Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot phục vụ sản xuất trong các điều kiện môi trường độc hại và không an toàn

ung möùc ñoä suy giaûm trong ñaàu tö so vôùi caùc saûn phaåm coâng ngheä cao khaùc (nhö maùy coâng cuï CNC bò suy giaûm chæ coøn 1/3) vaãn coøn khaû quan hôn ñaùng keå. Theo ñieàu tra haøng quyù cuûa UNECE/ IFR veà doanh soá ñaët haøng robot coâng nghieäp cuûa haàu heát caùc haõng lôùn nhaát theá giôùi thì doanh soá toaøn caàu cuûa naêm 2003 taêng 26% so vôùi cuøng kyø naêm 2002. Xu theá trong giai ñoaïn 2003 – 2006 möùc taêng tröôûng veà doanh soá treân saûn phaåm robot noùi chung (trong ñoù robot coâng nghieäp chieám hôn 65%) ñöôïc döï baùo nhö sau: Baéc Myõ taêng 35%, Chaâu Aâu taêng 25%, Chaâu AÙ taêng 18%, caùc khu vöïc khaùc taêng 19%. Nhöõng lónh vöïc coâng nghieäp söû duïng robot nhieàu nhaát laø coâng nghieäp OÂ toâ, coâng nghieäp Ñieän vaø Ñieän töû, coâng nghieäp Cheá taïo maùy vaø coâng nghieäp cheá bieán thöïc phaåm. Nhöõng coâng vieäc thöôøng ñöôïc aùp duïng robot laø haøn, laép raùp, vaän chuyeån saûn phaåm vaø caáp phoâi trong caùc daây chuyeàn töï ñoäng. Tính linh hoaït trong vaän haønh khai thaùc, khaû naêng hoaït ñoäng tinh vi, nhanh vaø chuaån xaùc, khaû naêng thay theá con ngöôøi trong moâi tröôøng laøm vieäc ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn cuûa robot coâng nghieäp laø nhöõng yeáu toá quyeát ñònh cuûa vieäc aùp duïng robot trong caùc lónh vöïc coâng nghieäp noùi treân. 4 Vôùi nhu caàu raát lôùn trong caùc lónh vöïc aùp duïng chính nhö treân, söï caïnh tranh giöõa caùc nhaø saûn xuaát robot treân theá giôùi ñaõ giuùp cho saûn phaåm naøy ngaøy moät hoaøn thieän vaø giaù thaønh ngaøy caøng haï hôn. Robot ñöôïc coi nhö moät saûn phaåm ñieån hình cuûa Cô ñieän töû, laø keát quaû tích hôïp cuûa caùc lónh vöïc kyõ thuaät nhö Cô hoïc vaø Cô khí chính xaùc, Ñieän – Ñieän töû, Caûm bieán, Ñieàu khieån vaø Maùy tính. • Muïc tieâu nghieân cöùu cuûa ñeà taøi Muïc tieâu cuûa ñeà taøi naøy laø nghieân cöùu veà caáu taïo vaø caùc phöông phaùp ñieàu khieån thích hôïp treân cô sôû öùng duïng caùc kyõ thuaät tieân tieán vaø xaây döïng caùc giaûi phaùp phaàn cöùng cuõng nhö phaàn meàm ñeå aùp duïng trong vieäc thieát keá vaø cheá taïo caùc robot laøm vieäc trong caùc moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn cho ngöôøi coâng nhaân nhaèm laøm chuû kyõ thuaät cheá taïo robot, aùp duïng vaøo saûn xuaát ôû moät soá ñôn vò coù nhu caàu vaø coù tính tieâu bieåu trong nöôùc ñeå thay theá ngöôøi coâng nhaân laøm vieäc trong moâi tröôøng khoâng thaân thieän nhaèm ñaït ñöôïc naêng suaát cao hôn, an toaøn vaø tin caäy hôn trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa caû heä thoáng thieát bò hieän höõu vôùi chaát löôïng saûn phaåm oån ñònh vaø sau ñoù tìm kieám khaû naêng môû roäng öùng duïng vaøo thöïc tieãn saûn xuaát cuõng nhö trong sinh hoaït trong nöôùc vôùi giaù thaønh thaáp. Muïc tieâu cuûa ñeà taøi naøy ñöôïc theå hieän treân caùc saûn phaåm cuï theå ñaõ ñaêng kyù. Trong Baùo caùo toång keát, muïc tieâu nghieân cöùu ñöôïc theå hieän trong caùc noäi dung chính nhö sau: - Xaây döïng cô sôû lyù luaän veà phöông phaùp thieát keá, phöông phaùp tính toaùn ñoäng hoïc, ñoäng löïc hoïc vaø caùc phaàn töû cô baûn ñeå tích hôïp heä thoáng robot, ñöôïc theå hieän ôû caùc chöông I, II vaø III. - Caùc keát quaû thöïc hieän ñöôïc cuûa ñeà taøi, ñöôïc theå hieän treân caùc chöông IV vaø V. Ñeà taøi KC.03.02 – “Nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn”, nhö teân goïi cuûa noù, nhaèm nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo caùc robot coâng nghieäp coù tính chuyeân bieät, 5 tieâu bieåu ñeå phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi hoaëc/vaø khoâng an toaøn, bao goàm 5 haïng muïc phaàn cöùng : - Robot vaïn naêng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn - Robot haøn - Robot Crane - Tay maùy phuïc vuï trong daây chuyeàn saûn xuaát ñaïn, thuoác noå - Tay maùy laáy saûn phaåm phoâi PET treân maùy eùp nhöïa vaø 3 haïng muïc phaàn meàm laø: - Phaàn meàm tra cöùu veà robot - Phaàn meàm laäp trình vaø ñieàu khieån robot - Phaàn meàm moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot Beân caïnh quaù trình noùi treân, khi trieån khai thöïc hieän nhöõng nhieäm vuï ñöôïc theå hieän ôû caùc haïng muïc noäi dung cuûa ñeà taøi naøy, vieäc nghieân cöùu xaây döïng phöông phaùp luaän trong thieát keá robot vaø ñöa caùc saûn phaåm nghieân cöùu ñeán nhöõng nôi öùng duïng ñeå thu nhaän nhöõng keát quaû ñaùnh giaù töø thöïc teá saûn xuaát nhaèm hoaøn thieän saûn phaåm nghieân cöùu ñöôïc ñaëc bieät quan taâm. Nhoùm nghieân cöùu hy voïng qua vieäc thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu naøy coù theå ñoùng goùp phaàn naøo veà phöông phaùp luaän, veà caùc keát quaû öùng duïng trong thöïc teá saûn xuaát, cuõng nhö trong vieäc nghieân cöùu, giaûng daïy vaø öùng duïng robot trong nöôùc, nhaèm goùp phaàn xaây döïng naêng löïc noäi sinh trong lónh vöïc nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo robot ñeå coù theå ñaùp öùng böôùc ñaàu veà nhu caàu töï ñoäng hoùa coâng nghieäp ôû nöôùc ta. Baùo caùo toång keát naøy taäp trung trình baøy caùc vaán ñeà coù lieân quan ñeán phöông phaùp luaän – goàm nhöõng noäi dung lieân quan ñeán nhöõng vaán ñeà veà quan ñieåm nghieân cöùu thieát keá, caùc vaán ñeà lieân quan ñeán cô sôû phöông phaùp tính toaùn thieát keá, giôùi thieäu caùc phaàn töû trong heä thoáng robot vaø vaán ñeà khai thaùc söû duïng robot trong coâng nghieäp theå hieän ôû moái lieân keä keát noái ñieàu khieån phoái hôïp giöõa robot vôùi caùc 6 thieát bò ngoaïi vi khaùc trong heä thoáng. Vì vaäy, trong baùo caùo khoâng trình baøy nhöõng vaán ñeà hieån nhieân coù lieân quan ñeán quaù trình thöïc hieän nhöng laø nhöõng coâng vieäc cuûa kyõ sö nhö tính toaùn thieát keá chi tieát maùy, tính beàn,… Theo quan ñieåm ñoù, noäi dung trình baøy trong baùo caùo toång keát ñöôïc cuï theå hoùa ôû caùc chöông sau: - Chöông 1: Toång quan veà phöông phaùp thieát keá robot coâng nghieäp. - Chöông 2: Caùc baøi toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc robot. Xaây döïng phaàn meàm tính toaùn vaø moâ phoûng caùc ñaëc ñieåm ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa cô caáu robot döï kieán thieát keá. - Chöông 3: Giôùi thieäu moät soá phaàn töû tieâu bieåu ñöôïc öùng duïng treân heä thoáng robot: boä ñieàu khieån PC based, panel hoã trôï laäp trình vaø ñieàu khieån, caùc cô caáu truyeàn ñoäng chuyeân duøng, maïch laùi, caûm bieán vò trí vaø toác ñoä, ñoäng cô ñieän, … - Chöông 4: Giôùi thieäu caùc haïng muïc phaàn meàm ñaõ thöïc hieän. - Chöông 5: Giôùi thieäu vaø minh hoïa caùc haïng muïc robot trong ñeà taøi: baûn veõ thieát keá toång theå cuûa töøng haïng muïc, hình aûnh caùc saûn phaåm tieâu bieåu cuûa ñeà taøi. - Chöông 6: Keát quaû ñaït ñöôïc vaø kieán nghò - Taøi lieäu tham khaûo - Phaàn phuï luïc (khoâng theå hieän ôû Baùo caùo toùm taét naøy) i. Baûn veõ chi tieát moät soá haïng muïc tieâu bieåu. ii. YÙ kieán nhaän xeùt cuûa nôi öùng duïng. iii. Keát quaû kieåm tra, ñaùnh giaù cuûa Cô quan chöùc naêng veà moät soá ñaëc ñieåm vaø chæ tieâu kyõ thuaät cô baûn cuûa saûn phaåm nghieân cöùu. iv. Ñóa minh hoïa caùc haïng muïc phaàn meàm 7 I. MUÏC TIEÂU, NOÄI DUNG, PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU VAØ CAÙC HAÏNG MUÏC ÑAÊNG KYÙ TRIEÅN KHAI 1.1 Muïc tieâu vaø noäi dung cuûa ñeà taøi nghieân cöùu (caùc noäi dung trình baøy trong khung ñöôïc trích töø Thuyeát minh ñaêng kyù ñeà taøi ñöôïc ñính keøm theo trong Hôïp ñoàng NC KHCN giöõa Ban Chuû nhieäm Chöông trình KC.03 vôùi Cô quan chuû trì) Muïc tieâu cuûa ñeà taøi (Ghi muïc tieâu toång quaùt vaø muïc tieâu cuï theå cuûa ñeà taøi) Muïc tieâu cuûa ñeà taøi naøy laø nghieân cöùu veà caáu taïo vaø caùc phöông phaùp ñieàu khieån thích hôïp treân cô sôû öùng duïng caùc kyõ thuaät tieân tieán vaø xaây döïng caùc giaûi phaùp phaàn cöùng cuõng nhö phaàn meàm ñeå aùp duïng trong vieäc thieát keá vaø cheá taïo caùc robot laøm vieäc trong caùc moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn cho ngöôøi coâng nhaân nhaèm laøm chuû kyõ thuaät cheá taïo robot, aùp duïng vaøo saûn xuaát ôû moät soá ñôn vò coù nhu caàu vaø coù tính tieâu bieåu trong nöôùc ñeå thay theá ngöôøi coâng nhaân nhaèm ñaït ñöôïc naêng suaát cao hôn, an toaøn vaø tin caäy hôn trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa caû heä thoáng thieát bò hieän höõu vôùi chaát löôïng saûn phaåm oån ñònh vaø sau ñoù tìm kieám khaû naêng môû roäng öùng duïng vaøo thöïc tieãn saûn xuaát cuõng nhö trong sinh hoaït trong nöôùc vôùi giaù thaønh thaáp. Muïc tieâu cuï theå cuûa ñeà taøi naøy bao goàm : i. Xaây döïng cô sôû lyù luaän veà maët caáu taïo, phöông phaùp thieát keá vaø phöông phaùp ñieàu khieån ñeå cheá taïo caùc robot, tay maùy trong caùc quaù trình hoùa nhieät luyeän coù khí ñoäc vaø caùc quaù trình boác dôõ, vaän chuyeån vaät lieäu rôøi nhieàu buïi vaø khí ñoäc. ii. Nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo vaø aùp duïng robot haøn, caét trong khoâng gian nhieàu chieàu phuïc vuï cho caùc coâng vieäc haøn voû taøu thuûy, thieát bò hoùa daàu vaø trong coâng ngheä cheá taïo maùy noùi chung ôû ñieàu kieän moâi tröôøng khoâng thaân thieän vôùi söùc khoûe vaø söï an toaøn cuûa ngöôøi coâng nhaân. 8 iii. Xaây döïng cô sôû lyù luaän veà maët caáu taïo, phöông phaùp thieát keá vaø phöông phaùp ñieàu khieån ñeå cheá taïo caùc daïng robot, tay maùy thao taùc treân cao beân ngoaøi caùc coâng trình, nhaø cao taàng. (Haïng muïc naøy ñöôïc thay theá baèng robot camera crane phuïc vuï cho coâng vieäc quay phim vôùi söï chuaån y cuûa Ban chuû nhieäm Chöông trình KC.03). iv. Xaây döïng cô sôû lyù luaän veà maët caáu taïo, phöông phaùp thieát keá vaø phöông phaùp ñieàu khieån ñeå cheá taïo caùc robot, tay maùy trong caùc quaù trình saûn xuaát coâng nghieäp thuoäc ngaønh nhöïa, thuûy tinh, saûn xuaát vaät lieäu xaây döïng. v. Xaây döïng cô sôû lyù luaän veà maët caáu taïo, phöông phaùp thieát keá vaø phöông phaùp ñieàu khieån robot phuïc vuï trong caùc quaù trình naïp thuoác suùng, chaát noã. • Tình hình nghieân cöùu öùng duïng ôû nöôùc ngoaøi : Vieäc nghieân cöùu vaø öùng duïng robot trong saûn xuaát coâng nghieäp vaø trong an ninh, quoác phoøng ñaõ ñöôïc caùc nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån quan taâm töø khaù sôùm. Keå töø nhöõng maãu robot coâng nghieäp ñaàu tieân nhö Unimate - 01 vaø Versatrans E-EHV cuûa haõng Unimation ñöa vaøo öùng duïng ôû Hoa Kyø vaøo ñaàu thaäp kyõ 1960 ñeán nay, ñaõ coù nhieàu nöôùc coâng nghieäp phaùt trieån khaùc goàm Nhaät Baûn vaø moät soá nöôùc ôû Chaâu Aâu ñaõ nhanh choùng nghieân cöùu vaø öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc saûn xuaát khaùc nhau. Trong ñoù, ñaùng keå nhaát laø ñöa robot öùng duïng trong coâng nghieäp ôû caùc ngaønh saûn xuaát naëng nhoïc, ñoäc haïi nhö trong ngaønh saûn xuaát hoùa chaát vaø trong ngaønh luyeän kim, trong caùc moâi tröôøng vaø coâng ngheä saûn xuaát thieáu ñoä an toaøn nhö treân caùc daây chuyeàn reøn daäp, trong cheá taïo thieát bò ñieän côõ lôùn, trong caùc daây chuyeàn saûn xuaát linh hoaït nhaèm thay theá lao ñoäng thuû coâng cuûa coâng nhaân, … Nhöõng nöôùc coâng nghieäp haøng ñaàu treân theá giôùi vôùi caùc haõng thieát keá vaø cheá taïo 9 robot coâng nghieäp vaø caùc maãu robot noåi tieáng, coù theå keå ra moät caùch sô löôïc döôùi ñaây: - Hoa Kyø : haõng Unimation vôùi nhieàu maãu, trong soá ñoù noåi tieáng laø caùc maãu UNIMATE, VERSATRANS, haõng Cincinnati Milacron cuõng coù raát nhieàu maãu, trong soá ñoù maãu gCH – Arm ñöôïc söû duïng khaù phoå bieán. Moät soá haõng haøng ñaàu khaùc trong lónh vöïc cheá taïo robot nhö Automatix, Inc., GMF Robotics, Inc., Hobart Brothers Company, … - Chaâu Aâu : Taäp trung ôû Baéc Aâu laø caùc nöôùc Thuïy Ñieån vôùi caùc maãu Kaufeldt, Trallfa vaø Asea cuûa haõng ASEA Robotics, Inc.,; Phaàn Lan vôùi maãu robot PUMA – cuûa haõng Nokia. ÔÛ Taâu Aâu, tieâu bieåu laø Italia vôùi caùc maãu robot PO 1, RBT20, ORCA, HO-1, RE-3 vaø CHLB Ñöùc vôùi caùc maãu IR – 1 , IR – 2, IR – 3 cuûa haõng Boss vaø moät soá maãu khaùc cuûa caùc haõng Siemens, Mannesman Rexroth, Festo Pneumatic. Ñoâng Aâu cuõng coù moät soá maãu robot coâng nghieäp ñieån hình nhö MTL- CO, M-04, M63-OL cuûa Tieäp khaéc, Pirin – A cuûa Bungaria, RJMP-401 cuûa Balan. Tuy nhieân, ñaùng keå nhaát laø caùc robot coâng nghieäp cuûa Lieân Xoâ tröôùc ñaây goàm caùc loaïi tieâu bieåu nhö PO/1 B; RF-1001 S; ITEKAR; RKTB; UM-1; PR-10; UNIVERSAL - 5, 50M; hoï CM 80, hoï TRT-1-… - Nhaät Baûn : tuy khoâng phaûi laø ñaát nöôùc saùng taïo ra robot ñaàu tieân nhöng hieän nay Nhaät Baûn laø ñaát nöôùc coù soá löôïng robot söû duïng trong coâng nghieäp ñöùng ñaàu theá giôùi. Nhöõng maãu robot noåi tieáng cuûa Nhaät Baûn coù theå keå ra laø Autohand AN-60-3, Motbac JRC – 30, Toyoda BBS, Kawasaki Unimate, Robitus RB, Tosman. Moät soá haõng nhö tuy ñi sau nhöng ñaõ coù nhöõng saûn phaåm raát tieâu bieåu nhö Fanuc vôùi maãu FA 1000, Mitsubishi vôùi maãu MV 200, National Panasonic vôùi maãu Kubota, Honda vôùi maãu ngöôøi maùy “i-walk”, Sony vôùi chuù choù Aibo,… 10 • Tình hình nghieân cöùu trong nöôùc: Tröôùc nhu caàu cuûa an ninh, quoác phoøng vaø saûn xuaát coâng nghieäp trong nöôùc, nhaèm nghieân cöùu cheá taïo caùc maãu robot thay theá ngoaïi nhaäp coù giaù thaønh thaáp, gaàn ñaây moät soá ñôn vò trong nöôùc ñaõ coù moät soá keát quaû nghieân cöùu vaø öùng duïng ñaït ñöôïc khaù ñieån hình nhö : - Maãu robot cuûa Vieän N/C Töï ñoäng hoùa thuoäc Trung taâm KHTN vaø CNQG. - Maãu robot di ñoäng hoaït ñoäng trong moâi tröôøng chaùy noã cuûa Vieän ÑT, TH & TÑH (Vielina). - Maãu robot MSR 50 boác dôû vaø vaän chuyeån vaät lieäu rôøi cuûa Vieän ÑT, TH & TÑH (Vielina). - Moät soá maãu robot cuûa Trung taâm NCKT TÑH cuûa ÑHBK Haø Noäi : robot RBP – 4102, 6 baäc töï do, robot SCA mini. - Maãu robot laáy saûn phaåm phoâi chai nhöïa PET do Khoa Cô Khí ÑHBK TP. HCM cheá taïo cho Coâng ty Baûo Vaân. - Boä ñieàu khieån Digital aùp duïng cho robot daïng SCARA 4 truïc do Vieän Cô Hoïc ÖÙng Duïng TP. HCM thöïc hieän Beân caïnh ñoù, moät soá maãu robot ñang ñöôïc nghieân cöùu vaø trieån khai öùng duïng theo ñôn ñaët haøng cuï theå goàm : • Robot laáy ñóa CD treân maùy eùp nhöïa, Xöôûng saûn xuaát cuûa Nhaø maùy Z 755. • Robot haøn caùc saûn phaåm kim khí myõ ngheä xuaát khaåu theo yeâu caàu cuûa Coâng ty saûn xuaát Phuù Ñònh, Q.6, TP. Hoà Chí Minh. Beân caïnh soá löôïng ñoâng ñaûo caùc robot söû duïng trong saûn xuaát coâng nghieäp; maø haàu heát laø caùc robot tónh taïi, vôùi muïc ñích chuû yeáu laø laøm linh hoat hoùa quaù trình saûn xuaát ñaõ ñöôïc töï ñoäng hoùa, trong thôøi gian gaàn ñaây, vieäc nghieân cöùu vaø öùng duïng robot di ñoäng trong saûn xuaát, sinh hoaït vaø giaûi trí ngaøy caøng ñöôïc phaùt trieån. Beân 11 caïnh nhöõng thaønh töïu veà ñieàu khieån, giaùm saùt, khaû naêng töï laäp trình, … ñaõ ñöôïc öùng duïng vaøo robot coâng nghieäp tónh taïi, nhöõng robot di ñoäng ngaøy nay coøn ñoøi hoûi phaûi ñöôïc aùp duïng caùc phöông phaùp ñieàu khieån tinh vi hôn keøm theo vieäc trang bò cho chuùng caùc khaû naêng nhaän daïng veà hình aûnh, khoaûng caùch ñeán chöôùng ngaïi vaät (hoaëc ñoái töôïng thao taùc), khaû naêng nhaän bieát tieáng noùi vaø khaû naêng nhaân bieát doái töôïng qua tieáp xuùc,…. Maëc duø robot di ñoäng ñöôïc quan taâm nghieân cöùu ñeå saùng taïo ngaøy moät nhieàu hôn tröôùc maét nhaèm vaøo caùc lónh vöïc sinh hoaït, giaûi trí. Tuy nhieân nhöõng thaønh töïu noùi treân coù moät tieàm naêng öùng duïng höõu ích trong nhöõng lónh vöïc an ninh, quoác phoøng, cöùu hoä, khaûo saùt ñaïi döông, v.v… Coù theå hieåu ngöôïc laïi laø nhöõng thaønh töïu ñaõ vaø ñang ñöôïc aùp duïng treân nhöõng robot phuïc vuï trong lónh vöïc sinh hoaït vaø giaûi trí noùi treân thöïc ra coù theå laø nhöõng keát quaû nghieân cöùu ñaõ ñöôïc aùp duïng trong lónh vöïc an ninh, quoác phoøng. Hieåu theo moät caùch khaùc, neáu nhöõng vaán ñeà nghieân cöùu treân robot di ñoäng ñem laïi nhöõng keát quaû khaû quan, thì khaû naêng öùng duïng laø raát ñaùng keå trong nhieàu lónh vöïc khaùc nhau. • ÔÛ nöôùc ngoaøi, coù theå neâu ra nhöõng thaønh töïu to lôùn maø robot di ñoäng ñem laïi. Trong ñoù, ñaùng keå nhaát laø robot töï haønh coù daïng moät xe ñaëc bieät di chuyeån treân maët traêng vôùi teân goïi laø Lu-na-khoát laø moät thaønh töïu ñaùng keå cuûa caùc nhaø khoa hoïc Xoâ- vieát trong nhöõng naêm 60 –70 cuûa theá kyõ 20, caùc robot di ñoäng daïng AGV söû duïng trong caùc nhaø maùy töï ñoäng, trong vieäc raø vaø gôû mìn, cöùu hoä ôû nhöõng moâi tröôøng nguy hieåm, nhöõng nôi bò ñoäng ñaát v.v…ôû Hoa Kyø, caùc robot di ñoäng hoaëc nhöõng phöông tieän vaän chuyeån khoâng ngöôøi laùi ôû CHLB Ñöùc vaø Anh, caùc robot coù daïng caù, choù Aibo cuûa haõng Sony, hoaëc ngöôøi maùy ‘i-walk’ cuûa haõng Honda ôû Nhaät Baûn. Coù theå nhaän thaáy raèng caùc nhaø khoa hoïc ôû Hoa Kyø hoaëc caùc nöôùc Chaâu Aâu coù khuynh höôùng nghieân cöùu caùc robot di ñoäng höôùng vaøo lónh vöïc saûn xuaát, an ninh, quoác phoøng nhieàu hôn. Trong khi ñoù, ngöôøi Nhaät quan taâm nhieàu hôn ñeán vieäc öùng 12 duïng nhöõng thaønh töu ñoù vaøo lónh vöïc giaûi trí vaø sinh hoaït nhö caùc robot di ñoäng phuïc vuï trong beänh vieän, trong gia ñình. • ÔÛ nöôùc ta, moät soá ít ñôn vò nghieân cöùu ñaõ baét ñaàu quan taâm ñeán vaán ñeà naøy nhö robot di doäng cöùu hoä cuûa Vieän ñieän töû, tin hoïc vaø töï ñoäng hoùa, moät vaøi maãu moâ hình robot di ñoäng mang tính nghieân cöùu ôû Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Haø Noäi. Treân cô sôû cuûa nhöõng tieán boä trong kyõ thuaät nhaän daïng vaø xöû lyù hình aûnh ñang daàn phoå bieán, keát hôïp vôùi nhöõng tieán boä veà töï ñoäng hoùa thieát bò coâng nghieäp, tính khaû thi trong vieäc nghieân cöùu vaø cheá taïo robot di ñoäng phuïc vuï cho nhöõng yeâu caàu ña daïng trong nöôùc laø hieän thöïc. • Veà maët cô sôû phöông phaùp, coù theå nhaän thaáy raèng neáu khoâng coù nhöõng nghieân cöùu cô baûn vaø nhöõng khaûo cöùu, ñoái saùnh treân moâ hình thöïc teá veà lyù thuyeát vaø kyõ thuaät nhaän daïng hình aûnh, xaùc ñònh toïa ñoä vaø höôùng hieän höõu cuûa robot, xaùc ñònh khoaûng caùch ñeán ñoái töôïng hoaëc chöôùng ngaïi vaät, thì khoâng theå cung caáp döõ lieäu cho caùc thuaät toaùn xöû lyù moät caùch töùc thôøi vaø hôïp lyù nhaèm baûo ñaûm khaû naêng xaùc ñònh sai soá ñeå hieäu chænh quyõ ñaïo vaø toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa robot ñeå hoaøn thaønh moät taùc vuï yeâu caàu naøo ñoù. - Maëc duø treân theá giôùi ñaõ coù nhöõng thaønh töïu lôùn veà vaán ñeà caáu taïo vaø ñieàu khieån caùc daïng robot coâng nghieäp bao goàm robot coá ñònh vaø robot di ñoäng nhaèm vaøo nhöõng muïc ñích öùng duïng khaùc nhau vaø trong nöôùc cuõng ñaõ coù moät vaøi keát quaû nghieân cöùu. Tuy nhieân, vieäc laøm chuû kyõ thuaät vaø coâng ngheä (caû phaàn cöùng vaø phaàn meàm) treân caùc quaù trình ñieàu khieån hoaït ñoäng cuõng nhö ñaùp öùng nhanh vaø chính xaùc cuûa robot coâng nghieäp laø moät vaán ñeà caàn phaûi ñaàu tö nghieân cöùu. Ngoaøi ra, sau nhöõng keát quaû nghieân cöùu ñaït ñöôïc ôû böôùc ñaàu ñoù caàn phaûi ñöôïc aùp duïng vaøo thöïc teá vôùi moät maãu robot di ñoäng (trong ñoù keå caû daïng robotcrane) coù nhöõng khaû naêng höõu ích trong saûn xuaát hoaëc sinh hoaït ôû moät giaù thaønh hôïp lyù, phuø hôïp vôùi nhöõng nhaø tieâu thuï trong nöôùc. 13 1.2 Phöông phaùp nghieân cöùu Phöông phaùp tieáp caän • Caên cöù vaøo keát quaû khaûo saùt nhu caàu thöïc tieãn trong saûn xuaát ôû caùc ngaønh coâng nghieäp, an ninh, quoác phoøng ñeå xaùc ñònh roõ caùc yeâu caàu kyõ thuaät cuï theå trong töøng tröôøng hôïp öùng duïng, töø ñoù xaùc ñònh caùc maãu robot thích hôïp trong töøng lónh vöïc aùp duïng vaø xaây döïng caùc chæ tieâu kyõ thuaät vaø kinh teá laøm cô sôû cho coâng vieäc nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo robot. • Keát hôïp khaûo saùt, nghieân cöùu lyù thuyeát vôùi caùc taøi lieäu kyõ thuaät vaø caùc maãu robot coâng nghieäp cuûa nöôùc ngoaøi keát hôïp vôùi ñaëc ñieåm söû duïng trong moâi tröôøng cuõng nhö ñieàu kieän trong nöôùc (khí haäu, kieán thöùc vaø möùc ñoä laønh ngheà cuûa ngöôøi vaän haønh, khai thaùc thieát bò,…) ñeå ñi ñeán nhöõng maãu robot thích hôïp nhaát, mang tính khaû thi cao nhaát trong aùp duïng nhö deã söû duïng, deã baûo trì, thay theá khi caàn thieát. Phöông phaùp luaän • Coù theå nhaän thaáy raèng ñaây laø moät vaán ñeà maø nhöõng nhaø khoa hoïc vaø caùn boä kyõ thuaät trong nöôùc caàn phaûi quan taâm, ñaàu tö nghieân cöùu ñeå moät maët nhanh choùng ñöa nhöõng thaønh töïu veà khoa hoïc, coâng ngheä nhaát laø nhöõng thaønh töïu trong lónh vöïc robot hoïc vaøo caùc öùng duïng coù nhu caàu trong nöôùc, töøng böôùc naâng cao trình ñoä saûn xuaát trong nöôùc ñeå khoâng bò tuït haäu so vôùi trình ñoä saûn xuaát cuûa khu vöïc vaø theá giôùi. Maët khaùc qua ñeà taøi nghieân cöùu phaùt trieån vaø caùc döï aùn öùng duïng thöïc tieãn ñeå ñaøo taïo moät ñoäi nguõ coù trình ñoä chuyeân moân cao, taïo moät noäi löïc saün saøng khi ñaát nöôùc coù yeâu caàu. • Keá thöøa nhöõng thaønh töïu ñaõ coù ñöôïc cuûa nhöõng coâng trình nghieân cöùu trong vaø ngoaøi nöôùc ñaëc bieät laø nhöõng tieán boä trong phöông phaùp ñieàu khieån hieän ñaïi nhö ñieàu khieån toái öu vaø ñieàu khieån thích nghi theå hieän ôû caùc heä thoáng ñieàu khieån soá nhö trang bò khaû naêng töï hoïc cho robot, khaû naêng nhaän bieát ñoái 14 töôïng thao taùc, khaû naêng tìm kieám muïc tieâu cho tröôùc treân cô sôû öùng duïng kyõ thuaät nhaän daïng vaø xöû lyù hình aûnh phuïc vuï cho nhöõng yeâu caàu ña daïng trong saûn xuaát vaø ñôøi soáng. • Cuõng veà maët phöông phaùp luaän, caàn tieáp caän nhanh vôùi trình ñoä kyõ thuaät vaø coâng ngheä cuûa theá giôùi trong lónh vöïc robot. Khaû naêng naøy laø hoaøn toaøn coù theå. Vieäc nghieân cöùu öùng duïng robot trong töï ñoäng hoùa saûn xuaát khoâng chæ giaûi quyeát ôû vaán ñeà kyõ thuaät gia coâng cheá taïo chính xaùc maø coøn coù theå trang bò trí thoâng minh döïa treân caùc thaønh töïu cuûa trí tueä nhaân taïo nhö khaû naêng xaùc ñònh khoaûng caùch ñeán ñoái töôïng hoaëc chöôùng ngaïi vaät, khaû naêng nhaän bieát leänh qua tieáng noùi töø ngöôøi ñieàu khieån, khaû naêng nhaän bieát hình daïng, ñaëc ñieåm cuûa ñoái töôïng qua tieáp xuùc hoaëc qua hình aûnh thu nhaän ñöôïc. • Coù theå nhaän thaáy raèng neáu khoâng coù nhöõng nghieân cöùu cô baûn vaø nhöõng khaûo cöùu, ñoái saùnh treân moâ hình, thieát bò thöïc teá vôùi lyù thuyeát vaø kyõ thuaät nhaän daïng hình aûnh, xaùc ñònh toïa ñoä vaø höôùng hieän höõu cuûa robot, xaùc ñònh khoaûng caùch ñeán ñoái töôïng hoaëc chöôùng ngaïi vaät, thì khoâng theå cung caáp döõ lieäu cho caùc thuaät toaùn xöû lyù moät caùch töùc thôøi vaø hôïp lyù nhaèm baûo ñaûm khaû naêng xaùc ñònh sai soá ñeå hieäu chænh quyõ ñaïo vaø toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa robot (cho caû loaïi tónh taïi vaø di ñoäng) ñeå hoaøn thaønh moät taùc vuï yeâu caàu naøo ñoù. Kyõ thuaät söû duïng – naêng löïc kyõ thuaät cuûa caùc phöông phaùp Nhöõng kyõ thuaät sau ñaây caàn ñöôïc nghieân cöùu vaø aùp duïng vaøo quaù trình nghieân cöùu, thieát keá vaø cheá taïo caùc robot phuïc vuï trong moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn : a) Kyõ thuaät cheá taïo chính xaùc treân cô sôû söû duïng vaät lieäu vaø caùc cheá ñoä nhieät luyeän thích hôïp cho caùc öùng duïng cuï theå. b) Kyõ thuaät nhaän daïng: hình aûnh, tieáng noùi, khoaûng caùch ñeán ñoái töôïng, chöôùng ngaïi vaät. 15 c) Kyõ thuaät ñieàu khieån töø xa (ñoái vôùi robot di ñoäng). d) Phöông phaùp ñieàu khieån: aùp duïng caùc phöông phaùp vaø giaûi thuaät ñieàu khieån toái öu vaø ñieàu khieån thích nghi treân caùc loaïi robot moät caùch coù choïn loïc ôû nhöõng möùc ñoä vaø yeâu caàu söû duïng khaùc nhau. e) Kyõ thuaät ñieàu khieån giaùm saùt: treân cô sôû thu nhaän döõ lieäu hoaït ñoäng cuûa robot trong thôøi gian thöïc ñeå giaùm saùt vaø ñieàu khieån kòp thôøi caùc ñaùp öùng nhaèm baûo ñaûm an toaøn vaø tin caäy trong hoaït ñoäng cuûa caû heä thoáng coù söû duïng robot. Phöông tieän, thieát bò chuyeân duøng • Vôùi muïc tieâu cheá taïo: caàn söû duïng nhöõng maùy coâng cuï CNC ñeå ñaûm baûo ñoä chính xaùc cô khí, baûo ñaûm söû duïng ñuùng vaät lieäu vôùi caùc cheá ñoä nhieät luyeän thích hôïp. • Vôùi muïc tieâu ñieàu khieån: söû duïng keát hôïp caùc thieát bò ñieàu khieån kieåu PC- based goàm maùy tính PC, maùy tính coâng nghieäp (IPC) hoaëc caùc boä ñieàu khieån laäp trình PLC vôùi caùc thieát bò thu nhaän döõ lieäu chuyeân duøng ñeå coù theå thöïc hieän caùc thuaät toaùn ñieàu khieån phöùc taïp, dung löôïng boä nhôù lôùn, coù khaû naêng ñieàu khieån giaùm saùt thôøi gian thöïc vaø ñaëc bieät laø khaû naêng truyeàn thoâng ñeå noái maïng trong heä thoáng lôùn hôn trong töông lai khi coù nhu caàu. • Ôû caû hai muïc tieâu treân ñaây seõ caàn quan taâm söû duïng nhöõng kyõ thuaät vaø phaàn meàm moâ phoûng nhö Dynamic simulation, OpenGL,… ñeå hoã trôï cho coâng vieäc thieát keá, ñieàu khieån giaùm saùt. • Vôùi muïc tieâu nghieân cöùu khaû naêng trang bò trí tueä nhaân taïo: söû duïng caùc thieát bò vaø caûm bieán chuyeân duøng nhö caùc boä thu phaùt sieâu aâm (coù theå töï cheá taïo) ñeå xaùc ñònh khoaûng caùch, camera ñeå thu nhaän vaø xöû lyù hình aûnh, caûm bieán xuùc giaùc (coù theå töï cheá taïo) daïng tín hieäu soá ñeå nhaän bieát hình daïng, kích thöôùc ñoái töôïng. 16 • Vôùi muïc tieâu nghieân cöùu kyõ thuaät ñieàu khieån töø xa, khoâng daây : söû duïng caùc boä thu phaùt soùng voâ tuyeán daïng soùng xung vaø caùc boä giaûi maõ ñeå ñieàu khieån töø xa caùc robot. Tính môùi cuûa ñeà taøi • Veà phöông phaùp: aùp duïng caùc phöông phaùp vaø giaûi thuaät ñieàu khieån toái öu vaø ñieàu khieån thích nghi vaøo caùc robot söû duïng ñoäng cô ñieän theo cô cheá ñieàu khieån servo. • Veà kyõ thuaät: aùp duïng kyõ thuaät ñieàu khieån giaùm saùt thôøi gian thöïc baèng caùc thieát bò phaàn cöùng keát hôïp vôùi phaàn meàm moâ phoûng thôøi gian thöïc trong laäp trình vaø ñieàu khieån. Trong moät soá öùng duïng cuï theå, trang bò khaû naêng nhaän daïng (trí tueä nhaân taïo) cho robot; ñaëc bieät laø treân robot di ñoäng vaø robotcrane. II. KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÖÙNG DUÏNG CUÛA ÑEÀ TAØI Sau gaàn 3 naêm nghieân cöùu vaø trieån khai (töø thaùng 10/2001 ñeán thaùng 8/2004) taäp theå thöïc hieän ñeà taøi ñaõ coá gaéng laøm vieäc theo phöông chaâm: baùm saùt ñeà cöông ñaêng kyù, taïo ra saûn phaåm nghieân cöùu phuø hôïp vôùi yeâu caàu cuûa nôi söû duïng vaø ñieàu kieän trang bò trong nöôùc, ñaëc bieät quan taâm ñeán muïc tieâu öùng duïng cuûa ñeà taøi laø nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo caùc robot phuïc vuï saûn xuaát trong ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn. Treân cô sôû cuûa nhöõng coâng vieäc thöïc teá ñaõ hoaøn thaønh, thay maët cho taäp theå thöïc hieän ñeà taøi, chuùng toâi xin ñöôïc toång keát caùc keát quaû ñaõ thöïc hieän ñöôïc nhö sau: 17 2.1 Nhöõng ñoùng goùp cuûa ñeà taøi nghieân cöùu 2.1.1 Veà phöông phaùp thieát keá robot Treân cô sôû nhöõng coâng vieäc ñaõ tieán haønh treân thöïc teá vaø toång hôïp kinh nghieäm töø caùc nguoàn tö lieäu caäp nhaät vaø taøi lieäu tham khaûo, ôû chöông 1 cuûa Baùo caùo ñaõ trình baøy veà phöông phaùp luaän thieát keá robot mang tính toång keát veà quaù trình tieán haønh vaø nhöõng vaán ñeà coù lieân quan ñeán quaù trình thieát keá moät robot cho moät muïc ñích söû duïng cuï theå. Trong ñoù, nhöõng vaán ñeà lieân quan ñeán vieäc moâ phoûng ñaëc ñieåm ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cuûa robot döï kieán thieát keá tröôùc khi ñi vaøo thieát keá cheá taïo cuï theå, hieäu chænh chuaån robot sau khi cheá taïo vaø trong quaù trình söû duïng cuõng ñöôïc quan taâm. Do hoaøn caûnh thöïc teá ôû Vieät Nam, caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeå hieäu chænh chuaån vaø ñaùnh giaù chaát löôïng moät saûn phaåm robot hoaøn toaøn chöa coù, vaø do ñoù, caùc Trung taâm kieåm ñònh vaø ño löôøng chaát löôïng cuõng chöa coù quy trình kieåm chuaån caùc saûn phaåm naøy. Treân cô sôû nhöõng khaûo saùt vaø trình baøy ôû chöông 1, nhoùm chuû trì ñeà taøi ñaõ cuøng vôùi caùc cô quan coù chöùc naêng kieåm ñònh ñaõ tieán haønh xaây döïng caùc phöông aùn kieåm tra ñeå ñaùnh giaù ñoä chính xaùc ñònh vò vaø ñoä chính xaùc laëp laïi vò trí cuûa caùc haïng muïc robot cuûa ñeà taøi treân cô sôû caùc trang thieát bò ño löôøng hieän coù trong nöôùc. Qua ñoù, trong töông lai caùc ñôn vò kieåm ñònh coù theå hoaøn thieän daàn quy trình ño kieåm, ñaùnh giaù chaát löôïng cho caùc saûn phaåm töông töï ñeå trôû thaønh quy trình kieåm chuaån chính thöùc. 2.1.2 Veà phöông phaùp giaûi baøi toaùn ñoäng löïc hoïc tay maùy treân cô sôû taùch nhoùm 3 khaâu – Xaây döïng phaàn meàm tính toaùn vaø moâ phoûng keát quaû. Moät cô sôû quan troïng cuûa quaù trình tính toaùn thieát keá robot laø xaùc ñònh moâ men vaø coâng suaát ñoäng cô treân töøng khaâu ñoäng, ñaûm baûo cho khaû naêng ñaùp öùng oån ñònh theo toác ñoä vaø taûi troïng yeâu caàu trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa robot. Baøi toaùn ñoäng löïc hoïc cuûa cô heä nhieàu baäc töï do, aùp duïng cho robot, ñaõ ñöôïc nhieàu nhaø nghieân cöùu xaây döïng treân cô sôû cuûa Phöông trình Lagrange loaïi II – laø baøi toaùn kinh ñieån treân cô sôû khaûo saùt moái quan heä veà naêng löôïng trong quaù trình chuyeån ñoäng cuûa cô 18 heä, töø ñoù xaây döïng phöông trình chuyeån ñoäng cuûa cô heä theå hieän moái quan heä giöõa chuyeån ñoäng cuûa cô heä vaø nguyeân nhaân gaây ra chuyeån ñoäng laø löïc (löïc vaø moâ men). Tuy nhieân treân nhöõng cô heä nhieàu baäc töï do trong thöïc teá, haàu heát baøi toaùn ñoäng hoïc ngöôïc seõ cho keát quaû nghieäm voâ ñònh neáu ta khoâng ñöa theâm vaøo caùc raøng buoäc ñoäng hoïc. Vì vaäy, haàu heát caùc taøi lieäu nghieân cöùu vaø giaûng daïy veà kyõ thuaät robot thöôøng cuõng chæ döøng laïi ôû caùc ví duï aùp duïng minh hoïa baøi toaùn ñoäng löïc hoïc cho cô heä hai hoaëc ba baäc töï do. Nhöõng phaàn meàm tính toaùn vaø moâ phoûng ñoäng löïc hoïc cô heä nhieàu baäc töï do nhö ALASKA (Advanced Lagrangian Solver in Kinetic Analysis), ADAMS (MSN Dynamic Designer) ñaõ trôï giuùp cho quaù trình tính toaùn vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa cô heä nhieàu baäc töï do döôùi taùc ñoäng cuûa heä löïc cuõng ñaõ ñöôïc thöông maïi hoùa, laøm cô sôû raát toát cho nghieân cöùu tính toaùn, thieát keá vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa cô heä nhaèm tìm ra lôøi giaûi toát nhaát veà phaân boá khoái löôïng, tính toaùn vaø löïa choïn coâng suaát ñoäng cô tröôùc khi ñi vaøo thieát keá chi tieát. Trong quaù trình thieát keá, ñeà taøi naøy cuõng ñaõ tham khaûo nhöõng phaàn meàm noùi treân. Tuy nhieân, nhaèm xaây döïng moät caùch chuû ñoäng cho quaù trình thieát keá cuûa mình, nhoùm thöïc hieän ñeà taøi ñaõ tieán haønh xaây döïng vaø giaûi baøi toaùn ñoäng hoïc ngöôïc treân cô sôû taùch nhoùm 3 khaâu caên cöù vaøo quaù trình coâng ngheä cuï theå, vôùi keát quaû cuûa baøi toaùn laø luoân luoân coù nghieäm phuø hôïp vôùi yeâu caàu hoaït ñoäng thöïc teá, laøm cô sôû chaéc chaén cho vieäc tính toaùn ñoäng löïc hoïc. Noäi dung naøy ñaõ ñöôïc trình baøy trong chöông 2 cuûa Baùo caùo toång keát. Caùc keát quaû tính toaùn cuõng ñöôïc kieåm nghieäm vaø so saùnh vôùi keát quaû cuûa phaàn meàm ALASKA ñöôïc trình baøy trong phaàn phuï luïc. Phaàn meàm tính toaùn vaø moâ phoûng keát quaû ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc treân cô sôû taùch nhoùm 3 khaâu cuõng ñöôïc xaây döïng treân MATLAB vôùi caùc keát quaû tính toaùn ñöôïc minh hoïa treân caùc ñoà thò ôû chöông 2. 2.1.3 Veà thieát keá, tích hôïp moät soá phaàn töû quan troïng cuûa heä thoáng ñieàu khieån robot: boä ñieàu khieån PC based vaø Teach Pendant. 19 Beân caïnh vieäc thieát keá vaø cheá taïo phaàn cô khí cuûa caùc robot, vieäc thieát keá vaø tích hôïp phaàn ñieän töû vaø ñieàu khieån laø moät coâng vieäc chính cuûa ñeà taøi. Nhaèm taïo tieàn ñeà cho vieäc chuû ñoäng thieát keá vaø tích hôïp boä ñieàu khieån robot, ñeà taøi ñaõ trieån khai vieäc thieát keá vaø tích hôïp boä ñieàu khieån theo caáu truùc cuûa boä ñieàu khieån PC based, söû duïng maùy tính PC vôùi boä xöû lyù P3 keát hôïp vôùi hai bo maïch ñieàu khieån noäi suy 3 truïc PCL 832 cuûa haõng Advantech (Hoa kyø) hình thaønh boä ñieàu khieån 6 truïc aùp duïng treân robot vaïn naêng. Treân cô sôû naøy, hieän taïi chuùng toâi ñaõ trieån khai thieát keá vaø cheá taïo caùc bo maïch noäi suy söû duïng boä vi xöû lyù AT89C52 ñeå chuû ñoäng tích hôïp boä ñieàu khieån trong nöôùc. Keát quaû thöû nghieäm laø coù trieån voïng vaø ñang trieån khai öùng duïng ñeå laøm boä ñieàu khieån cho caùc robot haøn trong Döï aùn thuoäc Chöông trình 04 cuûa Thaønh phoá Hoà Chí Minh. Beân caïnh ñoù, hoäp coâng cuï hoã trôï cho vieäc laäp trình vaø ñieàu khieån – Teach Pendant laø moät coâng cuï khoâng theå thieáu cuûa heä thoáng robot cuõng ñöôïc trieån khai thieát keá vaø cheá taïo ñöa vaøo söû duïng ôû haïng muïc robot vaïn naêng öùng duïng trong vieäc caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn. Caùc coâng vieäc naøy ñaõ ñöôïc toång keát vaø trình baøy ôû chöông 3 cuûa Baùo caùo. Hình 2: a/ Giao dieän treân boä ñieàu khieån; b,c/ Teach pendant, thieát bò hoã trôï laäp trình vaø ñieàu khieån a/ c/ b/ 20 2.1.4 Xaây döïng phaàn meàm laäp trình – ñieàu khieån vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot. Beân caïnh saûn phaåm phaàn cô khí cuûa caùc robot ñöôïc thieát keá cheá taïo, phaàn cöùng laø boä ñieàu khieån PC based vaø Teach pendant, phaàn meàm töông öùng phaûi thöïc hieän ñeå giuùp cho quaù trình tra cöùu, thieát keá robot vaø phaàn meàm laäp trình, ñieàu khieån vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot laø nhöõng noäi dung khoâng theå thieáu. Phaàn meàm hoã trôï tra cöùu nhaèm muïc tieâu trôï giuùp cho quaù trình nghieân cöùu thieát keá, giaûng daïy vaø öùng duïng robot coâng nghieäp laø moät phaàn meàm môû ñeå cung caáp cho ngöôøi söû duïng nhöõng kieán thöùc toång quan ban ñaàu vaø caùc kieán thöùc cô baûn veà phöông phaùp thieát keá, phöông phaùp phaân tích ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cô caáu robot thoâng thöôøng. Beân caïnh ñoù, vôùi caáu truùc môû cuûa phaàn meàm, ngöôøi söû duïng coù theå töï caäp nhaät, laøm giaøu theâm tö lieäu tra cöùu cho mình. Phaàn meàm laäp trình, ñieàu khieån vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot ñöôïc xaây döïng treân cô sôû caùc döõ lieäu cuûa quaù trình hoaït ñoäng cuûa robot vaïn naêng nhaèm cung caáp moät minh chöùng coù tính toång quaùt cho caùc haïng muïc coøn laïi. Chi tieát cuûa caùc phaàn meàm ñöôïc trieån khai trong ñeà taøi naøy ñöôïc trình baøy trong chöông 4. Trong böôùc ñaàu trieån khai, caùc phaàn meàm ñaõ ñaùp öùng ñöôïc nhöõng yeâu caàu cô baûn nhaát cho quaù trình thieát keá, ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa robot keát noái ñieàu khieån vôùi vaøi thieát bò ngoaïi vi khaùc trong teá baøo saûn xuaát goàm baêng taûi, maùy toâi cao taàn, caùc tieän ích thoâng tin khaùc cuûa moät phaàn meàm hoaøn chænh seõ ñöôïc tieáp tuïc hoaøn thieän trong töông lai. 21 Hình 3: Giao dieän tieâu bieåu cuûa caùc phaàn meàm: a/ phaàn meàm hoã trôï tra cöùu veà robot; b/ Phaàn meàm laäp trình - ñieàu khieån vaø moâ phoûng hoaït ñoäng cuûa robot 2.2 Veà goùc ñoä phuïc vuï ñaøo taïo cuûa ñeà taøi Laø moät ñeà taøi R&D, beân caïnh nhieäm vuï nghieân cöùu öùng duïng coâng ngheä töï ñoäng hoùa vôùi robot vaøo caùc quaù trình saûn xuaát nhö nhieäm vuï ñaët ra cuûa ñeà taøi, caùc keát quaû nghieân cöùu cuûa ñeà taøi theå hieän trong caùc haïng muïc saûn phaåm phaàn cöùng ñaõ ñöôïc trình baøy trong thuyeát minh veà phöông phaùp thieát keá, phöông phaùp giaûi baøi toaùn ñoäng hoïc ngöôïc treân cô sôû taùch caùc nhoùm 3 khaâu, caùc phaàn meàm ñaõ thöïc hieän coù theå ñoùng goùp cho quaù trình giaûng daïy caùc moân hoïc lieân quan ñeán kyõ thuaät vaø coâng ngheä robot. Trong ñoù, phaàn meàm phuïc vuï tra cöùu veà Robot vaø phaàn meàm hoã trôï tính toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cô heä nhieàu baäc töï do xaây döïng treân neàn Matlab laø nhöõng ñoùng goùp cuûa ñeà taøi coù theå xem xeùt ñeå ñöa vaøo phuïc vuï cho vieäc giaûng daïy vaø nghieân cöùu. Taát nhieân, ñeå phuïc vuï cho muïc tieâu giaûng daïy, caùc keát quaû nghieân cöùu ñaõ trieån khai ôû phaàn thuyeát minh trong baùo caùo vaø caùc phaàn meàm coøn caàn phaûi ñöôïc hoaøn thieän ôû goùc ñoä trình baøy veà boá cuïc, tính heä thoáng, tính sö phaïm,… ÔÛ goùc ñoä toång keát caùc keát quaû, taäp theå thöïc hieän ñeà taøi xin neâu ra ñaây nhö laø moät ñeà xuaát xuaát phaùt töø thöïc teá veà taøi lieäu tra cöùu vaø phöông tieän phuïc vuï giaûng daïy vaø hoïc taäp trong lónh vöïc naøy ôû nöôùc ta hieän nay. Quaù trình trieån khai thöïc hieän ñeà taøi cuõng gaén vôùi quaù trình ñaøo taïo 2 nghieân cöùu sinh tieán só, 3 hoïc vieân cao hoïc vaø 10 sinh vieân laøm luaän vaên toát nghieäp ñaïi hoïc. a/ b/ 22 2.3 Caùc saûn phaåm cuï theå cuûa ñeà taøi vaø keát quaû öùng duïng thöû nghieäm taïi cô sôû saûn xuaát Theo ñaêng kyù veà noäi dung thöïc hieän trong baûn thuyeát minh ñeà taøi, caùc haïng muïc noäi dung veà phaàn thieát bò cuûa ñeà taøi goàm 4 haïng muïc vôùi 6 saûn phaåm robot vaø 3 haïng muïc phaàn meàm. Keát quaû thöïc hieän caùc haïng muïc naøy ñaõ ñöôïc trình baøy trong quyeån phuï luïc – Taøi lieäu giôùi thieäu caùc haïng muïc saûn phaåm cuûa ñeà taøi. Trong quaù trình trieån khai thöïc teá, haïng muïc robot crane ban ñaàu döï kieán phuïc vuï cho caùc quaù trình xaây döïng caùc coâng trình vaø nhaø cao taàng trong vieäc vaän chuyeån vaät tö cho caùc coâng trình xaây döïng hoaëc lau kính cho nhaø cao taàng. Tuy nhieân, qua thöïc teá laøm vieäc vôùi caùc ñôn vò xaây laép coâng nghieäp vaø caùc khaùch saïn lôùn, chuùng toâi nhaän thaáy haïng muïc naøy chöa phaûi laø nhu caàu böùc thieát, vaø do ñoù vieäc ñöa vaøo öùng duïng cuõng coù moät soá khoù khaên trong vieäc hoã trôï cuûa nôi öùng duïng. Xuaát phaùt töø nhu caàu thöïc teá trong coâng taùc quay phim cuûa Ñaøi VTV cuõng nhö cuûa caùc Ñaøi truyeàn hình ôû caùc ñòa phöông trong caû nöôùc, vieäc thieát keá vaø cheá taïo robot camera crane phuïc vuï cho coâng taùc quay phim vaø phim tröôøng aûo trong töông lai gaàn laø moät nhu caàu thieát thöïc mang yù nghóa kyõ thuaät vaø kinh teá. Do ñoù, chuùng toâi ñaõ kieán nghò vaø ñöôïc söï ñoàng yù cuûa Ban chuû nhieäm chöông trình, thay ñoåi muïc tieâu öùng duïng cuûa haïng muïc robot crane vôùi caùc noäi dung nhö ñaõ trình baøy trong chöông 5 cuûa Baùo caùo toång keát. ÔÛ noäi dung naøy, ñeà taøi ñaõ tìm thaáy moät thò tröôøng tieàm naêng veà vieäc cung caáp caùc thieát bò töï ñoäng, goùp phaàn töï ñoäng hoùa trong coâng vieäc quay phim vaø ñoàng thôøi vaän duïng ñöôïc caùc kyõ thuaät nhaän daïng vaø baùm muïc tieâu cho tröôùc nhaèm chuaån bò cho vieäc öùng duïng kyõ thuaät phim tröôøng aûo cuûa Cô quan thöôøng truù cuûa VTV taïi TP. Hoà Chí Minh trong töông lai gaàn. Hieän taïi saûn phaåm naøy cuûa ñeà taøi ñöôïc Cô quan thöôøng truù cuûa VTV taïi TP. Hoà Chí Minh khai thaùc söû duïng thöôøng xuyeân. 23 Hình 4: a/ Robot vaïn naêng söû duïng caáp phoâi cho maùy toâi cao taàn; b/ Robot haøn söû duïng trong coâng vieäc ñoùng taøu. Hình 5: a/ Robot SCARA phuïc vuï trong daây chuyeàn saûn xuaát thuoác noå; b/ Robot camera crane phuïc vuï trong coâng taùc quay phim a/ b/ a/ b/ 24 Hình 6: a/ Tay maùy laáy saûn phaåm phoâi nhöïa PET theo phöông ngang; b/ Tay maùy laáy saûn phaåm treân maùy eùp nhöïa theo phöông ñöùng a/ b/ 25 III. TÖÏ ÑAÙNH GIAÙ VAØ KIEÁN NGHÒ 3.1 Nhöõng vieäc ñaõ laøm ñöôïc Trong quaù trình thöïc hieän ñeà taøi NCKH caáp nhaø nöôùc KC.03.02, taäp theå thöïc hieän ñeà taøi luoân coù yù thöùc veà traùch nhieäm baùm saùt thöïc hieän nhöõng nhieäm vuï noäi dung ñaõ ñaêng kyù vôùi söï coá gaéng cao nhaát trong boái caûnh veà nhaân löïc vaø phöông tieän hieän coù nhaèm thöïc hieän nhöõng haïng muïc coâng vieäc ñaõ ñeà ra vôùi muïc tieâu laø caùc saûn phaåm nghieân cöùu thöïc hieän phaûi ñöôïc ñöa vaøo öùng duïng trong thöïc teá saûn xuaát ñeå töø ñoù, moät maët laø xaùc nhaän khaû naêng ñaùp öùng cuûa ñoäi nguõ nghieân cöùu tröôùc nhu caàu thöïc teá cuûa saûn xuaát, maët khaùc laø ruùt ra nhöõng baøi hoïc kinh nghieäm töø thöïc tieãn öùng duïng ñeå hoaøn thieän caùc keát quaû nghieân cöùu nhaèm chuaån bò cho nhöõng böôùc trieån khai öùng duïng trong töông lai. Nhöõng coâng vieäc ñaõ thöïc hieän theå hieän ôû caùc haïng muïc saûn phaåm ñaõ ñöôïc ñöa vaøo öùng duïng thöû nghieäm trong saûn xuaát thöïc teá tuy chöa phaûi laø nhieàu nhöng qua ñoù cuõng ñaõ giuùp cho ñoäi nguõ thöïc hieän ñeà taøi thu nhaän ñöôïc nhöõng baøi hoïc quyù baùu, boå ích cho coâng vieäc nghieân cöùu, giaûng daïy cuûa mình. 3.2 Nhöõng vieäc chöa laøm ñöôïc Qua quaù trình öùng duïng thöû nghieäm caùc saûn phaåm nghieân cöùu trong thöïc teá, nhöõng vaán ñeà ñaõ ñöôïc phaùt hieän vaø hoaøn thieän. Tuy nhieân, so vôùi caùc saûn phaåm robot hieän ñaïi cuûa Nhaät Baûn vaø CHLB Ñöùc saûn xuaát nhö caùc maãu robot vaïn naêng Motoman cuûa haõng Yaskawa, maãu robot haøn Pana Robo (Nhaät Baûn) hay Kuka cuûa CHLB Ñöùc, tay maùy laáy saûn phaåm phoâi nhöïa PET cuûa Husky (Canada) vaãn coøn moät khoaûng caùch veà tieän nghi söû duïng cuûa phaàn meàm, ñoä chính xaùc ñònh vò vaø laëp laïi vò trí, toác ñoä taùc ñoäng, ñoä tin caäy vaø oån ñònh trong söû duïng. Ñieàu naøy coù theå lyù giaûi ñöôïc laø bôûi vì ñeå taïo ra caùc saûn phaåm robot coâng nghieäp, caùc haõng haøng ñaàu naøy ñaõ ñaàu tö raát nhieàu kinh phí cho nghieân cöùu vaø phöông tieän, coâng cuï cheá taïo, keát hôïp cuøng moät heä thoáng caùc nhaø cung caáp (venders) chuyeân nghieäp, trình ñoä chuyeân moân raát cao. Do vaäy, caùc saûn phaåm nghieân cöùu ôû ñeà taøi naøy laø cô sôû böôùc ñaàu minh chöùng khaû naêng hieän thöïc hoùa töø yù töôûng thieát keá ñeán caùc saûn phaåm cuï theå cuûa ñoäi nguõ thöïc hieän trong khuoân khoå khaù eo heïp veà kinh phí vaø thôøi gian nghieân cöùu, 26 trieån khai. Tuy nhieân nhöõng keát quaû böôùc ñaàu naøy ñaõ ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu söû duïng cuûa saûn xuaát trong ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn, seõ laø cô sôû toát ñeå taïo naêng löïc noäi sinh vaø coù theå baét tay ngay vôùi caùc ñôn vò saûn xuaát chuyeân nghieäp trong nöôùc ñeå trieån khai caùc saûn phaåm coù chaát löôïng cao hôn hieän taïi vôùi giaù thaønh reû hôn so vôùi giaù nhaäp töø nöôùc ngoaøi neáu ta coù moät chieán löôïc vaø quyeát taâm xaây döïng vaø phaùt trieån lónh vöïc kyõ thuaät naøy trong saûn xuaát. 3.3 Höôùng trieån khai öùng duïng Tröôùc maét, nhoùm thöïc hieän ñeà taøi ñaõ nhaän ñöôïc ñôn ñaët haøng töø Coâng ty saûn xuaát Phuù Ñònh ñeå trieån khai 3 robot haøn treân moät traïm haøn baùn töï ñoäng phuïc vuï cho vieäc saûn xuaát caùc saûn phaåm kim khí myõ ngheä xuaát khaåu thuoäc Chöông trình 04 cuûa TP. Hoà Chí Minh vaø ñang phoái hôïp vôùi Coâng ty truyeàn hình caùp thuoäc VTV ñeå xuùc tieán trieån khai 2 maãu robot camera crane. Nhöõng ñôn ñaët haøng naøy phaàn naøo minh chöùng nhu caàu trong nöôùc laø ñaõ coù vaø laø cô hoäi ñeå trieån khai nhöõng keát quaû nghieân cöùu vaøo saûn xuaát thöïc tieãn. Chuùng toâi hy voïng raèng, qua moät vaøi Hôïp ñoàng trieån khai trong hieän taïi vaø töông lai gaàn seõ tìm ñöôïc ñoái taùc ñeå chuyeån giao caùc keát quaû nghieân cöùu nhaèm hình thaønh moâ hình nghieân cöùu – trieån khai mang tính phaân coâng chuyeân moân hoùa ñeå coù theå ngaøy caøng hoaøn thieän hôn saûn phaåm mang thöông hieäu Vieät Nam. 3.4 Kieán nghò Töø thöïc tieãn nhöõng saûn phaåm ñaõ thöïc hieän vaø öùng duïng thöû nghieäm vôùi caùc keát quaû böôùc ñaàu khích leä, taäp theå thöïc hieän ñeà taøi naøy raát mong nhaän ñöôïc söï quan taâm goùp yù cuûa caùc nhaø chuyeân moân ñeå hoaøn thieän hôn nöõa saûn phaåm nghieân cöùu vaø söï hoã trôï cuûa caùc cô quan chöùc naêng ñeå coù theå tìm kieám nhöõng nôi öùng duïng trong caû nöôùc nhaèm phaùt huy caùc saûn phaåm keát quaû nghieân cöùu. Ñoàng thôøi chuùng toâi cuõng raát mong muoán keát hôïp vôùi caùc nhaø coâng nghieäp Vieät Nam ñeå coù theå chuyeån giao caùc keát quaû nghieân cöùu nhaèm nhanh choùng ñöa caùc Robot made in Vietnam tham gia vaøo quaù trình coâng nghieäp hoùa, hieän ñaïi hoùa saûn xuaát cuûa nöôùc ta. 27 IV. LÔØI CAÛM ÔN Thay maët taäp theå thöïc hieän ñeà taøi R&D KC.03.02 – “Nghieân cöùu thieát keá vaø cheá taïo robot phuïc vuï saûn xuaát trong caùc ñieàu kieän moâi tröôøng ñoäc haïi vaø khoâng an toaøn”, chuùng toâi xin chaân thaønh caûm ôn: - Boä Khoa hoïc vaø Coâng ngheä Vieät Nam. - Ban Chuû Nhieäm Chöông trình KC.03 – Chöông trình nghieân cöùu vaø phaùt trieån coâng ngheä töï ñoäng hoùa. - Ban Giaùm Hieäu, Phoøng Quaûn lyù Khoa hoïc – Coâng ngheä vaø Hôïp taùc quoác teá - Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa – ÑHQG TP. HCM. - Vieän nghieân cöùu Ñieän töû, Tin hoïc vaø Töï ñoäng hoùa – VIELINA – Haø Noäi vaø Khoa Cô khí – Tröôøng ÑHBK – ÑHQG TP. HCM. - Cô quan thöôøng truù cuûa VTV taïi TP. HCM. - Coâng ty Nhöïa Ñoâ Thaønh – Sôû Coâng nghieäp TP. HCM. - Nhaø maùy ñoùng taøu Haø Noäi – Sôû Giao thoâng coâng chính Haø Noäi. - Xöôûng söûa chöõa vuõ khí – Boä ñoäi Bieân Phoøng (Haø Noäi). - Coâng ty Coâng nghieäp Cô khí Saøi Goøn (SIMC) – Sôû NN & PTNT TP.HCM. - Trung taâm kieåm ñònh vaø ño löôøng chaát löôïng – Khu vöïc III. - Boä moân Kyõ thuaät ñieàu khieån töï ñoäng, Khoa Cô khí – Tröôøng ÑHBK – ÑHQG TP.HCM. - Phoøng Kyõ thuaät Robot – Vieän VIELINA – Haø Noäi. - Nghieân cöùu sinh, hoïc vieân cao hoïc vaø sinh vieân caùc nieân khoùa töø 1999 ñeán 2002. - GS. TSKH Nguyeãn Thieän Phuùc – Trung taâm töï ñoäng hoùa – Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Haø Noäi. - Sôû Khoa hoïc vaø Coâng ngheä TP. Hoà Chí Minh. Ñaõ taïo ñieàu kieän thuaän lôïi vaø ñoäng vieân, khích leä cho taäp theå thöïc hieän ñeà taøi nghieân cöùu ñaûm baûo ñuùng thôøi gian tieán ñoä ñaêng kyù vaø hoaøn thaønh caùc haïng muïc ñaõ ñaêng kyù cuõng nhö ñöa vaøo öùng duïng caùc saûn phaåm nghieân cöùu cuûa ñeà taøi. 28 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1] Shimon Y. Nof, Handbook of Industrial Robotics, 2nd Edition, Library of Congress Cataloging–in–Publication Data, John Wiley & Son, Inc., 1999, USA. [2] Phillip J. McKerrow, Introduction to Robotics, Addison-Wesley Publishing Company, British Library Cataloging in Publication Data, 1993, England. [3] Thomas O. Boucher, Computer Automation in Manufacturing, Chapman & Hall, St Edmunsbury Press, Bury St Edmunds, Sulfolk, Great Britain, 1996. [4] F. L. Lewis, C. T. Abdallah, D. M. Dawson, Control of Robot Manipulators, Macmillan Publishing Co., 1993, New York. [5] L. Sciavicco, B. Siciliano, Modeling and Control of Robot Manipulators, McGraw-Hill, 1996, Singapore. [6] Saeed B. Niku, Introduction to Robotics, Analysis, Systems, Application, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, USA. [7] A. I. Korendiasev, Manipuliatsionye Systiemy Robotov, “Machinostroenie”, Moskva, 1989. [8] S. B. Morriss, Automated Manufacturing Systems, Actuators, Controls, Sensors, and Robotics, McGraw-Hill, 1995, Singapore. [9] R. L. Hoekstra, Robotics and Automated Systems, South-Western Publishing Co., 1986, Cincinnati, Ohio, USA. [10] R. M. Murray, Zexiang Li, S. S. Sastry, A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation, CRC Press, 1994, USA. [11] M. E. Rosheim, Robot Evolution, The Development of Anthrobotics, John Wiley & Sons, Inc., 1994, USA. [12] R. C. Hibbeler, Engineering Mechanics, Dynamics, SI Edition, Prentice Hall, 1997, Singapore. [13] James E. Humphreys, Introduction to Lie Algebras and Representation Theory, Springer – Verlag, New York, 1972. [14] J. W. Dally, W. F. Riley, K. G. McConnell, Instrumentation For Engineering Measurements, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., USA. [15] H. R. Everett, Sensors for Mobile Robots: Theory and Application, Library of Congress Cataloging-in-Publication Data, 1995, Canada. [16] Sabrie Soloman, Sensors Handbook, McGraw-Hill, 1998, USA. 29 [17] Ching-Fang Lin, Advanced Control Systems Design, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1994, USA. [18] Katsuhiko Ogata, Modern Control Engineering, 3rd Edition, Prentice Hall, 1997, USA. [19] Tokheim, Digital Electronics, Principles and Applications, 5th Edition, Glencoe McGraw-Hill, 1999, USA. [20]Mikell P. Groover, Automation, Production Systems, and Computer- Integrated Manufacturing, 2nd Edition, Prentice-Hall, 2001, USA. [21]D. E. Seborg, T. F. Edgar, D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Wiley & Sons, 1989, USA. [22]Curtis D. Johnson, Process Control Instrumentation Technology, 6th Edition, Prentice-Hall, Inc., 2000, USA. [23] Proceeding of The 2003 International Symposium on Advanced Engineering, November 13–15, 2003, Pukyong National University, Busan, Korea. [24] Nguyeãn Thieän Phuùc, Robot Coâng nghieäp, NXB Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 2002, Haø Noäi. [25] Nguyeãn Thöông Ngoâ, Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng, heä tuyeán tính, NXB Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 2000, Haø Noäi. [26] Buøi Quoác Khaùnh, Phaïm Quoác Haûi, Nguyeãn Vaên Lieãn, Döông Vaên Nghi, Ñieàu chænh töï ñoäng truyeàn ñoäng ñieän, NXB Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 1999, Haø Noäi. [27] Ninh Ñöùc Toán, Dung sai vaø laép gheùp, NXB Giaùo duïc, 2001, Haø Noäi. [28] Leâ Hoaøi Quoác, Kyõ thuaät ngöôøi maùy, Taäp 1: Robot coâng nghieäp, NXB Ñaïi Hoïc Quoác Gia TP. Hoà Chí Minh, 2003. [29] Leâ Hoaøi Quoác, Chung Taán Laâm, Boä ñieàu khieån laäp trình: Vaän haønh vaø öùng duïng, NXB Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 1999, TP. Hoà Chí Minh. [30] Hoà Hoaùn Nghóa, Leâ Hoaøi Quoác, Xaây döïng phaàn meàm tra cöùu vaø hoã trôï thieát keá robot, Tuyeån taäp baùo caùo Hoäi nghò toaøn quoác veà töï ñoäng hoùa - VICA 5, 24-26 thaùng 10, 2002.