Đồ án Thiết kế, chế tạo robot song song ba bậc tự do (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế, chế tạo robot song song ba bậc tự do (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐẦO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG BA BẬC TỰ DO GVHD: PGS.TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: TRỊNH NGỌC TIẾN MSSV: 10112200 SKL003123 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG BA BẬC TỰ DO SVTH: TRỊNH NGỌC TIẾN MSSV: 10112200 Khóa: 2010-2014 Ngành: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG GVHD: PGS.TS.NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG BA BẬC TỰ DO GVHD: PGS.TS.NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: TRỊNH NGỌC TIẾN MSSV: 10112200 Khóa: 2010-2014 Ngành: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014
4. LỜI CẢM ƠN Đó là bốn năm kể từ khi tôi bƣớc chân vào giảng đƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian học ở trƣờng Đại Học chúng tôi đã tiếp thu đƣợc một lƣợng kiến thức đáng kể không chỉ về kiến thức chuyên nghành mà là những kiến thức về thế giới xung quanh. Tất nhiên, tôi sẽ không có đƣợc những điều đó nếu không có sự hỗ trợ của trƣờng Đại Học với những chƣơng trình tuyệt vời, cũng nhƣ những kiến thức đƣợc truyền đạt từ các giảng viên. Vì vậy lời cảm ơn đầu tiên chúng tôi xin gởi đến trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh và Bộ môn Công nghệ tự động. Đồ án này chỉ có thể hoàn thành với sự hỗ trợ to lớn từ ngƣời giảng viên hƣớng dẫn. Dƣới sự hƣớng dẫn chân thành và nhiệt tình, tôi đã thực hiện từng bƣớc và trở thành ngƣời nghiên cứu độc lập trong lĩnh vực này và học làm thế nào để tạo ra những ý tƣởng cũng nhƣ hoàn thành nhiệm vụ đề ra của đồ án. Thầy cũng đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong việc tiếp cận những vấn đề mới vì vậy tôi xin gởi đến thầy những lời cảm ơn chân thành nhất. Lời cảm ơn cuối cùng đƣợc gởi đến ba mẹ tôi, những ngƣời đã đƣa tôi đến những cơ hội để có thể đi suốt cuộc đời tôi trên thế giới này. Tp.HCM, ngày 09 tháng 07 năm 2014 Sinh viên thực hiện i
5. TÓM TẮT ĐỀ TÀI Hiện nay, khoa học kỹ thuật đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển xã hội. Không chỉ trong cuộc sống thƣờng ngày mà cả trong sản xuất, việc áp dụng khoa học kỹ thuật đang ngày càng tăng, đặc biệt là ứng dụng robot trong lĩnh vực tự động hóa, công nghiệp nặng để tăng năng suất và hạn chế những nguy hiểm cho con ngƣời trong những môi trƣờng độc hại. Đối với robot hoạt động trong môi trƣờng công nghiệp, hay đƣợc gọi là robot công nghiệp, đƣợc chia thành hai loại dựa vào cấu hình của robot là robot cấu hình nối tiếp và robot cấu hình song song. Với những đặc điểm nổi bật, robot cấu hình song song ngày càng thu hút nhiều nhà khoa học nghiên cứu và có nhiều áp dụng vào trong thực tế. Đề tài này tập trung vào thiết kế, chế tạo robot song song ba bậc tự do nhằm ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất cũng nhƣ vào các hoạt động mang tính giải trí nhƣ vẽ tranh. ii
6. ABSTRACT Nowaday, science and technology play an important role in the development of society.Not only in daily life but also in production, the application of science and technology are growing, especially in the field of robot application automation, heavy industry to increase productivity and limit the risk to humans in hazardous environments.For robot operation in industrial environments, or industrial robot is called, are divided into two categories based on the configuration of the robot is robot configuration serial and robot configuration parallel. With the advantages compare with robot configuration serial , robot configuration parallel are many studies and much applied in reality. This research focuses on the design, fabrication of parallel robot in the three degrees of freedom for application in the production lines as well as on entertaining activities like painting. iii
7. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii ABSTRACT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ viii NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP x CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Sơ lƣợc về sự phát triển của robot 1 1.2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1 1.3 Tình hình nghiên cứu 3 1.3.1 Ngoài nƣớc 3 1.3.2 Trong nƣớc 8 1.4 Nhiệm vụ đề tài và giới hạn nghiên cứu 9 1.4.1 Nhiệm vụ đề tài 9 1.4.2 Giới hạn nghiên cứu. 9 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 10 1.6 Kết cấu đồ án 10 CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ CƠ KHÍ ROBOT 11 2.1 Các phƣơng án thiết kế 11 2.1.1 Phƣơng án 1 11 2.1.2 Phƣơng án 2 11 2.1.3 Phƣơng án 3 12 2.1.4 Lựa chọn phƣơng án tối ƣu 14 2.1.5 Tính số bậc tự do cho kết cấu robot 14 2.2 Mô phỏng kết cấu robot 15 2.3 Lựa chọn cơ cấu truyền động 17 iv
8. 2.4 Tính toán chọn động cơ 17 2.5 Phân tích động học, Jacobi và động lực học cho robot cấu hình song song. 18 2.6 Động học thuận. 19 2.7 Động học nghịch 20 2.8 Chuyển động vi phân (Chuyển động Jacobi) 22 2.9 Động lực học 23 CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐIỆN 26 3.1 Các thiết bị điện của hệ thống 26 3.1.1 Bộ điều khiển trung tâm 26 3.1.2 Driver và động cơ 26 3.1.3 Các thiết bị điện khác 26 3.2 Mạch điện hệ thống 26 3.3 Mạch điều khiển trung tâm 27 3.3.1 Tổng quan về mạch điều khiển trung tâm 27 3.3.2 Các mo-dun của mạch điều khiển trung tâm 28 3.4 Mạch driver điều khiển động cơ 29 3.4.1 Tổng quan về driver điều khiển 29 3.4.2. Thông số kỹ thuật của driver 30 3.4.3 Kết nối phần cứng 31 CHƢƠNG 4. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 32 4.1 Cấu trúc bộ điều khiển. 32 4.2 Nội suy 33 4.2.1. Tổng quan về nội suy 33 4.2.2. Nội suy đƣờng thẳng 34 4.2.2.1 Phƣơng pháp chung 34 4.2.2.2 Phƣơng pháp nội suy đƣờng thẳng Breshenham 35 4.3 Phƣơng pháp điều khiển 37 4.3.1 Tính toán số xung 37 4.3.2 Truyền dữ liệu 38 v
9. 4.3.2.1 Khái niệm chung chuẩn RS-232 38 4.3.2.2 Đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 39 4.3.3 Mạch điều khiển trung tâm và driver DC 39 CHƢƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 42 5.1 Các bộ phận cơ khí 42 5.2 Hệ thống điều khiển 45 5.3 Robot song song cấu hình Delta 46 CHƢƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 6.1 Kết luận 49 6.2 Kiến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 51 Phụ lục 1:Các báo cáo nghiên cứu khoa học về robot song song trong nƣớc 51 Phụ lục 2:Tính số bậc tự do của cơ cấu 54 Phụ lục 3: Động học thuận 56 Phụ lục 4: Động học nghịch 60 Phụ lục 5: Động lực học robot 65 Phụ lục 6: Chuyển động vi phân (Chuyển động Jacobi) 71 Phụ lục 7: Ứng dụng xử lý ảnh trong việc vẽ tranh 75 vi
10. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của robot cấu hình song song 3 Bảng 2.1 Đặc điểm các phƣơng án thiết kế robot. 13 Bảng 2.2 Thông số khối lƣợng các bộ phận của robot 15 Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật của driver 30 Bảng 3.2 Mô tả các ngõ vào, ngõ ra trên driver 31 Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật 47 vii
11. DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Bệ ổn định cho giá súng 2 Hình 1.2 Buồng tập lái máy bay 2 Hình 1.3 Giá đỡ thiết bị đo trong ngành vật lý 3 Hình 1.4 Sơ đồ robot Delta 4 Hình 1.5 Mô hình robot song song công nghiệp đầu tiên 4 Hình 1.6 Robot Line-Placer của hãng Demaurex 5 Hình 1.7 SurgiScope tại Surgical Robotics Lab, Đại học Humboldt, Berlin 6 Hình 1.8 Hai trong ba robot đƣợc SIG Pack Systems giới thiệu, C33 và CE33 7 Hình 1.9 Robot song song ba bậc tự do của Tosy 8 Hình 2.1 Phƣơng án 1 11 Hình 2.2 Phƣơng án 2 12 Hình 2.3 Phƣơng án 3 12 Hình 2.4 Sơ đồ robot song song dạng Delta sẽ đƣợc thiết kế 15 Hình 2.5 Ứng suất trên cơ cấu dƣới tác dụng của trọng lực 16 Hình 2.6 Chuyển vị của cơ cấu dƣới tác dụng của trọng lực 16 Hình 2.7 Sơ đồ hộp giảm tốc 17 Hình 2.8 Sơ đồ truyền động trên một cánh tay 18 Hình 2.9 Các góc khớp và vector của một cánh tay robot 19 Hình 2.10 Hệ tọa độ đế cố định 19 Hình 2.11 Các góc khớp của một cánh tay robot 20 Hình 2.12 Cơ cấu robot song song ba bậc tự do 23 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện của hệ thống 26 Hình 3.2 Mạch trung tâm STM32F4 Discovery 28 Hình 3.3 Các mo-dun đƣợc sử dụng trong mạch điều khiển trung tâm 29 Hình 3.4 Driver điều khiển DC Servo 30 Hình 3.5 Kích thƣớc của driver 30 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối driver 31 Hình 4.1 Bộ điều khiển robot theo cấu trúc PC-based 32 Hình 4.2 Giao tiếp giữa PC - Master Controller - Driver DC 33 Hình 4.3 Minh họa phƣơng pháp nội suy đƣờng thẳng Breshenham 35 Hình 4.4 Thuật toán Breshenham nội suy đƣờng thẳng 37 Hình 4.5 Các mức logic của cổng RS232 38 Hình 4.6 Tỉ lệ nhịp xung động cơ 40 Hình 4.7 Cấu trúc frame truyền dữ liệu 40 Hình 5.1 Thiết kế tay trên robot 42 viii
12. Hình 5.2 Tay trên robot 42 Hình 5.3 Tay dƣới robot 43 Hình 5.4 Thiết kế tay dƣới robot 43 Hình 5.5 Thiết kế đầu nối giữa khớp cầu và thân tay dƣới 43 Hình 5.6 Đầu nối giữa khớp cầu và thân cánh tay dƣới 43 Hình 5.7 Lắp ráp mô phỏng robot 44 Hình 5.8 Lắp ráp robot 44 Hình 5.9 Giao diện chƣơng trình điểu khiển 45 Hình 5.10 Mô hình hệ thống điều khiển 46 Hình 5.11 Thiết kế tổng thể robot 46 Hình 5.12 Robot hoàn chỉnh 46 Hình 5.13 Không gian hoạt động của robot 47 Hình 5.14 Thực nghiệm quá trình xử lí ảnh-vẽ lại hình 48 Hình 5.15 Robot thực hiện quá trình gắp vật 48 Hình P. 1 Sơ đồ robot song song ba bậc tự do 54 Hình P. 2 Các góc khớp và vector của một cánh tay robot 56 Hình P. 3 Hệ tọa độ trên đế cố định 57 Hình P. 4 Các góc khớp và vector của một cánh tay robot 60 Hình P. 5 Sơ đồ robot song song ba bậc tự do 66 Hình P. 6 Các góc khớp của một cánh tay robot 71 Hình P. 7 Quá trình xử lý dữ liệu và điểu khiển 75 Hình P. 8 Các bƣớc xử lý ảnh 76 Hình P. 9 Biểu diễn mức xám của ảnh số 77 Hình P. 10 Ví dụ về ảnh đa cấp xám 78 Hình P. 11 Ví dụ về ảnh nhị phân 78 Hình P. 12 Hệ tọa độ màu RGB 79 Hình P. 13 Ví dụ về ảnh màu 80 Hình P. 14 Ảnh trƣớc và sau khi xử lý 81 Hình P. 15 Tách lớp xám và gán nét vẽ 81 Hình P. 16 Giải thuật tìm pixel đầu và cuối 82 ix
13. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 06 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trịnh Ngọc Tiến MSSV: 10112200 Ngành: Công nghệ tự động Lớp: 10112CLC Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh ĐT: Ngày nhận đề tài: 01-03-2014 Ngày nộp đề tài: 26-07-2014 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG BA BẬC TỰ DO 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: 3. Nội dung thực hiện đề tài: - Nghiên cứu tổng quan về robot song song và ứng dụng trong sản xuất - Nghiên cứu và thiết kế đầu công tác phục vụ cho việc gắp sản phẩm. - Thiết kế, chế tạo robot song song phù hợp với việc gắp sản phẩm và vẽ hình. - Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh giúp robot vẽ lại hình ảnh. 4. Sản phẩm: Robot song song ba bậc tự do TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN x
14. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng này sẽ trình bày sơ lƣợc về quá trình phát triển của robot. Những nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc về robot song song. Nhiệm vụ của đề tài, phƣơng pháp nghiên cứu để giải quyết đƣợc nhiệm vụ đặt ra của đề tài và cấu trúc của nội dung báo cáo. 1.1 Sơ lƣợc về sự phát triển của robot Vào đầu thế kỷ XX, ý tƣởng đầu tiên về robot bắt đầu xuất hiện, thể hiện ƣớc mơ cháy bỏng của con ngƣời là tạo ra những ngƣời máy để thay thế mình trong những công việc nặng nhọc, nhàm chán, nguy hiểm. Vào khoảng năm 1940 mẫu robot đầu tiên (Master-Slave Manipulators) ra đời trong phòng thí nghiệm quốc gia OaK Ridge và Argonne của Mỹ để vận chuyển các chất phóng xạ. Đến thập kỷ 80, trên thế giới đã có tới 40 nghìn robot thuộc 500 kiểu do 200 hãng tham gia sản xuất. Ngày nay robot đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất, nghiên cứu khoa học và đời sống. Đó là thiết bị không thể thiếu đƣợc trên các hệ thống sản xuất, đặc biệt là các hệ thống sản xuất linh hoạt. Theo dự báo thì trong vòng 20 năm tới mỗi ngƣời sẽ có nhu cầu sử dụng một robot cá nhân nhƣ cần một máy tính PC hiện nay và robot sẽ là tâm điểm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau Internet. Với xu thế này, cùng với các ứng dụng truyền thống khác của robot trong công nghiệp, y tế, giáo dục đào tạo, giải trí và đặc biệt trong an ninh quốc phòng thì thị trƣờng robot và các dịch vụ liên quan đến robot sẽ vô cùng lớn.(P.T. Cát, 2011) Trong những thập niên gần đây cùng với sự phát triển mạnh mẽ của loại robot có cơ cấu nối tiếp thì robot có cấu trúc song song đã đƣợc Grough và Whitehall nghiên cứu vào năm 1962 và đƣợc sự chú ý ứng dụng bởi Stewart vào năm 1965. Stewart đã cho ra đời một phòng tập lái máy bay dựa trên cơ cấu song song. Và hiện nay cơ cấu song song vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau. 1.2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Xuất phát từ nhu cầu và khả năng linh hoạt hóa trong sản xuất, các cơ c ấurobot cũng ngày càng phát triển rất đa dạng và phong phú. Trong nhữngthập niên gần đây, robot cấu trúc song song đƣợc Gough và Whitehallnghiên cứu năm 1962 và ứng dụng của robot cấu trúc song song đãđƣợc khởi động bởi Stewart vào năm 1965. Ông là ngƣời cho ra đời mộtbuồng (phòng) tập lái máy bay dựa trên cơ c ấu song song. Hiện nay cơ c ấ u song songđƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Loại robot song song điển hình gồm có bàn máy động đƣợc nối với giá cố 1
15. định, dẫn động theo nhiều nhánh song song hay còn gọi là số chân. Thƣờng số chân bằng số bậc tự do, đƣợc điều khiển bởi nguồn phát động đặt trên giá cố định hoặc ngay trên chân. Chính lý do này mà các robot song song đôi khi gọi là các robot có bệ. Các cơ cấu tác động điều khiển tải ngoài, nên cơ cấu chấp hành song song thƣờng có khả năng chịu tải lớn. Do tính ƣu việt của robot song song nên ngày càng thu hút đƣợc nhiều nhà khoa học nghiên cứu, đồng thời cũng đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực: + Lĩnh vực vật lý : Giá đỡ kính hiển vi, giá đỡ thiết bị đo chính xác (hình 1.3). + Lĩnh vực cơ khí: Máy gia công cơ khí chính xác, máy công cụ. + Lĩnh vực bƣu chính viễn thông: Giá đỡ Ăng-ten, vệ tinh địa tĩnh. + Lĩnh vực chế tạo ô tô: Hệ thống lái thử lốp ô tô, buồng tập lái. + Lĩnh vực quân sự: robot song song đƣợc dùng làm bệ đỡ ổn định, đặt trên các tàu thủy, trên xe, trên máy bay, tàu ngầm. Để giữ cân bằng cho ăng-ten, camera theo dõi mục tiêu, bệ ổn định cho giá súng (hình 1.1), buồng tập lái máy bay (hình 1.2), xe tăng. Hình 1.1 Bệ ổn định cho giá súng Hình 1.2 Buồng tập lái máy bay 2
16. Hình 1.3 Giá đỡ thiết bị đo trong ngành vật lý Nhìn chung, so với robot cấu hình nối tiếp, robot cấu hình song song có những ƣu điểm và nhƣợc điểm nhƣ sau: Bảng 1.1 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của robot cấu hình song song Ƣu điểm Nhƣợc điểm Chịu đƣợc tải trọng lớn Không gian làm việc bị giới hạn Độ cứng vững cao Điều khiển song song/đồng thời Tốc độ tác động nhanh Bài toán động học thuận phức tạp Định vị chính xác, lực quán tính nhỏ Tồn tại các điểm kỳ dị Bài toán động học ngƣợc đơn giản 1.3 Tình hình nghiên cứu 1.3.1 Ngoài nƣớc Đƣợc các khoa học nghiên cứu chế tạo và phát triển bắt đầu từ giữa thế kỷ XX. Đặt biệt có thể lƣu ý tới một số nhà khoa học có những bƣớc đi đầu tiên trong việc nghiên cứu cơ cấu robot có cấu hình song song là: Willard L. Polard, Eric Gough, Stewart, Klaus Cappel, Reymond Clavel.Vào đầu thập niên 80, Reymond Clavel (giáo sƣ của Đại học EPFL) đã nảy ra một ý tƣởng độc đáo là sử dụng cơ cấu hình bình hành để tạo ra một robot song song có ba bậc tự do tịnh tiến và một bậc tự do quay nhƣ trong hình 1.4 ở bằng sáng chế Hoa Kỳ số 4,976,582 .Ý tƣởng này hoàn toàn là của Reymond Clavel chứ không phải bắt chƣớc từ cơ cấu song song đã đƣợc 3
17. đăng ký bản quyền vào năm 1942 (hình 1.5), và vào thời điểm đó Willard L. Polard cũng không hề biết đến giáo sƣ Clavel. Robot song song Delta đã đƣợc đánh giá là một trong những thiết kế robot song song thành công nhất với hàng trăm robot đang hoạt động trên toàn thế giới. Năm 1999, tiến sĩ Clavel đã nhận đƣợc giải thƣởng Golden Robot Award đƣợc tài trợ bởi ABB Flexible Automation, để tôn vinh những hoạt động sáng tạo của ông về robot song song Delta. Hình 1.4 Sơ đồ robot Delta Hình 1.5 Mô hình robot song song công nghiệp đầu tiên 4
18. Ý tƣởng căn bản của thiết kế robot Delta là sử dụng các hình bình hành. Các hình bình hành cho phép khâu ra duy trì một hƣớng cố định tƣơng ứng với khâu vào. Việc sử dụng ba hình bình hành hoàn toàn giữ chặt hƣớng của bệ di động duy trì chỉ với ba bậc tự do tịnh tiến. Các khâu vào của ba hình bình hành đƣợc gắn với các cánh tay quay bằng các khớp quay. Các khớp quay của tay quay đƣợc truyền động theo hai cách: hoặc sử dụng các động cơ quay (DC hoặc AC servo), hoặc bằng các bộ tác động tuyến tính. Cuối cùng, cánh tay thứ tƣ đƣợc dùng để chuyển truyền chuyển động quay từ đế đến khâu tác động cuối gắn trên tấm dịch chuyển. Việc sử dụng các bộ tác động gắn trên đế và các khâu có khối lƣợng nhẹ cho phép tấm dịch chuyển đạt đƣợc gia tốc lên đến 50 G trong phòng thí nghiệm và 12 G trong các ứng dụng công nghiệp. Chính điều này làm cho robot Delta trở thành một ứng cử viên sáng giá cho các hoạt động nâng – đặt đối với các đối tƣợng nhẹ. Vùng làm việc của nó là sự giao nhau của ba đƣờng tròn, nhƣng robot Delta trên thị trƣờng có thể hoạt động trong vùng làm việc hình trụ với đƣờng kính là 1 m và có chiều cao là 0,2 m. Hình 1.6Robot Line-Placer của hãng Demaurex Vào năm 1983 khi mà hai anh em ngƣời Thụy Sĩ là marc-Olivier và Pascal Demaurex thành lập công ty Demaurex đóng tại Romanel-sur-Lausanne, Thụy Sĩ. Năm 1987, họ mua giấy phép sử dụng bản quyền robot Delta và đặt ra mục tiêu chính là thƣơng mại hóa robot này vào ngành công nghiệp đóng gói. Sau vài năm, Demaurex đã thành công trong việc giữ vai trò trọng yếu trong thị trƣờng mới mẻ đầy khó khăn này. Họ cũng đã tiến hành một vài cải tiến sản phẩm. Bốn phiên bản khác cũng đã đƣợc đƣa ra thị trƣờng với tên gọi là Pack-Placer, Line-Placer, Top- 5
19. Placer và Presto. Đến thời điểm hiện nay, Demaurex tuyên bố đã bán đƣợc hơn 500 robot Delta trên toàn thế giới (hình 1.6). Khi mới bắt đầu Công ty Demaurex sản xuất robot Delta cỡ nhỏ từ những nghiên cứu của EPFL, còn Công ty DeeMed sản xuất robot Delta dùng để nâng đỡ kính hiển vi có khối lƣợng lớn (20 kg), sản phẩm này có tên gọi là SurgiScope (hình1.7). Hiện nay Công ty Demaurex đã bắt tay sản xuất robot có kích cỡ lớn hơn (khoảng từ 1.200 mm trở lên). Ngoài ra còn có Công ty Đức GROB-Werke sản xuất TRIAGLIDE 5g, và Mikron Technology Group sản xuất robot Triaglide, cả hai robot này đều là loại robot Delta đƣợc trang bị động cơ tuyến tính. Gần đây, ba robot Delta khác cũng đã đƣợc SIG Pack Systems giới thiệu là C23, C33 do Demaurex sản xuất và CE33 do SIG Pack Systems sản xuất (hình 1.8) Hình 1.7 SurgiScope tại Surgical Robotics Lab, Đại học Humboldt, Berlin 6
20. Hình 1.8Hai trong ba robot đƣợc SIG Pack Systems giới thiệu, C33 và CE33 Robot Delta không chỉ đƣợc ứng dụng trong công nghiệp mà còn đƣợc quan tâm nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm. Rất nhiều biến thể của robot này đã đƣợc tạo ra, song hầu hết chúng đều gần với thiết kế gốc. Một trong những biến thể đƣợc tạo bởi đại học Genoa, trong thiết kế này cơ cấu hình bình hành đƣợc thay thế bằng các cơ cấu tƣơng đƣơng. Một phiên bản khác là robot NUWAR, đƣợc chế tạo tại đại họcWestern Australia. NUWAR đƣợc thiết kế để có thể đạt gia tốc 600m/s2 robot này khác biệt nhờ sự sắp xếp không đồng phẳng các trục của cơ cấu chấp hành. Phiên bản với ba động cơ tuyến tính cũng đã đƣợc tạo ra trong phòng thí nghiệm tạiFerdinand-von-Steinbeis Schule, ETH Zurich, và đại học Stuttgart. Tất nhiên nơi robot Delta đƣợc nghiên cứu nhiều nhất và có nhiều biến thể nhất là tại nơi sinh ra chúng - EPFL. Hàng năm đều có những Hội nghị khoa học quốc tế do IFAC, IEEE, ICRA, IROS tổ chức về những phát triển và ứng dụng mới về robot song song. Đại học EPFL – Thụy Sĩ là nơi thƣờng đăng cai những nghiên cứu ứng dụng robot song song trong phẫu thuật. 7
21. 1.3.2 Trong nƣớc Hình 1.9Robot song song ba bậc tự do của Tosy Đánh giá tình hình nghiên cứu trong nƣớc: Qua tổng hợp những công bố nghiên cứu và triển khai trong nƣớc hiện nay về robot song song, tôi nghiên cứu thấy rằng với robot song song dạng 6 chân hexapod đƣợc nghiên cứu khá nhiều và đƣợc công bố khá rộng rãi trong và ngoài nƣớc. Tuy nhiên có thể nhận thấy đều là robot song song thực hiện các tác vụ nhƣ máy gia công CNC với quá trình điều khiển phức tạp, chứ không phải là thực hiện các tác vụ nhƣ gắp nhặt, đặt vật. Về robot dạng song song ứng dụng cho việc gắp, đặt vật chƣa có đơn vị nghiên cứu nào quan tâm giải quyết những vấn đề rất cơ bản trong tính toán thiết kế hệ thống, xác định các thông số cấu trúc và động học tối ƣu cho hệ thống đƣợc thực hiện. Và gần đây vào năm 2012, Công ty Tosy có đƣa ra thông tin về robot song song (hình 1.9), tuy nhiên tôi không thể nào xác định đƣợc các thông số và thông tin về robot này do đó khó mà có thể so sánh hay đối chiều đƣợc những gì mà nghiên cứu này đã làm đƣợc. Ngoài ra ở các trƣờng đại học, cũng có những nghiên cứu mang tính rời rạc về robot dạng Delta, tuy nhiên chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu về mức độ học thuật cũng nhƣ ứng dụng vào cuộc sống. Do đó, việc làm chủ công nghệ, tiếp cận cùng với ứng dụng những công nghệ mới, hiện đại vào việc nghiên cứu robot vào trong các dây chuyền sản xuất là việc làm khá cần thiết hiện nay của các nhà khoa học, làm sao ứng dụng những công nghệ mới và tiên tiến đề giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất, hiệu quả, chất 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4