CẤU TẠO CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (473.38 KB, 37 trang )

CHƯƠNG 2
CẤU TẠO CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP
Về mặt truyền động và điều khiển, robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ
khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động. Các cơ cấu tác động này có thể hoạt động
phối hợp với nhau để thực hiện những công việc phức tạp dưới sự điều khiển của
mộ
t bộ phận có cấu tạo như máy tính, còn gọi là những bộ điều khiển PC – based.
Với những đặc điểm về cấu tạo và hoạt động thì robot thường được sử dụng trong
các hệ thống sản xuất linh hoạt dạng workcell (FMS – Flexoble Manufacturing
Systems) và các hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM – Computer Integrated
Manufacturing). Càng ngày các dây chuyền sản xuất tự động có sử dụng robot thay
thế dần các dây chuyền sản xuấ
t tự động với chương trình hoạt động “cứng” trước
đây.
Việc ứng dụng robot vào sản xuất gắn liền với sự hiểu biết đầy đủ các vấn đề
có liên quan chặt chẽ với nhau như các dạng nguồn dẫn động, các hệ thống và chế
độ điều khiển, các cảm biến trang bị trên robot, khả năng của phần mềm và ngôn
ngữ lậ
p trình cũng như chọn lựa các bộ giao tiếp và xuất/nhập tín hiệu phù hợp cho
các bộ phận chấp hành khác nhau. Trong chương này sẽ đề cập đến những vấn đề
cơ bản nhất về các thành phần và cấu hình của một robot công nghiệp.
Về mặt kết cấu, robot được chế tạo rất khác biệt nhau, nhưng chúng được
xây dựng từ các thành phần cơ bản như nhau (hình 2.1):
(1) Tay máy
(2) Ngu
ồn cung cấp
(3) Bộ điều khiển

Hình 2.1. Các thành phần chính của một robot công nghiệp

2.1. Tay máy (manipulator)
Thuật ngữ “tay máy” và robot 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 robot 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 c
ơ
cấu cơ khí được thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối với
nhau, được gọi là các khâu động. Trong đó, phần liên kết giữa các khâu động được
gọi là các khớp động hay còn gọi là các trục. 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 d
ầu 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.
Tay máy có thể gọi là cánh tay cơ khí của robot 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 dụ
ng cụ công tác. Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫn
Giao tiếp ngõ vào
con người
Nguồn cung cấp Bộ điều khiển Tay máy
Cảm biến
Giao tiếp ngõ ra:
Quá trình tự động
được thực hiện
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
chuyể
n động của các khâu thành phần.
2.1.1. Bậc tự do của tay máy
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 robot học (robotic) người ta hay gọi mỗi khả năng
chuyển động (có thể là chuyển động thẳng; dọc theo hoặc song song với một trục,
hoặc chuy
ển 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 d
ụng 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 t
ế 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 mặt 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 chuyể
n 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 không gian hoạ
t động của tay máy vì vậy còn được gọi là các
chuyển động định vị.

Bên cạnh các robot tĩnh tại được sử dụng phần lớn trong công nghiệp hiện
nay, các loại robot di động cũng được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.
Bậc chuyển động của robot di động được xác định bởi số khả năng chuyển động
độc lập của nó kể c
ả 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 robot hàn, đầu phun sơn hoặc phun men, đầu vặn bu-lông,
đai ốc trong dây truyền lắp ráp tự động, v.v…Chuyể
n 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 robot công
nghiệp hiện đại có một tay máy. Tuy vậy trong ứng dụng cũng có robot 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 v
ới
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 th
ể 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.
Tuy nhiên, điều cần lưu ý ở đây là thêm càng nhiều bậc chuyển động một
mặt sẽ làm tăng khả n
ăng 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 robot.
2.1.2- Tay máy toạ độ vuông góc
Robot hoạt động trong hệ toạ độ này bao gồm ba chuyển động định vị X, Y,
Z theo các tr
ục toạ độ vuông góc.
Ứng dụng chính của robot loại này là các thao tác vận chuyển vật liệu, sản
phẩm, đúc, dập, chất dỡ hàng hoá, lắp ráp các chi tiết máy, v.v…
Ưu điểm:

– Không gian làm việc lớn, có thể dài đến 20m.
– Đối với loại gắn trên trần sẽ dành được diện tích sàn lớn cho các công việc
khác.
– Hệ thống điều khiển đơn giản.
Hạn chế:

Việc thêm vào các loại cần trục hay các loại thiết bị vận chuyển vật liệu khác
trong không gian làm việc của robot 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 robot trên đều
gặp nhiều trở ngại.

2.1.3- Tay máy toạ độ trụ
Tiêu biểu cho một robot hoạt động trong hệ toạ
độ trụ là robot được trang bị
hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay.
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.
2.1.4- Tay máy toạ độ cầu
Robot loại này được bố trí có ít nhất hai chuyển động quay trong ba chuyển
động định vị. Dạng robot này là dạng sử dụng điều khiển servo sớm nhất.

2.1.5- Tay máy toàn khớp bản lề và SCARA
Loại cấu hình dễ thực hiện nhất được ứng dụng cho robot là dạng khớp nối
bản lề và kế đó là dạng ba trục thẳng, gọi tắt là dạng SCARA Selective Compliance
Articulated Robot 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 robot sử dụng một cách
trực tiếp và dễ dàng các cơ cấu tác độ
ng quay như các động cơ điện,động cơ đầu
ép, khí nén.
Uu 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 trục 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 robot chỉ cần giải quyết ở hai phương x và y
còn lại bằng cách phối hợp ba chuyển động quay quanh ba trục song song với trục
z.
2.1.6- 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 h
ết các bậc tự do đó vào tay gắp của robot.
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 đ
a là ba chuyển động định
hướng dạng ba chuyển động quay quanh ba trục 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 robot 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 robot, 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 robot ngoại trừ trường hợp tay gắp có dạng
tay gắp servo được điều khiển bởi một mạch riêng trên bộ điều khiển.
Bảng dưới đây trình bày một số khả năng phối hợp các bậc chuyển động
chính (1, 2, 3) và các chuyển động

định hướng có tính chất tham khảo.
Bảng 2.1:
Số bậc chuyển
động định vị
Số bậc chuyển
động định hướng
Khả năng phối hợp (tổng số chuyển
động/số chuyển động định hướng)
2 0; 1: 2; 3 2/0: 3/1: 4/2: 5/3
3 0; 1: 2; 3 3/0: 4/1: 5/2: 6/3
4 0; 1: 2; 3 4/0: 5/1: 6/2: 7/3

2.1.7- Các chế độ hoạt động của tay máy và robot công nghiệp
Robot công nghiệp thường có hai chế độ hoạt động:
(1) Chế độ huấn luyện (teaching mode)
Chế độ này còn gọi là chế độ lập trình. Ở chế độ hoạt động này chương trình
thao tác của robot sẽ được người sử dụng “ước định” bằng những bước chương
trình; có nghĩa là, mỗi bước chương trình sẽ đượ
c nhập vào bộ điều khiển robot
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. 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 cuố
i 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 ki

ến. 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.
(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.
Hình 2.16 trình bày một giao diện phần mềm lập trình cho robot PM-01
trong chế độ huấn luyện trong đó đường đi của robot có thể được lập trình bằng bàn
phím hay bằng cách dắt trực tiếp.
2.2- Bộ điều khiển robot
Bộ điều khiển robot thường cấu thành từ các bộ phận cơ bản tương tự như
máy tính (bộ điều khiển PC based) bao gồm bộ xử lý trung tâm, b
ộ nhớ và bộ
xuất/nhập kết hợp với màn hình để hiển thị các lệnh khi lập trình và đồng thời theo
dõi sự thay đổi toạ độ trong dịch chuyển của các khâu. Toàn bộ các phần nói trên
được bố trí bên trong tủ điều khiển chính và được sắp xếp theo từng mô-đun gồm
các bo mạch điện tử. Bên cạnh đó, để lập trình một cách thuận tiện cho robot, các
nhà chế tạ
o thường bố trí một pa-nen kết nối song song, còn gọi là bộ teach
pendant, với phím bấm để thực hiện các thao tác điều khiển trực tiếp chuyển động
của các trục trên robot trong chế độ lập trình huấn luyện (teaching mode) và bên
trong là một bo mạch kết nối trực tiếp với bộ xuất/nhập. Đôi khi trong cấu hình của
bộ điều khiển còn được trang bị thêm một bộ điều khiển mô phỏng (simulator) có
kết nối với mạch xuất/nhập tương tự như pa-nen để hỗ trợ thêm cho công việc lập

trình.
Bộ điều khiển là bộ phận thể hiện những đặc điểm kỹ thuật ưu việt của robot,
vì vậy ở đây sẽ trình bày cụ th
ể hơn về từng bộ phận trong hệ thống điều khiển
robot. Hình 2.17 trình bày sơ đồ khối đơn giản nhất của bộ điều khiển robot – đó là
một thiết bị có cấu trúc tương tự như máy tính thực thụ bao gồm các phần như sau:
– Một hay nhiều bộ vi xử lý tương đương với một bộ xử lý trung tâm.
– Bộ nhớ chứa ch
ương trình chính do nhà sản xuất viết cho robot. Trong đó
các chương trình chi tiết và dữ liệu nhập vào được thực hiện bởi người sử dụng.
– Thiết bị xuất/nhập để máy tính nhận thông tin từ các bộ phận hỗ trợ lập
trình, từ các cảm biến và chuyển tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu tác động vận
hành các trục và đến các phần tử chấp hành bên ngoài có liên quan trong quá trình
hoạ
t động của robot cũng như trao đổi thông tin, dữ liệu với các máy tính và bộ
điều khiển khác.

Hình 2.17. Bộ điều khiển robot theo cấu trúc PC – based

Một bộ điều khiển robot ngoài phải có khả năng khi điều tay máy căn cứ vào
các tín hiệu gửi về từ cảm biến và tín hiệu từ camera; giao tiếp với người vận hành
thông qua các thiết bị xuấ
t nhập như màn hình, pa – nen điều khiển cũng như liên

Bộ nhớ
-Ram
-ROM
Bộ xử lý trung
tâm
Thiết bị xuất nhập

Bus dữ liệu
Bus địa chỉ
Bus điều khiển
kết với các thiết bị điều khiển khác trong một hệ thống sản xuất như các máy tính
khác, robot khác, …
Ngoài việc xử lý và điều khiển robot, bộ điều khiển còn đưa ra các tín hiệu
để phối hợp với các thiết bị công nghệ mà robot phục vụ cũng như cho các robot và
những thiết bị công nghệ khác như các máy công cụ CNC, các băng tải … cùng
phối hợp hoạt động với robot
đang điều khiển.
Khoa học về robot được phát triển nhanh chóng với các đặc điểm kỹ thuật
tiên tiến của robot được thực hiện nhờ những bộ điều khiển mạnh. Mặc dù vậy, các
robot thế hệ cũ chuyên thực hiện các công việc đơn giản vẫn còn được sử dụng khi
vẫn còn có ích cho công việc sản xuất.
2.2.1. Bộ xử lý trung tâm
Trung tâm củ
a 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 nh
ỏ (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 robot 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 robot. Các robot PUMA của nhà sản
xuất Wesstinghouse/Unimation dùng kỹ thuật này để cấu tạo nên bộ đ
iều 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 robot 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
robot 7537 & 7545. Máy tính Rhino RX-1- của các loại robot 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
robot Acramatic Version 4.0 c
ủa nhà sản xuất Cincinnati Miclaron cho các mô-đun
robot truyền động điện sử dụng kiểu này.
Robot 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 robot 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 x
ử 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 robot phải nhớ trong chế độ huấn
luyện.

Nhiều robot 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 robot. 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
robot trở thành một đặc điểm chung.
Các bộ vi xử lý 42-bít là bộ não cho các bộ điều khiển của thế hệ robot hiện
đại nhờ ở khả năng tăng t
ốc độ xử lý và dung lượng của bộ nhớ. Máy tính 42-bit
cho phép ghi nhớ được một số lượng lớn các vị trí, điều này cần thiết cho các robot
điều khiển theo đường dẫn liên tục (continnuos path) như robot hàn và robot 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 80×86, như 80386, 80486, … được dùng trong các máy tính IBM.
2.2.2 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 robot. Các bộ nhớ ROM được cung
cấp cho các robot chiếm giữ 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 m
ạch 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.
Ch
ương 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 robot gia tăng tốc độ cho robot 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 điề
u khiển nội suy từ bộ vi xử lý
của máy tính chủ (bộ điều khiển chủ).
Hầu hết các bộ điều khiển robot có kèm theo các chương trình trong bộ nhớ
ROM cho phép quản lý được toàn bộ chuyển động của robot. 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…

Tổ chức bộ nhớ trong điề
u khiển robot
Nội dung bộ nhớ Kiểu bộ nhớ
Các chương trình xuất/nhập cơ bản (gởi và nhận dữ
liệu đến các thiết bị xuất/nhập)

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)
ROM
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 chương trình của người sử dụng)

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 RAM
Các thông số điều khiển robot
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
Hình 2.1. Các thành phần chính của một robot công nghiệp2. 1. Tay máy ( manipulator ) Thuật ngữ “ tay máy ” và robot trong ý niệm của nhiều nhà chuyên môntrong nghành nghề dịch vụ này không có sự độc lạ. Để thuận tiện trong trình diễn, ở đây tahiểu tay máy là một dạng robot có cấu tạo mô phỏng theo những đặc thù cấu tạocơ bản của cánh tay người. Cũng hoàn toàn có thể hiểu tay máy là tập hợp những bộ phận và ccấu cơ khí được phong cách thiết kế để hình thành những khối có hoạt động tương đối vớinhau, được gọi là những khâu động. Trong đó, phần link giữa những khâu động đượcgọi là những khớp động hay còn gọi là những trục. Tay máy cũng gồm có cả những cơ cấutác động là những thành phần thực sự thực thi những hoạt động để quản lý và vận hành tay máynhư động cơ điện, xy – lanh dầu ép, xy – lanh khí nén, … Phần quan trọng khác trêncác tay máy là bộ phận hay khâu ảnh hưởng tác động cuối ( End – Effector ) để thao tác trên đốitượng thao tác – thường là những tay gắp hoặc những đầu công cụ chuyên dùng. Tay máy hoàn toàn có thể gọi là cánh tay cơ khí của robot công nghiệp thường thì làmột chuỗi động hở được tạo thành từ nhiều khâu được link với nhau nhờ cáckhớp động. Khâu cuối ( hay khâu ảnh hưởng tác động cuối ) của tay máy thường có dạng mộttay gắp hoặc được gắn dụng cụ công tác làm việc. Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫnGiao tiếp ngõ vàocon ngườiNguồn phân phối Bộ tinh chỉnh và điều khiển Tay máyCảm biếnGiao tiếp ngõ ra : Quá trình tự độngđược thực hiệnđộng riêng, nguồn năng lượng và hoạt động truyền đến cho chúng được tinh chỉnh và điều khiển trêncơ sở tín hiệu nhận được từ bộ phận phản hồi là những cảm ứng nhằm mục đích thông tin trạngthái hoạt động giải trí của những khâu chấp hành, trong đó yếu tố được đặc biệt quan trọng chăm sóc làvị trí và tốc độ di dời của khâu cuối – khâu bộc lộ hiệu quả tổng hợp cácchuyển động của những khâu thành phần. 2.1.1. Bậc tự do của tay máyThông thường những tay máy có trên một bậc tự do. Số bậc tự do hay bậcchuyển động của tay máy là số năng lực hoạt động độc lập của nó trong khônggian hoạt động giải trí. Trong nghành nghề dịch vụ robot học ( robotic ) người ta hay gọi mỗi khả năngchuyển động ( hoàn toàn có thể là hoạt động thẳng ; dọc theo hoặc song song với một trục, hoặc hoạt động quay quanh trục ) là một trục, tương ứng theo đó là một toạ độsuy rộng dùng để xác lập vị trí của trục trong khoảng trống hoạt động giải trí. Mỗi trục củatay máy đều có cơ cấu tổ chức tác động ảnh hưởng và cảm ứng vị trí được điều khiển và tinh chỉnh bởi một bộ xử lýriêng. Thông qua những khảo sát thực tiễn, người ta nhận thấy là để nâng cao độ linhhoạt của tay máy sử dụng trong công nghiệp, những tay máy phải có số bậc chuyểnđộng cao. Tuy nhiên, số bậc hoạt động này không nên quá 6. Lý do chính là với6 bậc hoạt động, nếu sắp xếp hài hòa và hợp lý, sẽ đủ để tạo ra năng lực hoạt động linhhoạt của khâu ảnh hưởng tác động cuối nhằm mục đích hoàn toàn có thể tiếp cận đối tượng người dùng thao tác ( nằm trongvùng khoảng trống hoạt động giải trí của nó ) theo mọi hướng. Ngoài ra, số bậc tự do nhiềuhơn sáu sẽ không kinh tế tài chính và khó tinh chỉnh và điều khiển hơn. Sáu bậc hoạt động được bố trígồm : • Ba bậc hoạt động cơ bản hay hoạt động xác định. • Ba bậc hoạt động bổ trợ hay hoạt động khuynh hướng. ( 1 ) Bậc hoạt động cơ bản hay hoạt động định vịVề mặt nguyên tắc cấu tạo, tay máy là một tập hợp những khâu được link vớinhau trải qua những khớp động để hình thành một chuỗi động hở. Khớp động đượcsử dụng trên những tay máy thường là những khớp loại 5 ( khớp tịnh tiến hoặc khớp quayloại 5 ) để dễ sản xuất, dễ dẫn động bằng nguồn độc lập và cũng dễ tinh chỉnh và điều khiển. Taymáy có số hoạt động độc lập thường là từ ba trở lên ( dưới đây ta sẽ gọi là bậc tựdo hay bậc hoạt động ). Các hoạt động độc lập hoàn toàn có thể là những hoạt động tịnh tiến hoặc chuyểnđộng quay. Mỗi khâu động trên tay máy, vềnguyên tắc, có tối thiểu là một khả năngchuyển động độc lập và thường là một. Như vậy khái niệm bậc tự do hay bậcchuyển động cũng chính là số năng lực hoạt động độc lập mà một tay máy cóthể triển khai được. Trường hợp mỗi khâu động trên tay máy có một năng lực hoạt động độclập, thì tay máy có bao nhiêu khâu động sẽ có bấy nhiêu bậc hoạt động và cũngcó từng ấy khớp động hay trục. Các hoạt động cơ bản, hay hoạt động chínhtrên một tay máy là những hoạt động có ảnh hưởng tác động quyết định hành động đến dạng hìnhhọc của khoảng trống hoạt động giải trí của nó như bạn đọc đã xem ở phần phân loại. Cácchuyển động này thực thi việc chuyển dời cổ tay của tay máy đến những vị tríkhác nhau trong vùng khoảng trống hoạt động giải trí của tay máy vì thế còn được gọi là cácchuyển động xác định. Bên cạnh những robot tĩnh tại được sử dụng phần nhiều trong công nghiệp hiệnnay, những loại robot di động cũng được sử dụng trong 1 số ít trường hợp đặc biệt quan trọng. Bậc hoạt động của robot di động được xác lập bởi số năng lực chuyển độngđộc lập của nó kể cả những hoạt động di động. Phần ngoài cùng của tay máy ( khâu ảnh hưởng tác động cuối – End Effector ) thường códạng của một tay gấp, một bộ phận thao tác với đối tượng người tiêu dùng thao tác, hoàn toàn có thể tác độngtrực tiếp với đối tượng người dùng thao tác hoặc được sửa chữa thay thế bởi những dụng cụ công nghệ tiên tiến nhưlà ống đưa dây hàn trên robot hàn, đầu phun sơn hoặc phun men, đầu vặn bu-lông, đai ốc trong dây truyền lắp ráp tự động hóa, v.v… Chuyển động kẹp của tay gắp khôngđược kể khi tính bậc hoạt động do tại hoạt động này không tác động ảnh hưởng đến vịtrí, toạ độ của tay máy. Để thuận tiện trong việc tinh chỉnh và điều khiển, mỗi bậc hoạt động của tay máythường là có nguồn dẫn động riêng, hoàn toàn có thể là nguồn dẫn khí nén, dầu ép hay điện. Một số tay máy dùng chung nguồn dẫn cho một nhóm những hoạt động, tuy nhiên, kiểu dùng chung này cồng kềnh và kém linh động hơn. Phần lớn những robot côngnghiệp văn minh có một tay máy. Tuy vậy trong ứng dụng cũng có robot có nhiềutay máy. ( 2 ) Bậc chuyểnđộng bổ trợ ( bậc hoạt động khuynh hướng ). Một tay máy đều nhu yếu một bộ phận công tác làm việc trang bị ở khâu tác động ảnh hưởng cuối ( End Effector ), hoàn toàn có thể là một bộ gắp, kẹp hoặc súng phun sơn, phun vữa, ống dẫndây hàn, v.v… có đủ độ linh động trong hoạt động để bảo vệ năng lực hoànthành trách nhiệm công nghệ tiên tiến đặt ra. Để trọn vẹn khuynh hướng đến tư thế thao tác vớiđối tượng thao tác cũng cần tối thiểu ba bậc hoạt động, tựa như như những chuyểnđộng xoay của cố tay người ; ba khớp quay loại 5 được sử dụng để xoay khâu tácđộng cuối trong mặt phẳng ngang, mặt phẳng thẳng đứng và quay quanh trục củanó. Các bậc hoạt động xoay cổ tay nói trên được gọi là những hoạt động địnhhướng nhằm mục đích tăng năng lực linh động, giúp tay máy hoàn toàn có thể thuận tiện khuynh hướng củakhâu tác động ảnh hưởng cuối đạt đến tư thế thiết yếu để tác động ảnh hưởng lên đối tượng người dùng thao tác, cũngnhư tăng năng lực tránh chướng ngại vật trong khoảng trống thao tác nhằm mục đích cải thiệntính chất động lực học của tay máy. Tuy nhiên, điều cần chú ý quan tâm ở đây là thêm càng nhiều bậc hoạt động mộtmặt sẽ làm tăng năng lực linh động của tay máy, mặt khác cũng kéo theo hệ quả làlàm tăng thêm sai số di dời, tức là làm tăng sai số tích luỹ trong điều khiển và tinh chỉnh vịtrí của khâu ảnh hưởng tác động cuối. Điều này đồng nghĩa tương quan với sự ngày càng tăng về ngân sách và thờigian sản xuất và bảo trì robot. 2.1.2 – Tay máy toạ độ vuông gócRobot hoạt động giải trí trong hệ toạ độ này gồm có ba hoạt động xác định X, Y, Z theo những trục toạ độ vuông góc. Ứng dụng chính của robot loại này là những thao tác luân chuyển vật tư, sảnphẩm, đúc, dập, chất dỡ hàng hoá, lắp ráp những chi tiết cụ thể máy, v.v… Ưu điểm : – Không gian thao tác lớn, hoàn toàn có thể dài đến 20 m. – Đối với loại gắn trên trần sẽ dành được diện tích quy hoạnh sàn lớn cho những công việckhác. – Hệ thống điều khiển và tinh chỉnh đơn thuần. Hạn chế : Việc thêm vào những loại cần trục hay những loại thiết bị luân chuyển vật tư kháctrong khoảng trống thao tác của robot không được thích hợp lắm. Việc duy trì vị trícủa những cơ cấu tổ chức dẫn động và những thiết bị điều khiển và tinh chỉnh điện so với loại robot trên đềugặp nhiều trở ngại. 2.1.3 – Tay máy toạ độ trụTiêu biểu cho một robot hoạt động giải trí trong hệ toạđộ trụ là robot được trang bịhai hoạt động tịnh tiến và một hoạt động quay. Ưu điểm : ( 1 ) có năng lực hoạt động ngang và sâu vào trong những máy sản xuất. ( 2 ) Cấu trúc theo chiều dọc của máy để lại nhiều khoảng trống cho sàn. ( 3 ) Kết cấu vững chãi, có năng lực mang tải lớn. ( 4 ) Khả năng tái diễn tốt. Nhược điểm : Nhược điểm duy nhất là số lượng giới hạn tiến về phía trái và phía phải do cấu trúc cơkhí và số lượng giới hạn những kích cỡ của cơ cấu tổ chức ảnh hưởng tác động theo chiều ngang. 2.1.4 – Tay máy toạ độ cầuRobot loại này được sắp xếp có tối thiểu hai hoạt động quay trong ba chuyểnđộng xác định. Dạng robot này là dạng sử dụng tinh chỉnh và điều khiển servo sớm nhất. 2.1.5 – Tay máy toàn khớp bản lề và SCARALoại thông số kỹ thuật dễ thực thi nhất được ứng dụng cho robot là dạng khớp nốibản lề và kế đó là dạng ba trục thẳng, gọi tắt là dạng SCARA Selective ComplianceArticulated Robot Actuator ) Dạng này và dạng toạ độ trụ là phổ cập nhất trong ứngdụng công nghiệp chính do chúng được cho phép những nhà phân phối robot sử dụng một cáchtrực tiếp và thuận tiện những cơ cấu tổ chức ảnh hưởng tác động quay như những động cơ điện, động cơ đầuép, khí nén. Uu điểm : ( 1 ) Mặc dù chiếm diện tích quy hoạnh thao tác ít tuy nhiên tầm vươn khá lớn. Tỷ lệ kíchthước / tầm vươn được nhìn nhận cao. ( 2 ) Về mặt hình học, cấu hình dạng khớp nối bản lề với ba trục quay bố trítheo phương thẳng đứng là dạng đơn thuần và có hiệu suất cao nhất trong trường hợp yêucầu gắp và đặt chi tiết cụ thể theo phương thẳng đứng. Trong trường hợp này bài toán tọađộ hoặc quỹ đạo hoạt động so với robot chỉ cần xử lý ở hai phương x và ycòn lại bằng cách phối hợp ba hoạt động quay quanh ba trục song song với trụcz. 2.1.6 – Cổ tay máyBàn tay người có 27 khúc xương với 22 bậc tự do rất phức tạp. Hiển nhiên, những nhà phong cách thiết kế không khi nào vận dụng hết những bậc tự do đó vào tay gắp của robot. Nhiều nhà nghiên cứu và điều tra về khoa học nghiên cứu và phân tích thao tác cũng như những nhà sảnxuất đưa ra số bậc hoạt động tối đa hài hòa và hợp lý của tay máy là sáu như đã nghiên cứu và phân tích ởphần trước. Cũng ở phần trước đã trình diễn, ngoài ba hoạt động cơ bản để thựchiện hoạt động xác định, tay máy sẽ được bổ trợ tối đa là ba hoạt động địnhhướng dạng ba hoạt động quay quanh ba trục 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 εHai hoạt động gập ( PITCH ) và lắc cổ tay ( YAW ) triển khai trên haiphương vuông góc. Loại robot SCARA không thiết yếu phải bổ trợ những chuyểnđộng dạng này vì điều đó sẽ phá vỡ đặc trưng hoạt động giải trí của nó. Tuỳ theo yêu cầucủa thao tác công nghệ tiên tiến đặt ra cho robot, người phong cách thiết kế cần thực thi sự phối hợpđa dạng những hoạt động xác định với những chuyển độngđịnh hướng. Chuyển động gấp, kẹp của khâu công tác làm việc cuối thường không được tính vàobậc hoạt động ( hay bậc tự do ) của robot ngoại trừ trường hợp tay gắp có dạngtay gắp servo được điều khiển và tinh chỉnh bởi một mạch riêng trên bộ điều khiển và tinh chỉnh. Bảng dưới đây trình diễn 1 số ít năng lực phối hợp những bậc chuyển độngchính ( 1, 2, 3 ) và những chuyển độngđịnh hướng có đặc thù tìm hiểu thêm. Bảng 2.1 : Số bậc chuyểnđộng định vịSố bậc chuyểnđộng định hướngKhả năng phối hợp ( tổng số chuyểnđộng / số hoạt động xu thế ) 2 0 ; 1 : 2 ; 3 2/0 : 3/1 : 4/2 : 5/33 0 ; 1 : 2 ; 3 3/0 : 4/1 : 5/2 : 6/34 0 ; 1 : 2 ; 3 4/0 : 5/1 : 6/2 : 7/32. 1.7 – Các chính sách hoạt động giải trí của tay máy và robot công nghiệpRobot công nghiệp thường có hai chính sách hoạt động giải trí : ( 1 ) Chế độ huấn luyện và đào tạo ( teaching mode ) Chế độ này còn gọi là chính sách lập trình. Ở chính sách hoạt động giải trí này chương trìnhthao tác của robot sẽ được người sử dụng “ ước định ” bằng những bước chươngtrình ; có nghĩa là, mỗi bước chương trình sẽ được nhập vào bộ tinh chỉnh và điều khiển robotbằng những công cụ khác nhau được trang bị kèm theo như pa-nen lập trình và điềukhiển ( teach pendant ), bộ mô phỏng ( simulator hoặc makette ) hoặc bàn phím trongtrường hợp điều khiển và tinh chỉnh trực tiếp bằng máy tính. Trong một số ít trường hợp khi kíchthước và khối lượng những khâu của tay máy khá bé, hoàn toàn có thể sử dụng ngay cả cáchthức dùng tay dắt trực tiếp những khâu của tay máy để đưa khâu ảnh hưởng tác động cuối dịchchuyển tuần tự qua những điểm trên quỹ đạo dự kiến ( kiểu lập trình ‘ dắt mũi ’ – lead-by-nose ). Ở mỗi bước chương trình, toạ độ của những khâu sẽ được lưu lại ( insert ) nhằm mục đích được cho phép lập thành một tập hợp những bước tuần tự ( gọi là chương trình ) để đưatay gắp hay dụng cụ công nghệ tiên tiến gắn trên khâu ảnh hưởng tác động cuối của tay máy di chuyểntrên quỹ đạo dự kiến. Toàn bộ trình tự những bước thao tác đó được lưu lại trong bộnhớ, sau đó cho tay máy hoạt động giải trí lại hàng loạt quy trình thao tác để kiểm tra. Trường hợp cần kiểm soát và điều chỉnh chương trình hoạt động giải trí hoàn toàn có thể biến hóa tài liệu của cácbước chương trình, chèn thêm hoặc bớt đi những bước chương trình cho đến khi đạtđược nhu yếu về quỹ đạo và vận tốc dịch chuyểnđặt ra. ( 2 ) Chế độ tự động hóa ( auto mode ) Chế độ này còn gọi là chính sách tự động hóa triển khai thao tác công nghệ tiên tiến. Ở chế độnày, khi có tín hiệu khởi động, dựa theo tài liệu của chương trình gồm những bướctuần tự lưu trong bộ nhớ đã được thiết lập trong chính sách đào tạo và giảng dạy, tay máy sẽ ‘ tựđộng ’ triển khai chương trình quỹđạo. Hình 2.16 trình diễn một giao diện ứng dụng lập trình cho robot PM-01trong chính sách đào tạo và giảng dạy trong đó đường đi của robot hoàn toàn có thể được lập trình bằng bànphím hay bằng cách dắt trực tiếp. 2.2 – Bộ điều khiển và tinh chỉnh robotBộ tinh chỉnh và điều khiển robot thường cấu thành từ những bộ phận cơ bản tựa như nhưmáy tính ( bộ điều khiển và tinh chỉnh PC based ) gồm có bộ giải quyết và xử lý TT, bộ nhớ và bộxuất / nhập phối hợp với màn hình hiển thị để hiển thị những lệnh khi lập trình và đồng thời theodõi sự đổi khác toạ độ trong di dời của những khâu. Toàn bộ những phần nói trênđược sắp xếp bên trong tủ điều khiển và tinh chỉnh chính và được sắp xếp theo từng mô-đun gồmcác bo mạch điện tử. Bên cạnh đó, để lập trình một cách thuận tiện cho robot, cácnhà sản xuất thường sắp xếp một pa-nen liên kết song song, còn gọi là bộ teachpendant, với phím bấm để thực thi những thao tác tinh chỉnh và điều khiển trực tiếp chuyển độngcủa những trục trên robot trong chính sách lập trình giảng dạy ( teaching mode ) và bêntrong là một bo mạch liên kết trực tiếp với bộ xuất / nhập. Đôi khi trong thông số kỹ thuật củabộ tinh chỉnh và điều khiển còn được trang bị thêm một bộ tinh chỉnh và điều khiển mô phỏng ( simulator ) cókết nối với mạch xuất / nhập tương tự như như pa-nen để tương hỗ thêm cho việc làm lậptrình. Bộ điều khiển và tinh chỉnh là bộ phận biểu lộ những đặc thù kỹ thuật ưu việt của robot, vì thế ở đây sẽ trình diễn đơn cử hơn về từng bộ phận trong mạng lưới hệ thống điều khiểnrobot. Hình 2.17 trình diễn sơ đồ khối đơn thuần nhất của bộ tinh chỉnh và điều khiển robot – đó làmột thiết bị có cấu trúc tựa như như máy tính thực thụ gồm có những phần như sau : – Một hay nhiều bộ vi giải quyết và xử lý tương tự với một bộ giải quyết và xử lý TT. – Bộ nhớ chứa chương trình chính do nhà phân phối viết cho robot. Trong đócác chương trình cụ thể và tài liệu nhập vào được thực thi bởi người sử dụng. – Thiết bị xuất / nhập để máy tính nhận thông tin từ những bộ phận tương hỗ lậptrình, từ những cảm ứng và chuyển tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh đến những cơ cấu tổ chức ảnh hưởng tác động vậnhành những trục và đến những thành phần chấp hành bên ngoài có tương quan trong quá trìnhhoạt động của robot cũng như trao đổi thông tin, tài liệu với những máy tính và bộđiều khiển khác. Hình 2.17. Bộ điều khiển và tinh chỉnh robot theo cấu trúc PC – basedMột bộ tinh chỉnh và điều khiển robot ngoài phải có năng lực khi điều tay máy địa thế căn cứ vàocác tín hiệu gửi về từ cảm ứng và tín hiệu từ camera ; tiếp xúc với người vận hànhthông qua những thiết bị xuất nhập như màn hình hiển thị, pa – nen điều khiển và tinh chỉnh cũng như liênBộ nhớ-Ram-ROMBộ giải quyết và xử lý trungtâmThiết bị xuất nhậpBus dữ liệuBus địa chỉBus điều khiểnkết với những thiết bị tinh chỉnh và điều khiển khác trong một mạng lưới hệ thống sản xuất như những máy tínhkhác, robot khác, … Ngoài việc giải quyết và xử lý và điều khiển và tinh chỉnh robot, bộ tinh chỉnh và điều khiển còn đưa ra những tín hiệuđể phối hợp với những thiết bị công nghệ tiên tiến mà robot ship hàng cũng như cho những robot vànhững thiết bị công nghệ tiên tiến khác như những máy công cụ CNC, những băng tải … cùngphối hợp hoạt động giải trí với robotđang tinh chỉnh và điều khiển. Khoa học về robot được tăng trưởng nhanh gọn với những đặc thù kỹ thuậttiên tiến của robot được thực thi nhờ những bộ điều khiển và tinh chỉnh mạnh. Mặc dù vậy, cácrobot thế hệ cũ chuyên thực thi những việc làm đơn thuần vẫn còn được sử dụng khivẫn còn có ích cho việc làm sản xuất. 2.2.1. Bộ giải quyết và xử lý trung tâmTrung tâm của bộ tinh chỉnh và điều khiển là CPU chịu nghĩa vụ và trách nhiệm quản trị thông tin vềbộ nhớ, quản trị xuất nhập, giải quyết và xử lý thông tin, thống kê giám sát và tinh chỉnh và điều khiển và đưa ra những tínhiệu tinh chỉnh và điều khiển cho bộ phận quy đổi tín hiệu. Ứng dụng CPU vào trong bộ điềukhiển rất khác nhau so với từng nhà phân phối. Cụ thể như 1 số ít trường hợp sauđây : ( 1 ) Dùng nguyên một máy tính nhỏ ( minicomputer ) làm việc làm của CPU.Nhà sản xuất Cincinnati Miclaron sử dụng loại máy tính phổ cập thay cho bộ điềukhiển những loại robot thuỷ lực T3. ( 2 ) Dùng những mô-đun mạch máy tính đã có sẵn như Digital EquipmentCorporation LSI-11 để phong cách thiết kế một máy tính sử dụng cho từng mục tiêu riêng, haylàm việc làm của một CPU cho bộ điều khiển và tinh chỉnh robot. Các robot PUMA của nhà sảnxuất Wesstinghouse / Unimation dùng kỹ thuật này để cấu tạo nên bộ tinh chỉnh và điều khiển. ( 3 ) Sử dụng một bộ vi giải quyết và xử lý 8 hoặc 16 bit làm nền tảng cho một CPU. Nhiềunhà sản xuất Nhật Bản đã làm theo kỹ thuật này và nhiều nhà phân phối những bộ điềukhiển lập trình ( PLC ) cũng dùng những bộ vi giải quyết và xử lý này. ( 4 ) Sử dụng một máy tính riêng tiếp xúc với bộ tinh chỉnh và điều khiển của robot để cungcấp những mạng lưới hệ thống lệnh phục vụcho việc làm lập trình, triển khai những giám sát, xửlý để điều khiển và tinh chỉnh tay máy. Hãng phim IBM dùng máy tính của họ để điều khiển và tinh chỉnh kiểurobot 7537 và 7545. Máy tính Rhino RX-1 – của những loại robot Rhino sẽ giao tiếpvới mọi máy vi tính qua những cổng RS 232 của bộ điều khiển và tinh chỉnh. ( 5 ) Dùng mạng lưới hệ thống mạng của những bộ giải quyết và xử lý 8 hay 16 bit link lại với nhaubằng phần cứng và ứng dụng để thực thi việc làm của CPU. Bộ tinh chỉnh và điều khiển củarobot Acramatic Version 4.0 của đơn vị sản xuất Cincinnati Miclaron cho những mô-đunrobot truyền động điện sử dụng kiểu này. Robot trở nên thông dụng từ khi những máy tính 8 – bít như loại APPLE 2E trở nênthông dụng. Cho đến lúc bấy giờ người ta vẫn còn sử dụng những robot với bộ vi giải quyết và xử lý 8 bit như 6800 của MOTOROLA hay Z80 của ZILOG. Nhược điểm cơ bản củanhững bộ điều khiển và tinh chỉnh tiên phong này là bên cạnh yếu tố vận tốc giải quyết và xử lý chậm hơn nhữngbộ vi giải quyết và xử lý lúc bấy giờ, chúng còn bị số lượng giới hạn ở dung tích bộ nhơ mà chúng có thểgửi thông tin đến. Điều này làm số lượng giới hạn năng lực lập trình cũng như hạn chế mộtsố vị trí trong vùng khoảng trống thao tác mà robot phải nhớ trong chính sách huấnluyện. Nhiều robot lúc bấy giờ được trang bị bộ giải quyết và xử lý 16 – bit có kèm theo bộ đồng xửlý đểphục vụ cho việc thống kê giám sát. Được sử dụng nhiều nhất là những bộ vi giải quyết và xử lý họINTEL 8086 và 8088 ( phổ cập trong họ những máy vi tính IBM ), vận tốc giải quyết và xử lý giatăng và việc ngày càng tăng số bộ nhớ địa chỉ được cho phép tinh chỉnh và điều khiển tốt hơn những yếu tố vậntốc và tần suất của tay máy và được cho phép khai thác hết những công suất của ngôn ngữlập trình cho robot. Nhờ những ưu điểm nói trên, những máy vi tính IBM đã tạo ramột tiêu chuẩn công nghiệp, trong đó đáng kể nhất là được cho phép những máy tính có khảnăng trao đổi thông tin với nhau. Trong quá trình này, lập trình không-trực-tuyến ( offline ) với chương trình được viết trên máy tính sau đó truyền cho bộ điều khiểnrobot trở thành một đặc thù chung. Các bộ vi giải quyết và xử lý 42 – bít là bộ não cho những bộ tinh chỉnh và điều khiển của thế hệ robot hiệnđại nhờ ở năng lực tăng vận tốc giải quyết và xử lý và dung tích của bộ nhớ. Máy tính 42 – bitcho phép ghi nhớ được một số lượng lớn những vị trí, điều này thiết yếu cho những robotđiều khiển theo đường dẫn liên tục ( continnuos path ) như robot hàn và robot sơn. Có nhiều bộ xi giải quyết và xử lý 42 – bit được ưu thích như họ MOTOROLA 680 x 0 m, như68030, 68040 …, được dùng trong những mạng máy tính APPLE và MACINTOSH ; hay họ Intel 80×86, như 80386, 80486, … được dùng trong những máy tính IBM. 2.2.2 Bộ nhớBộ nhớ dùng để lưu giữ chương trình và những thông tin phản hồi từ môitrường thao tác. Các máy tính 8 – bit hoàn toàn có thể gửi thông tin đến 64 KB bộ nhớ. Các máy tính 16 – bit thường bị số lượng giới hạn ở 1 MB, trong khi đó những máy tính 42 – bit có thểthực hiệnviệc gửi thông tin đến bộ nhớ 4 GB. Bộ nhớ này không chỉ dành cho người lậptrình để lưu giữ chương trình. Trong phần này tất cả chúng ta sẽ tranh luận vài thông tinkhác được lưu trong bộ nhớ ROM và RAM của robot. Các bộ nhớ ROM được cungcấp cho những robot chiếm giữ một phần bộ nhớ. Các chương trình xuất / nhập cơ bảnnằm trong bộ nhớ ROM. Các chương trình này được cho phép máy tính nhận và chuyểnthông tin với những mạch tiếp xúc của cảm ứng, mạch tiếp xúc của những cơ cấu tổ chức tácđộng, mạch tiếp thị quảng cáo tiếp nối đuôi nhau, bàn phím, màn hình hiển thị và những bộ điều khiển và tinh chỉnh lậptrình trong chính sách đào tạo và giảng dạy ( teach pendants ). ROM cũng chứa những chương trình điều khiển và tinh chỉnh servo cho phép giám sát tínhiệu ra để di dời từng trục đến vị trí nhu yếu hoặc điều khiển và tinh chỉnh tốc độ, gia tốcvà mônen thiết yếu. Chương trình tinh chỉnh và điều khiển servo sử dụng tín hiệu phản hồi từ những cảm ứng đểtính toán và xác lập rơi lệch giữa vị trí ( tốc độ, tần suất, mômen ) hiện tại với vị tríyêu cầu. Một số hãng sản xuất robot ngày càng tăng vận tốc cho robot bằng cách trang bịthêm card giải quyết và xử lý như thể một máy tính riêng cho từng trục để tinh chỉnh và điều khiển theo cơ chếservo. Các máy tính con này chấp hành những lệnh tinh chỉnh và điều khiển nội suy từ bộ vi xử lýcủa máy tính chủ ( bộ tinh chỉnh và điều khiển chủ ). Hầu hết những bộ điều khiển và tinh chỉnh robot có kèm theo những chương trình trong bộ nhớROM được cho phép quản trị được hàng loạt hoạt động của robot. Các đặc thù điềukhiển hoạt động này được cho phép link hoạt động giữa những trục, ví dụ điển hình nhưcác trục sẽ cũng khởi động hoặc cũng dừng hoặc duy trì giá trị vận tốc của những trục. ROM phải chứa những chương trình khởi động mạng lưới hệ thống. Hệ thống khởi độngcho phép người sử dụng đưa ra những lệnh như “ run ”, “ learn ”, “ edit ”, v.v… Tổ chức bộ nhớ trong tinh chỉnh và điều khiển robotNội dung bộ nhớ Kiểu bộ nhớCác chương trình xuất / nhập cơ bản ( gởi và nhận dữliệu đến những thiết bị xuất / nhập ) Các chương trình điều khiển và tinh chỉnh servo ( về vị trí, tốc độvà mômen của những cơ cấu tổ chức ảnh hưởng tác động ) Các chương trình điều khiển và tinh chỉnh hoạt động ( cung cấpcác dữ liệu điểm tinh chỉnh và điều khiển và toạ độ của những trụccho những chương trình tinh chỉnh và điều khiển vervo ) ROMCác chương trình quản lý và vận hành mạng lưới hệ thống ( biên dịch vàthực hiện những lệnh từ người sử dụng ) Các chương trình ứng dụng ( biên dịch và thực hiệncác lệnh trong chương trình của người sử dụng ) Các chương trình do người sử dụng soạn thảoCác vị trí đã được lập trình trong chính sách huấn luyệnGiá trị của những biến điều khiển và tinh chỉnh RAMCác thông số kỹ thuật điều khiển và tinh chỉnh robotVùng nhớ dự trữVùng hoạt động giải trí thống kê giám sát của RAMCác thiết bị xuất / nhập ( được giải quyết và xử lý và sử dụng như làbộ nhớ ở một số ít máy tính. Phần cứngCuối cùng ROM còn kèm theo chương trình ứng dụng để cung ứng việchướng dẫn cho người viết chương trình. Các mức độ khác nhau của chương trìnhứng dụng cùng được cho phép người sử dụng viết, soạn thảo và kiểm tra chương trìnhtrước khi cho chạy hoặc biên dịch những lệnh của chương trình sang dạng ngôn từ

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Công nghệ