trí của trục ra.
Vôn kế được gắn vào trục ra (trong một vài servo, vôn kế chính là trục ra). Bằng cách
này, vị trí của vôn kế phản ánh chính xác vị trí trục ra của servo. Ta đã biết vôn kế hoạt
động nhờ cung cấp một điện áp biến thiên cho mạch điều khiển, như hình 3.39. Khi động

148. -148-
cơ chạy bên trong Vôn kế chuyển động, điện thế sẽ thay đổi. Mạch điều khiển trong servo
so sánh điện thế này với độ dài các xung số đưa vào và phát “tín hiệu sai số” nếu điện thế
không đúng. Tín hiệu sai số này tỉ lệ với độ lệch giữa vị trí của Vôn kế và độ dài của tín
hiệu vào. Mạch điều khiển sẽ kết hợp tín hiệu sai số này để quay động cơ. Khi điện thế
của Vôn kế và độ dài các xung số bằng nhau, tín hiệu sai số được loại bỏ và động cơ
ngừng.
*) Các giới hạn quay
Các servo khác nhau ở góc quay được với cùng tín hiệu 1 2ms (hoặc bất kỳ) được
cung cấp. Các servo chuẩn được thiết kế để quay tới và lui từ 90o
 180o
khi được cung
cấp toàn bộ chiều dài xung. Phần lớn servo có thể quay được 180o
hay gần 180o
. Nếu ta cố
điều khiển servo vượt quá những giới hạn cơ học của nó, trục ra của động cơ sẽ đụng vật
cản bên trong, dẫn đến các bánh răng bị mài mòn hay bị rơ. Hiện tượng này kéo dài hơn
vài giây sẽ làm bánh răng của động cơ bị phá hủy.
Hình 3.40: Vôn kế được dùng như một cầu chia áp.
Khi vôn kế quay, cần chạy di chuyển dọc theo chiếu dài thanh điện trở. Tín hiệu ra của
Vôn kế là một điện thế biến thiên từ 0 5V
*) Các loại và kích thước servo đặc biệt
Ngoài servo kích thước chuẩn dùng trong rô bốt và mô hình điều khiển vô tuyến
còn có các loại servo R/C khác:
Servo tỉ lệ 1/4 / tỉ lệ lớn (quarter-scale / large-scale servo): kích thước gấp khoảng 2 lần
servo chuẩn, công suất lớn hơn rõ, được dùng trong các mô hình máy bay lớn nhưng cũng có
thể làm động cơ công suất tốt cho rô bốt.
Servo nhỏ (mini-micro servo): Kích thước nhỏ hơn khoảng 2 lần so với servo chuẩn, không
mạnh bằng servo chuẩn, dùng ở những không gian hẹp trong mô hình máy bay hay xe
Servo tời buồm (sail minch servo): Mạnh nhất, dùng để điều khiển các dây thừng của
buồm nhỏ và buồm chính trong mô hình thuyền buồm.

149. -149-
Servo thu bộ phận hạ cánh (landing-gear retraction servo): Dùng để thu bộ phận hạ
cánh trong mô hình máy bay vừa và lớn. Thiết kế bộ phận hạ cánh thường đòi hỏi servo
phải đảm bảo góc quay ít nhất là 170o
. Các servo này thường nhỏ hơn kích thước chuẩn
vì không gian giới hạn trong mô hình máy bay.
*) Hệ thống truyền động bánh răng và truyền công suất
Động cơ bên trong servo R/C quay khoảng vài ngàn vòng / phút. Tốc độ này quá nhanh
để có thể dùng trực tiếp lên mô hình máy bay, xe hơi hay rô bốt. Tất cả các servo đều có
một hệ thống bánh răng để giảm vận tốc ra của động cơ còn khoảng 50 100 vòng/ph. Các
bánh răng của servo có thể làm plastic, nylon hay kim loại (thường là đồng hay nhôm) Bánh
răng kim loại có tuổi thọ cao nhưng giá thành cũng cao. Các bánh răng thay thế luôn có sẵn.
Khi một hay vài bánh răng bị hư, servo không khớp và ta phải thay bánh răng. Trong một
vài trường hợp ta có thể “nâng cấp” bánh răng plastic thành bánh răng kim loại. Bên cạnh
các bánh răng dẫn động, trục ra của động cơ cũng thường bị mòn và xước. Trong các servo rẻ
nhất, trục này được đỡ bằng miếng đệm plastic, miếng đệm này rất dễ mất tác dụng nếu động
cơ chạy nhiều. Thực sự thì đây cũng không phải là miếng đệm mà chỉ là một ống lót giúp
giảm ma sát giữ trục và vỏ của servo. Các ống lót bằng kim loại, cụ thể là ống lót bằng đồng
thau có thấm chất bôi trơn, bền hơn nhưng cũng đắt hơn. Servo sử dụng vòng bi có tuổi
thọ cao nhất và đắt nhất. Ta cũng có thể “nâng cấp” servo bằng vòng bi có sẵn.
4) Động cơ một chiều không cổ góp
a) Cấu tạo
Cấu tạo của các động cơ không chổi than hiện đại tương tự như động cơ xoay chiều,
được biết như động cơ đồng bộ từ trường vĩnh cửu. Hình 3.41 chỉ ra cấu tạo cơ bản của động
cơ một chiều không chổi than ba pha. Các cuộn dây stator tương tự như các cuộn trong động
cơ xoay chiều ba pha, rotor được cấu tạo bởi một hoặc nhiều nam châm từ vĩnh cửu. Động cơ
một chiều không chổi than khác với các động cơ đồng bộ xoay chiều ở chỗ chúng sử dụng
một số biện pháp phát hiện vị trí của rotor (hoặc các cực từ) để tạo ra các tín hiệu điều khiển
các công tắc điện tử như được chỉ ra trong hình 3.42. Cảm biến vị trí/cực phổ biến nhất là
cảm biến Hall, tuy nhiên một số động cơ sử dụng cảm biến quang.

150. -150-
Hình 3.41: Cấu tạo động cơ một chiều không chổi than
Hình 3.42: Hệ thống điều khiển động cơ DC không chổi than
Mặc dù các động cơ hiệu quả và chính thống nhất là loại ba pha, các động cơ một
chiều không chổi than hai pha cũng được sử dụng rất phổ biến trong các cấu trúc và các
mạch điều khiển đơn giản. Hình 3.43 chỉ ra mặt cắt của động cơ hai pha có các cực tĩnh
chính.
Hình 3.43: Mặt cắt của động cơ hai pha

151. -151-
So sánh các động cơ DC không chổi than và động cơ DC truyền thống
Mặc dù động cơ DC không chổi than và động cơ DC truyền thống có các đặc tính
tĩnh tương tự nhau, chúng có những sự khác biệt đáng kể trong một số mặt. Khi chúng ta
so sánh cả hai động cơ theo công nghệ hiện tại, việc thảo luận tập trung nhiều vào sự khác
nhau hơn sự giống nhau có thể hữu ích trong việc hiểu các ứng dụng thích hợp của chúng.
Bảng 3.5 so sánh ưu điểm và nhược điểm của hai loại động cơ này. Khi chúng ta thảo
luận về chức năng của các động cơ điện không nên bỏ qua ý nghĩa của các cuộn dây và
việc đảo mạch. Đảo mạch chỉ ra quá trình chuyển đổi dòng điện một chiều đầu vào thành
dòng xoay chiều và phân phối thích hợp đến mỗi cuộn dây trong phần ứng (armature).
Trong một động cơ một chiều truyền thống, bộ đảo mạch (commutation) được đảm nhận
bởi các chổi than và cổ góp; ngược lại, trong động cơ một chiều không chổi than nó được
thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị bán dẫn như các transistor.
Bảng 3.2. So sánh các động cơ thông thường và động cơ DC không chổi than
Phần so sánh Động cơ thông
thường
Động cơ không chổi than
Cấu trúc cơ học Nam châm từ trên
stator
Các nam châm từ trên rotor
Tương tự như động cơ đồng bộ AC
Các đặc trưng
riêng biệt
Đáp ứng nhanh và khả
năng kiểm soát tốt
Kéo dài lâu
Dễ bảo trì (thường không đòi hỏi bảo trì)
Kết nối dây Kết nối vòng
Đơn giản nhất: kết nối
tam giác
Bậc cao nhất: kết nối ba phase tam giác
hoặc chữ Y
Thông thường: kết nối ba phase chữ Y
với điểm trung hòa nối đất hoặc kết nối
bốn phase
Đơn giản nhất: kết nối hai phase
Phương pháp
chuyển mạch
Liên kết cơ học giữa
chổi than và cổ góp
Công tắc điện tử sử dụng transistor
Phương pháp
phát hiện vị trí
của rotor
Phát hiện tự động bởi
các chổi than
Cảm biến Hall, encoder quang, v.v.
Phương pháp đảo
chiều
Bằng cách đảo chiều
các đầu dây cấp nguồn
Sắp xếp lại trật tự logic

152. -152-
b) Nguyên lý điều khiển
*) Điều khiển đơn cực
Hình 3.44 chỉ ra một động cơ hoạt động đơn cực ba pha đơn giản sử dụng các cảm
biến quang (phototransistor) để phát hiện vị trí. Ba phototransistor PT1, PT2 và PT3 được
đặt ở đuôi động cơ tại các khoảng 1200
và được hở cho ánh sáng tới theo trật tự thông qua
màn chắn quay gắn liền với trục động cơ.
Như được chỉ ra trong hình 3.45, cực bắc của rotor đang đối diện với cực tĩnh P2 của
stator, phototransistor PT1 phát hiện ra ánh sánh và bật transistor Tr1. Trong trạng thái
này, cực nam được tạo ra tại cực tĩnh P1 do dòng điện chảy qua cuộn W1 hút cực bắc của
rotor làm nó di chuyển theo hướng mũi tên. Khi cực bắc của rotor tới vị trí đối diện với
cực tĩnh P1, màn chắn (gắn với trục động cơ) sẽ che PT1 và PT2 sẽ được hở ra để nhận
ánh sáng và một dòng điện sẽ chảy qua transistor Tr2. Khi một dòng điện chảy qua cuộn
W2 tạo ra cực nam trên cực tĩnh P2, cực bắc của rotor sẽ quay tròn theo hướng của mũi
tên và đối diện với cực tĩnh P2. Tại thời điểm này, màn chắn che PT2 và để hở cho
phototransistor PT3 đón ánh sáng. Các hành động này hướng dòng chảy từ cuộn W2 đến
W3. Trong khi cực tĩnh P2 giải phóng năng lượng thì cực tĩnh P3 được tích năng lượng và
tạo ra cực nam. Do đó cực bắc trên rotor đi tiếp từ P2 tới P3 mà không dừng lại. Bằng
cách lặp lại hành động bật tắt theo dãy cho trong hình 5, rotor nam châm vĩnh cửu tiếp tục
quay.
Hình 3.44: Động cơ hoạt động đơn cực ba pha đơn giản sử dụng các
cảm biến quang (phototransistor) để phát hiện vị trí

153. -153-
Hình 3.45: Sự chuyển đổi luân chuyển các vị trí cấp điện trong stator
*) Điều khiển lưỡng cực
Khi một động cơ không chổi than ba pha được điều khiển bởi một mạch cầu ba pha,
hiệu suất (tỉ số giữa công suất cơ học lối ra và công suất điện lối vào) là lớn nhất do nó
điều khiển một dòng xoay chiều chảy qua mỗi cuộn dây như một động cơ ac. Điều khiển
kiểu này thường được gọi là “điều khiển lưỡng cực”. ở đây, “lưỡng cực” nghĩa là một
cuộn dây được tích lũy năng lượng thay đổi trong các cực bắc và nam.
Hình 3.46: Bộ điều khiển ba pha dùng transistor lưỡng cực
Chúng ta sẽ khảo sát quy tắc của mạch cầu ba pha trong hình 3.46. ở đây chúng ta
cũng sử dụng phương pháp quang học để phát hiện vị trí của rotor, sáu phototransistors
được đặt trên đĩa ở đuôi động cơ tại các khoảng bằng nhau. Do màn chắn gắn liền với
trục, các phần tử quang này được lộ ra theo trật tự để đón ánh sáng phát ra từ một đèn đặt

154. -154-
bên trái hình. Vấn đề đặt ra là thiết lập mối quan hệ giữa trạng thái ON/OFF của các
transistors và các phototransistor phát hiện ánh sáng thế nào. Mối quan hệ đơn giản nhất
được thiết lập khi chuỗi logic được sắp xếp sao cho khi một phototransistor đánh số cụ thể
được mở cho ánh sáng tới, transistor cùng số sẽ bật. Hình 3.46 chỉ ra rằng các dòng điện
chảy qua Tr1, Tr4, Tr5 và các đầu U, W có điện thế nguồn trong khi đầu V có thế bằng
không. Trong trạng thái này, một dòng điện sẽ chảy từ đầu U tới V và một dòng khác sẽ
chảy từ W tới V như được chỉ ra trong hình 3.46 Chúng ta giả thiết rằng mũi tên liền
trong hình chỉ ra hướng của từ trường được tạo ra bởi các dòng trong mỗi phase. Mũi tên
thẳng ở giữa là từ trường tổng hợp trong stator.
Hình 3.47: Trạng thái dòng điện sẽ chảy từ đầu U tới V
và một dòng khác sẽ chảy từ W tới V
Rotor được đặt ở vị trí sao cho từ thông sẽ có một góc 900
so với từ trường của stator
như được chỉ ra trong hình 3.47. Trong trạng thái này một mô-men xoắn sẽ được tạo ra
trên rotor. Sau khi quay khoảng 300
, PT5 tắt và PT6 bật sẽ tạo ra cực từ của stator quay
600
. Do đó khi cực nam của rotor đến gần, cực nam của stator chạy ra xa hơn để tạo ra
một phép quay theo chiều kim đồng hồ liên tục. Chuỗi ON-OFF của transistor và quay
được chỉ ra trong hình 3.48

155. -155-
Hình 3.48: Chuỗi ON-OFF của transistor và chiều quay rotor
Hướng quay có thể đảo ngược lại bằng cách sắp xếp thứ tự logic theo cách khi một
photodetector đánh số được mở để đón ánh sáng, transistor cùng số ở trạng thái OFF. Trái
lại, khi một phototransistor bị che, transistor cùng số sẽ ở trạng thái ON.
Trong trạng thái vị trí ở hình 3.49, Tr2, Tr3 và Tr6 ON và điện thế E xuất hiện tại đầu
V trong khi U và W có điện thế không. Sau đó, như được chỉ ra trong hình 3.48(a), từ
trường trong stator được đảo ngược và mô-men xoắn của rotor ngược chiều kim đồng hồ.
Sau khi động cơ quay khoảng 300
, Tr2 tắt và Tr1 bật. Tại điểm này, trường có độ quay
600
và có trạng thái như được chỉ ra trong (b). Khi rotor tạo ra một mô-men xoắn theo
chiều kim đồng hồ khác, chuyển động tiếp tục theo chiều ngược kim đồng hồ và trường
có trạng thái như hình (c). Hành động này được thay thế theo trật tự (a)->(b)->(c)->(d)…
để tạo ra một chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ liên tục.

156. -156-
Hình 3.49: Xung đếm điều khiển chiều quay giữa stator và rotor
Động cơ được thảo luận trên đây có các cuộn dây nối theo kiểu tam giác, nhưng nó
cũng có thể được kết nối kiểu chữ Y. Hình 3.50(a) chỉ ra một mạch điện thực tế được sử
dụng trong máy in laser hoặc bộ điều khiển ổ cứng. Như được chỉ ra trong hình 3.50(b),
ba phần tử Hall được đặt ở các khoảng 600
để phát hiện các cực từ của rotor. Bởi vì động
cơ này có bốn cực từ, một góc cơ học 600
tương ứng với một góc điện tử 1200
.
Hình 3.50: Mạch điều khiển động cơ ba pha đấu Y
dùng transistor lưỡng cực và xác định thứ tự pha dùng cảm biến hall

157. -157-
*) Các ứng dụng: Các động cơ DC không chổi than được sử dụng rộng rãi trong rất
nhiều ứng dụng, trong điều khiển cánh tay rô bốt, xe đạp điện, máy in, máy CNC …
3.3.2. Cảm biến cho rô bốt công nghiệp
1) Khái niệm và phân loại cảm biến
a) Các khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để nhận giá trị của đại lượng vật lý cần đo và biến nó thành
tín hiệu mà thiết bị đo hay thiết bị điều khiển có thể xử lý được. Như vậy, cảm biến có 2
chức năng: “cảm” nghĩa là nhận tín hiệu cần đo và “biến” nghĩa là chuyển đổi dạng và giá
trị của tín hiệu để sẵn sàng cung cấp cho thiết bị hiển thị hay xử lý tiếp theo. Có nhiều đại
lượng vật lý như lực, rung động, thành phần hóa học,... rất khó đo trực tiếp một cách
chính xác và rẻ tiền. Người ta phải chuyển đổi chúng sang đại lượng tương đương khác,
thường là đại lượng điện như điện áp, dòng điện, điện trở,... để dễ sử dụng các thiết bị
hiển thị và xử lý chuẩn, thông dụng và rẻ tiền. Dạng và tín hiệu xuất ra của các cảm biến
thường được chuẩn hóa để dễ ghép nối vào các mạch xử lý tiếp theo.
Sensor là tên chung của Switch và Transducer. Switch là thiết bị đóng mở, (thường
gọi là công tắc), chỉ có 2 trạng thái là đóng và mở. Transducer là thiết bị biến đổi. Tín
hiệu ra và tín hiệu vào của nó có thể khác nhau về bản chất vật lý và giá trị, nhưng không
khác nhau về quy luật biến thiên theo thời gian. Ví dụ với cùng tín hiệu vào là áp suất
không khí (hình 3.51), Switch có trạng thái đóng nếu áp suất p p0 , có trạng thái mở nếu
p < p0 còn Transducer thì cho tín hiệu ra là điện áp nhưng không thay đổi quy luật biến
thiên theo thời gian vốn có của tín hiệu vào.
Hình 3.51: Sự khác nhau giữa Switch và transducer
t1 t2 t
p
p
t1 t2 t
U
100%
Switch
Transducer
a. Tín hiệu vào Sensor b. Tín hiệu ra của Sensor

158. -158-
b) Phân loại cảm biến
Theo chức năng, người ta phân biệt 2 nhóm cảm biến (sensor). Một nhóm dùng để
giám sát trạng thái công tác của bản thân rô bốt, được gọi là sensor trong (proprioceptive
sensor). Nhóm thứ hai được gọi là sensor ngoài (heteroceptive sensor), dùng để đo các
thông số của môi trường và sự tương tác của rô bốt với môi trường.
Các loại sensor chủ yếu là: Sensor vị trí, sensor vận tốc và sensor gia tốc hay sensor
lực. Sensor có rất nhiều loại, tùy thuộc thông số môi trường cần đo, ví dụ sensor nhiệt độ
để đo nhiệt độ của môi trường mà rô bốt hoạt động, sensor lực dùng để đo lực kẹp (nắm)
của tay hoặc để định vị đối tượng (ví dụ để lồng trục vào bạc khi lắp ráp), thiết bị giám sát
(vision system) để nhận diện dạng đối tượng.
Ngoài cách phân loại sensor theo chức năng như trên, còn có nhiều cách phân loại khác,
ví dụ:
- Theo đại lượng cần đo, có sensor nhiệt độ, áp suất, vận tốc, gia tốc, lưu lượng....
- Theo kết cấu và nguyên lý làm việc có sensor điện trở, điện dung, điện cảm, áp điện,
quang điện, điện động...
- Theo phương thức cảm nhận, có sensor tiếp xúc (tactile sensor), không tiếp xúc
(proximity sensor).
2) Nguyên lý làm việc của một số loại cảm biến
a) Cảm biến vị trí
Các cảm biến (sensor) vị trí, như tên gọi của chúng được dùng để giám sát vị trí tức
thời của cơ cấu. Tùy theo dạng chuyển động cần quan tâm mà vị trí có thể được tính bằng
đơn vị dài hay đơn vị góc. Nhờ các chuyển đổi cơ khí cần thiết có thể dùng sensor đo góc
để đo chiều dài và ngược lại. Các sensor đo chiều dài có thể là biến trở, biến thế vi sai,
encoder thẳng. Để đo góc quay có các loại sensor đo góc như biến trở quay, encoder góc,
resolver,... sau đây nói về hai loại sensor thường gặp nhất là encoder và resolver.
Encoder là thước đo vị trí theo nguyên tắc số, trong đó tọa độ được mã hóa treo hệ nhị
phân. Tùy theo đơn vị đo, chúng ta dùng encoder thẳng (linear encoder) hay encoder góc
(rotary encoder). Hai loại này giống nhau về nguyên lý làm việc, chỉ khác nhau về chỗ
các vạch được khắc theo đường thẳng hay theo vòng tròn. Theo phương pháp mã hóa, có
2 loại encoder là tuyệt đối (absolute) và gia số (incremental encoder).
Thước đo vị trí theo gia số (incremental encoder) có 1 hoặc 2 đĩa quang, được khắc
các vùng trong và đục xen kẽ nhau (hình 3.52). Nếu dùng một đĩa thì nó được gắn với

159. -159-
trục quay. Nếu dùng 2 đĩa thì một đĩa gắn với trục quay, còn đĩa kia cố định. Một phía của
đĩa đặt nguồn sáng, phía đối diện đặt 3 “con mắt điện” (photodiode hoặc phototransistor)
để thu tín hiệu của từng vòng tròn. Tại một vị trí nhất định của đĩa, vùng nào cho tia sáng
đi qua sẽ được mã hóa là 1, vùng nào ngăn tia sáng sẽ được mã hóa là 0. Số vùng sáng, tối
trên đĩa sẽ quyết định độ phân giải của encoder.
Tại thời điểm bắt đầu làm việc, hệ thống phải được quy không bằng cách quay lỗ sát vòng
tròn thứ hai tới vị trí đối diện nguồn sáng để con mắt thứ ba nhìn thấy tia sáng. Khi hệ
thống bắt đầu làm việc, một bộ xử lý sẽ đếm số lần con mắt ngoài cùng nhìn thấy tia sáng,
từ đó tính ra góc mà đĩa đã quay. Chiều quay của đĩa được nhận biết nhờ sự phối hợp tín
hiệu của hai vòng, nếu đĩa quay theo chiều kim đồng hồ thì mắt ngoài cùng nhìn thấy tia
sángtrước mắt thứ hai và ngược lại. Căn cứ chiều quay mà gia số sẽ được cộng hoặc trừ
vào tổng số.
Hình 3.52: Sơ đồ nguyên lý thước đo vị trí theo gia số
Thước đo vị trí tuyệt đối (Absolute Encoder) có một đĩa quang, trên đó có nhiều đường
tròn vòng tâm. Mỗi vùng chứa các vùng trong và đục xen kẽ nhau. Số vòng tròn quyết
định độ phân giải của encoder. Nếu số vòng tròn là n thì số phần mà một vòng tròn có thể
được chia ra bằng 2n, góc nhỏ nhất mà encoder phân biệt được là 360o
/16 = 22,5o
. Nếu n
= 8 thì góc đó là 360o
/4096 = 0,0880
. Trên hình 3.53 là sơ đồ encoder với 4 vòng tròn.

160. -160-
Resolver (hình 2.54) không phát ra tín hiệu số như encoder mà phát ra tín hiệu tương
tự đại diện cho vị trí của đối tượng đo. Nhìn vẻ ngoài nó giống động cơ điện nhưng
nguyên lý làm việc của nó giống biến thế nhiều hơn. Cuộn dây rotor được cấp điện áp
xoay chiều thông các vành dẫn điện.
Điện áp cung cấp cho rotor có dạng hình sin, dạng Vsin t, tần số trong khoảng
0,410kHz. Stator của resolvor có hai cuộn dây, đặt lệch nhau 90o
điện nên trên một cuộn
xuất hiện điện áp Vsin t.cos . Còn trên cuộn kia có điện áp áp Vsin t.sin . Rõ ràng là
giá trị điện áp phụ thuộc góc  giữa stator và rotor. Tín hiệu phản hồi của góc quay
được cung cấp cho hai cuộn dây qua hàm sin và cos , sau khi nhân với tín hiệu đầu
vào và cộng đại số được tín hiệu ra là Vsin .sin( 
  ). Tín hiệu này được khuếch đại và
gửi tới khối đồng bộ, đảm bảo giá trị của nó phải tỷ lệ với sin( 
  ). Nếu có sai lệch, tín
hiệu được bù bởi thiết bị bù. Sau đó, tín hiệu được tích phân. Mạch phản hồi có bộ tạo
dao động, chuyển đổi điện áp thành tần số (voltage to frequency converter - VCO), và
khối đếm xung. Giá trị số đại diện cho góc quay  .
Hình 3.53 Sơ đồ nguyên lý của thước đo vị trí tuyệt đối

161. -161-
b) Cảm biến vận tốc
Mặc dù có thể xác định vận tốc từ kết quả đo vị trí, người ta vẫn thường đo trực tiếp
nó bằng cảm biến độc lập. Các cảm biến vận tốc thường dùng có tên là tachometer. Có 2
loại tachometer là DC tachometer và AC tachometer.
DC tachometer là một máy phát điện một chiều, dùng nam châm vĩnh cửu. Yêu cầu đặc
biệt đối với chúng là là quan hệ tuyến tính giữa tín hiệu vào (tốc độ quay) và tín hiệu ra
(điện áp), giảm hiệu ứng từ trễ và ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhược điểm của DC
tachometer là dùng cổ góp điện và không thể loại trừ được hiện tượng đập mạch bằng
phương pháp lọc, vì tần số tín hiệu ra thay đổi thường xuyên. Độ tuyến tính của DC
tachometer có thể đạt trong khoảng 0,1 1%, hệ số đập mạch bằng khoảng 2 5% giá trị
danh định của tín hiệu ra.
Hình 2.54: Sơ đồ nguyên lý làm việc và xử lý tín hiệu của resolver

162. -162-
AC tachometer khắc phục được hiện tượng mạch đập. Nó gồm stator có 2 cuộn dây và
rotor kiểu cốc. Cuộn dây thứ nhất (cuộn kích từ) được cấp điện áp xoay chiều hình sin với
tần số khoảng 400Hz. Khi rotor quay, trên cuộn dây thứ hai sẽ xuất hiện điện áp xoay
chiều tỷ lệ thuận với tốc độ quay của rotor. Hiện tượng đập mạch vẫn có nhưng có thể
loại trừ bằng bộ lọc thích hợp, vì tần số tín hiệu ra không đổi. Ngoài ra, AC tachometer
còn có các ưu điểm khác như không gặp các phiền phức do cổ góp, rotor không có cuộn
dây nên nhẹ, momen quán tính nhỏ, dễ cân bằng và chắc chắn. Nhược điểm của nó là có
điện áp dư ở đầu ra ngay cả khi rotor không quay do hỗ cảm ký sinh giữa các cuộn dây.
c) Cảm biến đo lực
Một vật chịu tác dụng của lực và momen bao giờ cũng bị biến dạng, nghĩa là có
chuyển vị tương đối giữa các phần của nó. Vì vậy các phép đo lực và momen thường
được quy về đo chuyển vị. Thông số của các linh kiện điện tử như điện trở, điện dung,
điện cảm thường thay đổi khi bị biến dạng. Dựa vào đó người ta chế tạo các đầu đo khiểu
điện trở, điện dung, điện cảm để đo lực. Trong một số tinh thể vật chất như thạch anh, khi
bị biến dạng sẽ có chênh lệch điện áp giữa các vùng. Dựa vào đó, người ta chế tạo ra các
đầu đo lực kiểu áp điện (piezoelectric)
Trong các loại sensor đo lực kể trên, người ta hay dùng kiểu điện trở, được gọi là
tensiometer (hình 3.55). Đó là điện trở làm bằng dây dẫn mảnh, được dán lên phần tử biến
dạng. Nếu phần tử bị kéo thì tiết diện dây bị giảm, do đó điện trở của nó tăng. Ngoài yêu
cầu độ tuyến tính, điện trở suất của vật liệu làm tensiometer phải ít thay đổi theo nhiệt độ.
Để tăng vùng làm việc tuyến tính, người ta dùng cầu cân bằng, trong đó tensiometer là
một nhánh (R4). Khi chưa tác dụng lực, cầu cân bằng, nghĩa là V0 = 0. Khi có lực, R4 thay
đổi, làm cầu mất cân bằng. Tín hiệu ra được tính theo công thức:
i
s
s
V
R
R
R
R
R
V ).
(
3
1
2
0



Để bù sự ảnh hưởng của nhiệt độ, người ta dùng R3 như điện trở bù, gắn lên vùng không
chịu lực. Nếu gắn R3 lên phía đối diện của phần tử biến dạng, sao cho Rs chịu kéo còn R3
chịu nén thì sẽ tăng độ nhạy của sensor.

163. -163-
Hình 3.55: Cảm biến điện trở và sơ đồ nối kiểu cầu cân bằng
Quan hệ giữa lực tác dụng và tín hiệu ra phụ thuộc rất nhiều vào cách gắn sensor lên phần
tử biến dạng.
d) Thiết bị quan sát (Visual System)
Thiết bi quan sát là một sensor đặc biệt, có khả năng nhận biết và xử lý hình ảnh của
đối tượng. Thiết bị quan sát được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nói chung, song
ứng dụng trong rô bốt là ứng dụng đặc trưng nhất. Mặt khác, xử lý ảnh là một trong
những lĩnh vực phát triển mạnh nhất của công nghệ thông tin hiện đại, nên thiết bị quan
sát trên rô bốt gắn liền đến máy tính. Cấu hình cơ bản của nó có thể tóm tắt như dưới đây:
Hình 3.56: Cấu hình cơ bản của thiết bị quan sát trên rô bốt
Hệ thống nhận dạng nói trên gồm có:

164. -164-
- Nguồn sáng: tia sáng do nó phát ra sẽ bị phản xạ bởi camera
- Camera biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện
- Bộ thu ảnh (framegrabber) gồm mạch điện tử và phần mềm để phân tích tín hiệu
thành các pixer và biểu diễn chúng dưới dạng mã nhị phân.
- Máy tính để lưu trữ và xử lý tiếp. Máy tính sẽ so sánh sơ đồ điểm ảnh của vật với
sơ đồ điểm ảnh chuẩn (gọi là template) trong thư viện để xem vật thuộc loại nào.
Máy tính sẽ cho rô bốt biết chi tiết nó đang nhìn thấy là chi tiết nào.
- Giao diện đầu ra: Chuyển tín hiệu từ hệ thống nhận dạng cho bộ điều khiển rô bốt .
Thiết bị nhận dạng càng chính xác nếu số điểm ảnh trên một đơn vị diện tích ảnh
(nghĩa là độ phân giải) càng lớn. Đơn vị chuẩn của độ phân giải là dpi (dots per inch).
Màn hình máy tính có độ phân giải cỡ 100 dpi, còn máy in laser thường có độ phân
giải cao hơn (cỡ 300 dpi trở lên). Độ phân giải của ảnh càng lớn thì tốc độ xử lý và
dung lượng bộ nhớ của máy tính càng phải cao. Khả năng nhận dạng chính xác của
thiết bị quan sát cần cho những trường hợp sau:
• Phân biệt các chi tiết khá giống nhau
• Phân biệt các sản phẩm tốt và phế phẩm
• Sử dụng màu sắc để nhận dạng đối tượng
Hình 3.57: Hình ảnh thiết bị quan sát của rô bốt

165. -165-
• Đo kích thước của chi tiết
• Nhận biết vật cản để tránh va chạm
• Nhận biết khoảng cách và hướng của chi tiết
• Nhận biết tốc độ và hướng chuyển động của đối tượng
• Nhận biết đối tượng 3 chiều
Các thiết bị nhận dạng mục tiêu của máy ném bom, nhận dạng đường cho các ô tô tự lái
… là những ví dụ về các thiết bị quan sát hiện đại.
3.3.3.Các mạch điều khiển cơ bản của rô bốt công nghiệp
1) Mạch cấp nguồn cho rô bốt
a) Nhiệm vụ
Nhiệm vụ của nguồn cung cấp chính là cung cấp năng lượng tới đầu vào của bộ biến
đổi. Nếu là điện năng thì nguồn cung cấp thường là biến áp. Nếu dùng dòng điện một
chiều thì phải có chỉnh lưu. Nguồn cung cấp cho các động cơ thủy lực là trạm bơm các
loại, như bơm bánh răng, cánh gạt, piston, …truyền động cho chúng là các động cơ sơ
cấp, thường là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ. Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp
còn có bể chứa (để tránh hiện tượng mạch đập), bộ lọc, van an toàn, van tràn, … giúp cho
hệ thống làm việc được ổn định, an toàn. Vai trò của chúng giống như tụ điện là phẳng và
các kiểu bộ lọc khác trong hệ thống nguồn điện.
Để đảm bảo cho rô bốt hoạt động một cách chính xác, ổn định và an toàn thì nguồn
cung cấp đóng vai trò rất quan trọng, bộ nguồn cung cấp cho rô bốt cần phải đảm bảo các
yếu tố sau:
- Có khả năng làm việc với dải điện áp rộng
- Dòng điện và điện áp ra ổn định, độ gợn sóng nhỏ
- Phải có khả năng cách ly
- Có bảo vệ quá tải, quá áp...

166. -166-
b) Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Switching sử dụng cho rô bốt
Hình 3.58: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn switching trong công nghiệp
* Tác dụng linh kiện
- CEE2 tích hợp jack cắm nguồn và bộ lọc nhiễu đường dây
- SW1 công tắc nguồn
- C1,L1,C2 tạo thành mạch lọc nhiễu đường dây
- NCT1, NCT2 điện trở cầu chì
- D1 cầu chỉnh lưu, C3 C11, tụ lọc nguồn sau chỉnh lưu
- FB1, FB2 cầu chì bảo vệ

167. -167-
- Q1, Q2 transistor công suất làm việc ở chế độ ngắt mở
- D3, D5 trả năng lượng về nguồn
- T3 biến áp ghép xung
- Q3, Q4 khuếch đại xung điều khiển
- U1 IC dao động nguồn
- T2 lấy phản hồi dòng điện, D10, D11 chỉnh lưu lấy điện áp phản hồi dòng điện
- T1 biến áp nguồn
- D6 D9 chỉnh lưu
- R10, C15 R11, C16 dập điện áp ngược trên diode
- L2, C22 C17, L3, C24, C23 mạch lọc nguồn ra.
- R25 lấy phản hồi điện áp ra
- Vr1 điều chỉnh tín hiệu phản hồi dòng, Vr2 điều chỉnh điện áp phản hồi
- M1 quạt làm mát
- U2D, U2C, Q5 khuếch đại điều khiển tốc độ quạt M1 theo nhiệt độ
- U2B, U2A khuếch đại tín hiệu báo trạng thái điện áp đầu ra
- LED1 báo hiệu trạng thái điện áp ra:
+ Đèn sáng màu vàng: Điện áp ra < 13,5V
+ Đèn sáng màu xanh: 13,5V < Điện áp ra < 14,1V
+ Đèn sáng màu đỏ : Điện áp ra > 14,1V
* Nguyên lý hoạt động
Cấp điện áp AC 220V vào jack cắm CEE-22, đóng công tắc nguồn SW1, nguồn AC đi
qua bộ lọc nhiễu đường dây đi vào cầu chỉnh lưu D1. Điện áp sau chỉnh lưu tạo ra dòng
quá độ chạy qua FB1 
 CEQ1 
 cuộn 1T3 
 cuộn 1T2 
 cuộn 15T1

 điểm giữa. Sinh ra một sđđ cảm ứng sang thứ cấp T1, diode D6 
 D9 chỉnh
lưu điện áp này thành DC đi qua D17 
 R19 và lọc bởi C32 cung cấp điện áp cho IC
U1 và biến áp xung T3. Khi U1 được cấp điện, U1 hoạt động tạo xung điều khiển duy trì
hoạt động của mạch. Để phân tích nguyên lý làm việc của U1 ta quan sát cấu trúc IC U1
hình 3.59. Nhờ kết hợp hệ thống đóng cắt xung cùng với các tụ điện, cuộn dây cho ta điện
áp đầu ra.

168. -168-
Hình 3.59: Sơ đồ cấu trúc vi mạch SG3524
Đây là IC dao động tạo xung dao động dùng RC, tần số dao động phụ thuộc vào giá trị của CT
(chân7) và RT (chân 6). Hai tín hiệu ra được đưa về khống chế 2 TZT điều khiển đóng cắt dẫn
dòng để tạo hoạt động cho biến áp xung để đưa điện áp khống chế Q1, Q2 để cấp điện cho
đầu ra qua hệ thống mạch lọc tụ - cảm để đưa ra điện áp đầu ra của bộ nguồn.
b) Mạch điều khiển động cơ bước
Để điều khiển hoạt động của động cơ bước người ta có thể sử dụng khó nhiều mạch
driver khỏc nhau, có thể sử dụng linh kiện rời hoặc linh kiện tớch hợp, trên thị trường hiện
nay sử dụng phổ biến là cặp vi mạch L297, L298. Phần này giới thiệu cấu trúc và chức năng
các chân của 2 vi mạch L297, L298.

169. -169-
*) Vi mạch L297
Đây là vi mạch điều khiển động cơ bước thường dùng trong các ứng dụng điều
khiển điện tử. Nó có chức năng tạo ra 4 pha tín hiệu điều khiển tương ứng với 2 pha của
động cơ bước lưỡng cực hoặc 4 pha của động cơ bước đơn cực. Sử dụng chip này, ta có
thể điều khiển mô tơ bước ở chế độ nửa bước, normal and wave drive mode và tích hợp
cả mạch PWM để điều chỉnh dòng điện cuộn dây trong môtơ.
Với vi mạch này, để điều khiển động cơ, ta chỉ cần tín hiệu xung clock, tín hiệu
logic cho chiều quay. IC này giúp giảm việc tạo các phase điều khiển (trước đây được tạo
bằng các chip vi xử lý) nên chương trình điều khiển động cơ rất gọn. IC được đóng gói
trong vỏ hai hàng chân DIP20 hoặc SO20 thông dụng, và thường dùng kèm với các IC
mạch cầu công suất như L298N hoặc L293E.
Sơ đồ chân và sơ đồ khối
Hình 3.60: Sơ đồ chân và sơ đồ cấu trúc IC L297

170. -170-
Chức năng các chân
Bảng 3.3. Chức năng các chân của vi mạch L297
Chân Tên Chức năng
1 SYNC Chân ngõ ra mạch dao động chopper bên trong chíp (on-chip).
Chân này có tác dụng đồng bộ hóa xung nhịp (trong mạch nhiều
L297). Sử dụng chân này như sau:
+ Khi cần đồng bộ hóa hai hay nhiều IC L297 trong mạch, ta
nối các chân SYNC với nhau. Khi đó, ta chỉ cần 1 mạch dao
động gắn ở một IC L297 bất kì.
+ Chân này đồng thời là ngõ vào cho nguồn clock ngoài
2 GND Chân nguồn 0V
3 HOME Chân ngõ ra cực thu để hở báo L297 đang ở trạng thái khởi tạo
(ABCD=0101). Khi chân này xuất tín hiệu “tích cực” thì các
transistor đang trạng thái hở.
4 A Tín hiệu phase A của mô tơ
5 INH1 Chân này tích cực mức thấp, điều khiển hai phase A, B để bảo
vệ dòng xả ngược cuộn dây. Còn khi chân CONTROL mức
thấp, chân này được sử dụng để ổn định dòng tải động cơ.
6 B Tín hiệu phase B của mô tơ
7 C Tín hiệu phase C của mô tơ
8 INH2 Chức năng giống chân INH2. Điều khiển phase C, D.
9 D Tín hiệu phase D của mô-tơ
10 ENABLE Chân cho phép hoạt động (enable). Khi chân này ở mức thấp,
chân ngõ ra phase A, B, C, D, INH1, INH2 bị kéo xuống mức
thấp.
11 CONTROL Chân điều khiển hoạt động CHOPPER. Khi chân này ở mức
thấp, hoạt động CHOPPER thông qua 2 chân INH1, INH2. Khi
chân này mức cao, hoạt động CHOPPER thông qua các phase
A,B,C,D.
12 VS Chân nguồn 5V

171. -171-
Chân Tên Chức năng
13 SEN2 Chân ngõ vào cầu phân áp để hồi tiếp độ lớn dòng tải ở tầng
công suất của phase C, D
14 SEN1 Chức năng giống chân SEN2 cho phase A, B
15 VREF Điện áp tham chiếu cho mạch chopper. Điều chỉnh áp đặt vào
chân này để thay đổi dòng tải đỉnh.
16 OSC Chân ngõ vào mạch dao động RC để qui định tần số chopper.
Khi dùng chức năng đồng bộ thì chân này nối với 0V (ngoại trừ
chip tạo dao động cho hệ đồng bộ L297).
+ Tần số: f=1/0.69RC
17 CW/CCW Chân điều khiển chiều quay động cơ. Chiều quay còn phụ thuộc
vào cách đấu dây cho động cơ.
18 CLOCK Chân clock cho động cơ. Loại xung tích cực mức thấp. Moto
“bước” khi có cạnh xuống ở chân này.
19 HALF/FULL Chân chọn lựa chế độ quay đủ bước, nửa bước
20 RESET Ngõ vào RESET. RESET là làm cho trạng thái động cơ trở về
vị trí HOME (tầng 1, ABCD=0101)
Hoạt động:
IC L297 được chế tạo để dùng với mạch cầu đôi (IC tích hợp hoặc linh kiện rời)
trong các ứng dụng điều khiển động cơ bước thông dụng. Các tín hiệu vào là: xung clock,
tín hiệu chiều quay (quay thuận/nghịch), chế độ quay (đủ bước/nửa bước) và xuất tín hiệu
ra điều khiển phần công suất.
Nguyên lý hoạt động của L297 thực chất là bộ chuyển tín hiệu điều khiển logic
đơn giản thành chuỗi tín hiệu điều khiển các phase động cơ phù hợp. L297 có tích hợp
mạch chopper PWM giúp ổn định dòng tải trong cuộn dây động cơ.
IC L297 có thể tạo ra 3 loại chuổi xung điều khiển tùy theo tín hiệu ở chân
HALF/FULL. Nhà sản xuất gọi 3 chế độ này là “bình thường” (normal – cấp điện 2 phase
mỗi lần kích) và “sóng”-wave (chỉ cấp điện cho 1 phase trong mỗi lần kích) và chế độ nửa
bước (luân phiên cấp điện một phase hai phase). Hai ngõ ra “cấm”-inhibit, thường được

172. -172-
kết nối trực tiếp với chân enable của L298 để xả dòng ngược cuộn dây. Khi dùng L297
điều khiển động cơ lưỡng cực, hai tín hiệu này tác động lên phase điều khiển.
Chân “CONTROL” để điều chỉnh giữa 2 chế độ chopper (đóng cắt) (chọn lựa chế
độ tín hiệu chopper xuất ra chân INHx hay xuất ra tín hiệu phase). Khi chopper trên các
phase, phase không tích cực (của mỗi cặp AB hoặc CD) được tích cực (thay vì ngắt các
phase rồi lại đóng phase). Trong ứng dụng của cặp L297+L298, kĩ thuật này giúp giảm
tiêu tán công suất ở điện trở cảm biến tải.
Mạch dao động nội trong chip (on-chip) kích 2 mạch chopper. Nó tạo xung để set
2 flip-flop FF1 và FF2. Khi dòng tải trong cuộn dây bằng dòng qui định, rơi áp trên 2 điện
trở cảm ứng dòng (nối với 2 chân SENS1 và SENS2) bằng với VREH và do đó mạch so
sánh reset flip-flop ngắt dòng tải để chờ xung dao động tiếp theo. Dòng tải đỉnh của 2
cuộn dây được đặt thông qua điện áp ở chân VREF .
Với mạch có nhiều L297, vấn đề nhiễu mass được giải quyết bằng hoạt động đồng
bộ (nối các chân SYNC với nhau, gắn mạch RC ở một L297 nào đó và nối chân OSC ở
các L297 còn lại với mass)
Chuổi xung Phase của L297:
Bên dưới là giản đồ chuyển đổi xung điều khiển thành xung pha của 3 chế độ hoạt
động của động cơ. Trong giản đồ là chiều quay thuận. Để có chiều quay ngược, chỉ cần
đảo chân RESET để làm cho mạch xử lý trong chip (translator) về tần 1, khi đó ABCD =
0101.
+ Chế độ nửa bước (hình 3.61)
Hình 3.61 Chế độ điều khiển nửa bước

173. -173-
Để chọn chế độ này, chân HALF/FULL phải ở mức cao.
+ Chế độ bình thường (hình 3.36)
Chế độ bình thường còn gọi là chế độ 2-phase-mở được thiết lập khi chân
FULL/HALF ở mức thấp và khi mạch điều khiển đang ở tần lẻ (1-3-5-7). Trong chế độ
này, hai chân cấm INHx luôn ở trạng mức cao.
Hình 3.62: Chế độ bình thường
+ Chế độ “sóng”-wave drive mode (hình 3.36)
Chế độ điều khiển sóng còn gọi là “một phase mở” được thiết lập khi chân
HALF/FULL ở mức thấp và mạch điều khiển phase đang ở tần chẵn (2-4-6-8)
Hình 3.63: Chế độ sóng
Đặc tính điện cơ bản của L297
Nguồn cung cấp: Vs = 4,75V đến 7V
Dòng ra: Is = 50 đến 80mA
Mức điện áp đầu vào: Mức thấp Vi = 0,6V, mức cao Vi = Vs
Dòng điện đầu vào: Ii = 100  A

174. -174-
*) Vi mạch L298
Vi mạch L298 là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân (multiwatt
15) và PowerSO20 (linh kiện dán công suất). Là IC mạch cầu đôi (dual full-bridge) (hình
3.64) có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dòng cao.
Hình 3.64: Cấu trúc vi mạch L298
Nó được thiết kế tương thích chuẩn TTL và lõi tải cảm không như relay, cuộn
solenoid, động cơ DC và động cơ bước. Nó có 2 chân enable (cho phép) để cho
phép/không cho phép IC hoạt động, độc lập với các chân tín hiệu vào. Cực phát (emitter)
của transistor dưới của mỗi mạch cầu được nối với nhau và nối ra chân ngoài để nối với
điện trở cảm ứng dũng khi cần. Nó có thêm một chân cấp nguồn giúp mạch logic có thể
hoạt động ở điện thể thấp hơn.
Hình 3.65: Sơ đồ chân vi mạch L298

175. -175-
Chức năng các chân (bảng 3.4)
Bảng 3.4. Chức năng các chân của vi mạch L298
MW.15 PowerSO Tên Chức năng
1;15 2;19 Sense A;
Sense B
Nối chân này qua điện trở cảm ứng dòng
xuống GND để điều khiển dòng tải
2;3 4;5 Out 1;
Out 2
Ngõ ra của cầu A. Dòng của tải mắc giữa
hai chân này được qui định bởi chân 1.
4 6 VS Chân cấp nguồn cho tầng công suất. Cần
có một tụ điện không cảm kháng 100nF
nối giữa chân này và chân GND
5;7 7;9 Input 1;
Input 2
Chân ngõ vào của cầu A, tương thích
chuẩn TTL
6;11 8;14 Enable A;
EnableB
Chân ngõ vào enable (cho phép) tương
thích chuẩn TTL. Mức thấp ở chân này sẽ
cấm (disable) ngõ ra cầu
A (đối với chân EnableA) và/hoặc cầu B
(đối với chân EnableB)
8 1,10,11,20 GND Chân đất (Ground)
9 12 VSS Chân cấp nguồn cho khối logic. Cần có tụ
điện 100nF nối giữa chân này với GND
10; 12 13;15 Input 3;
Input 4
Các chân logic ngõ vào của cầu B
13; 14 16;17 Out 3;
Out 4
Ngõ ra của cầu B. Dòng của tải mắc giữa
hai chân này được qui định bởi chân 15.
- 3;18 N.C. Không kết nối (bỏ trống)

176. -176-
Đặc tính điện cơ bản của L298
Nguồn cung cấp: Vs = 2.5 đến 46V
Nguồn cung cấp mạch logic: Vss = 4,5 đến 7V
Điện áp vào mức thấp: ViL = - 0,3 đến 1,5V
Điện áp vào mức cao: ViH = 2,3 đến Vss
Thông tin ứng dụng
Tầng công suất ngõ ra:
Vi mạch L298 tích hợp 2 tầng công suất (A, B). Tầng công suất chính là mạch cầu
và ngõ ra của nó có thể lái các loại tải cảm thông dụng ở nhiều chế độ hoạt động khác
nhau (tùy thuộc vào sự điều khiển ở ngõ vào). Dòng điện từ chân ngõ ra chảy qua tải đến
chân cảm ứng dòng. Điện trở ngoài RSA, RSB cho phép việc cảm ứng cường độ dòng
điện này.
Tầng ngõ vào:
Mỗi cầu được điều khiển bởi 4 cổng ngõ vào In1, In2, EnA, và In3, In4, EnB. Các
chân In có tác dụng khi chân En ở mức cao, khi chân En ở mức thấp, các chân ngõ vào In
ở trạng thái cấm. Tất cả các chân đều tương thích với chuẩn TTL.
*) Mạch ứng dụng vi mạch L297-L298

177. -177-
Hình 3.66: Sơ đồ điều khiển rô bốt chuyển động theo tọa độ Đề các
dùng động cơ bước và vi mạch L297-L298
Tóm tắt nguyên lý:

178. -178-
c) Mạch điều khiển động cơ servo
1) Mạch điều khiển động cơ DC servo
Hình 3.67: Mạch điều khiển động cơ DC Servo
Nguyên lý hoạt động
Động cơ DC được điều khiển tốc độ và đảo chiều nhờ các TZT Q1 đến Q4. Các TZT
này bị khống chế hoạt động nhờ các TZT Q8, Q9. Điện áp trên vôn kế lấy từ phản hồi vị trí từ
động cơ DC. Hệ thống có một chuyển mạch chọn chế độ điều khiển. Ở vị trí trên hệ hoạt
động ở chế độ điều khiển ngoài dùng xung. Vị trí dưới là vị trí đặt vị trí nhờ chiết áp VR1.
Khi chuyển mạch ở vị trí trên nếu cấp xung điều khiển động cơ DC sẽ dịch chuyển đến
vị trí tương ứng với độ rộng xung; sau khi cắt xung điều khiển này động cơ sẽ tự chạy ngược
trở về vị trí ban đầu.
Ở Chế độ phía dưới khi đó giá trị điện áp đặt được xác định nhờ VR1 tương đương với
vị trí đặt ban đầu. Điện áp này đưa về Q5 còn điện áp phản hồi đưa về khống chế Q5 Sự
chênh lệch của Q4 và Q6 so sánh giá trị với nhau để quyết định giá trị điều khiển tới Q9
khống chế động cơ quay thuận (ngược) dịch chuyển này làm xuất hiện điện áp trên vôn kế
đưa về khống chế Q6 khống chế Q8, Q2 tới giá trị điện áp trên 2 cực của động cơ cân bằng
nhau thì động cơ dừng lại tương ứng với vị trí được thiết lập.

179. -179-
2) Mạch điều khiển động cơ AC servo
Hình 3.68: Mạch điều khiển động cơ AC Servo
Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ theo kết cấu của vỉ mạch điều khiển thực tế. Trong đó các chân hay tín hiệu
vào ra được đánh số thứ tự và có màu sắc phân biệt bao gồm nguồn vào (1,8), ra (3,4,5),
các chân tín hiệu phản hồi (7,13,14). Động cơ được điều khiển tốc độ nhờ việc khống chế
các Thyristor SCR 1 và SCR2 trong cầu diode. Các thyristor này được khống chế qua
mạch ghép xung lấy từ biến áp T4, T5. Vị trí phản hồi được đưa về các chân 7,13,14 giá
trị phản hồi được điều chỉnh lấy điện áp phù hợp nhờ các điện trở R38, R39, R40 sau đó
đưa về khống chế TZT Q1, Q2, Q3. Tín hiệu ra sau Q3 được ghép qua biến áp xung T2
đưa vào các cầu chỉnh lưu (CR 18 đến CR25) tín hiệu ra sau cầu đưa về qua Q4, Q5 để
khống chế Q6, Q7 sau đó ghép qua T4, T5 để khống chế SCR và xuất ra động cơ.
Tín hiệu điều khiển lấy vào từ chân 9,10 chính là giá trị đặt ban đầu tạo ra điện áp
dương đưa về các điện trở R38, R39, R40 để so sánh với giá trị phản hồi (Sig input).

180. -180-
3.4. Hiệu chỉnh động cơ tuỳ động.
3.4.1. Khái quát
Hệ thống tùy động, thực chất là hệ thống ĐCTĐ TĐĐ thực hiện điều khiển vị trí
với lượng đặt trước biến thiên tùy ý. Hệ thống tuỳ động được ứng dụng rất rộng rãi trong
thực tiễn. Nhiệm vụ cơ bản của hệ là thực hiện điều khiển cơ cấu chấp hành bám sát chính
xác đối với lượng đặt vị trí, đại lượng điều khiển (lượng đầu ra) thường là vị trí không
gian của cơ cấu sản xuất, lúc lượng đặt thay đổi trong quá trình làm việc thì hệ thống có
thể làm cho đại lượng điều khiển bám sát và duy trì một một cách chính xác vị trí của cơ
cấu sản xuất theo yêu cầu. Ví dụ điều khiển cơ cấu ép trục cán, trong quá trình cán kim
loại, phải làm cho khe hở giữa hai trục có thể tiến hành tự điều chỉnh; điều khiển quỹ tích
gia công của máy cắt điều khiển số và điều khiển bám của máy chép hình; cơ cấu lái tự
động trên tàu thuyền; cơ cấu điều khiển anten rađa của cụm súng pháo hay kính viễn vọng
điện tử nhằm đúng mục tiêu; điều khiển động tác của người máy. Những ví dụ trên đây
đều là những ứng dụng cụ thể về hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí. Nguyên lý cơ bản
của hệ tùy động như hình 3. 69.
Hình 3.69: Nguyên lý cơ bản mạch điều khiển tùy động
Bộ đo kiểm vị trí: Do chiết áp RP1 và RP2 tạo thành bộ đo kiểm vị trí (góc), trong đó
trục quay của chiết áp RP1 nối với bánh điều khiển làm góc cho trước (góc đặt), trục quay
của chiết áp RP2 thông qua cơ cấu nối với bộ phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai bộ

181. -181-
chiết áp đều được cấp điện nhờ nguồn điện một chiều U, như vậy có thể chuyển tham số
vị trí trực tiếp thành đại lượng điện ở đầu ra.
Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do 2 bộ khuếch đại 1A, 2A tạo thành, trong đó bộ
khuếch đại 1A chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn 2A có tác dụng so sánh và khuếch đại điện
áp, tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều khiển bộ khuếch đại công suất cấp tiếp theo, đồng
thời có khả năng nhận biết cực tính điện áp (phương vị âm dương của góc pha).
Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: Để cung cấp cho động cơ chấp hành của hệ thống
tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chưa đủ, còn phải khuếch đại công suất, các bộ
khuếch đại công suất này thường dùng chỉnh lưu điều khiển hoặcbộ biến đổi xung áp điều
chế độ rộng xung nếu động cơ truyền động là động cơ một chiều, trường hợp dùng động
cơ xoay chiều thì bộ khuếch đại công suất thường là biến tần.
Cơ cấu chấp hành: Động cơ bám Đ (động cơ điện một chiều, từ trường vĩnh cửu) để
truyền động cơ cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten ra đa), giữa động cơ và phụ tải
thường có bộ phận truyền lực (hộp giảm tốc).
Bốn thành phần trên là các bộ phận chủ yếu, không thể thiếu để tạo nên hệ thống điều
khiển tuỳ động vị trí, chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ thể là có thể khác nhau, ví dụ, có thể
dùng các bộ đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều v.v...
Qua các phân tích trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và giống nhau giữa hệ thống
tuỳ động vị trí (sau đây gọi tắt là hệ thống tuỳ động) và hệ thống điều tốc. Cả hai đều là
hệ thống kín (có phản hồi), tức là thông qua việc so sánh lượng đầu ra của hệ thống với
lượng cho trước (lượng đặt) để tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống, vì vậy nguyên lý của
hai hệ thống này là giống nhau.
Đại lượng cho trước của hệ thống điều tốc là hằng số, dù cho mức độ nhiễu như
thế nào, đều mong đại lượng đầu ra ổn định, vì thế chất lượng chống nhiễu của hệ thống
luôn tỏ ra quan trọng nhất. Còn trong hệ thống tuỳ động thì tín hiệu đặt vị trí là thường
xuyên thay đổi, là đại lượng “thay đổi tuỳ ý”, yêu cầu lượng đầu ra bám chính xác theo sự
thay đổi của lượng cho trước, tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính chính xác thích nghi
đầu ra trở thành đặc trưng chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Hay nói cách khác chất lượng
bám là chỉ tiêu chủ yếu của hệ thống này.
3.4.2. Hiêu chỉnh động cơ tùy động
Thực chất của hiệu chỉnh động cơ tùy động chính là hiệu chỉnh mạch điều khiển để
hệ thống hoạt động tối ưu về các chỉ tiêu như thời gian điều chỉnh, lượng quá điều chỉnh,
độ trơn của quá trình điều khiển. Việc điều chỉnh thông thường là sử dụng các khâu hiệu

182. -182-
chỉnh như PI, PD, PID. Tùy vào từng ứng dụng cụ thể có thể có hiệu chỉnh nối tiếp (hình
3.69) hay song song bằng phản hồi âm tốc độ (hình 3.70) hoặc hiệu chỉnh hỗn hợp.
Các mạch điều khiển tùy động thường tích hợp sẵn các mạch điều chỉnh nên trong
thực tế các chuyên gia chỉ điều chỉnh các thông số cài đặt khi có sai lệch nào đó cần hiệu
chỉnh.
3.5.Các mô đun của rô bốt công nghiệp
3.5.1. Nguyên tắc mô đun hóa thiết bị
Thông thường các thiết bị trong hệ thống được thiết kế đồng bộ. Các bộ phân hay
các khâu được xem như thiết kế đồng thời . Trong đó các cấu kiện hay các bộ phân liên
kết với nhau chặt chẽ như thiết kế điều khiển trên cùng một bo mạch, cùng bảng điều
khiển. Điều này gây khó khăn cho việc thay thế sửa chữa cũng như bảo hành. Để khắc
phục vấn đề trên người ta chế tạo các bộ phân tách rời nhau và có khả năng tháo lắp, lắp
ghép liên kết với nhau để giải quyết cùng bài toán điều khiển. Việc làm trên được xem
như mô đun hóa thiết bị.
Hình 3.70: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tuỳ động một mạch vòng vị trí
Hình 3.71: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống tuỳ động có phản hồi âm tốc độ

183. -183-
Các mô đun rời được chế tạo riêng biệt có khả năng kết nối với các mô đun khác
tạo nên một hệ thống tổng thể hoàn thiện. Tùy từng rô bốt mà các mô đun này có thể ghép
nối với nhau trong một tủ chứa duy nhất hoặc được đặt ở các vị trí khác nhau sao cho phù
hợp với quá trình sản xuất. Ví dụ trong một hệ thống điều khiển động cơ tùy động người
ta có thể chế tạo các mô đun riêng biệt như mô đun nguồn, mô đun điều khiển, mô đun
công suất, ....
Khi vì lý do nào đó cần thay thế hay sửa chữa, mỗi mô đun có thể được thay thế
bằng một mô đun tương tự có cùng tính chất một cách dễ dàng mà không làm ảnh hưởng
tới các mô đun khác. Trên thực tế nhiều hãng sản xuất các mô đun có thể lắp lẫn để thay
thế cho các hệ thống khác nhau.
Một ví dụ có thể dễ nhận thấy ở PLC S7-300 (Hình 3.72) các mô đun được thiết kế
linh hoạt như mô đun nguồn, CPU, SM hay FM....Tùy theo yêu cầu của sản xuất mà
người ta sử dụng các mô đun nào cho hợp lý. Khi sản xuất cần số lượng các đầu vào / ra
là bao nhiêu thì chỉ cần mua và lắp 1 hay nhiều mô đun SM có số lượng các cổng vào ra
phù hợp.
§-êng bus
liªn kÕt c¸c
m« ®un tiÕp theo
PS(
Power
supply)
CPU
SM
SM
SM
Rack
C¸c m« ®un më réng
Mô đun CPU
Mô đun nguồn

184. -184-
Hình 3.72: Mô tả các mô đun của PLC S7-300
Ngày nay hầu hết các thiết bị hay hệ thống đều chế tạo dưới dạng mô đun nhằm
đáp ứng nhu cầu về việc thay thế, sửa chửa hay chuẩn đoán hệ thống từ xa một cách dễ
dàng. Sử dụng mô đun cũng cho phép tối ưu về kinh phí đầu tư cho hệ thống.
3.5.2. Nguyên tắc mô đun của rô bốt công nghiệp
Rô bốt công nghiệp nói chung đều được thiết kế chế tạo phục vụ cho các mục đích
riêng biệt. Với mỗi một rô bốt có những đặc điểm riêng đặc biệt là mục đích phục vụ của
rô bốt, tuy nhiên chúng vẫn giống nhau về kết cấu chung của một rô bốt. Các rô bốt ngày
nay thường chế tạo dang mô đun và có những đặc trưng điển hình. Trước tiên phải nói
đến bộ điều khiển các mô đun được tách rời bao gồm: Mô đun nguồn, mô đun điều khiển,
mô đun lập trình, mô đun liên kết khác.... Phần cánh tay hay thân rô bốt cũng được lắp
ghép riêng biệt về phần cơ khí cũng như các giắc cắm liên kết điện khí giữa các bộ phận.
Các hệ thống đi kèm như thiết bị hàn, cắt... thường được đặt riêng biệt bên ngoài rô bốt.
Đối với bộ điều khiển cần có các khối (modul) cơ bản:
- Modul cảm biến thu nhận biến đổi, hiệu chỉnh, tổng hợp thông tin về trạng thái của
hệ thống và về môi trường.
- Modul tổng hợp, thiết lập mô hình tổng hợp về hệ thống và môi trường trên cơ sở
thông tin do modul cảm biến cung cấp.
- Modul ra quyết định, đưa ra phương thức hành động. Từ chiến lược hành động, lập
kế hoạch. điều khiển hoạt động của cơ cấu để thực hiện nhiệm vụ theo tình huống cụ thể.
Các modul trên tự động liên kết với nhau theo nhiệm vụ, được quy định trong
chương trình có tính đến khả năng thích ứng của hệ thống trong tình huống cụ thể. Tuy
vậy, vẫn cần có giao diện với người vận hành để khi cần con người có thể kiểm tra, giám
sát, can thiệp vào hệ thống.
Tính đến cường độ trao đổi thông tin giữa các modul với nhau và giữa hệ thống với
người vận hành. cần có bộ nhớ chung để lưu trữ các thông tin ban đầu và thông tin cập
nhật của hệ thống và môi trường.
Mô đun cho rô bốt được thiết kế theo nguyên tắc sau:
Thiết kế mô đun của rô bốt cấu trúc cơ chế.

185. -185-
Thiết kế mô đun của rô bốt bộ điều khiển (Các mô đun của phần mềm và phần
cứng).
Các giao diện tiêu chuẩn đặc điểm kỹ thuật của chính Rô bốt thành phần chức năng
(Động cơ servo, phục vụ lái xe và giảm tốc)
Các giao diện tiêu chuẩn đặc điểm kỹ thuật của rô bốt cảm biến bên ngoài (hình
ảnh cảm nhận và lực lượng cảm nhận) Thiết kế mô đun của rô bốt.
Trên cơ sở của sự phân chia của mô đun máy, rô bốt cơ chế được chia cho module
chính của ghế thắt lưng, cánh tay chính, cẳng tay, cánh tay thùng, cổ tay, xi lanh cân
bằng. Thiết kế mô đun là đạt được theo kích thước, khả năng chịu tải và khác các chỉ số,
và tối ưu hóa của nó kết hợp được định hướng bởi yêu cầu ứng dụng, sau đó các dòng sản
phẩm rô bốt của phạm vi làm việc khác nhau và tải trọng khác nhau accived.Các điểm
quan trọng của thiết kế mô đun của cơ cấu thành phần là xây dựng một tiêu chuẩn giao
diện của cơ khí mô-đun, mà đạt được khả năng trao đổi các mô đun trên cơ sở đảm bảo
tính chính xác của mô đun lắp ráp cơ khí. Các giao diện của các thành phần chức năng có
thể thực hiện hai chức năng. Các Chức năng đầu tiên là vị trí, có thể xác định tương đối
chính xác vị trí giữa hai mô đun kết nối.Chức năng thứ hai là kết nối, có thể nhận ra sự
kết nối chặt giữa hai thành phần chức năng.
Thiết kế mô đun của rô bốt cấu trúc cơ chế.
Thiết kế tiêu chuẩn của giao diện của thành phần quan trọng Rô bốt (Động cơ
servo, giảm tốc và khác) là hữu ích cho việc cải thiện bảo trì của rô bốt và giảm chi phí
của các rô bốt rất nhiều. Lấy servo động cơ là một ví dụ, giao diện của nó có thể được
chia khoá sáu tham gia kết nối A đến F, và động cơ servo của mô hình khác nhau có thể
được nối với nhau bằng biểu tượng chỉ và đạt được giá.
Thiết kế mô đun của bộ điều khiển rô bốt.
Theo nguyên tắc độc lập và chức năng tính toàn vẹn về cấu trúc, hệ thống điều
khiển rô bốt công nghiệp được chia thành ba loại chính của các mô-đun: mô đun điều
khiển chính, thành phần mô đun (module điều khiển, I / O module và module giảng dạy),
bên ngoài mô đun cảm biến (cảm biến hình ảnh và cảm nhận hiệu lực).
Mô đun điều khiển chính Các mô đun điều khiển chính là cốt lõi của bộ điều khiển
rô bốt, và chức năng của nó bao gồm kế hoạch chuyển động, phối hợp chuyển đổi, hệ
thống giám sát và như vậy. Thiết kế mô đun của điều khiển chính mô đun là nhằm mục
đích giao diện và xe buýt thông tin đối ngoại. Giao diện cung cấp điện: DC 24V ± 10% ;

186. -186-
Giao diện truyền thông: CAN xe buýt, Ethernet, vv; Giao thức truyền thông: CANopen,
EtherCAT, vv ; Truyền thông dữ liệu: dữ liệu truyền thông khác nhau mô đun tiêu chuẩn.
Mô đun ổ đĩa nhận được lệnh của mô đun điều khiển chính là mức độ thực hiện
các điều khiển chuyển động, và hoạt động kiểm soát động cơ servo. Mô đun ổ đĩa có thể
xây dựng đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho bên ngoài giao diện, mô hình chức năng,
thông tin xe buýt, vv Giao diện cung cấp điện: DC24V ± 10% ; Giao diện truyền thông:
CAN xe buýt, Ethernet, vv; Giao thức truyền thông: CANopen, EtherCAT, vv; Mô hình
chức năng: chế độ điều khiển vị trí và chế độ nội suy; Tham số kiểm soát: thông số PID,
hạn chế bảo vệ vị trí tham số, vv .
I / O module I / O module thu thập và ổ đĩa cảm biến, đèn báo, rơ le và tiếp xúc, đó
là các thiết bị của bộ điều khiển rô bốt bên ngoài. I / O mô đun có thể xây dựng đặc điểm
kỹ thuật tiêu chuẩn cho giao diện bên ngoài, chức năng mô hình, thông tin xe buýt, vv
Giao diện cung cấp điện: DC24V ± 10% ; Giao diện truyền thông: CAN xe buýt,
Ethernet, vv; Giao thức truyền thông: CANopen, EtherCAT, vv; Tham số kiểm soát:
thông số PID, hạn chế vị trí tham số bảo vệ, vv
Mô đun cảm biến bên ngoài bao gồm cảm biến hình ảnh, cảm biến lực, vv. Nó sẽ
gửi kết quả tính toán cho các mô đun chủ bằng xe buýt công nghiệp. Các tiêu chuẩn mô
đun của mô đun bên ngoài được làm cho giao diện xe buýt, giao diện cung cấp điện, các
đối tượng giao tiếp, cấu hình cảm biến thông tin, định dạng dữ liệu cảm biến, báo động an
toàn, vv.
Thiết kế tiêu chuẩn của rô bốt giao diện cảm biến bên ngoài.
Hình ảnh mô đun đạt được sự công nhận và xử lý cho các đối tượng cần thiết để
được nắm bắt bởi rô bốt công nghiệp.Nguyên tắc phân chia mô đun của hình ảnh mô đun
cần được tương thích với các thuật toán xử lý hình ảnh của các nhà sản xuất thiết bị khác
nhau. Các mô đun trực quan có thể xây dựng đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho giao diện
bên ngoài, thông tin cấu hình, thông tin hiệu chuẩn, đối tượng giao tiếp, vv Giao diện
cung cấp điện: DC24V ± 10% ; Giao diện truyền thông: Ethernet, vv; Tham số chức năng:
tham số hiệu chuẩn, mô tả đối tượng, vv; Tham số kiểm soát: giao thức xe buýt, truyền tải
dữ liệu, vv trực quan cảm biến 4. Thiết kế tiêu chuẩn của rô bốt giao diện cảm biến bên
ngoài.
Cảm biến lực, các mô đun điều khiển lực gửi tín hiệu lực thu thập bởi rô bốt đến
các mô đun điều khiển chính. Nguyên tắc phân chia mô đun cần được tương thích với các
sản phẩm thiết bị khác nhau các nhà sản xuất. Giao diện cung cấp điện: DC24V ± 10% ;

187. -187-
Giao diện truyền thông: Ethernet, vv; Thông số cảm biến: thông tin hiệu chuẩn, dữ liệu
thu thập được, vv; Tham số kiểm soát: giao thức truyền thông, tốc độ truyền, vv .
Ví dụ của mô đun rô bốt công nghiệp.
Mô đun có một vị trí tốt xác định trong việc xây dựng rô bốt công nghiệp, cho
những ưu điểm sau: sự thích ứng của một cấu trúc của rô bốt tương ứng với hoạt động, đa
dạng hóa của các cấu trúc thông qua sự kết hợp của các đơn vị mô-đun, giảm chi phí của
rô bốt thực hiện so sánh với cấu trúc tiêu chuẩn, cơ cấu lại nhanh chóng, giá rẻ của rô bốt
cho một hoạt động khác, nếu được đảm bảo các điều kiện hoán đổi cho nhau của các đơn
vị mô-đun.
Hình 3.73: Rô bốt TRTRT công nghiệp
Rô bốt được trình bày trong hình 1 bao gồm từ: module 1 dịch trên ngang từ của rô
bốt cơ sở MTB-SIL, module 2 quay theo trục thẳng đứng của cánh tay của rô bốt MRV,
mô đun 3 dịch dọc theo trục thẳng đứng từ các thành phần cánh tay MTV-SIL, module 4
quay xung quanh trục ngang từ cấu trúc của cánh tay của rô bốt MO và mô đun 5 dịch
MT-SIL lắp ráp với thiết bị kẹp.

188. -188-
Câu hỏi ôn tập chương 3
Câu 1: Nêu đặc điểm cấu tạo và nguyên lý điều khiển các loại động cơ điện
trong rô bốt công nghiệp.
Câu 2: Trình bày các phương pháp điều khiển động cơ bước
Câu 3: Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống tùy động
Câu 4: Trình bày đặc điểm các bộ truyền động cơ khí ( đai, răng, vít,cam..)
Câu 5: Phân tích nguyên lý hoạt động nguồn switching.
Câu 6: Phân tích nguyên lý hoạt động các mạch điều khiển động cơ servo
Câu 7: Trình bày nguyên tắc mô đun hóa thiết bị
Câu 8: Vẽ mô tả hệ thống cam, răng điều khiển các cơ cấu điện, khí nén.
Câu 9 : Động cơ trục chính chạy tốc độ 60 v/p. Thiết kế cơ cấu cam răng, kết nối
mạch điện điều khiển, mạch động lực thỏa mãn:
- Trục chính quay 1 vòng xi lanh X1 đi ra và về trong 0,5 giây, xi lanh X2 đi ra
và về 2 lần, mỗi lần 0,3 giây, van V1 đóng mở 3 lần.
- Trục chính quay 2 vòng thì van V2 đóng mở 1 lần mỗi lần 0,2 giây.

189. -189-
Tài liệu tham khảo
[1] PGS.TS . Đào Văn Hiệp
KỸ THUẬT RÔ BốT; Nhà xuất bản: Khoa học và Kỹ thuật - 2004.
[2] GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc
RÔ BốT CÔNG NGHIỆP; Nhà xuất bản: Khoa học Kỹ thuật - 2006.
[3] Phạm Đăng Phước
RÔ BốT CÔNG NGHIỆP; Nhà xuất bản Xây Dựng Hà Nội – 2007
[4] Nguyễn Mạnh Tiến
ĐIỀU KHIỂN RÔ BốT CÔNG NGHIỆP. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật-2007
[4] http://matlabs.wordpress.com/2012/07/29/su-phat-trien-va-ung-dung-cua-Rôbốt-cong-nghiep/
[5] http://www.doko.vn/luan-van/nghien-cuu-kha-nang-ung-dung-Rôbốt-cong-nghiep-trong-he-
san-xuat-linh-hoat-180752
[6] http://www.khoahoc.com.vn/congnghemoi/cong-nghe-moi
[7] http://automation.net.vn/Rô bốt-Rô bốtics/Rô bốt-công-nghiệp