1 Các khái niệm và định nghĩa cơ bản.

Theo tiêu chuẩn GHOST 1980

“Robot là máy tự động liên kết giữa một tay máy và một cụm điều khiển chương

trình hóa, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sự điều khiển có

thể thay thế những chức năng tương tự của con người”

Robot công nghiệp là một máy tự động được đặt cố định hoặc di động được liên kết

giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để

hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.

Với những định nghĩa trên Robot công nghiệp có hai đặc trưng cơ bản là :

Robot công nghiệp: Là những tay máy tự động, linh hoạt có thể mô phỏng các chức

năng hoạt động của con người.

Robot học (Robotics): Là ngành khoa học chuyên nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và

ứng dụng Robot trong các lĩnh vực khác nhau của con người.

1.2. Tay Máy Robot

1.2.1. Kết cấu tay máy Robot

Tay máy là phần cơ sở nó quyết định đến khả năng làm việc của Robot. Nó là

thành phần cơ khí đảm bảo cho Robot khả năng chuyển động trong không gian để thực

hiện các nhiệm của Robot như nâng, vận chuyển, lắp ráp… Tay máy Robot thông

thường là cơ cấu hở gồm một chuỗi các khâu liên kết với nhau bằng các khớp, khâu

đầu tiên được nối với giá cố định. Khớp tạo sự linh hoạt giữa các khâu với nhau nói

riêng và toàn bộ tay máy Robot công nghiệp nói chung. Thông qua khớp nối, các khâu

trong cơ cấu tay máy được chuyển động tương đối với nhau. Tùy theo yêu cầu về kết

cấu của Robot mà ta lựa chọn loại khớp liên kết giữa các khâu liên khác nhau. Trong

Robot công nghiệp hiện nay, người ta thƣờng dùng chủ yếu hai loại khớp là khớp

quay và khớp trượt.

Khớp quay: (thường được kí hiệu là R) loại khớp này cho phép chuyển động

quay của khâu này đối với khâu khác quanh một trục quay. Loại khớp này hạn chế

năm khả năng chuyển động giữa hai thành phần khớp do đó khớp có một bậc tự do.

7



Khớp trượt: (thường được kí hiệu là T) loại khớp này cho phép hai khâu trượt

tương đối với nhau theo phương của một trục nào đó. Khớp hạn chế năm khả năng

chuyển động, do đó có một bậc tự do.



Khớp quay



khớp trượt



Hình 1.1 : Các loại khớp thường dùng trong tay máy Robot

Ngoài ra trong một số trường hợp người ta còn dùng khớp cầu để tăng tính linh

hoạt cho Robot. Với loại khớp này cho phép các khâu thực hiện các chuyển động quay

theo tất cả các hướng quanh tâm khớp, và hạn chế các chuyển động tịnh tiến giữa các

khâu. Do đó số bậc tự do của khớp cầu là ba. Trong quá trình thiết kế tay máy Robot,

người ta quan tâm đến thông số ảnh hưởng lớn đến khả năng hoạt động của Robot

như:

 Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay máy..

 Tầm với hay vùng làm việc: phụ thuộc vào kích thước các khâu và cấu trúc

của Robot

 Sự khéo léo của Robot. Thông số này liên quan đến bậc tự do của Robot.

1.2.2. Bậc tự do của Robot

Bậc tự do của Robot là số khả năng chuyển động độc lập (chuyển động quay hoặc

chuyển động tịnh tiến) trong không gian hoạt động. Để có thể di chuyển thực hiện các

thao tác dễ dàng trong vùng làm việc, Robot phải đạt được một số bậc tự do nhất định.

Thông thường tay máy Robot thường là một cơ cấu hở, do đó số bậc tự do của Robot

có thể được tính theo công thức:

8



5



W = 6n − ∑ ipi

i =1



Với n: số khâu động

��: số khớp loại i

Do khớp trong Robot thường là khớp quay hoặc khớp tịnh tiến (khớp loại 5) nên

số bậc tự do của Robot thường bằng số khâu động.

Số bậc tự do của Robot quyết định đến tính linh hoạt của Robot trong quá trình

làm việc. Số bậc tự do càng lớn Robot càng linh hoạt, càng nhiều phương án để điểm

thao tác thực hiện được yêu cầu công việc, điều này rất ý nghĩa trong trường hợp

Robot làm việc trong môi trường có nhiều chướng ngại vật. Tuy nhiên số bậc tự do

chuyển động này không nên lớn hơn sáu, bởi với sáu bậc tự do nếu bố trí một cách 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 theo mọi hướng. Mặt khác cũng phải thừa nhận rằng số bậc tự do

lớn kéo theo hệ quả là: tăng thêm sai số dịch chuyển, tăng chi phí, thời gian sản xuất

và bảo dưỡng Robot. Do đó tùy theo yêu cầu, chức năng mà người ta lựa chọn số bậc

tự do cho tay máy Robot thích hợp.

1.2.3. Vùng làm việc của Robot

Vùng làm việc của Robot là toàn bộ vùng thể tích mà điểm tác động cuối có thể

thao tác được khi Robot có thực hiện tất cả các chuyển động có thể. Thể tích và hình

dáng của vùng làm việc phụ thuộc vào kết cấu của tay máy và miền giá trị của các biến

khớp. Nghiên cứu vùng làm việc của Robot giúp cho nhà thiết kế biết được các giới

hạn, đường biên của vùng không gian làm việc để bố trí một cách hợp lý vị trí của tay

máy hoặc Robot với các thiết bị phối hợp thao tác khác trong hệ thống.



9



Hình 1. 2: Vùng làm việc của Robot

1.3. Đặc điểm và ứng dụng của Robot trong sản xuất.

1.3.1 Đặc điểm.

-



Làm việc không biết mệt mỏi, không có hiện tượng nhầm lẫn trong khi làm



-



việc.

Làm việc trong các môi trường nguy hiểm như phóng xạ, môi trường có khí



-



độc, ….

Thay đổi các thao tác dễ dàng bằng cách thay đổi chương trình đã lập.



1.3.2 Ứng dụng của Robot trong sản xuất.

Robot được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, dưới góc độ thay thế sức người.Mục đích

sử dụng trong các dây chuyển sản xuất nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và hiểu

quả sản xuất từ đó giảm giá thành sản phẩm, nâng cao khả năng cạnh tranh.

-



Trong ngành cơ khí, Robot được sử dụng trong nhiều trong công nghệ đúc,



-



hàn, cắt kim loại, vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm,…

Robot được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất từ động nhằm tạo ra linh

hoạt và tự động cao nhất cho dây chuyền, các Robot này được điểu khiển bằng



-



một hệ thông các phương trình được lâp trình sẵn.

Robot còn được sử dụng trong lĩnh vực y học, quốc phòng, vũ trụ, ….



10



Hình 1.3: Robot hàn trong công nghiệp



Hình 1. 4: Robot phục vụ máy phay CNC

Robot có vai trò và ỹ nghĩa rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống xã hội của

con người. Tuy nhiên, để chế tạo và đưa vào sử dụng một Robot hoàn chỉnh phải qua

11



rất nhều quan trọng, từ thiết kế tính toán các thông số tới chế tạo.Một trong nhưng

công viêc đó là nghiên cứu, tính toán giải bài toán động học của Robot.



12



CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG

MÔ HÌNH ROBOT TRÊN PHẦN MỀM CATIA

Trong chương này em trình bày nội dung chủ yếu là xây dựng mô hình Robot 4 bậc

tự do RRRT dựa trên phần mềm Catia.

2. 1 Tổng quan về phần mềm catia

2.1.1 Khái niệm và phạm vi ứng dụng của phần mềm catia

Phần mềm Catia là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện

nay do hãng Dassault System phát triển. Hiện nay phần mềm này được ứng dụng trong

hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật như cơ khí, tự động hóa công nghiệp ôtô, tàu thủy, hàng

không... Ưu điểm của phần mềm là khả năng đồ họa mạnh, thư viện phần tử lớn thuận

lợi trong thiết kế, thực hiện quá trình vẽ và đưa ra mô hình cấu trúc nhanh, chính

xác… Ngoài ra với phần mềm Catia, ta có thể xuất ra kết quả dưới nhiều định dạng

dạng thuận lợi cho việc liên kết với những phần mềm khác, phần mềm còn có khả

năng giải và mô phỏng được nhiều bài toán trong kỹ thuật.

2.1.2 Giới thiệu về môi trường làm việc Part Design trong phần mềm catia

Cách mở 1 file part

 Chọn File - > chọn new (hoặc là biểu tượng trên màn hình



trên màn



hình). Hộp thoại xuất hiện cho phép chọn lĩnh vực mà chúng ta cần thiết kế.

 Chọn Part trong danh sách những lĩnh vực khác nhau và click OK. Lúc đó

môi trường làm việc part được mở



13



Hình 2. 1 Môi trường làm việc Part Design

Môi trường làm việc của Part được phân chia như sau:











Cây để thể hiện các thao tác mà ta đã thực hiện

Khu vực giành cho việc thiết kế

Những nút lệnh có sẵn trên màn hình dùng cho việc thiết kế

Có thể chọn lệnh cho quá trình thiết kế từ các menu



CATIA sẽ cung cấp cho ta 3 mặt phẳng để thiết kế. Thật sự để thiết kế một khối

part hoàn chỉnh thì ta phải bắt đầu từ biên dạng sketch. Tạo biên dạng sketch được

thực hiện ở môi trường sketch. Để mở nó, ta chỉ cần chọn vào biểu tượng



và chọn



mặt phẳng cần vẽ biên dạng sketch.

Môi trường sketch cung cấp hầu hết các công cụ cho phép chúng ta có thể thiết kế

những biên dạng 2D mà chúng ta cần.

2.1.3 Các khối lệnh cơ bản trong dựng hình

Một khối Part được thiết kế bằng cách là thêm vật liệu, loại bỏ bớt vật liệu, trong

phần này em sẽ trình bày cách để thiết kế một khối Part:

 Tạo một pad Definition: click vào biểu tượng



chọn mặt phẳng cần đùn



theo biên dạng 2D tạo trước và điền những thông số cần thiết trong hộp

thoại.

14