ĩn?nì
[%ỜC V
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
K H O A C Ô N G N G H Ệ
T rầ n T h ị T h ú y H à
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ PHÁT TRIẺN
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỂU KHIEN t h ô n g m in h của
CÁC ROBOT NHIỂU BẬC TỤ DO
Chuyên ngành : KỸ THUẬT v ô TUYẾN ĐIỆN TỬ
VÀ THÔNG TIN LIÊN LẠC
Mã SỐ : 2.07.00
ĐAI HOC OOỐC ' V>A HÁ NỌ! Ị
TRUNG TÁM Tỉí 0 M G T N Tì i lĩ V ?Ệ N ỉ
_
_____
J
___
_
_______i
L U Ậ N V Ă N T H Ạ C s ĩ K H O A H Ọ C
NGUỜI HUỐNG DẪN KHOA HỌC
1. T S . T r ầ n Q u a n g V in h .
2. T S . L ẻ V ă n N g ự .
Mục lục
Lời cảm ơn Trang
Lời nói đầu
Phần lý thuyết 2
Chương 1 Các vấn đề cơ bản trong công nghệ Robot 2
1.1. Các đặc điểm chung 2
1.2. Các bộ phận của Robot 2
1.2.1. Bộ thao tác 3
3.5.1. Sensor nhị phân 42
3.5.2 Sensor tương tự 42
3.6 Sensor quang điện 43
Chương 4. Động học tay máy Robot 46
4.1. Cấu trúc cơ cấu tay máy 46
4.2. Vị trí của 1 điểm trên tay máy 46
4.2.1. Biến đổi toạ độ khi chuyển động quay. 47
4.2.2. Biến đổi toạ độ khi chuyển động tịnh tiến 48
4.2.3 Biểu diễn toạ độ trong hệ toạ độ đồng nhất 49
4.3. Phép quay tổng quát 50
4.4. Phương trình động học của Robot 56
4.4.1. Phép quay EULẼR 57
4.4.2. Phép quay Roll, Pitch, và Yaw 58
4 4.3 Xác đính vị trí 59
4.5. Thiết kế quỹ đạo Robot 62
4.5.1. Các khái niệm về bài toán quỹ đạo. 63
4.5.2. Quỹ đạo đa thức bậc 3 64
4.5.3. Quỹ đạo tuyến tính với cung ở hai đầu là Parabol LSPB 65
4.5.4. Quy đạo BANG BANG PARABOLIC BLEND (BBPB) 68
Phần Thực Nghiệm 70
5.1. Hexapod II PE Robot Kit 70
5.1.1. Chip vi điều khiển BASIC Stamp 2e 71
5.1.2. Mạch điều khiển servo nối tiếp ssc 75
5.1.3. Detector hồng ngoại cự ly gần (IRPD infrared Proximity Detector). 79
5.1.4. Mạch hiển thị tinh thể lỏng ILM-216. 82
5.1.5. Giới thiệu về ngôn ngữ BASIC STAMP 85
5.2. Điều khiển tay máy ED-7220. 97
5.2.1. Tay máy ED-7220. 97
5.2.2. Bộ điều khiển ED-MK4. 99
5.2.3. Xác định không gian làm việc và bài toán ngược của ED-7220C 100
PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1. CÁC VẤN ĐỂ c ơ BẢN TRONG CÔNG NGHỆ ROBOT
Công nghệ Robot là một ứng dụng khoa học, nó là sự kết hợp giữa công cụ cơ
khí và ứng dụng máy tính. Nó bao gồm nhiều lĩnh vực khác nhau như thiết kế cơ
khí, lý thuyết điều khiển, vi điện tử, lập trình máy tính, trí tuệ nhân tạo, nhân tố con
người, và lý thuyết chế tạo.
Ngày nay, việc nghiên cứu và phát triển luôn luôn tiếp diễn nhằm cải tiến cách
làm việc và hành vi của Robot. Sự tiến bộ trong công nghệ sẽ làm tăng phạm vi và
ứng dụng của Robot trong tương lai.
1.1. Các đặc điểm chung
Phát triển ngành công nghiệp Robot là một cuộc cách mạng của thiết bị tự
động hoá. Robot có thể là các dụng cụ chuyên dụng linh hoạt, nó khác với các thiết
bị tự động hoá cố định. Bằng cách thêm các bộ sensor, Robot có thể có khả năng
thích nghi với môi trường làm việc và thay đổi sự ảnh hưởng của chúng trong điều
kiện làm việc khác nhau. Robot công nghiệp trở thành công nhân cơ khí
“smarter”(nông cạn) và hiện nay, nó được chấp nhận một cách rộng rãi.
Robot công nghiệp là công cụ cơ khí hay cánh tay cơ khí. Thật là không phù
hợp khi nghĩ nó là người máy. về cơ bản, Robot là cánh tay cơ khí, nó được đặt trên
sàn, trên máy, trên trần nhà, trên tường để thích hợp với cánh tay cơ khí, và dạy nó
thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại trong môi trường nhất định. Trong hầu hết các
trường hợp, Robot thường không dịch chuyển, và nó cũng không có khả năng nhìn
hoặc nhận biết không gian làm việc. Mặc dù có những hạn chế đó nhưng Robot vẫn
đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động công nghiệp. Một khoảng trống trong
lĩnh vực Robot là nó không có tính linh hoạt cao như ở con người.
Robot có nhiều lợi ích, vì đơn giản nó là máy nên không bị mệt mỏi, buồn tẻ,
có thể làm việc được trong mồi trường rất ồn, nóng, nguy hiểm. Robot có thể hoạt
động tốt trong những điều kiện căng thẳng, nguy hiểm, bẩn tuỳ theo tính chất công
việc.
Robot có thể dịch chuyển cánh tay của nó theo mọi hướng trong vùng làm
việc. Đặc điểm của sự dịch chuyển phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo của nó.
Các điểm nằm ở khuỷu, chỗ trượt, hay chỗ quay được gọi
là
khớp hay các trục vị trí.
Bộ thao tác thực hiện được bằng cách sử dụng các thiết bị cơ khí như sự liên kết với
nhau, các bánh răng, bộ phát động, và các thiết bị phản hồi. Các trục vị trí cũng
được gọi là hệ toạ độ cầu. Hệ toạ độ cầu được xác định như
là
không gian cố định,
trong đó, bộ thao tác hoạt động trong hệ toạ độ tuyệt đối.
1.2.2. Bộ chấp hành
Robot chỉ có thể trở thành một máy công nghiệp nếu như gắn lên tay máy một
công cụ hay thiết bị, thường được gọi là bộ chấp hành, ngoài ra nó cũng hay được
gọi là công cụ cuối của tay (EOAT: End Of Arm Tooling).
Dựa vào các yêu cầu cụ thể, mỗi một tay máy được gắn một trong các bộ chấp
hành sau:
> Kẹp (gripper), móc (hook), xúc (scoop), nam châm điện, ống chân không, và
các ngón tay dính khi cầm các vật liệu.
> Súng phun dùng khi sơn.
> Hàn cung và cắt cung.
> Dụng cụ công suất như mũi khoan,
> Các dụng cụ chuyên dụng và vật được gán cố định trên máy và lắp đặt.
> Các thiết bị đo như chỉ thị quay số, đo độ sâu, và những cái tương tự như vậy.
Điểm giữa của công cụ là điểm gốc của hệ toạ độ hay là điểm tiếp giáp giữa
công cụ và tay Robot.
1.2.3. Nguồn nuôi.
Chức năng của nguồn nuôi là cung cấp và điều chỉnh năng lượng để cho
Robot hoạt động. Nguồn nuôi chủ yếu của Robot công nghiệp là điện. Thứ đến là
khí, và cuối cùng là thuỷ lực. Một số hệ Robot yêu cầu cả ba loại nguồn trên.
Nguồn liên quan trực tiếp đến tỷ lệ tải trọng của Robot. Đối với từng loại
nguồn, bộ phát động và bộ điều khiển đều có mối quan hệ với các đặc điểm, ưu
kết quả theo mong muốn. Robot servo-điều khiển được là hệ thống vòng đóng có
đường điều khiển liên tục.
Robot nonservo là dạng đơn giản nhất về mặt cấu trúc cũng như hoạt động. Đó
là các loại: Robot giới hạn trình tự (limited-sequence), Robot nhấc và đặt, Robot
bang-bang Các thiết bị điều khiển như bộ chuyển đổi cũng là bộ phận quan trọng
của Robot. Chúng truyền thông tin đến bộ điều khiển trên vị trí biến thiên của khớp
Robot và liên kết chúng. Robot có hệ thống vòng đóng hay vòng mở đều điều khiển
chuyển động của từng tay máy thông qua chương trình điều khiển.
Điểm khác biệt chính giữa 3 loại trên là hệ thống vòng mở không có sensor
trên cánh tay của Robot để cung cấp tín hiệu phản hổi. Tín hiệu phản hổi chỉ ra vị trí
của tay máy cho bộ điều khiển. Do vậy, trong hệ thống vòng mở bộ điều khiển liên
tục điều chỉnh tay máy cho đến khi chạm tới điểm dừng cố định.
Nonservo (vòng mở)
Hệ thống Robot nonservo được chỉ ra trên hình 1-2. Sơ đồ này sử dụng Robot
có bốn trục chạy bằng khí.
Tại điểm bắt đầu của chu trình, bộ điều khiển tạo chuyển động cho Robot
thông qua các bước biến đổi liên tục. Tại bước đầu tiên, bộ điều khiển gửi tín hiệu
đến giá trị điều khiển của bộ thao tác.
5
Nguồn cung cấp
không khí
Hình 1-2. Hệ thống Robot nonservo (vòng mở)
Khi van điều khiển mở, không khí đi qua bộ phát động hay xi lanh làm cho
thanh của xi lanh chuyển động. Khi van vẫn còn mở thì từng phần của bộ thao tác
vẫn tiếp tục chuyển động cho đến khi nó bị ngăn lại bởi điểm dừng cuối cùng trên
thanh của xilanh. Sau khi thanh của xi lanh đến được khoảng cách mong muốn thì
công tắc giới hạn được kích hoạt. Ta nói rằng bộ điều khiển đã đóng van điểu
khiển.
Sau đó bộ điều khiển gửi tín hiệu đến van điều khiển để đóng nó, và chuyển
động bước tiếp theo của chương trình và xác lập lại tín hiệu cần thiết. Quá trình xử
động lên lối vào và vận tốc pit-tông là tác động kép của xi lanh, nó không giống
nhau về cơ chế giãn và co. Hiện tượng này xảy ra do hiệu ứng của pit-tông và được
định nghĩa bởi phương trình sau:
Đối với chuyển động giãn, ta có:
7
Lực (lb)=áp suất (psi) X diện tích của pit-tông (in.2)
dòng chảy vào(ft3/sec)
Vận tốc (ft/sec) =
diện tích của pit-tông(ft2)
Kẹp
ẹp
Điếm dừng cố định khi co
Kẹp 2_
Xilanh không khí Lô'ị vào không khí
Thanh pittông có tác ^ô ne kéo
Í L
5
Lối vào không khí
2
y ỵ /
? z ZZZ
Điếm dừng cố định khi giàn
Hình 1-5. Các điểm dừng cố định khi chuyển động vị trí.
Đối với chuyển động co, ta có:
lực (lb)=áp suất (psi) X [diện tích của pit-tông (in.2)-diện tích của thanh (in.2)]
dòng chảy vào(ft /sec)
Vận tốc (ft/sec) =
diện tích của pit-tông(ft2) -diện tích của thanh (in.2)
Nếu tính theo mã lực thì ta được:
Mã lực =
Mô tơ bước có thể đạt được 5000 sps khi mô men xoắn của lối ra là 6,25inch-
lbs. Mô tơ bước thường được sử dụng để mở rộng cánh tay Robot tới vị trí kẹp.
Trong trường hợp này, chuyển động quay của mô tơ được chuyển thành chuyển
động tuyến tính nhờ hệ thống truyền động bánh răng hay hệ thống dây đai và ròng
rọc. Do mô tơ bước có mô men lối ra nhỏ nên các ứng dụng cơ khí phải nhận được
từ hệ thống truyền động bánh răng hay hệ ròng rọc để chuyển động cánh tay. Hình
1-6 là một mô tơ bước với một bộ điều khiển chuyển đổi.
Ưu điểm của bộ điều khiển nonservo là:
> Giá thành thấp.
> Dễ vận hành.
> Độ lặp lại cao cỡ 0,010 in. cho một đơn vị nhỏ.
> Tốc độ cao
> Điểu khiển dễ dàng.
Nhược điểm của bộ điều khiển nonservo là:
9
> Thiếu phần điều khiển tốc độ nên độ chính xác không cao.
> Mất một khoảng thời gian trong quá trình chuyển đổi cơ khí.
> Vị trí điểm dừng của Robot yêu cầu sắp đặt độ chính xác.
Hơn một nửa số Robot hiện nay đều sử dụng dây ròng rọc trong loại nonservo
(vòng mở).
L ố i và o của tín h iệ u
từ bộ đ iề u kh iể n
(m ộ t bư ớ c)
Hình 1-6. Mô tơ bước vén một bộ điều khiển chuyển đổi.
Servo (vòng đóng).
Servo Robot là một hệ thống tinh vi hơn. Tín hiệu của bộ điều khiển phụ thuộc
vào lối ra của hệ thống. Cơ cấu trợ động (servo-mechanism) là một hệ thống điều
khiển được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi. Hệ thống tự động đo vị trí của từng khớp
và so sánh nó với vị trí cần đến. Sau đó, nó phản hồi về hệ thống truyền động để đến
vị trí thích hợp hơn. Do hệ thống có khả năng tự sửa lỗi nên vị trí mong muốn của bộ
Ưu điểm của cách điều khiển vòng đóng:
> Độ chính xác về vị trí cao hơn.
> Tốc độ cao hơn.
> Quỹ đạo lớn hơn.
> Chương trình điều khiển linh hoạt.
> Các điểm lập trình có thể thay đổi một cách dễ dàng. Thực hiện và lưu trữ
được nhiều chương trình.
Nhược điểm của cách điều khiển vòng đóng:
> Vốn đầu tư cao.
11
> Chương trình điều khiển phức tạp
> Cần hướng dẫn người sử dụng.
> Bảo dưỡng cần kỹ năng cao.
Robot nonservo được gọi là Robot không thông minh và Robot servo được xếp
loại là Robot thông minh hay hết sức thông minh. Sự khác biệt giữa Robot thông
minh và hết sức thông minh là mức độ nhận thức cao hơn.
1 .3 . B ộ x ư ơ n g c ủ a R o b o t
Bộ xương của Robot đề cập đến cấu trúc vật lý và đặc điểm của thân, cánh tay
và cổ tay, chúng là các thành phần cấu tạo nên tay máy Robot. Hầu hết các Robot
ngày nay đều được trang bị chân đế. Thân được gắn liền với đế và cánh tay được gắn
với thân. Phần cuối tay là cổ tay, nó bao gồm một số thành phần để cho phép định
hướng các vị trí biến đổi. Sự chuyển động giữa các bộ phận như thân, cánh tay, cổ
tay được cung cấp bởi các khớp. Các khớp có thể chuyển động quay hoặc chuyển
động trượt.
Bộ chấp hành (hay dụng cụ cuối cùng của cánh tay) được gắn lên cổ tay của
Robot để thực hiện công việc. Bộ chấp hành không phải là một phần của bộ xương
Robot. Khớp thân và khớp tay của tay máy được sử dụng để định vị cho bộ chấp
hành, khớp cổ tay của tay máy được sử dụng để định hướng cho bộ chấp hành.
Cấu hình của Robot
Robot công nghiệp rất đa dạng về hình thù, kích cỡ, tốc độ, khả năng tải, và
1 .4 . C á c th ê h ệ R o b o t
Trong nhiều năm con người đã dự báo rằng thị trường Robot sẽ phát triển
nhanh như thị trường máy tính. Hiện nay, thế hệ máy tính mới đang phát triển rất
nhanh với những chương trình trí tuệ nhân tạo. Những chương trình này nếu được áp
dụng vào Robot sẽ tạo ra nhiều khả năng mới.
Có năm thế hệ điều khiển Robot kể từ năm 1960 đến nay:
Thế hệ thứ nhất: Robot lặp lại. Thế hệ này chủ yếu sử dụng năng lượng khí,
Robot “nhấc-đặt”, cùng với bộ trình tự cơ khí để xác định các điểm dừng. Chương
13
trình được cung cấp bằng cách quay trống và điều khiển cam (bánh lệch tâm)-và-bộ
phận bị dẫn (cam-anđ-follower).
Thế hệ thứ hai: Bộ điều khiển phần cứng (bảng lắp ráp) cung cấp các đơn vị có
thể lập trình được đầu tiên. Trong Robot “nhấc và đặt”, tín hiệu nhận được từ công
tắc giới hạn, công tắc bên cạnh, và các dụng cụ tương tự. Những bộ điều khiển này
đã được áp dụng vào điều khiển servo. Các bộ điều khiển này vẫn còn được sử dụng
trong các Robot giản đon như Robot “nhấc và đặt” và vẫn đóng một vai trò trong
công nghệ Robot như là một giải pháp kinh tế nhất cho các trường hợp chỉ cần
chuyển động đơn giản.
Thế hệ thứ 3: Các bộ điều khiển logic lập trình được (PLC), đã được giới thiệu
trong công nghiệp hơn ba mươi năm nay, nó cung cấp bộ vi xử lý để có thể dễ dàng
nhập chương trình mới vào. Bộ điều khiển cung cấp trực tiếp các chuyển động
Robot, các điểm dừng, hoạt động của kẹp, và tốc độ.
Thế hệ thứ 4: Khi điều khiển dựa trên PLC được yêu cầu, máy vi tính có thể
điều khiển toàn bộ hệ thống, bao gồm các máy móc có thể lập trình được trong vùng
làm việc của Robot. Ngược với PLC bị giới hạn trong chương trình của chúng, máy
tính mini có thể sử dụng ngôn ngữ lập trình đặc biệt hoặc ngôn ngữ chuẩn (như
BASIC, c, c ++) để tạo ra nhiều ứng dụng về giao diện CAD/CAM và CIM hoặc
chương trình không trực tuyến. Robot kiểu máy tính mini trí tuệ nhân tạo trở thành
thương mại hoá vào cuối năm 1980. Hiện nay, các bộ điều khiển này cho phép tích
hợp với các sensor thị giác và xúc giác.
thường sử dụng loại này và nó bao gồm cả hệ điều khiển vòng mở nhưng cùng với
điều khiển khớp vòng đóng cục bộ. Loại thứ ba trên hình 2-lc, sử dụng động cơ
servo và tín hiệu phản hồi cho từng trục và được gọi là bộ điều khiển servo. Thông
thường, loại này sử dụng sensor môi trường cục bộ để nhận biết vị trí và tốc độ
nhằm cung cấp thông tin cho tín hiệu phản hổi. Loại thứ tư trên hình 2-ld, là loại sử
dụng vòng đóng có bộ điều khiển thông minh hơn, có cả sensor môi trường cục bộ
lẫn toàn cục để cung cấp cho điều khiển phản hồi. Loại này chưa được cung cấp cho
15
các Robot công nghiệp. Loại thứ năm trên hình 2-le, sử dụng điều khiển vòng đóng
thông minh có cả sensor môi trường cục bộ lẫn toàn cục để tạo ra và biến đổi chiến
lược của Robot. Hiện nay, loại này đang ở trong tình trạng nghiên cứu. Robot thông
minh có thể phát hiện ra sự thay đổi môi trường làm việc bằng các sensor nhận thức
(thị giác và/hoặc xúc giác)
16
d)
e)
Hình 2 1 Bộ điều khiển Robot với 5 loại khác nhau, a) Bộ điều khiển vòng mở,
tín hiệu được gửi đến bộ phát động mà không sử dụng tín hiệu phản hồi. Ví dụ của
loại điều khiển này là mô tơ bước hay bộ phát động servomotor. b) Bộ điều khiển
bang-bang, bật-tắt, nonservo, tín hiệu điều khiển được gửi đến bộ phát động và có
tín hiệu phản hồi trở lại điều khiển mô tơ khi đến điểm đích, c) Bộ điều khiển servo,
tín hiệu gửi đến bộ phát động và được so sánh với tín hiệu đo được từ các trục điều
khiển chuyển động, d) Bộ điều khiển cục bộ vòng đóng điều khiển tất cả các trục
trong hệ toạ độ. e) Bộ điểu khiển vỏng đóng thông minh, trong đó các sensor toàn
cục được sử dụng để sáng tạo và mô phỏng chiến lược và chuyển động của Robot.
2.1.1. Hoạt động của Robot nonservo
Bộ điều khiển sử dụng các điều kiện ban đầu để điều khiển các van (motor)
cho mỗi trục. Khi van điều khiển mở, nó nạp không khí hoặc dầu vào bộ phát động.
Bộ phát động làm cho trục của Robot chuyển động. Van tiếp tục mở và hệ làm việc
cho tới khi nó bị chặn vật lý tại điểm dừng. Chuyển mạch giới hạn nằm tại điểm kết
Servo Robot có một hệ thống điều khiển cơ bản và nó nhận tín hiệu của vị trí
chuẩn từ bộ điều khiển trình tự. Thiết bị đo vị trí trục phản hổi tín hiệu tỉ lệ với vị trí
hiện tại của nó. Sự khác nhau giữa điểm cần đến và điểm hiện tại được gọi là tín
hiệu sai (error signal). Tín hiệu này sẽ được chuyển sang dạng thích hợp và điều
khiển bộ phát động. Nếu như có sai khác nhiều thì bộ phát động bị tác động một tín
hiệu lớn khiến nó chuyển động nhanh. Nếu tín hiệu sai=0 thì không tác động vào bộ
phát động, vì đã đạt tới điểm đích. Với thiết kế phù hợp thì bộ phản hổi sẽ rất trơn và
linh hoạt.
Hoạt động của nó được mô tả như sau:
Tại thời điểm bắt đầu : Bộ điều khiển sẽ xác định vị trí của câu lệnh đầu tiên
trong bộ nhớ và đọc vị trí hiện thời của các trục từ các thiết bị đo vị trí. Tín hiệu
mong muốn và tín hiệu hiện thời được trừ cho nhau tạo ra tín hiệu sai. Sau đó tín
hiệu sai được chuyển thành tín hiệu tốc độ. Tốc độ hiện thời cũng có thể được đọc
thông qua bộ đo tốc độ, như là máy đo tốc độ góc (tachometer). Sự khác nhau giữa
tốc độ hiện thời và tốc độ mong muốn tạo ra một tín hiệu sai khác (another error
signal). Tốc độ sai này được đưa vào mạch bù trừ để giữ cho Robot chuyển động ổn
định. Tín hiệu phản hổi về vị trí và tốc độ liên quan trực tiếp tới các trục của Robot.
18
Khi bộ phát động làm dịch chuyển các trục của Robot, tín hiệu phản hổi được
so sánh với tín hiệu tại vị trí mong muốn, tạo ra tín hiệu sai mới (new error signal).
Quá trình này tiếp tục cho đến khi tín hiệu sai giảm đến 0, trục này đã đạt tới vị trí
mong muốn. Bộ điều khiển xác định vị trí nhớ của lệnh tiếp theo và thực hiện lệnh
đó. Quá trình này tiếp tục cho tới lệnh cuối cùng hoặc kết thúc chương trình.
Một vòng lặp điều khiển đơn giản dùng trong Robot điều khiển servo được chỉ
ra trên hình 2-3.
So sánh vị trí
Hình 2-3. Vòng lặp điều khiển của servo Robot. Bộ điều khiển gửi tín hiệu của vị trí
chuẩn. Vị trí chuẩn được so sánh với vị trí của trục đo bằng các sensor như giải mã
trục ịshaft encoder) và máy đo tốc độ góc (tachtometer). Tín hiệu sai được sử dụng
điểu khiển bộ phát động thông qua bộ khuếch đại. Khi tín hiệu sai bằng 0 bộ phát
trọng trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp.
Các đặc tính quan trọng của Robot là:
> Ổn định.
> Độ phân giải điều khiển.
> Độ phân giải không gian.
> Độ chính xác tuyệt đối.
> Độ chính xác lặp lại.
> Độ mềm dẻo
Các yếu tố này có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mối quan hệ này rất phức tạp
nên gây khó khăn khi tối ưu hoá hệ thống. Do vậy trong phần này, chúng ta sẽ mô tả
6 yếu tố động của Robot và các đặc tính của nó.
2.2.1. Độ ổn định
Độ ổn định có liên quan tới sự dao động trong chuyển động của Robot (bộ
chấp hành). Khi dao động xuất hiện sẽ làm giảm tính ổn định của Robot. Một số
nhược điểm của dao động:
> Gây hỏng hóc cơ khí, thuỷ lực, và các bộ phận khác của cánh tay Robot.
> Trong cùng một chuyển động, các bộ phận có thể có đường đi khác nhau
trong không gian, do vậy, yêu cầu phải có khoảng cách giữa các quĩ đạo và
giữa các vật.
> Thời gian yêu cầu cho bộ phận dừng lại cũng tăng lên.
> Một bộ phận nào đó có thể vượt quá vị trí phải dừng và gây ra va chạm giữa
các bộ phận trong cùng một hệ thống.
20
Các dao động có thể là tắt dần hoặc không tắt dần. Các dao động tắt dần sẽ
giảm và ngắt theo thời gian. Dao động không tắt dần có thể được duy trì và có thể
tăng lên, đây là một mối nguy hại rất lớn vì nó sẽ phá huỷ thiết bị hay các bộ phận
xung quanh.
Sự thay đổi quán tính và lực hấp dẫn trên từng khớp làm cho hoạt động Robot
cũng bị dao động. Servo của Robot phải hoạt động tin cậy trong tất cả các trạng thái
mặc dù có sự giới hạn về vận tốc và gia tốc của bộ phát động.
2.2.2. Độ phân giải điều khiển
Độ phân giải mô tả số gia nhỏ nhất của chuyển động mà hệ thống có thể phân
chia trong không gian làm việc. Nó có thể là hàm của số gia vị trí nhỏ nhất mà bộ
điều khiển có thể điều khiển hoặc nó là sự thay đổi nhỏ nhất về vị trí mà hệ thống
điều khiển có thể đo.
Hai vị trí của tay máy khác nhau do có một thay đổi nhỏ nhất của một khớp
gọi là điểm lân cận (adjacent). Thay đổi một phần của khớp trượt sẽ làm dịch
chuyển đỉnh công cụ, bất kể nó đang ở vị trí nào trong không gian. Do vậy, tay máy
với các trục XYZ có độ phân giải không gian cố định. Điều này rất quan trọng khi
tay máy được hướng dẫn để trình diễn một thao tác tỉ mỉ tại một điểm trong không
gian làm việc và lặp lại tại điểm khác.
Sự thay đổi của một khớp quay sẽ làm dịch chuyển đỉnh của công cụ một
khoảng cách tỉ lộ với khoảng cách vuông góc từ đỉnh công cụ tới trục khớp. Trên
đỉnh công cụ cuối cùng có lỗi của vị trí góc, nó phụ thuộc vào khoảng cách mà
thanh dọc có thể mở rộng. Hơn nữa, khi thanh dọc được mở rộng, thì đỉnh công cụ
sẽ chuyển động trong một khoảng cách rộng hơn khi khớp quay chuyển động sang
điểm kế tiếp.
Ví dụ : Xét Robot với 1 bậc tự do
Giả sử nó có một khớp trượt với toàn dải là l,0m (39,37inch). Bộ nhớ điểu
khiển của Robot có 12 bit.
Khi đó độ phân giải của Robot = 1 /212=1 /4096=0,244mm
Đây chỉ là ví dụ cho Robot có một bậc tự do, với Robot có nhiều bậc tự do, ta
có độ phân giải riêng cho từng khớp. Độ phân giải tổng cộng sẽ là tổng vecto của
22
Copyright: Tài liệu đại học ©