1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƯƠNG 1 6
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 6
1.1. Tên đề tài 6
1.2. Tính cấp thiết của đề tài 6
1.3. Mục đích của đề tài 6
1.4. Nội dung của đề tài 6
1.5. Kết quả cần đạt được 7
1.6. So sánh với máy CNC 3 trục 7
CHƯƠNG 2 8
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ MÃ LỆNH G DÙNG TRONG GIA
CÔNG CNC 8
2.1. Sơ lược quá trình phát triển 8
2.2. Những ứng dụng điển hình của Robot 9
2.3. Một số khái niệm về Robot 10
2.4. Phân loại Robot công nghiệp 12
2.5. Cấu tạo của Robot Scara 4 khâu 14
2.6. Tìm hiểu về các mã lệnh G trong gia công CNC 17
CHƯƠNG 3 20
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 20
3.1 Tính toán động học 20
2
3.1.1 Phương pháp Denavit – Hartenberg 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
4
LỜI NÓI ĐẦU
Đặc trưng của sản phẩm công nghệ hiện đại là tính chất linh hoạt hóa để đáp
ứng sự biến động thường xuyên của thị trường cạnh tranh. Cơ điện tử nói chung và
Robot nói riêng tạo ra sự chuyển biến về chất với tư duy mới trong tổ chức sản xuất và
trong bản thân sản phẩm tạo ra.
Trước đây người ta coi robot là phương tiện để tiết kiệm chi phí lao đông. Ngày
nay Robot có vai trò quan trọng hơn trong sản xuất, chúng là một phần của kế hoạch
cạnh tranh toàn cầu. Robot có vai trò và ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực của
cuộc sống. Tuy nhiên trên thực tế Robot mới được sử dụng vào các việc như hàn, gắp
và di chuyển vật, Việc thiết kế chương trình điều khiển Robot tự động gia công cơ khí
là cần thiết giúp giảm bớt được các khâu và giảm được thời gian trong quá trình gia
công.
Hoàn thành đồ án này phần lớn là nhờ sự hướng dẫn, chỉ bảo của cô giáo TS.
Đinh Thị Thanh Huyền, các thầy giáo bộ môn Kỹ Thuật Máy cùng các bạn trong nhóm
đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành
tới thầy cô.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn đồ án này của chúng em không tránh
khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự đánh giá đóng góp của quý thầy cô và các
bạn để giúp đỡ chúng em hoàn thiện hơn trong các nghiên cứu sau này.

Hà nội ngày 5 tháng 5 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Góc quay quanh trục Oz
5
n
Số bậc tự do của Robot
6
DH
Denavit Hartemberg
7
q
i

Biến khớp thứ i
8



Vận tốc biến khớp i
9



Gia tốc biến khớp thứ i
10
i
sq

i
sin(q )

11

6
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Tên đề tài
Tự động thiết kế quỹ đạo và điều khiển Robot Scara ứng dụng trong gia công cơ khí.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Robot được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người. Mục đích
sử dụng trong các dây chuyền sản xuất nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả
sản xuất từ đó giảm giá thành sản phẩm nâng cao khả năng cạnh tranh.
Robot có vai trò và ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Tuy
nhiên trên thực tế Robot mới được sử dụng vào các việc như hàn, gắp và di chuyển vật,
Việc thiết kế và sử dụng Robot trong gia công cơ khí là cần thiết giúp giảm bớt được các
khâu và giảm được thời gian trong quá trình gia công.
1.3. Mục đích của đề tài
Đề tài thực hiện việc thiết kế chương trình điều khiển Robot Scara tự động gia công
cơ khí. Các chương trình gia công được lưu trong file .NC. Các chương trình gia công này
được biên dịch để đưa ra quỹ đạo cần di chuyển tương ứng của Robot.
1.4. Nội dung của đề tài
- Tìm hiểu về các mã lệnh G trong gia công CNC.
- Tìm hiểu về bài toán động học thuận và ngược của robot Scara.
- Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot Scara bằng cách biên dịch quỹ đạo dao
trong file .nc xuất ra từ các phần mềm CAM.
- Lập phương trình động lực học cho robot Scara.
- Mô phỏng điều khiển robot Scara đi theo quỹ đạo vừa thiết lập. Kiểm tra sai số
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ MÃ LỆNH G DÙNG
TRONG GIA CÔNG CNC
2.1. Sơ lược quá trình phát triển
Thuật ngữ Robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng sản
xuất. Những Robot xuất hiện lần đầu tiên trên ở trên NewYork vào ngày 09/10/1922
trong vở “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Karen Kapek viết
năm 1921, còn từ Robot là cách gọi tắt của từ Robota - theo tiếng Tiệp có nghĩa là công
việc lao dịch.
Những Robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong
công nghiệp thực sự lại là những tay máy. Vào năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã
nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng
General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ
điện kết hợp với các cử hành trình. Đến năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay
máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối. Sử dụng
những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động
trong công việc khảo sát đáy biển.
Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt được
vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 được điều
khiển từ trái đất
Năm 1962, Robot Unmation đầu tiên được đưa vào sử dụng tại hãng General
Motors; và năm 1976 cánh tay Robot đầu tiên trong không gian đã được sử dụng trên tàu
thám hiểm Viking của cơ quan không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao
Hoả.
Từ những năm 80 nhất là những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về
vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng Robot công nghiệp đã tăng nhanh, giá thành
9


- Định nghĩa của M.P.Groover về Robot không dừng lại ở tay máy mà mở rộng ra
cho nhiều đối tượng khác có những đặc tính tương tự như con người như là suy
nghĩ, có khả năng đưa ra quy định và có thể nhìn thấy hoặc cảm nhận được đặc điểm
của vật hay đối tượng mà nó phải thao tác hoặc xử lý.
- Theo Artobolevski I.I., Vorobiov M.V. và các nhà nghiên cứu thuộc trường phái
khối SEV trước đây thì phát biểu rằng:
“Robot công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương
trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những đối tượng thao tác khác nhau với mục
đích tự động hoá các quá trình sản xuất”. Sự thống nhất trong tất cả các định nghĩa nêu
trên ở đặc điểm “điều khiển theo chương trình”. Đặc điểm này của Robot được thực hiện
nhờ sự ra đời của những bộ vi xử lý (microprocessors) và các vi mạch tích hợp chuyên
dùng được là “chip” trong những năm 70.
- Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một Robot công
nghiệp phải thoả mãn yếu tố sau:
+ Có khả năng thay đổi chuyển động;
+ Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác;
11
+ Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao;
+ Có khả năng thích nghi với môi trường hoạt động;
+ Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngoài;
- Theo Giáo sư Masahiro Mori (Viện công nghệ Tokyo) thì Robot công nghiệp
phải có các đặc điểm sau:
+ Có khả năng thay đổi chuyển động;
+ Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ);
+ Có tính vạn năng;
+ Có những đặc điểm của người và máy;
- Từ những khác biệt trong định nghĩa về Robot, căn cứ vào tính linh hoạt của

+ Robot song song: là một chuỗi động học kín, ở đó mỗi khâu luôn luôn được liên
kết với ít nhất hai khâu khác.
13

Hình 2.3 Robot cấu trúc song song
- Phân loại theo phương pháp điều khiển
Có 2 loại Robot là điều khiển hở và điều khiển kín.
+ Điều khiển hở: dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực,
khí nén), điều khiển loại này không sử dụng tin hiệu phản hồi. Kiểu này đơn giản
nhưng cho độ chính xác thấp.
+ Điều khiển kín: (điều khiển kiểu servo) sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng
độ chính xác điều khiển. Có hai kiểu điều khiển servo: Điều khiển điểm-điểm và
điều khiển theo đường (contour).
- Phân loại theo ứng dụng
Dựa vào những ứng dụng của robot trong sản xuất ta có những loại robot sau: robot
sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot dùng trong ngành dịch vụ, robot chuyển phôi.
Bên cạnh đó, robot công nghiệp còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như
trong môi trường độc hại, ngành nông nghiệp và ngành thực phẩm.
Robot Scara (Selectively Compliant Articulated Robot Arm) có nghĩa là có thể lựa
chọn dễ dàng khớp nối cánh tay Robot.
14
Do chuyển động của robot Scara đơn giản, dễ dàng điều khiển nên nó được sử dụng
khá phổ biến trong công nghiệp. Tiêu biểu cho nhóm robot này ta nghiên cứu robot Scara
bốn bậc tự do.

được thực hiện thông qua một hệ thống chương trình điều khiển – mỗi chương
trình đảm nhận một nhiệm vụ cụ thể.
Ví dụ một Robot Scara thật:

Hình 2.6 Robot IX-NNN70□□ [H]
17
Thông số kỹ thuật: 2.6. Tìm hiểu về các mã lệnh G trong gia công CNC
Một số mã lệnh G hay dùng trong gia công CNC:
G0: định vị chạy dao nhanh
18
G92: xác lập hệ tọa độ gia công hoặc tốc độ trục chính cực đại
G97: xóa điều khiển tốc độ cắt không đổi
G98: trở về mức ban đầu của chu kỳ đóng hộp
…
Các hàm phụ (mã M)
M0: dừng chương trình
M1: dừng tùy ý
M3: quay trục chính thuận chiều kim đồng hồ
M4: quay trục chính ngược chiều kim đồng hồ
M5: dừng quay trục chính
M6: thay dụng cụ cắt
M7: phun sương chất làm nguội
M8: phun tràn chất làm nguội
M9: dừng phun chất làm nguội
M30: kết thúc chương trình, quay lại từ đầu
… 20
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT
3.1 Tính toán động học
3.1.1 Phương pháp Denavit – Hartenberg
Phương pháp ma trận Denavit – Hartenberg là một phương pháp phân tích tính toán


là
biến khớp 

. Bộ thông số 

,


, 

, 

được gọi là bộ thông số Denavit-Hartenberrg
(DH). Khi các hệ quy chiếu được gắn trên Robot bộ thông số DH được xác định chi tiết
như sau:
- 

: khoảng cách từ trục 

đến trục 

đo dọc theo trục 

;
- 

: góc giữa trục 

và 

Hình 3.1 Hệ tọa độ của Robot Scara
3.1.2. Bài toán thuận
Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ, ta có bảng thông số DH:













1
0
0
0



2
0



0



, 



, 



, 




Ma trận chuyển đổi:






 














 

  


 

  
   
   



;




 

  



 

   

   









   
   
   

   

;
Tính các ma trận 


:




 

  







 

 

 

  




   
   


 


 


 








 


 




   
   









= 


 



 






 

 

 

 

 

  





 


 







 

 

 

 

 

  





 


 






 

Ta có tọa độ điểm thao tác (điểm gốc hệ tọa độ 5):







  



 








  



 







Trong đó:


quay được góc từ  đến .


quay được góc từ  đến .


có thay đổi chiều dài từ 0 đến 200(mm)


có thể quay được .
24

Hình 3.2 Không gian làm việc theo mặt phẳng X0Y

25

Hình 3.3 Không gian làm việc theo mặt phẳng X0Z

Hình 3.4 Không gian làm việc theo mặt phẳng Y0Z