LỜI NĨI ĐẦU
Cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là mục tiêu hàng đầu trong công cuộc
xây dựng phát triển của nước ta, "Đến năm 2020 đất nước ta về cơ bản phải trở thành
nước công nghiệp". Rô bốt là thành phần chủ chốt trong tự động hóa cơng nghiệp. Yếu
tố quyết định cho việc sử dụng Rô bốt trong sản xuất công nghiệp một cách khá phổ
biến hiện nay là do tính linh hoạt trong vận hành, hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn
xác, có khả năng thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và khơng an
tồn. Việc ứng dụng Rơ bốt cơng nghiệp vào trong sản xuất là thực sự cần thiết bởi nó
sẽ làm thay đổi cục diện tại các nhà máy và bắt kịp được sự phát triển chung của thế
giới.
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng của công nghệ tự động và tự động

hóa vào trong sản xuất là nhu cầu bắt buộc tối thiểu. Việc biên soạn giáo trình và
giảng dạy mơn học “Rơ bốt cơng nghiệp” trong các trường đại học mang tính hàn lâm
nhiều hơn là tính cơng nghệ. Chính vì lẽ đó mà các giáo trình biên soạn khó phù hợp
với đội ngũ giáo viên dạy nghề. Qua nhiều năm nghiên cứu giảng dạy, tham khảo các
tài liệu liên quan và tham gia nghiên cứu tại các nhà máy chúng tôi biên soạn bài giảng
“Rô bốt cơng nghiệp”. Bài giảng nhằm mục đích phục vụ cho học tập và nghiên cứu
của học sinh – sinh viên khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam
Định. Bài giảng mang tính cơng nghệ được biên soạn dựa theo nội dung chương trình
giảng dạy môn học: “Rô bốt công nghiệp” dành cho sinh viên đại học ngành công
nghệ kỹ thuật điện, công nghệ tự động. Nội dung của tập bài giảng gồm ba chương
như sau:
Chương 1: Tổng quan về Rô bốt công nghiệp
Chương 2: Điều khiển rôbốt công nghiệp

Chương 3: Các cơ cấu & trang bị trên rơbốt cơng nghiệp

Bài giảng được trình bày rõ dàng ngắn gọn dễ hiểu. Nội dung từng phần thể
hiện rõ sự gắn liền lý thuyết với thực tế sản xuất hiện đại ngày nay. Cuối mỗi chương
đều có các câu hỏi và bài tập kèm theo để sinh viên dễ dàng củng cố được nội dung

kiến thức và có khả năng áp dụng trực tiếp vào q trình sản xuất.

-1-


Để có được tập bài giảng “Rơ bốt cơng nghiệp” này chúng tôi xin cảm ơn sự
giúp đỡ của trung tâm thực hành, các thầy cô giảng dạy phần rô bốt hàn thuộc khoa Cơ
khí. Chúng tơi xin cảm ơn sự quan tâm tạo điều kiện của Ban Giám hiệu, hội đồng
khoa học các cấp, các phòng ban chức năng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam
Định.

Bài giảng được biên soạn lần đầu chắc hẳn không tránh khỏi những khiếm khuyết
chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến góp ý của các thầy cơ giáo và các em sinh viên.
Mọi ý kiến góp ý xin gửi về bộ môn Kỹ thuật điều khiển - Khoa Điện -Điện tử - Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.
Trân trọng./.

Nam định, tháng 10 năm 2013
Các tác giả

-2-


CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ RÔ BỐT CÔNG

1.1. Sơ lượt quá trình phát triển của Rơ bốt cơng nghiệp (IR) :

Trên thế giới


Thuật ngữ "Rô bốt" xuất phát từ tiếng Sec (Czech) "Rơbốta" có nghĩa là cơng
việc tạp dịch (trong vở kịch Rossum's Universal Rô bốt của Karel Capek, vào năm
1921). Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc
máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu
cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ
bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là "Người máy công nghiệp"
(Industrial Rô bốt - IR).
Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay Rô bốt cơng nghiệp)
cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều
khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất.

Về mặt kỹ thuật, những Rô bốt công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh
vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các
máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool).
Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh
trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Người
thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc vài cửa
quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong. Các cơ cấu điều khiển từ xa
thay thế cho cánh tay của người thao tác; nó gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và
hai tay cầm ở bên ngoài (chủ). Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một
cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tuỳ ý của tay cầm và bộ kẹp. Cơ cấu
dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm.
Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng
yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những Rô bốt đầu tiên
thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng
lập trình của máy công cụ điều khiển số.
Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người

máy công nghiệp. Một trong những Rô bốt công nghiệp đầu tiên được chế tạo là Rô
-3-


bốt Versatran của công ty AMF, Mỹ. Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện
loại Rô bốt Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô.

Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất Rô bốt công nghiệp : Anh -1967,
Thuỵ Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở
ý - 1973. . .

Tính năng làm việc của Rơ bốt ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng
nhận biết và xử lý. Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra
mẫu Rô bốt hoạt động theo mơ hình "mắt-tay", có khả năng nhận biết và định hướng
bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra
loại Rô bốt được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là Rơ bốt T3 (The Tomorrow Tool:
Cơng cụ của tương lai). Rơ bốt này có thể nâng được vật có khối lượng đến 40kg. Có
thể nói, Rơ bốt là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ
xa với mức độ "tri thức" ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương
trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, cơng nghệ lập trình và các phát
triển của trí khơn nhân tạo, hệ chun gia ...

Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của Rô bốt
không ngừng phát triển. Các Rô bốt được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau
để nhận biết môi trường chung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực
Tin học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ Rô bốt với nhiều tính năng đăc biệt, số lượng Rơ
bốt ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, Rô bốt cơng nghiệp đã có
vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Một vài số liệu về số lượng
Rô bốt được sản xuất ở một vài nước công nghiệp phát triển như bảng 1.1 sau :


Bảng 1.1. số liệu về số lượng Rô bốt được sản xuất ở một vài nước công nghiệp

Nước sản xuất
Nhật
Mỹ

Đức
ý

Pháp
Anh

Hàn quốc

Năm 1990

60.118

4.327

Năm 1994

29.756
7.634

5.845

5.125

1.488


1.197

2.500
510

1.000

-4-

2.408

1.086
1.200

Năm 1998

67.000

11.100
8.600

4.000
2.000

1.500


Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra Rô bốt, nhưng nước phát triển cao nhất trong
lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng Rô bốt lại là Nhật.


Ở Việt Nam

Nghiên cứu phát triển rô bốt ở Việt Nam có những bước tiến đáng kể trong 25 năm

qua. Vào giai đoạn 1985-1990, chương trình nghiên cứu quốc gia về tự động hóa đã có
những đề tài nghiên cứu và chế tạo rơ bốt do Trung tâm Tự động hóa, Đại học Bách khoa
Hà Nội chủ trì. Các rơ bốt được chế tạo thời gian này là một số loại tay máy được điều
khiển bằng khí nén rất cồng kềnh và chưa có phần điều khiển điện tử. Thiết kế rơ bốt

nặng về thiết kế cơ khí, chi tiết máy. Các chuyển động của các khớp chưa có vịng điều
khiển servo mà chủ yếu dùng các cơng tắc hành trình là chính. Tuy khơng có khả năng
ứng dụng nhưng các rô bốt này đã dấy lên hướng đào tạo về rô bốt ở Đại học Bách khoa

Hà Nội trong khi ở các trường đại học khác trên toàn quốc chưa có khái niệm về mơn học
về rơ bốt cả ở các khoa cơ khí lẫn khoa điện. Các rơ bốt được thiết kế và chế tạo ở Việt
Nam thực sự có nhiều khởi sắc từ khoảng 15 năm nay. Lúc này công nghệ vi xử lý, PLC,

DSP, SOC đã thâm nhập sâu vào trong các trường đại học và cộng đồng công nghệ Việt
Nam nên nhiều ý tưởng và đề tài nghiên cứu đã được đề xuất và triển khai. Nhiều đơn vị
trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng về rô bốt. Trung
tâm Tự động hóa- Đại học Bách khoa Hà Nội tiếp tục phát triển các rô bốt điều khiển

bằng máy PC và vi xử lý, cho ra đời rô bốt SCA mini, là một loại rô bốt lắp ráp, phục vụ
tốt cho công tác đào tạo và một số rô bốt di động được điều khiển từ xa bằng con người.
Đại học Bách khoa Tp.HCM phát triển rô bốt hàn, rô bốt lấy sản phẩm phôi chai nhựa
PET, rô bốt phục vụ quay TV, và một số mẫu rô bốt song song hexapode phục vụ cho đào
tạo. Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự nghiên cứu chế tạo rô bốt sơn xe quân giới, rô
bốt phục vụ chế tạo thuốc súng, rơ bốt di động gắp mìn điều khiển từ xa, máy bay không


người lái… Học viện Kỹ thuật Quân sự thiết kế và chế tạo rô bốt lặn dưới nước điều
khiển từ xa qua dây dẫn phục vụ khảo sát các cơng trình dưới nước, rơ bốt exoskeleton trợ
giúp mang vác cho con người. Viện Cơ học - Viện KH&CN Việt Nam thiết kế chế tạo rô

bốt Hexapode phục vụ gia cơng chính xác. Viện CNTT triển khai các nghiên cứu tích hợp
hệ rơ bốt-camera phân loại sản phẩm, hệ rô bốt 2 bậc tự do Pan-Tilt-Camera theo dõi bám
mục tiêu di động, rô bốt di động phục vụ tự động hóa kho hàng. Gần đây, trong chương
trình nghiên cứu cấp quốc gia về lĩnh vực TĐH giai đoạn 2006-2010 có nhiều đề tài sắp
được nghiệm thu về thiết kế chế tạo rơ bốt, trong đó Đại học Bách khoa Hà Nội chế tạo rô

bốt hàn vỏ tàu thủy, Viện TĐH Viện Kỹ thuật Quân sự chế tạo rô bốt phun hạt nix cọ rửa
tàu, Tp. HCM chế tạo máy gia công 3D sử dụng rô bốt song song Hexapode có độ chính
-5-


xác cao và hệ thống tự động sắp xếp và cấp vật tư kho gồm 3 rô bốt di động chạy trên ray.
Đại học Quốc gia Hà Nội tiến hành các nghiên cứu phát triển các hệ điều khiển rô bốt di
động qua truyền thông không dây và Internet…

Doanh nghiệp thiết kế và chế tạo rô bốt ở Việt Nam có nhiều sản phẩm quảng cáo
ấn tượng trên trường quốc tế, trong đó phải kể đến Cơng ty Cổ phần Rô bốt TOSY.

TOSY đã gây thương hiệu bằng rô bốt dáng người đánh bóng bàn TOPIO Ping Pong được
trình diễn tại Hội chợ quốc tế Rô bốt IREX 2009 ở Nhật Bản năm 2009. Gần đây tại Hội
chợ quốc tế về Tự động hoá 2010 ở Đức, TOSY đã giới thiệu rô bốt dịch vụ 23 bậc tự do
TOPIO Dio và 2 sản phẩm rô bốt công nghiệp với giá thành chỉ bằng 1/5 các rô bốt tương

đương trên thế giới. Ngồi ra, sản phẩm rơ bốt đồ chơi như TOSY UFO được xuất khẩu
ra nhiều thị trường trên thế giới. Phải nói lĩnh vực chế tạo rơ bốt của Việt Nam đã có
nhiều khởi sắc mặc dù trên thực tế rất ít rơ bốt do Việt Nam thiết kế và chế tạo được đưa

vào ứng dụng.

Nghiên cứu về rô bốt: Song song với chế tạo rơ bốt thì các cơng trình nghiên cứu khoa

học về rơ bốt được cơng bố của các nhà khoa học Việt Nam rất đa dạng và theo sát được

các hướng nghiên cứu của thế giới. Các nghiên cứu về rô bốt ở Việt Nam liên quan nhiều
đến các vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cơ
cấu chấp hành, điều khiển và phát triển trí thơng minh cho rơ bốt. Các nghiên cứu về động

học và động lực học rô bốt được các khoa cơ khí, chế tạo máy ở các trường đại học và các
viện nghiên cứu về cơ học, chế tạo máy, quan tâm cả trong dân sự và quân sự. Ngoài việc
tìm các phương pháp giải các bài tốn liên quan đến cơ học của các loại rô bốt nối tiếp,

song song, di động, thì các chương trình mơ phỏng kết cấu và chuyển động 3D được áp

dụng và phát triển để minh họa cũng như phục vụ cho phân tích, thiết kế rô bốt. Các công
bố liên quan về cơ học rô bốt thường do Viện Cơ học - Viện KH&CN Việt Nam, Khoa
Cơ khí Chế tạo máy thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội và Đại học Bách khoa Tp.HCM,
các bộ môn rô bốt và Cơ điện tử ở các trường Đại học khác công bố. Lĩnh vực điều khiển
rô bốt rất phong phú từ các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp

tính mơ men, phương pháp điều khiển trượt đến các phương pháp điều khiển thông minh
như điều khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển
tự thích nghi, các phương pháp học cho rô bốt, các hệ visual servoing…

Các công bố về điều khiển rô bốt cho rô bốt công nghiệp, hexapod, rô bốt di động

phải kể đến các cơng trình của Viện CNTT Viện KH&CN Việt Nam, Đại học Bách khoa
Tp.HCM và Đại học Bách khoa Hà Nội. Gần đây, đội ngũ nghiên cứu và giảng dạy ở Đại

học Quốc gia Hà Nội và Học viện Kỹ thuật Qn sự cũng có nhiều cơng bố liên quan đến
-6-


lĩnh vực điều khiển rô bốt do đội ngũ giáo viên trẻ tốt nghiệp tiến sỹ ở nước ngoài về tiếp
tục các nghiên cứu của mình. Lĩnh vực rơ bốt di động với nhiều cảm biến dẫn đường và
camera đang được nhiều đơn vị trong nước quan tâm nghiên cứu. Các vấn đề xử lý ảnh
tốc độ cao, phối hợp đa cảm biến, định vị và lập bản đồ không gian, thiết kế quỹ đạo

chuyển động tránh vật cản cho rơ bốt di động đã có nhiều cơng bố trong các Hội nghị Cơ
điện tử toàn quốc năm 2002, 2004, 2006, 2008 và 2010. Các nghiên cứu về thị giác rô bốt
được quan tâm cả ở rô bốt công nghiệp và rô bốt di động, nhất là lĩnh vực nhận dạng và

điều khiển rô bốt trên cơ sở thông tin hình ảnh. Các vấn đề về xử lý ngơn ngữ tự nhiên,
nhận dạng và tổng hợp tiếng nói tiếng Việt bắt đầu được chú ý cho các lọai rô bốt dịch
vụ.

Các nghiên cứu cơ bản về rô bốt của Việt Nam đã được công bố nhiều trên các hội nghị

và tạp chí quốc tế. Việc phối hợp với các nước như Nhật, Mỹ, Singapore, Đức tổ chức các
hội nghị quốc tế tại Việt Nam liên quan đến rô bốt như RESCCE’98, RESCCE’00,
RESCCE’02, ICMT2004, ICARCV 2008, ITOMM 2009 là một chuỗi hoạt động khoa
học liên tục của cộng đồng rô bốtics Việt Nam hòa nhập vào các hoạt động nghiên cứu
khoa học với các nước khu vực và tiên tiến trên thế giới.

Mặc dù có nhiều loại rơ bốt đã được Nhà nước hỗ trợ cho nghiên cứu chế tạo qua

các đề tài nghiên cứu các cấp suốt 25 năm qua nhưng hầu như các rơ bốt đó ít được ứng
dụng vào thực tiễn sản xuất. Nhiều nhóm nghiên cứu phát triển rơ bốt được hình thành ở


các trường đại học, viện nghiên cứu ở 3 miền đất nước nhưng chủ yếu phục vụ cho nghiên
cứu và đào tạo. Ứng dụng mạnh mẽ của rơ bốt trong sản xuất chỉ có hiệu quả khi dây
chuyền sản xuất có nhu cầu tự động hóa hóa cao trong khi đó nền sản xuất của Việt Nam

đang ở giai đoạn cơng nghiệp hóa sử dụng lao động thủ công với giá nhân công rẻ. Mặc
dù vậy các nghiên cứu phát triển rô bốt ở Việt Nam vẫn phát triển mạnh đáp ứng nhu cầu
đào tạo nguồn nhân lực công nghệ cao đang rất thiếu cho q trình phát triển của đất
nước.

Ưu điểm của Rơ bốt

Rơ bốt có thể làm việc liên tục trong thời gian dài, chúng chỉ ngừng hoạt động
khi cần duy tu, bảo dưỡng, thay thế.
Rơ bốt có khả năng làm việc trong môi trường độc hại, khu vực nguy hiểm,
hoặc những nơi con người khơng thể đến được.

Với chương trình được đặt trước, Rơ bốt có khả năng làm việc với hiệu suất
cao hơn con người, tiết kiệm nguyên vật liệu, độ chính xác làm việc cao.
-7-


Giá thành và chi phí lắp đặt, chế tạo Rơ bốt ngày càng thấp do sự tiến bộ của
khoa học kỹ thuật.
Khi thay đổi cơng việc, lập trình lại cho Rơ bốt nhanh hơn và chi phí thấp hơn
so với việc đào tạo một cơng nhân.

Rơ bốt có thể cải thiện được điều kiện lao động. Đó là ưu điểm nổi bật nhất mà
chúng ta cần quan tâm. Trong thực tế sản xuất có rất nhiều nơi người lao động phải
lao động suốt buổi trong môi trường bụi bặm, ẩm ướt, nóng nực, hoặc ồn ào quá mức
cho phép nhiều lần. Thậm trí ở nhiều nơi người lao động cịn phải làm việc dưới môi

trường độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ con người, dễ xảy ra tai nạn, dễ bị nhiễm hố
chất độc hại, nhiễm sóng điện từ, phóng xạ...
1.2. Các khái niệm và định nghĩa về Rô bốt cơng nghiệp
1.2.1. Định nghĩa Rơ bốt cơng nghiệp

Hiện nay có nhiều định nghĩa về Rơ bốt, có thể điểm qua một số định nghĩa
như sau :

Định nghĩa theo tiêu chuẩnAFNOR (Pháp) : Rô bốt công nghiệp là một cơ cấu
chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương
trình đặt ra trên các trụ toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối
tượng vật chất : chi tiết, dao cụ, gá lắp . . . theo những hành trình thay đổi đã chương
trình hố nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.

Định nghĩa theo RIA (Rô bốt institute of America) : Rô bốt là một tay máy vạn
năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng
cụ hoặc các thiết bị chun dùng thơng qua các chương trình chuyển động có thể thay
đổi để hồn thành các nhiệm vụ khác nhau.
Theo Artobolevski I.I., Vorobiov M.V. và các nhà nghiên cứu thuộc trường
phái khối SEV trước đây thì phát biểu rằng: “Rô bốt 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 hố các quá trình sản xuất”.
Định nghĩa theo OCT 25686-85 (Nga) : Rô bốt 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 hồn thành các chức năng vận
động và điều khiển trong quá trình sản xuất.
-8-



Mikell P.Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực rô bốt, mở rộng
hơn như sau: “Rô bốt công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo
chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như ở con người”. Định nghĩa của
M.P.Groover về rô bốt 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.
Những rô bốt hay tay máy dùng các cơ cấu cam trong hệ thống điều khiển có

được thừa nhận hay khơng là khơng quan trọng ; điều quan trọng là chúng đã đóng vai
trị đáng kể trong việc tự động hoá sản xuất ở các nhà máy. Những rơ bốt, tay máy nói
trên cịn được gọi một cách hình tượng là “tự động hố cứng”, ngược lại với “tự động
hoá linh hoạt”, mà đại diện của chúng là những rô bốt công nghiệp được điều khiển
bằng chương trình, thay đổi được nhiệm vụ thao tác đặt ra một cách nhanh chóng.
Một số nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực rô bốt của Nhật Bản đưa ra
những định nghĩa về rô bốt dưới dạng những yêu cầu như sau:

Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một rơ bốt cơng nghiệp
phải thoả mãn yếu tố sau:
- Có khả năng thay đổi chuyển động;

- Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác;
- Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao;

- Có khả năng thích nghi với mơi trường hoạt động;

- Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngồi.

Theo Giáo sư Masahiro Mori (Viện cơng nghệ Tokyo) thì rơ bốt cơng nghiệp phải có
các đặc điểm sau:

- Có khả năng thay đổi chuyển động;

- Có khả năng xử lý thơng tin (biết suy nghĩ);
- Có tính vạn năng;

- Có những đặc điểm của người và máy.

Từ những khác biệt trong định nghĩa về rô bốt, căn cứ vào tính linh hoạt của
những hệ thống sản xuất có áp dụng rô bốt P.J.McKerrow, một nhà nghiên cứu về rô
-9-


bốt của Úc đã đưa ra một định nghĩa ở một góc độ khác. Theo ơng, rơ bốt là một loại
máy có thể lập trình để thực hiện những cơng việc đa dạng tương tự như một máy
tính, là một mạch điện tử có thể lập trình để thực hiện những cơng việc đa dạng.
Các rơ bốt đóng góp vào sự phát triển công nghiệp dưới nhiều dạng khác
nhau; tiết kiệm sức người, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và
an toàn lao động và giải phóng con người khỏi những cơng việc cực nhọc và tẻ nhạt.
Tất nhiên, trong tương lai còn nhiều vấn đề nảy sinh khi rô bốt ngày càng thay thế các
hoạt động của con người, nhưng trong việc đem lại lợi ích cho con người, khám phá

vũ trụ, và khai thác các nguồn lợi đại dương, rô bốt đã thực sự làm cho cuộc sống của
chúng ta tốt đẹp hơn. Trước khi đi vào phân tích những nội dung tiếp theo, để bạn đọc
có sự nhận dạng một cách thống nhất trong quá trình khảo sát, dưới đây sẽ trình bày
một số phương pháp phân loại rô bốt sử dụng trong cơng nghiệp.
Có thể nói Rơ bốt cơng nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từng phần
hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong nhiều khả
năng thích nghi khác nhau. Rơ bốt cơng nghiệp có khả năng chương trình hoá linh
hoạt trên nhiều trụ chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng. Rô bốt công
nghiệp được trang bị những bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giải quyết những

nhiệm vụ xác định trong các q trình cơng nghệ : hoặc trực tiếp tham gia thực hiện
các ngun cơng (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy . . .)
hoặc phục vụ các q trình cơng nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá . . .)
với những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công
nghệ, trong một hệ thống máy tự động linh hoạt, được gọi là "Hệ thống tự động linh
hoạt Rơ bốt hố" cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản
xuất thay đổi.
1.2.2. Bậc tự do của Rô bốt (DOF : Degrees Of Freedom)

Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc
tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của
Rô bốt phải đạt được một số bậc tự do.
Thơng 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 khơng gian hoạt
động. Trong lĩnh vực rô bốt học (rô bốtic) người ta hay gọi mỗi khả năng chuyển động
-10-


(có thể là chuyển động thẳng; dọc theo hoặc song song với một trục, hoặc chuyển
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 dụng trong cơng 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 khơng gian hoạt


động của nó) theo mọi hướng. Ngoài ra, số bậc tự do nhiều hơn sáu sẽ khơng kinh tế
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 nguyên lý cấu tạo, tay máy là một tập hợp các khâu được liên kết với nhau

thơng 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 chuyển 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 khơng

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
-11-


khơng gian hoạt động của tay máy vì vậy cịn được gọi là các chuyển động định vị.

Bên cạnh các rô bốt tĩnh tại được sử dụng phần lớn trong công nghiệp hiện nay,

các loại rô bốt di động cũng được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.

Bậc chuyển động của rô bốt di động được xác định bởi số khả năng chuyển

động độc lập của nó kể cả 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 rô bốt hàn, đầu phun sơn hoặc phun men, đầu vặn bu-lông, đai
ốc trong dây truyền lắp ráp tự động, v.v...Chuyển động kẹp của tay gắp khơng được

kể khi tính bậc chuyển động bởi vì chuyển động này khơng 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 rô bốt công

nghiệp hiện đại có một tay máy. Tuy vậy trong ứng dụng cũng có rơ bốt 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 hồn thành

nhiệm vụ cơng nghệ đặt ra. Để hoàn toàn định hướng đến tư thế làm việc với 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 thể 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.

-12-



Tuy nhiên, điều cần lưu ý ở đây là thêm càng nhiều bậc chuyển động một mặt

sẽ làm tăng khả năng 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 rơ bốt.

Nói chung cơ hệ của Rơ bốt là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể

tính theo cơng thức :
Trong đó :

n

-

Số khâu động;

pi - Số khớp loại i (i = 1,2,. . .,5 : Số bậc tự do bị hạn chế).

Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnh

tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động . Đối với cơ cấu hở, số
bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.

Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trong không


gian 3 chiều Rô bốt cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do

để định hướng. Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp... có thể yêu cầu số bậc tự

do ít hơn. Các Rô bốt hàn, sơn... thường yêu cầu 6 bậc tự do. Trong một số trường
hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hố quỹ đạo,... người ta dùng
Rơ bốt với số bậc tự do lớn hơn 6.

1.2.3. Hệ toạ độ (Coordinate frames) :

Mỗi Rô bốt thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp

(joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên.
Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay hệ toạ độ chuẩn). Các hệ

toạ độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng. Trong từng
thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của Rơ bốt bằng các

chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc cuả các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay
(hình 1.1). Các toạ độ suy rộng cịn được gọi là biến khớp.

-13-


Hình 1.1: Các toạ độ suy rộng của Rơ bốt.

Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của Rô bốt phải tuân theo qui tắc bàn tay phải :
Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lịng bàn tay, x 3 ngón : cái, trỏ và
giữ theo 3 phương pháp vng góc với nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều
của truc z thì ngón trỏ chỉ phương,

chiều của trụ x và ngón giữa sẽ biểu thị
phương, chiều của trụ y (hình 1.2).
Trong Rơ bốt người ta thường

dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ tọa độ
gắn trên khâu thứ n. Như vậy hệ tọa độ
cơ bản (hệ tọa độ gắn với khâu cố
định) sẽ được ký hiệu là O0; hệ tọa độ
gắn trên các khâu trung gian tương ứng
sẽ là O1, O2,…, On-1. Hệ tọa độ gắn

trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là
On.

Hình 1.2: Qui tắc bàn tay phải

1.2.4. Trường cơng tác của Rô bốt (Workspace or Range of motion):

Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của Rơ bốt là tồn
bộ thể tích được qt bởi khâu chấp hành cuối khi Rô bốt thực hiện tất cả các chuyển
động có thể. Trường cơng tác bị ràng buộc bởi các thơng số hình học của Rơ bốt cũng
như các ràng buộc cơ học của các khớp; ví dụ, một khớp quay có chuyển động nhỏ
-14-


hơn một góc 3600. Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của
một Rô bốt (hình 1.3).

Hình chiếu đứng


Hình chiếu bằng

Hình 1.3: Biểu diễn trường cơng tác của Rơ bốt.

1.2.5. Độ chính xác định vị

Độ chính xác định vị thể hiện khả năng đối tượng đạt được chính xác tới điểm
đích. Đó là một thơng số quan trọng, ảnh hưởng đến sự thao tác chính xác của phần
công tác và khả năng bám quỹ đạo của nó. Đối với thiết bị điều khiển số, độ chính xác
định vị liên quan đến hai vấn đề, độ phân giải điều khiển và độ chính xác lặp lại.
1.2.6. Tốc độ dịch chuyển

Xét về yếu tố năng suất người ta mong muốn tốc độ dịch chuyển nói chung càng
cao càng tốt. Tuy nhiên về mặt có học, tốc độ cao sẽ dẫn đến những vấn đề như giảm
tính ổn định, lực quán tính lớn, các cơ cấu ma sát mòn nhanh hơn.
Xét về mặt điều khiển với độ phân giải sẵn có của bộ điều khiển, khi tăng tốc độ
dịch chuyển có thể làm giảm độ chính xác định vị. Vì vậy vấn đề chọn tốc độ dịch
chuyển hợp lí cũng đặt ra khi thiết kế và lựa chọn rơ bốt.
1.2.7. Đặc tính của bộ điều khiển

Rơ bốt là sản phẩm cơ điện tử nên ngồi khâu khớp cịn có bộ não của rơ bốt là
các thiết bị điều khiển.

Kiểu điều khiển: có hai kiểu điều khiển hay dùng nhất cho RBCN là điều khiển
điểm - điểm và điều khiển liên tục. Điều khiển điểm - điểm thường dùng cho các rô
-15-


bốt hàn điểm, tán đinh, vận chuyển. Điều khiển liên tục dùng cho các rô bốt hàn
đường, phun sơn, tạo mẫu…

Dung lượng bộ nhớ: Bộ nhớ trên rô bốt hiện đại chia làm hai phần:

Bộ nhớ hệ thống lưu trữ các phần mềm hệ thống, phần mềm công dụng chung

như hệ điều hành, dữ liệu máy, các mô đun chương trình tính tốn động học, động lực
học.

Bộ nhớ chương trình dùng lưư trữ các chương trình ứng dụng do người dùng tạo
ra. Thường bộ nhớ chương trình là RAM, dung lượng của nó là một thơng số đáng
quan tâm.
Giao diện với các thiết bị ngoại vi: Các thiết bị ngoại vi là các thiết bị mà rô bốt
phải phục vụ hay phối hợp làm việc. Chẳng hạn máy công cụ, phương tiện vận chuyển
như băng tải, máng tải, thiết bị đo lường, hoặc các thiết bị hiển thị, in ấn nhập dữ
liệu…Hầu hết các rô bốt phục vụ trong dây chuyền có khả năng ghép nối trong hệ
CIM thơng qua giao diện truyền thơng chuẩn. Điều này có thể giúp mở rộng khả năng
cơng nghệ vốn có của rơ bốt ra ngồi đặc tính chuẩn của nó, thơng qua việc xây dựng
dữ liệu bằng ngôn ngữ chuẩn của nhà sản xuất sau đó kết nối vào từ bên ngồi.
Các tiện ích: Tiện ích của rơ bốt bao gồm lập trình có trợ giúp đồ họa, hệ thống
dạy - học, mơ phỏng gia cơng. Những tiện ích này làm cho rơ bốt thân thiện hơn với
người sử dụng.
1.3. Cấu trúc cơ bản của Rơ bốt cơng nghiệp

1.3.1. Các thành phần chính của Rô bốt công nghiệp

Một Rô bốt công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như: cánh tay

Rơ bốt, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều
khiển, thiết bị dạy học, máy tính ... các phần mềm lập trình cũng nên được coi là một
thành phần của hệ thống Rô bốt. Mối quan hệ giữa các thành phần trong Rô bốt như
hình 1.4.


-16-


Hình 1.4: Các thành phần chính của hệ thống Rơ bốt.

Cánh tay Rô bốt (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau
bằng các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của Rô bốt.

Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc động cơ bước), các hệ
thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động.
Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của Rô bốt, dụng cụ của Rô bốt có
thể có nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ
làm việc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn ...

Thiết bị dạy-hoc (Teach-Pendant) dùng để dạy cho Rô bốt các thao tác cần thiết
theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó Rơ bốt tự lặp lại các động tác đã được dạy
để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học).
Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển Rơ bốt được cài đặt
trên máy tính, dùng điều khiển Rô bốt thông qua bộ điều khiển (Controller). Bộ điều
khiển cịn được gọi là Mơ đun điều khiển (hay Unit, Driver), nó thường được kết nối
với máy tính. Một mơ đun điều khiển có thể cịn có các cổng Vào - Ra (I/O port) để
làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp Rô bốt nhận biết trạng
thái của bản thân, xác định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dị tìm khác; điều
khiển các băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với Rô bốt ...Với cấu trúc
và chức năng như trên, Rô bốt phần nào mang tính “người” cịn phần máy chính là
trạng thái vật lý của cấu trúc. Với IR tính chất “người” và “máy”cũng được thể hiện
đầy đủ như trên, duy trì hình thức mang dáng dấp của tay “người”.
-17-



1.3.2. Cấu trúc của tay máy

Thuật ngữ “tay máy” và Rô bốt trong quan niệm của nhiều nhà chuyên môn

trong lĩnh vực này khơng có sự khác biệt. Để thuận tiện trong trình bày, ở đây ta hiểu
tay máy là một dạng Rơ bốt có cấu tạo mơ 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 cơ cấu cơ khí
được thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối với nhau, được gọi
là các khâu động hay các trụ. Trong đó, phần liên kết giữa các khâu động được gọi là
các khớp động .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 dầu 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 như mỏ hàn, dao cắt lazer..
Tay máy có thể gọi là cánh tay cơ khí của Rơ bốt cơng 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 dụng cụ cơng tác.
Vai
Shoulde
r

Cánh tayArm

Cổ tay
Wrist

Bàn tay

hand

Hình 1.5: Mơ hình kết cấu của tay máy

Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫn 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 chuyển động của các khâu thành phần.
-18-


1) Tay máy toạ độ vng góc

Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phương của các trụ

hệ toạ độ gốc (cấu hình T.T.T). Trường cơng tác có dạng khối chữ nhật. Do kết
cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ khí dễ
đảm bảo vì vậy nó thuờng dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt

Hình 1.6: tay máy toạ độ vng góc

Ưu điểm:

- Khơng gian làm việc lớn, có thể dài đến 20m. Tải trọng lớn đến vài chục tấn
hoặc hơn thế.
khác.

- Đối với loại gắn trên trần sẽ dành được diện tích sàn lớn cho các công việc

- Hệ thống điều khiển đơn giản dễ điều khiển

- Được ứng dụng nhiều trong hệ thống nâng vận chuyển trong các nhà xưởng
chế tạo cơ khí. Hay nâng hạ thi cơng đối với các sản phẩm trong bể tôi, mạ....

Hạn chế: Việc thêm vào các loại thiết bị vận chuyển khác trong không gian làm việc
của Rơ bốt khơng 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 Rô bốt trên đều gặp nhiều trở ngại.
2) Tay máy toạ độ trụ

Tiêu biểu cho một Rô bốt hoạt động trong hệ toạ độ trụ là Rô bốt được trang bị
hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay.
-19-


-Ưu điểm:

Hình 1.7: tay máy dạng hình trụ

(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.
3) Tay máy toạ độ cầu


Vùng làm việc của Rụ bốt có dạng hình cầu. thường độ cứng vững của loại Rụ
bốt nầy thấp hơn so với hai loại trên. Ví dụ Rơ bốt 3 bậc tự do, cấu hình R.R.R hoặc
R.R.T làm việc theo kiểu toạ độ cầu

Hình 1.8: tay máy dạng hình trụ
-20-


4) Tay máy kiểu khớp bản lề và kiểu SCARA

Rô bốt kiểu SCARA: Rô bốt SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học
Yamanashi (Nhật Bản) là một kiểu Rô bốt mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quá
trình sản xuất. Loại cấu hình dễ thực hiện nhất được ứng dụng cho Rô bốt là dạng
khớp nối bản lề và kế đó là dạng ba trụ thẳng, gọi tắt là dạng SCARA (Selective
Compliance Articulated Rô bốt Actuator). Dạng này và dạng toạ độ trụ là phổ cập
nhất trong ứng dụng cơng nghiệp bởi vì chúng cho phép các nhà sản xuất Rô bốt sử
dụng một cách trực tiếp và dễ dàng các cơ cấu tác động quay như các động cơ điện,
động cơ đầu ép, khí nén.

Hình 1.9: Tay máy kiểu SCARA

5) Rô bốt khớp bản lề (articular Rô bốt): ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trụ
quay, bao gồm cả kiểu Rơ bốt SCARA (hình 1.10).

Hình 1.10: tay máy kiểu khớp bản lề
-21-


Ưu 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 trụ 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 tốn tọa độ
hoặc quỹ đạo chuyển động đối với Rơ bốt chỉ cần giải quyết ở hai phương x và y còn
lại bằng cách phối hợp ba chuyển động quay quanh ba trụ song song với trụ z.
1.3.3. 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 hết các bậc tự do đó vào tay gắp của Rơ bốt.
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 đa là ba chuyển động định hướng dạng ba
chuyển động quay quanh ba trụ vng 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 vng góc. Loại Rô bốt 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 Rô bốt,
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 cơng tác cuối thường
khơng được tính vào bậc chuyển động (hay bậc tự do) của Rô bốt ngoại trừ trường
hợp tay gắp có dạng tay gắp servo được điều khiển bởi một mạch riêng trên bộ điều
khiển.
1.3.4. Cơ cấu tay kẹp


Phần công tác của rô bốt rất đa dạng, trên các rơ bốt chun dùng thì phần cơng

tác cũng là thiết bị chun dùng. Ví dụ mỏ hàn, mỏ cắt, súng phun sơn, chìa vặn vít,
bàn kẹp.Trên các loại rô bốt vạn năng thường là rô bốt lắp ráp, vận chuyển, xếp dỡ thì
-22-


phần cơng tác có chức năng nắm giữ và thực hiện các thao tác khác nhau với đối tượng
(xoay, nhấc, lật, thả..), nếu không đề cập đến sự khác biệt về kết cấu mà căn cứ vào
chức năng chính của chúng, ta gọi chung là tay kẹp. Các hình ảnh sau minh họa các
kết cấu từ đơn giản đến phức tạp của bộ phận này.

Hình 1.11: Hình ảnh một số tay kẹp của rô bốt

-23-


Kết cấu tay kẹp cơ khí. Đó là loại tay kẹp để giữ, di chuyển đối tượng bằng các
mỏ kẹp, móc, càng, tấm đỡ (xem các minh họa phần trên). Tay kẹp khơng có điều
khiển dùng các loại mỏ, nhíp, chấu …để kẹp vật nhờ tác dụng của lò xo hoặc nhờ lực
đàn hồi của chính các chi tiết trong hệ thống. Kết cấu của các loại kẹp này rất đơn
giản, chúng khơng có nguồn dẫn động riêng, khơng có cơ cấu hãm nên lực kẹp dao
động theo kích thước của đối tượng.

8
6
5
4


3

7
9

10

11

12

13

2

1

Hình 1.12: Kết cấu cơ khí một tay kẹp

Vì vậy chúng thuộc loại tay kẹp chuyên dùng, được thiết kế cho từng loại đối
tượng cụ thể, với phạm vi thay đổi kích thước hẹp. Do các đặc điểm nêu trên, chúng
được dùng chủ yếu trong sản xuất hàng khối. Xem minh họa cơ cấu này như hình
1.12:

Để đảm bảo làm việc tin cậy và ổn định ngay cả khi có biến động kích thước của
đối tượng, tay kẹp được bổ xung cơ cấu hãm, ví dụ như cơ cơ minh họa dưới đây. Nhờ
có cơ cấu hãm mà tay kẹp làm việc với hành trình kẹp và nhả rành mạch hơn dù vẫn
khơng có nguồn dẫn động riêng. Các tay kẹp dùng với vật trịn xoay như hình vẽ 1.12,
lực kẹp được tạo ra dưới tác dụng của trọng lực, tấm nêm 4 tác động lên đuối của các
mỏ kẹp 1. Khi đặt vật xuống, nêm 4 tiến gần đến vật, hai mỏ kẹp được giải phóng, vật

được nhả ra dưới tác dụng của lực kéo từ lò xo 13. Chú ý tới cơ cấu hãm, nó gồm thân
7 gắn liền với cần 5. Chốt hãm 10 gắn trên cần 12 nhưng có thể quay tự do trên đó.
-24-


Trong lỗ của thân 7 có lồng 2 bạc khơng quay được 8 và 9. Bạc 8 có các vấu phía
dưới, bạc 9 có cả vấu trên và dưới. Các vấu này khi ăn khớp và trượt tương đối với các
vấu trên chốt 10 sẽ làm quay chốt đó 45o. Trong hành trình nhả, thân 7 tiến gần đến
đầu 3, chốt 10 tiếp xúc với bạc 8, quay 450, khi đi xuống tiếp xúc với mặt trên của bạc
9 lại quay tiếp 450 và bị mắc trong lỗ. Hai mỏ kẹp bị giữ ở trạng thái nhả. Trong hành
trình kẹp, sau khi chốt 2 tiếp xúc với vật, đầu 3 và thân 7 tiến gần đến nhau. Chốt 10

tiếp xúc với bạc 8, bị quay 450. Khi đi xuống chốt 10 lại tiếp xúc với bạc 9, bị quay
tiếp 450 nữa. Kết quả là chốt lọt qua được rãnh và lọt ra khỏi lỗ. Các mỏ 1 được khóa
ở trạng thái kẹp.
Một số kiểu cơ cấu kẹp

-Tay kẹp cơ cấu hình bình hành (hình 1.13-a : Được sử dụng để duy trì độ song
song hai má kẹp, khi kích thước vật kẹp thay đổi trong một phạm vi lớn.

- Tay kẹp cơ cấu nêm (hình 1.13-b): Khi nêm hình trụ côn di chuyển sẽ tạo ra
Chuyển động đõng và moet tay kẹp
- Tay kẹp dùng địn kẹp (hình 1.13-c)

- Tay kẹp dùng buồng đàn hồi: Lực kẹp sinh ra do sự biến dạng của buồng đàn hồi
dưới tác dụng của khí nén hoặc thủ lực.

- Tay kẹp thích nghi: Trên các tay kẹp kiểu này người ta lắp đặt các sensor để
thu nhận thông tin về sự tồn tại, vị trí, hình dáng, kích thứơc khối lượng, trạng thái bề
mặt, màu sắc… của đối tượng để rô bốt tự động tìm cách xử lí thích hợp. Chẳng hạn

nhận hay khơng nhận, thay đổi nơi chuyển đến, thay đổi vị trí và lực kẹp.
-Tay kẹp chân không và điện từ: Các kiểu tay kẹp này dùng lực hút chân không
(hoặc lực từ) để nhấc và di chuyển đối tượng. Trong một vài trường hợp, người ta còn
dùng cả lực hút tĩnh điện. Ưu điểm chính của lọai tay kẹp này là có kết cấu đơn giản,
có thể dùng với các loại bề mặt hay các loại vật liệu mà tay kẹp cơ khí khó đáp ứng, ví
dụ chi tiết phẳng, mỏng nhưng rộng như tấm tơn, hoặc giấy mỏng, hình dạng chi tiết
p
phức tạp, vị trí của chi tiết thay đổi ngẫu nhiên.




Ni

b
Fi

Mj
Ni

Ni

ai

p

-25Mj

Mj


ai



a

ai

p

b