Tài liệu tập trung vào robot công nghiệp trong hệ thống FMS, gồm lịch sử phát triển, định nghĩa, cấu tạo và chức năng của các thành phần như tay máy, cảm biến và hệ thống điều khiển. Robot công nghiệp được định nghĩa là cơ cấu máy tự động lập trình được, có khả năng làm việc mà không cần sự trợ giúp của con người. Tài liệu cũng đề cập đến các loại động cơ, hệ truyền động và phân loại robot dựa trên số bậc tự do, hệ truyền động và cấu trúc động học.

1. TÌM HIỂU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
TRONG HỆ THỐNG FMS
NHÓM 3:
Lã Ngọc Kim Hoa
Nguyễn Văn Hiếu
Võ Xuân Hoàn
Trần Ngọc Mạnh Hưng
Bùi Xuân Hương
Phạm Văn Vịnh

2. J

3. 1.1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
 Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là
công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel
Capek, vào năm 1921
 Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry
Company) của Mỹ đã quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là
“Người máy công nghiệp” (Industrial Robot)
 Về mặt kỹ thuật, những robot 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).

4. Một số thời điểm lịch sử phát triển của người máy công nghiệp
 Mỹ xuất hiện loại robot Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ.
 Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh -1967, Thuỵ Điển và Nhật -
1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở ý - 1973. . .
 Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình
“mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng ban kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến.
 Năm 1974 Công ty Cincinnati (Mỹ) đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3
(The Tomorrow Tool: Công cụ của tương lai).

5. 1.2: ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
 Hiện nay có nhiều định nghĩa về Robot, có một số định nghĩa như sau:
 Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp)
 Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America)
 Định nghĩa theo ΓOCT 25686-85 (Nga)
 Từ các định nghĩa trên đây, chúng tôi đưa ra một định nghĩa về robot công
nghiệp như sau:
 “Robot công nghiệp là một cơ cấu máy có thể lập trình được, có khả năng
làm việc một cách tự động không cần sự trợ giúp của con người. Bên cạnh
đó giữa các tay máy có thể hợp tác được với nhau

7. CẤU TẠO CHUNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP
Một Robot công nghiệp bao gồm các phần cơ bản sau :
 Phần công tác
 Truyền động cơ khí
 Cơ cấu chấp hành
 Các cảm biến (sensor) giám sát trạng thái
hệ thống
 Sensor giám sát thông số môi trường
 Hệ thống điều khiển
 Giao diện Người - Robot
Ví dụ cấu trúc chung của một RBCN

8. Cấu trúc chung của một Robot công nghiệp :

9.  Tay máy ( Manipulator) :
 Là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành
cánh tay (arm) để tạo các chuyển động cơ bản, Cổ tay (wrist)
tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay (hand) hoặc phần
công tác (End Effector) để trực tiếp hoàn thành các thao tác
trên đối tượng.
 Trong thiết kế quan tâm đến các thông số có ảnh hưởng lớn
đến khả năng làm việc của robot như:
- Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay….
- Tầm với hay vùng làm việc: Kích thước và hình dáng
vùng mà phần làm việc có thể với tới.
- Sự khéo léo: là khả năng định vị và định hướng phần
công tác trong vùng làm việc.
Kết cấu tay máy

10.  Các khớp được dùng phổ biến là khớp trượt và khớp quay. Dựa vào số lượng và cách bố trí các
khớp mà phân ra :
 Phần công tác :
Là bộ phận trực tiếp tác động lên đối tượng. Tùy theo
yêu cầu làm việc của robot phần công tác có thể là tay gắp,
công cụ (súng phun sơn, mỏ hàn, dao cắt, chìa vặn ốc …).
Phần công tác của robot là mỏ hàn
Tay máy kiểu tọa độ đề - các
Tay máy kiểu tọa độ trụ
Tay máy kiểu tọa độ cầu
Tay máy Scara
Tay máy kiểu phỏng sinh

11. Cảm biến nhiệt độ
 Hệ thống cảm biến (Sensors) :
 Khái niệm :
Cảm biến là thiết bị dùng để nhận giá trị của đại lượng vật lí
cần đo và biến đổi nó thành tín hiệu mà thiết bị đo hay điều khiển
có thể xử lí được.
Dạng và giá trị tín hiệu xuất ra của các cảm biến thường được
chuẩn hóa để dễ ghép nối vào các mạch xử lí tiếp theo(điện áp,
dòng điện, điện trở…).
 Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín
hiệu khác. Các robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết
trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và các sensor ngoài
để nhận biết trạng thái của môi trường.
 Phân loại cảm biến :
 Theo chức năng : - Sensor trong (proprioceptive sensor)
- Sensor ngoài (heteroceptive sensor) Một số loại cảm biến thường gặp trong RBCN

12.  Theo đại lượng cần đo : sensor nhiệt độ, áp suất, vận tốc, gia tốc, lưu lượng…
 Theo kết cấu và nguyên lí làm việc : sensor điện trở, điện dung, điện cảm, điện áp, quang điện,
điện động…
 Theo phương thức cảm nhận : sensor tiếp xúc (tactile sensor), không tiếp xúc (proximity sensor).
 Hệ thống điều khiển
 Kiến trúc chức năng
Tùy theo yêu cầu đối với hoạt động của robot, các chức năng
được phân cấp với mức độ khác nhau.Nói chung có thể phân
thành 4 cấp chính:
- Cấp nhiệm vụ (task level), giải quyết các vấn đề chung
về nhiệm vụ. So sánh yêu cầu đặt ra với khả năng chấp nhận
của hệ thống, tình trạng hiện tại của hệ thống với 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
Kiến
trúc
chức
năng
Cấp
chiến
lược
Cấp kế
hoạch
Cấp
thừa
hành
Cấp
nhiệm
vụ

13. - Cấp kế hoạch (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 thểm hư giải mã lệnh, nội suy,
xử lí lỗi, giao diện với cơ cấu chấp hành.
 Môi trường lập trình
Đặc điểm quan trọng của robot là làm việc theo chương trình và tái lập trình được. Chương trình là
phương tiện để người sử dụng truyền đạt cho robot các nhiệm vụ mà nó phải thực hiện và hướng dẫn cho
robot làm việc đó thể nào. Vì vậy robot cần có một môi trường lập trình với ngôn ngữ lập trình nhất định.
Môi trường lập trình robot cần có các yếu tố sau :
o - Hệ thống điều hành trong thời gian thực.
o - Mô hình hóa không gian công tác.
o - Điều khiển chuyển động
o - Đọc và xử lí thông tin từ hệ thống sensor.
o - Giao diện với hệ thống vật lí.
o - Phát hiện và xử lí lỗi.
o - Phục hồi các chức năng làm việc đúng.
o - Cấu trúc ngôn ngữ xác định

14. 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 :
Các thế hệ
của môi
trường lập
trình
Là phương pháp lập trình đơn giản
nhất, người vận hành sử dụng Teach
pendant hoặc trực tiếp dẫn dắt tay
máy thực hiện các thao tác. Mọi thao
tác được ghi nhớ để sau đó lặp lại.
Dùng ngôn ngữ bậc cao, có cấu trúc để
mô tả thao thác, tạo ra các giao diện với
các thiết bị khác trong hệ thống sản xuất.
Công cụ điển hình là CAD/CAM
Cho phép mô hình hóa môi trường làm việc
của robot như trong HTSX thực, trong đó
robot là 1 thiết bị làm việc động bộ với các
thiết bị khác. Đối tượng lập trình là cả hệ
thống.
Lập trình
làm
kiểu mẫu
Lập trình
hướng
robot
Lập trình
hướng đối
tượng

15.  Cấu trúc phần cứng
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 của hệ điều khiển RBCN

16.  Trong hệ thống này, tùy 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 phép xử lí
thời gian thực.
 Board hệ thống thực chất là 1 CPU (gồm 1 bộ vi xử lí toán học, 1 EPROM, 1 RAM riêng, 1
RAM chia sẻ với các board khác qua BUS, bộ đếm, thanh ghi, hệ thống ngắt và một số cổng nối
tiếp với các thiết bị ngoại vi) với các chức năng :
- Giao diện với các teach pendant, bàn phím, video, bộ nhớ ngoài, thiết bị ngoại vi như băng
tải, nâng hạ…
- Dịch chương trình và điều khiển BUS.
 Board động học thực hiện các chức năng :
- Tính toán động học cấu trúc
- Giải bài toán thuận, nghịch động học tay máy, kiểm tra quỹ đạo
- Giải quyết bài toán ngược của động lực học tay máy.
 Servo board có chức năng :
- Nội suy quỹ đạo, xử lí thông tin về vị trí và vận tốc
- Chuyển đổi số-tương tự và giao diện với bộ khuếch đại công suất.
- Thực hiện bài toán điều khiển và ngắt chuyển động khi có sự cố.
 Các board đều truyền dữ liệu qua cổng BUS nhưng với tốc độ khác nhau, từ 1-1000Hz.
 Sự phát triển của máy tính đã tạo nên sự phát triển đáng kể của kĩ thuật điều khiển robot với sự ra
đời của rất nhiều bộ VXL 8 bits, 16 bits như Intel 8086,80688. Một số robot hiện đại đã dùng VXL
32 bit làm tăng đáng kể tốc độ xử lí và phù hợp với việc điều khiển quỹ đạo liên tục

17.  Thiết bị vào/ra (I/O) :
- phục vụ điều khiển, giao diện với các thiết bị ngoài như các sensor, PLC, CNC, robot và các thiết
bị sản xuất khác.
 Hệ thống chấp hành
Chuyển động của các khớp trong tay máy được thực hiện bởi hệ thống chấp hành, nó gồm các bộ
phận sau :
- Nguồn điện
- Bộ khuếch đại công suất
- Động cơ
- Truyền động cơ khí
Sơ đồ ghép nối hệ thống chấp hành
Pc : Tín hiệu điều khiển
Pu: Công suất cơ học cần thiết để
chuyển động khớp
Pa : Công suất điện cấp cho động cơ
Pp : công suất nguồn
Pm : công cơ học do động cơ phát ra
Pda, Pds,Pdct : công suất tổn hao

18.  Truyền dẫn cơ khí
- Cơ cấu trục vít-bánh vít cho phép đổi phương trục, vít-me đai ốc biến chuyển động quay thành
tịnh tiến.Cả hai cơ cấu đều tạo tính tự hãm cho cấu trúc
- Truyền động đai răng và xích cho phép đặt động cơ xa trục
- Các cơ cấu khâu, khớp như 4 khâu bản lề, con trượt, đòn bẩy, ….cũng thường dùng trong robot
Cơ cấu truyền dẫn
Cơ cấu 4 khâu bản lề
Đai răng

19.  Động cơ
Đặc điểm của robot công nghiệp là phải bám sát quỹ đạo thiết kế, định vị chính xác nên các động
cơ phải đáp ứng các yêu cầu :
- Quán tính nhỏ, khả năng chịu tải xung lực, gia tốc tốt, dải tốc độ làm việc rộng
- Độ chính xác định vị cao, hoạt động trơn tru ở vận tốc thấp
Các loại động cơ thường sử dụng trong robot như động cơ thủy lực, khí nén, động cơ điện 1 chiều,
xoay chiều, động cơ bước… Mỗi động cơ đều có ưu- nhược điểm khác nhau, vì vậy tùy theo mục đích
sử dụng mà chọn loại động cơ phù hợp với yêu cầu đặt ra.
Động cơ bước
Động cơ 1 chiều

20.  Khuếch đại công suất
 Có chức năng biến đổi trạng thái năng lượng của nguồn cung cấp phù hợ với yêu cầu động cơ.
 Với động cơ điện một chiều, thường dụng bộ khuếch đại AC to DC converter (hay chopper),
với động cơ thủy lực là các van tiết lưu để thay đổi lưu lượng chất lỏng theo tín hiệu điện….
 Nguồn cung cấp chính
Nhiệm vụ là cung cấp năng lượng tới đầu vào bộ biến đổi. Nếu là điện năng thì nguồn câp
thường là biến áp, với dòng 1 chiều phải có chỉnh lưu.
Nguồn cấp động cơ thủy lực là trạm bơm các loại như bơm bánh răng, bơm cánh quạt, bơm
piston,…Truyền động cho chúng thường là ĐCĐ xoay chiều KĐB.
Ngoài ra còn có bể chứa, bộ lọc, van tràn, van an toàn giúp hệ thống làm việc ổn định, an
toàn.

21. Phân
loại
ROBOT
Theo số
bậc tự
do
Theo hệ
truyền
động
Theo
dạng
hình
học
Theo
cấu trúc
động
học

22. 1 Phân loại theo số bậc tự do

23. 2 Phân loại theo hệ thống truyền động
 Gồm có:
-Robot truyền động bằng điện
- Robot truyền động bằng khí nén
- Robot truyền động bằng thủy lực
- Robot truyền động hỗn hợp

25. 3 Phân loại theo dạng hình học
 a, Dạng Đecac
Dạng Đecac sử dụng 3 đường trượt
vuông góc nhau trong không gian là các
trục toạ độ x, y, z.
Robot chuyển động theo 3 trục toạ độ.
Sử dụng các khớp tịnh tiến, phạm vi làm
việc của Robot được mở rộng theo hình
chữ nhật

26. b, dạng hình trụ
-Trục cơ bản là một trụ dọc, robot
chuyển động lên và xuống dọc theo
trục.
-Bằng các chuyển động quay
quanh trục,tịnh tiến dọc trục phạm vi
làm việc của robot được mở rộng theo
một hình trụ bao quanh trục cơ bản.

27. c, Dạng hình cầu
Sử dụng các khớp lồng vào nhau, giúp cho Robot
có khả năng chuyển động lên hoặc xuống theo chiều
ngang của trục quay. Dạng đa khớp nối cho phép
Robot mở rộng khoảng không gian làm việc theo hình
cầu.

28. d, Dạng khớp nối
Tương tự như cánh tay
con người, nó gồm hai phần tử
thẳng tương ứng với cánh tay
và cẳng tay. Các phần tử này
được ghép nối với nhau bởi hai
khớp tương ứng với khớp bả
vai và khớp khuỷu tay. Cổ tay
được nối với cẳng tay.
e, Robot quay

29. 4 Phân loại theo cấu trúc động học
a, Robot có cấu trúc động học vòng hở
là một chuỗi động học hở với một khâu cố
định gọi là đế và các khâu động, trong đó các
khâu động được bố trí nối tiếp với nhau. Mỗi
khâu động được liên kết hay nối động với một
khâu khác nhờ các khớp liên kết.
Thường thì có bao nhiêu khâu động thì robot có
bấy nhiêu bậc tự do

30. b, Robot có cấu trúc động học
là vòng kín
là một chuỗi động học kín, ở đó
mỗi khâu luôn luôn được liên kết
với ít nhất hai khâu khác.

31. HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA ROBOT TRONG SẢN XUẤT LINH
HOẠT FMS
I) Các hệ truyền động trong robot bao gồm 3 hệ truyền động chính:
+Hệ truyền động điều khiển bằng điện
+ Hệ truyền động điều khiển bằng thủy lực
+ Hệ truyền động điều khiển bằng khí nén

32. a) Hệ truyền động điều khiển bằng điện:
Hệ truyền động điện trong robot là 1
tập hợp các thiết bị bao gồm thiết bị điện,
điện từ, điện tử phục vụ cho việc biến đổi
năng lượng điện thành cơ cũng như gia công
truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá
trình biến đổi điện năng đó.
+ Khái niệm

33. Phân loại động cơ điện
Trong kĩ thuật robot có thể dùng nhiều động cơ
điện khác nhau nhưng thực tế có 2 loại phổ biến hơn cả
là:
+Động cơ điện 1 chiều ( Hình a )
+ Động cơ bước ( Hình b )
Hình a Hình b

34. 1. Động cơ điện 1 chiều
- Nguyên lý hoạt động của động cơ điên 1 chiều
Khi có dòng điện 1 chiều chạy qua khung dây cạnh phía bên
cực dương sẽ tác động bởi 1 lực hướng lên trong khi cạnh đối diện tác
dụng bằng 1 lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái các lực này tác
động quay lên cuộn dây làm roto quay.

35. Cấu tạo:
Động cơ điện 1 chiều gồm 2 phần:
+ Phần tĩnh là Stato với các cuộn dây có dòng điện cảm
hoặc dùng nam châm vĩnh cửu phần này còn được gọi là phần
cảm.
+ Phần động là roto với các thanh dẫn, khi có dòng điện
chạy qua với từ thông xác định roto sẽ quay phần này gọi là phần
ứng.

36. Phân loại động cơ điện:
+ Động cơ điện kích từ song song
+ Động cơ điện kích từ độc lập
+ Động cơ điện kích từ nối tiếp
Mỗi loại động cơ điện đều có ưu nhược điểm khác
nhau xong tùy vào yêu cầu kĩ thuật mà ta chọn động cơ điện
hợp lý để tối ưu hóa quá trình sản xuất.

37. Được dùng khi nguồn điện 1 chiều có công suất vô
cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ được mắc song
song với mạch phần ứng.
Động cơ điện kích từ song song
Hình ảnh

38. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Hình ảnh
Được dùng khi dòng điện 1 chiều có công suất không
đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào 2
nguồn 1 chiều độc lập với nhau.

39. Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
Hình ảnh
+ Có Iư = Ikt khi đó cuộn kích từ
có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số
vòng dây ít.

40. Công tắc tơ
Công tắc hành trình
Role thời gianBảng mạch
Các phần tử trong mạch truyền động điện

41. 2. Động cơ bước
+ Nguyên tắc hoạt động
- Nếu cấp điện cho cuộn dây αα’ thì roto sẽ dừng lại ở vị trí mà
dòng từ đi qua là lớn nhất. Nếu cấp điện cho cuộn dây ββ’ thì roto sẽ quay
đi ±90o (phụ thuộc vào chiều dòng điện cấp vào). Khi đồng thời cấp điện
cho cả 2 cuộn dây α và β thì roto sẽ dừng lại ở giữa 0o và 90o và nếu
dòng điện vào 2 cuộn dây hoàn toàn như nhau thì roto sẽ dừng lại ở vị trí
45o

42. Ưu điểm:
Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho
cả điều khiển vị trí và vận tốc.
Thích hợp với các thiết bị điều khiển số. Với khả năng điều
khiển số trực tiếp động cơ bước trở thành thông dụng trong các
thiết bị cơ điện tử.
Nhược điểm:
Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung
bình. Việc nghiên cứu nâng cao công suất động cơ bước đang
là vấn đề rất được quan tâm hiện nay. Ngoài ra nói chung hiệu
suất của động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác.

43. Phân loại:
Tùy theo kiểu của roto động cơ bước được chia thành các loại sau:
+ Động cơ bước theo kiểu từ trở biến đổi
+ Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
+ Động cơ bước kiểu lai
Tùy theo số cuộn dây độc lập trên stato động cơ bước được chia
thành các loại
+ Động cơ bước 2 pha
+ Động cơ bước 3 pha
+ Động cơ bước 4 pha.

44. Các hình ảnh thực tế về các loại động cơ bước:

45. b)Hệ truyền động điều khiển bằng thủy lực
Robot thực tế sử dụng điều khiển bằng thủy lực

46. + Hệ truyền động thủy lực có những ưu điểm nhược điểm sau:
Ưu điểm:
Tải trọng lớn, quán tính bé, dễ thay đổi
chuyển động, dễ điều khiển tự động
Nhược điểm:
Hệ thủy lực luôn đòi hỏi bộ nguồn bao gồm
thùng dâu, bơm thủy lực, thiết bị lọc, bình tích dầu,
các loại van điều chỉnh, đường ống… làm hệ thống
truyền động robot khá cồng kềnh so với truyền động
khí nén và truyền động điện.

47. Bộ phần kẹp chi tiết khi gia công
Sơ đồ thủy lựcHình ảnh thực tế

48. Các chi tiết chính trong cơ cấu
thủy lực
+ Xilanh thủy lực
+ Van thủy lực
Van thủy lực có rất nhiều loại mỗi loại có 1 chức năng
nhất định nhưng nguyên lý chung là điều chỉnh lưu lượng và
dòng của chất lỏng được dùng trong hệ thống thủy lực ( thường
là dầu ).

49. Một số loại van thường dùng
*Van 4/3
*Van 4/2
*Van tràn

50. Sơ đồ mạch thủy lực
Máy khoan có sử dụng cơ cầu kẹp và tịch tiến dao bằng
thủy lực
Máy khoan

51. c) Hệ truyền động khí nén
Dùng khí nén trong hệ truyền động có các
ưu và nhược điểm sau:
+ Ưu điểm:
Hệ truyền động khí nén tương đối gọn nhẹ, dễ sử dụng,
dễ đảo chiều..
+ Nhược điểm:
Do tính nén được của chất khí nên chuyển động thường
kèm theo dao động, cần thêm các trang thiết bị phun dầu bôi trơn.

52. Robot điều khiển bằng khí nén thực tế

53. Một số van khí nén thường dùng
Xilanh khí nén

54. Mạch điều khiển bằng khí nén đơn giản với các
phần tử cơ bản

55. Tóm lại robot công nghiệp trong sản xuất linh hoạt FMS chủ yếu
sử dụng các loại truyền động là:
+Truyền động điện
+Truyền động khí nén
+Truyền động thủy lực
Mỗi loại truyền động có ưu nhược điểm khác nhau xong đối với
từng cơ cấu ta chọn hệ truyền động phù hợp nhất để đảm bảo yếu tố
kỹ thuật và kinh tế.

56. LẬP TRÌNH CHO ROBOT CÔNG NGHIỆP
Lập Trình Cho RoBot
 I. Giới thiệu chung về lập trình điều khiển RoBot.
 II. Thế nào là một chương trình làm việc của RoBot.
 III. Các phương pháp lập trình cho RoBot.
 1. Lập trình kiểu “ Dạy-Học “
 2. Lập trình kiểu “ Dùng các ngôn ngũ lập trình “
 3 Lập trình kiểu “ Ngôn ngũ theo nhiệm vụ ”

57.  IV. Giới thiệu một số phần mềm và ngôn ngữ lập trình RoBot.
 1. Giới thiệu tóm tắt về phần mềm Procomm Plus For Windows.
 a. Thế nào về Procomm Plus For Windows.
 b. Cách sử dụng Procomm Plus For Windows.
 2. Ngôn ngữ lập trình ASPECT trong Procomm.
 a. Khái niệm ngôn ngữ lập trình ASPECT trong Procomm
 b. Cách sử dụng ngôn ngữ lập trình ASPECT trong Procomm

58.  3. Lập trình điều khiển RoBot TERGAN 45 ( TG-45 ).
 a. Khái niệm về TERGAN 45
 b. Cách lập trình điều khiển RoBot TERGAN 45 ( TG-45 ).
 4. Lập trình thủ công ( Bằng tay ) bằng cách sử dụng Teach-pendant.
 a. Khái niệm về lập trình thủ công ( Bằng tay ) bằng cách sử dụng Teach-
pendant.
 b. Cách sử dụng Teach-pendant.
 V. Một số ví dụ về lập trình RoBot.

59.  VI. Tham khảo một số mô phỏng về lập trình bằng hình ảnh về lập trình
RoBot.
 VII. Kết luận về lập trình RoBot.

60. 1. Tính di động của thân robot.
Phân loại theo tính di động:
‒Loại cố định (không di động):
được sử dụng rộng rãi cho các máy
để thực hiện các nguyên công chính.
Robot vận chuyển hàng hóa
Robot hàn
‒Loại di động: di chuyển dọc theo
máy trên các thanh ray hoặc các giá
treo tự động. Chia làm 2 loại:
+Di động trên nền xưởng
+Di động trên giá treo.
Khi chọn robot cho hệ thống FMS,
trước hết cần xác định xem nên sử
dụng robot tĩnh hay robot di động,
sau đó mới chọn cụ thể các đặc tính
khác của robot.

61. 2. Trọng tải của robot
Một trong những đặc tính công nghệ cơ bản của robot là tóm (cầm)
giữ và vận chuyển đối tượng với khối lượng quy định. Đối với các
robot có nhiều tay máy thì đặc tính công nghệ này (trọng tải của
robot) được xác định theo cánh tay có trọng tải lớn nhất.
‒ Phân loại robot theo trọng tải:
+ robot siêu nhẹ với trọng tải ≤ 1kg
+ robot nhẹ với trọng tải≤ 10kg
+ robot trung bình với trọng tải ≤ 100kg
+ robot nặng với trọng tải ≥100kg
Khi chọn robot theo tải trọng cần nhớ
rằng trong nhiều trường hợp thông số
này phụ thuộc vào khoảng cách và tốc
độ di chuyển của tay máy. Khoảng cách
và tốc độ di chuyển của tay máy tăng lên
thì tải trọng giảm xuống.
Robot ép nhựa phun ABB
IRB 6650 với tải trọng 90
kg

62. 3. Số lượng tay máy của robot
Số lượng tay máy có ảnh hưởng nhất định đến năng suất của robot.
− Robot một tay máy: được dùng rộng rãi để vận chuyển và gá đặt
chi tiết có khối lượng lớn ở các nguyên công có thời gian máy
(thời gian cơ bản) nhỏ
+ Ưu điểm: kết cấu và hệ thống điều khiển đơn giản.
+ Nhược điểm: khả năng công nghệ bị hạn chế (thời gian máy (thời
gian cơ bản) nhỏ, cấp, gá và tháo phôi là những nguyên công tới
hạn (nguyên công ngắn)) → dừng bổ sung của các máy công
nghệ, có nghĩa là sử dụng máy không hết công suất.
Robot 6 trục hàn STEP SA1400

63. ‒ Robot hai tay máy: dùng tóm (cầm) vận chuyển, cấp và tháo
phôi (chi tiết) các khối lượng từ 0,1 đến 5kg (đôi khi tới 10kg).
+ Ưu điểm:
 chu kì làm việc ngắn
 khả năng tập trung công nghệ tốt.
 truyền động và điều khiển chung có kết cấu đơn giản.
 truyền động và điều khiển riêng biệt cho phép phục vụ các thiết
bị công nghệ một cách linh hoạt hơn.
+ Nhược điểm:
 Truyền động và điều khiển chung: hạn chế khả năng công nghệ
của robot.
 Truyền động và điều khiển riêng biệt: sơ đồ động và cơ cấu điều
khiển phức tạp → ảnh hưởng đến việc lập trình của robot.
Robot Baxter

64. 4. Hệ tọa độ của robot
‒ Khả năng công nghệ của các robot công nghiệp phụ thuộc rất
nhiều vào hệ tọa độ không gian mà trong đó các cánh tay của
robot di chuyển.
‒ Các hệ tọa độ thường dùng:
+ Hệ tọa độ hình chữ nhật: hệ tọa độ đơn giản nhất, cho phép di
chuyển tay máy trong không gian hình hộp.
+ Hệ tọa độ hình trụ: cho phép di chuyển tay máy trong không
gian có hình trụ.
+ Hệ tọa độ cầu: cho phép di chuyển tay máy trong không gian
hình cầu và là hệ tọa độ vạn năng nhất.
Ngoài ba dạng hệ tọa độ trên đây người ta còn sử dụng robot với
hệ tọa độ tổ hợp, ví dụ như hệ tọa độ góc.
Hệ tọa độ hình chữ nhật

65. Hệ tọa độ hình trụ
Hệ tọa độ cầu

66. Hệ tọa độ góc

67. 5. Kiểu cấu tạo robot
‒ Robot có kiểu cấu tạo chuẩn được sử dụng trong điều kiện vận hành
bình thường.
‒ Robot có kiểu cấu tạo chống bụi theo tiêu chuẩn vận hành.
‒ Robot với kiểu cấu tạo chống nhiệt được sử dụng trong các phân
xưởng rèn, dập, đúc và nhiệt luyện.
‒ Robot với kiểu cấu tạo chống cháy-nổ.
Tốc độ di chuyển của robot trong các trường hợp này không được
vượt quá 0.5m/s.
Đối với các robot có kiểu cấu tạo tổ hợp, ví dụ như kiểu cấu tạo
chống bụi và chống nổ thì yêu cầu kĩ thuật khi chế tạo và sử dụng
phải thống nhất với nhau.
Robot kiểu cấu tạo chống bụi
YK400XPG
Robot kiểu cấu tạo
chống cháy nổ
KUKA

68. 6. Độ chính xác định vị của robot
‒ Là độ chính xác vươn ra của cánh tay robot tới vị trí và độ chính
xác lặp lại quỹ đạo đã định.
‒ Độ chính xác định vị phải rất cao
‒ Phải đạt yêu cầu kĩ thuật khi lắp ráp hoặc gia công sản phẩm.
‒ Phân loại robot theo độ chính xác định vị:
+ Robot có độ chính xác định vị thấp (độ chính xác định vị >1mm),
dùng trong các nguyên công sơn hàn.
+ Robot có độ chính xác định vị trung bình (độ chính xác định vị
trong khoảng 0.1-1mm), đáp ứng được mọi yêu cầu phục vụ nhiều
loại thiết bị công nghệ khác nhau.
+ Robot có độ chính xác định vị cao (với sai số<0,1mm), dùng chủ
yếu để lắp ráp với hệ thống điều khiến theo vị trí.
Robot sơn ABB
Robot cắt laser sợi PE-
ROBOT

69. 7. Tính vạn năng của robot
‒ Xác định bằng mức độ phù hợp giữa robot công ngiệp được hoạch
định theo điều kiện với quá trình thực hiện công việc, đặc trưng
bởi số bậc tự do.
‒ Robot công nghiệp chuyên dùng: số bậc tự do ít (<3 bậc)
+ thực hiện những nguyên công cùng loại mà trong phạm vi của
những nguyên công này có tính linh hoạt cần thiết.
+ Khả năng công nghệ của các robot chuyên dùng được mở rộng
nhờ thay đổi kết cấu của robot.
‒ Robot công nghiệp vạn năng: 5 bậc tự do trở lên
+ Thực hiện nhiều nguyên công khác nhau đối với nhiều chủng loại
chi tiết.
+ Có khả năng chuyển đổi được sang công việc khác và khả năng lập
trình lại khá nhanh.
+ Giá thành cao hơn các robot chuyên dùng và vận hành cũng phức
tạp hơn.
Robot ABB IRB 340
FlexPicker
Robot lắp ráp sản phẩm

70. 8. Bậc tự do của robot
‒ Phản ánh khả năng của robot công nghiệp đối
với việc thực hiện các chuyển động phức tạp
trong quá trình hoạt động.
‒ Bậc tự do của các robot chia ra:
+ Bậc tự do di chuyển: thực hiện các chuyển động
vận chuyển bằng dịch chuyển của tay máy.
+ Bậc tự do định hướng: thực hiện việc gá đặt đối
tượng vận chuyển vào vị trí yêu cầu.
Robot 7 bậc tự do Kawasaki MSR05

71. 9. Bước di chuyển của các cánh tay robot
‒ Là đại lượng dịch chuyển của nó khi phục vụ thiết bị công nghệ
hoặc khi thực hiện cỏc nghuyờn công chính.
‒ Xác định khả năng chuyển đối tượng vào vùng gia công hoặc
vùng lắp ráp.
‒ Là thông số chính khi chọn robot để phục vụ thiết bị công nghệ
hoặc là khi tổ chức chỗ làm việc.
‒ Các loại bước di chuyển của các cánh tay robot:
+ Tay máy với bước di chuyển nhỏ (<300mm): dùng cho các robot
chuyên dùng cỡ nhỏ.
+ Tay máy bước di chuyển trung bình (<100mm): dùng trong các
robot có tải trọng và tính vạn năng khác nhau với các hệ tọa độ
hình chữ nhật, hình trụ và đôi khi là cả hình cầu.
+ Tay máy với bước di chuyển lớn (>1000mm): dùng cho các robot
chuyên dùng vạn năng có tải trọng trung bình và lớn với hệ thống
tọa độ hình cầu, bước di chuyển rộng.
Các cánh tay robot với bước di chuyển lớn

72. 10.Tính tác động nhanh của robot
‒ Là tốc độ trung bình di chuyển các đối tượng có khối lượng trên
danh nghĩa di chuyển.
‒ Xác định bằng tốc độ di chuyển theo các bậc tự do khác nhau, tốc
độ này phụ thuộc vào khối lượng di chuyển, bước di chuyển, độ
phức tạp của quỹ đạo di chuyển…
‒ Chia ra các nhóm như sau:
+ Thấp: Tốc độ di chuyển <0,5m/s . Các robot thuộc nhóm này có
tải trọng vừa lớn và phục vụ thiết bị với chu kì lớn để điều khiển
quy trình công nghệ.
+ Trung bình: Tốc độ di chuyển <1m/s . Các robot thuộc nhóm này
có tải trọng nhỏ và trung bình với các hệ truyền động và mức độ
vạn năng hóa khác nhau.
+ Cao: Tốc độ di chuyển >1m/s các robot thuộc nhóm này vẫn
đang sử dụng hạn chế do thiết kế chế tạo và vận hành phức tạp.

73. 11.Dạng điều khiển của robot
Có các dạng điều khiển sau:
‒ Điều khiển theo chu kì:
+ Đảm bảo vị trí hai điểm theo các bậc tự do riêng biệt.
+ Lập trình được thực hiện bằng cách gá các cữ chặn cơ khí ở các vị trí
ngoài cùng theo từng bậc tự do.
+ Ưu điểm: hệ thống điều khiển theo chu kì là hệ thống điều khiển đơn giản,
rẻ tiền và an toàn khi sử dụng.
+ Nhược điểm:
 Tính vạn năng thấp → khả năng công nghệ bị hạn chế (không có khả năng
di chuyển theo quỹ đạo phức tạp).
 Rất khó điều chỉnh robot khi chuyển đổi chương trình làm việc → hạn chế
tính linh hoạt của robot → hạn chế tính linh hoạt của hệ thống FMS.
‒ Điều khiển theo vị trí:
+ Có thể tạo được từ 10 đến 100 điểm lập trình theo từng bậc tự do.
+ Ưu điểm: cho phép tăng tính vạn năng và khả năng công nghệ → mở rộng
phạm vi ứng dụng của robot trong sản xuất.
+ Nhược điểm:
 Không điều chỉnh được quỹ đạo chuyển động giữa các điểm cho trước.
 Rất khó đạt được độ đồng đều của quỹ đạo chuyển động.

74. ‒ Điều khiển theo contour (theo đường viền):
+ Đảm bảo dịch chuyển của tay máy theo quỹ đạo liên tục với một tốc độ chuyển động
được lập trình liên tục.
+ Được thiết lập trên nguyên tắc điều khiển tương tự và điều khiển số.
+ Ưu điểm: tính vạn năng và khả năng công nghệ cao.
+ Nhược điểm: phức tạp và giá thành cao.
‒ Điều khiển theo chương trình tổ hợp: kết hợp các dạng điều khiển theo chu kỳ, theo vị
trí và theo contour.
‒ Điều khiển thích nghi:
+ Thực hiện trên cơ sở của kỹ thuật vi xử lý và máy tính.
+ Cho phép xác định vị trí, hình dạng, và các đặc điểm khác của đối tượng thao tác (đối
tượng được vận chuyển).
+ Cho phép tự động thay đổi chương trình điều khiển tương ứng với các tín hiệu nhận
được.
+ Cho phép loại trừ được các đồ gá phức tạp để định hướng và định vị chi tiết, đồng thời
giảm thời gian điều chỉnh robot khi chuyển sang nguyên công mới.

75. 12.Khối lượng bộ nhớ của cơ cấu điều khiển robot
‒ Cơ cấu điều khiển robot được đặc trưng bằng khối lượng bộ nhớ,
xác định lượng thông tin điều khiển được ghi trong quá trình lập
trình.
‒ Khối lượng bộ nhớ nhỏ (từ 10 đến 100 lệnh) được đặc trưng cho
các robot với điều khiển theo chu kỳ và điều khiển theo vị trí.
‒ Khối lượng bộ nhớ trung bình (lớn hơn 100 lệnh) được đặc trưng
cho các robot với điều khiển theo vị trí và điều khiển theo contour.
‒ Khối lượng bộ nhớ lớn (lớn hơn 600 lệnh) được đặc trưng cho các
robot với điều khiển theo contour và điều khiển thích nghi.
13.Dạng truyền động của robot
14.Phương pháp lập trình cho robot

76. YÊU CẦU CỦAROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG HỆ THỐNG FMS
 Robot công nghiệp có khả năng thay thế nhiều thiết bị khác nhau trong hệ
thống FMS ví dụ như: Thiết bị cấp phôi và tháo chi tiết gia công, thiết bị
kiểm tra, thiết bị thay dao và dọn sạch phoi, đồng thời robot công nghiệp
cũng đảm bảo gá đặt và thay đổi thiết bị kiểm tra một cách tự động. Do tính
chất làm việc trong FMS mà các robot công nghiệp cần đáp ứng được
những yêu cầu sau đây:
 - Thực hiện công việc một cách tự động trong các nguyên công chính cũng
như trong các nguyên công phụ.
 - Tiếp xúc nhẹ nhàng và chính xác các thiết bị của FMS
 - Có khả năng thực hiện các tác động điều khiển tới các thiết bị công nghệ
chính của FMS để thực hiện cỏc nguyờn cụng theo tuần tự đã được lập
trình.

77. .
 - Đảm bảo độ ổn định làm việc trong FMS và CIM (thời gian làm việc ổn
định của robot phải lớn hơn 400 giờ)
 - Dễ điều chỉnh khi thay đổi đối tượng sản xuất bằng cách thay đổi chương
trình lập cho robot. Có khả năng thực hiện nhiều công việc với nhiều loại
chi tiết khác nhau.
 - Phải được kết nối vào mạng truyền thông của hệ thống.
 - Có khả năng trang bị thiết bị kiểm tra tự động chất lượng gia công và có
phần mềm lập trình riêng.

78. Một số ứng dụng của robot công nghiệp trong hệ thống FMS
Một số ứng
dụng của
Robot công
nghiệp trong
hệ thống FMS
Trong hệ
thống lắp
ráp
Trong
thành phần
thiết bị
công nghệ
Trong cung
ứng dụng
cụ
Với thiết bị
kiểm tra
Trong xử lí
rác thải
Một số ứng
dụng khác

79. 1. Robot trong hệ thống lắp ráp tự động
 Robot có nhiệm vụ cấp các chi tiết (sản phẩm) từ kho chứa đến hệ thống băng tải. Băng tải sẽ
vận chuyển các chi tiết đến vị trí trước các trạm lắp ghép xác định. Sau đó robot tiếp tục gắp
chi tiết (sản phẩm) tới các trạm để thực hiện các nguyên công lắp ráp cần thiết. Sau khi đã
thực hiện xong các nguyên lắp ráp, chi tiết lại được robot gắp về băng tải để vận chuyển về
kho chứa thành phẩm.

80. 2. Ứng dụng robot công nghiệp trong thành phần thiết bị công nghệ chủ yếu
 Ở đây các robot thực hiện các nguyên công : Túm (cầm) phôi từ các ổ tích trữ, vận chuyển
và gá đặt chúng tại vùng gia công, sau đó lại tháo các chi tiết đã gia công, vận chuyển và xếp
chúng vào thùng chứa hoặc vào các cơ cấu trung gian để thực hiện các nguyên công tiếp
theo.

81. 3. Ứng dụng robot công nghiệp trong cung ứng dụng cụ
 Ở máy tiện khối dao được đặt trong thùng chứa ở vị trí xác định, robot công nghiệp gắp khối
dao này và đặt nó trên trung gian.sau đó robot công nghiệp tháo khối dao bị thay thế từ máy
ra và đặt nó vào thùng chứa. Độ chính xác gá đặt khối dao được kiểm tra tự động. Khối dao
này bị thay thế nằm trong thùng chứa chuyển về kho
 Trong các nhóm máy phay – doa (các trung tâm gia công) cần phải thay dao tự động theo
từng chiếc. Dao trên trục gá được xếp theo hàng ở trên dụng cụ của máy, khi cần thay đổi, bộ
định vị tự động của máy thực hiện việc thao tác trên trục chính của máy.

82.  Robot có nhiệm vụ gắp phôi từ các thùng chứa tới các thiết bị kiểm tra đầu vào sau đó
đạt yêu cầu thì di chuyển đến vùng gia công.Gia công xong lại đưa đến các thiết bị
kiểm tra đầu ra nếu đạt chuẩn thì được đưa đến thùng thành phẩm.
5.Ứng dụng robot công nghiệp để dọn chất thải sản xuất
Robot có nhiệm vụ di chuyển thùng chứa phoi đến vị trí tập trung phoi sau đó đổ phoi
ra và
di chuyển thùng chưa về nơi tập kết

83. 6 MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC

84. CẢM ƠN THẦY GIÁO VÀ CÁC
BẠN ĐÃ LẮNG NGHE BÀI
THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM