Báo cáo Nghiên cứu thiết kế chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng

! BỘ KHOA HỌC VÀ CễNG NGHỆ CHƯƠNG TRèNH KC.03 Đề tài kc.03.08 YZ YZ YZ YZ YZ YZY YZ YZ YZY YZ YZ YZY “NGHIấN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THễNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG” MÃ SỐ: KC.03.08 BÁO CÁO TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ NGHIấN CỨU ĐỀ TÀI KC.03.08 6246 25/12/2006 HÀ NỘI 2006 MụC LụC Giới thiệu kc.03.08 A. Thuyết minh và hợp đồng triển khai Đề tài KC.03.08 I. Thuyết minh Đề tài 4 II. Hợp đồng triển khai thực hiện Đề tài 23 B. Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài KC.03.08 29 Giới thiệu chung 30 Báo cáo tóm tắt các kết quả nghiên cứu theo nhiệm vụ 1 - nghiên cứu thiết kế chế tạo nhóm sản phẩm robot rp Phần I. Robocar RP 38 I. Giới thiệu chung 38 II. Nghiên cứu tạo dựng các mô-đun chấp hành linh hoạt cho Robot 41 III. Nghiên cứu tạo dựng mô-đun xe di động và cơ cấu lái Robocar 48 IV. Nghiên cứu thiết lập phần cứng và phần mềm điều khiển Robocar 54 Phần II. Các sản phẩm Robocar ứng dụng 56 I. Giới thiệu chung 56 II. Robocar TN trong phòng thí nghiệm 58 III. Robocar “Chữ thập đỏ” 59 3.1. Giới thiệu chung 59 3.2. Các kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo Robocar “Chữ thập đỏ” 59 3.3. Các kết quả b−ớc đầu ứng dụng Robocar “Chữ thập đỏ” 63 IV. Xe lăn và xe ghế chạy điện tự động 72 V. Kết luận về Nhiệm vụ 1 79 Báo cáo tóm tắt các kết quả nghiên cứu theo nhiệm vụ 2 - nghiên cứu thiết kế chế tạo nhóm sản phẩm robot sca Phần mở đầu 81 Phần I. Robocar SCA TM khí nén 89 I. Giới thiệu chung 89 II. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu xây dựng các mô hình động học và động lực học của Robot SCATM 90 2.1. Thiết lập ph−ơng trình động học Robot SCATM khí nén 90 2.2. Thiết lập bài toán động học ng−ợc Robot SCATM 93 2.3. Xây dựng mô hình động lực học Robot SCATM 97 III. Tóm tắt về kết quả nghiên cứu tihết kế cải tiến và chế tạo Robot SCATM 114 Phần II. Mô đun quay dùng bánh răng con lăn 118 I. Giới thiệu chung 118 II. Nghiên cứu xây dựng lý thuyết ăn khớp bánh răng con lăn 120 III. Một số sản phẩm BRCL đã đ−ợc thiết kế, chế tạo 127 IV. Kết luận 135 Phần III. Môđun dây chuyền sản xuất tự động dùng Robot SCATM để phân loại sản phẩm theo màu sắc 136 I. Giới thiệu chung 136 II. Hệ thống băng truyền 137 III. Hệ thống điều khiển DCSX dùng Robot SCATM để phân loại sản phẩm theo màu sắc 142 3.1. Nguyên tắc hoạt động 142 3.2. Các bộ phận chủ yếu 143 Phần IV. Cơ sở tính toán và xây dựng các ch−ơng trình máy tính về điều khiển và ứng dụng Robot SCATM 146 Phần V. Kết luận về Nhiệm vụ 2 147 Báo cáo tóm tắt các kết quả nghiên cứu theo nhiệm vụ 3 - nhóm sản phẩm robot RE 149 I. Giới thiệu chung 149 II. Tóm tắt một số kết quả chủ yếu 151 2.1. Tính toán về độ chính xác tái hiện của Robot RE 151 2.2. Nghiên cứu, thiết kế, lắp ráp Robot RE-03 hoạt động theo tọa độ trụ 154 III. Kết luận về Nhiệm vụ 3 171 Báo cáo tóm tắt các kết quả nghiên cứu theo nhiệm vụ 4 - nhóm sản phẩm đồ gá cnc 172 I. Giới thiệu chung 172 II. Cơ cấu Robot song song 3 chân 176 III. Robot song song RBSS - 322 178 3.1. Giới thiệu chung 178 3.2. Thiết kế kết cấu và lập trình điều khiển chuyển động của Robot 178 IV. Kết luận về nhiệm vụ 4 180 Kết luận chung 181 Tài liệu tham khảo 184 A. Thuyết minh và hợp đồng triển khai đề tài kc.03.08 I. Thuyết minh đề tài KC.03.08 II. Hợp đồng triển khai thực hiện Đề tài KC.03.08 Giới thiệu tóm tắt đề tài kc.03.08 1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng 2. Mã số: KC.03.08 3. Thuộc ch−ơng trình: Ch−ơng trình khoa học công nghệ nhà n−ớc về tự động hóa, KC.03 4. Chủ nhiệm đề tài: GS.TSKH. Nguyễn Thiện Phúc 5. Cơ quan chủ trì: Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK - Hà Nội 6. Thời gian thực hiện: Từ 11/2001 đến 6/2005 7. Tổng kinh phí thực hiện đề tài: 2.100 triệu đồng 8. Mục tiêu của đề tài: Mục tiêu đề ra là tự thiết kế đ−ợc và nắm vững quy trình công nghệ chế tạo các robot thông minh. Khả năng của robot có thể nhận biết và xử lý tình huống trong quá trình làm việc thể hiện nh− những dấu hiệu b−ớc đầu về sự thông minh. Khả năng đó cũng chỉ có thể hiện thực đ−ợc nếu robot đ−ợc cấu thành từ các môđun thiết bị chấp hành tiên tiến, điều khiển linh hoạt đ−ợc và chính xác, đồng thời đ−ợc trang bị thêm các môđun cảm biến và các môđun ch−ơng trình điều khiển thông minh. Tạo dựng robot công nghiệp theo h−ớng "môđun hoá" là xu thế hiện đại và có nhiều −u điểm: Với các môđun đ−ợc chuyên môn hoá sản xuất, có chất l−ợng đảm bảo, nên có thể tạo dựng các robot nhiều loại hình và với mức độ thông minh khác nhau, phù hợp với các yêu cầu ở trong n−ớc, hiện nay còn đòi hỏi số l−ợng ít nh−ng đa dạng về chủng loại. Trong số các robot tiên tiến hiện nay thì loại robot song song đang đ−ợc thu hút sự chú ý của công trình nghiên cứu vì chúng có nhiều ứng dụng quan trọng. Vì vậy cụ thể hoá mục tiêu đề ra của Đề tài là tự thiết kế và chế tạo các môđun cấu thành các robot thông minh, trong đó có các môđun robot song song, phục vụ cho các ứng dụng quan trọng rất đa dạng trong sản xuất. Đó cũng là những nội dung đã đ−ợc Hội đồng T− vấn xác định đối với đề tài này. 9. Nội dung chủ yếu: Đề tài triển khai 4 nhiệm vụ theo hợp đồng ký với Ban chủ nhiệm Ch−ơng trình KC.03. Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu tạo ra nhóm sản phẩm Robot RP đ−ợc nâng cấp và thông minh hóa. Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu tạo ra nhóm sản phẩm Robot SCA đ−ợc nâng cấp và thông minh hóa. Nhiệm vụ 3: Nghiên cứu tạo ra Robot RE thông minh phục vụ kỹ thuật tái hiện các bề mặt cong. Nhiệm vụ 4: Nghiên cứu tạo ra đồ gá gia công CNC Thuyết minh đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ I. Thông tin chung về đề tài 1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng 2. Mã số: KC.03.08 3. Thời gian thực hiện (Từ tháng 10/2001 đến tháng 10/2004) 4. Cấp quản lý NN Bộ, CS x Tỉnh 5. Kinh phí Tổng số: 2.100 triệu đồng Trong đó, từ Ngân sách SNKH: 2.100 trệu đồng 6. Thuộc Ch−ơng trình (nếu có) "Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ tự động hoá" Mã số KC - 03 7 Chủ nhiệm đề tài Họ và tên: Nguyễn Thiện Phúc Học hàm/học vị: Giáo s−, Tiến sĩ khoa học Chức danh khoa học: Điện thoại: 8692207 (CQ)/ 8692828 (NR) Fax: 8681099 Mobile: E-mail: nguyentphuc @ hn.vnn.vn Địa chỉ cơ quan: C10 B, Đại học Bách khoa, Đại Cồ Việt, Hà Nội Địa chỉ nhà riêng: 19 Tạ Quang Bửu, Bách khoa, Hà Nội 8 Cơ quan chủ trì đề tài Tên tổ chức KH&CN: Trung tâm Nghiên cứu kỹ thuật Tự động hoá, ĐHBK Hà Nội *Ghi chú: Trong tr−ờng hợp tổ chức và cá nhân thấy cần trình bày cho rõ hơn một số mục nào đó của bản Thuyết minh này, có thể trình bày dài hơn, nh−ng tổng số trang của Thuyết minh không quá 20 trang (không kể phần phụ lục về giải trình kinh phí đề tài). Điện thoại: 8692207 Fax: 8681099 E-mail: nguyentphuc @ hn.vnn.vn Địa chỉ: C10B, Đại học Bách khoa, Đại Cồ Việt, Hà Nội II.Nội dung KH&CN của đề tài 9 Mục tiêu của đề tài Mục tiêu đề ra là tự thiết kế đ−ợc và nắm vững quy trình công nghệ chế tạo các robot thông minh. Khả năng của robot có thể nhận biết và xử lý tình huống trong quá trình làm việc thể hiện nh− những dấu hiệu b−ớc đầu về sự thông minh. Khả năng đó cũng chỉ có thể hiện thực đ−ợc nếu robot đ−ợc cấu thành từ các môđun thiết bị chấp hành tiên tiến, điều khiển linh hoạt đ−ợc và chính xác, đồng thời đ−ợc trang bị thêm các môđun cảm biến và các môđun ch−ơng trình điều khiển thông minh. Tạo dựng robot công nghiệp theo h−ớng "môđun hoá" là xu thế hiện đại và có nhiều −u điểm: Với các môđun đ−ợc chuyên môn hoá sản xuất, có chất l−ợng đảm bảo, nên có thể tạo dựng các robot nhiều loại hình và với mức độ thông minh khác nhau, phù hợp với các yêu cầu ở trong n−ớc, hiện nay còn đòi hỏi số l−ợng ít nh−ng đa dạng về chủng loại. Trong số các robot tiên tiến hiện nay thì loại robot song song đang đ−ợc thu hút sự chú ý của công trình nghiên cứu vì chúng có nhiều ứng dụng quan trọng. Vì vậy cụ thể hoá mục tiêu đề ra của Đề tài là tự thiết kế và chế tạo các môđun cấu thành các robot thông minh, trong đó có các môđun robot song song, phục vụ cho các ứng dụng quan trọng rất đa dạng trong sản xuất. Đó cũng là những nội dung đã đ−ợc Hội đồng T− vấn xác định đối với đề tài này. 10 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài n−ớc • Tình trạng đề tài Mới Kế tiếp đề tài đã kết thúc giai đoạn tr−ớc • Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài (thể hiện sự hiểu biết cần thiết của tổ chức, cá nhân đăng ký chủ trì đề tài về lĩnh vực nghiên cứu - nắm đ−ợc những công trình nghiên cứu đã có liên quan đến đề tài, những kết quả nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực nghiên cứu đề tài, nêu rõ quan điểm của tác giả về tính bức xúc của đề tài,...) Ngoài n−ớc: Qua mấy chục năm phát triển đến ngày nay đã có hàng ngàn loại robot công nghiệp. ở thời kỳ "bung ra" công ty nào cũng đ−a ra thị tr−ờng loại robot của mình, nh−ng nay đã đến giai đoạn nghiên cứu chuẩn hoá chúng. Quá trình chọn lọc tự nhiên gần nh− cũng đã xác định các loại robot nào là loại đ−ợc dùng rộng rãi hơn. Tr−ớc tình hình phát triển đa dạng đó xu thế "môđun hoá" kết cấu robot công nghiệp là xu thế hiện đại. Nhiều công trình đã nghiên cứu chuẩn hoá các môđun cấu thành robot thông minh, bao gồm các môđun chấp hành linh hoạt, các môđun điều khiển , các môđun cảm biến v.v. Nhiều môđun cơ khí linh hoạt đ−ợc các hãng giới thiệu là các môđun thông minh (intelligent modular). Ngoài các loại robot th−ờng thấy, tức là các loại robot có cơ cấu tay máy theo sơ đồ hở nối liên tiếp các khâu, thì những năm gần đây một loại đang đ−ợc đầu t− nghiên cứu ứng dụng, rất sôi nổi, đó là robot song song. Robot song song có sơ đồ cơ cấu kín, các khâu đ−ợc nối song song và cùng hoạt động song song với nhau. Các robot song song cũng đ−ợc xây dựng nên từ các môđun cấu thành. Ngày nay, nhờ hệ thống Internet và nhờ tham gia các tổ chức khoa học quốc tế liên quan đến robot, chúng ta đã có khá đầy đủ các thông tin về robot công nghiệp. Bản thân chúng tôi là thành viên của IFToMM và tham gia hoạt động trong tiểu ban về Robotics nên đã s−u tầm đ−ợc khá nhiều tài liệu kỹ thuật về robot thông minh nói chung và robot song song nói riêng. Vấn đề robot song song trở thành hấp dẫn nhiều ng−ời nghiên cứu từ giữa thập 90 khi nó đ−ợc ứng dụng d−ới dạng thiết bị có tên là Hexapod để tạo ra máy công cụ 5 trục CNC, có trục ảo. Trong đó nên kể đến các kết quả của các dự án Hexaglide của Viện robot Thuỵ Sĩ và dự án của Institute of Standards and Technology (Hoa Kỳ). Vấn đề thiết bị cảm biến đ−ợc nhiều ngành kỹ thuật quan tâm và cũng đạt đ−ợc nhiều thành tựu mới trong thời kỳ phát triển sôi động của kỹ thuật vi xử lý. Do vậy cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng chúng trong kỹ thuật robot để tăng c−ờng khả năng thông minh của thiết bị. Kỹ thuật robot cũng từng b−ớc áp dụng các kết quả nghiên cứu về trí khôn nhân tạo, về mạng nơ ron, về nhận dạng tiếng nói v.v. Tuy nhiên cho đến nay vẫn còn trong phạm vi phòng thí nghiệm, mà ch−a đ−ợc sử dụng nhiều trong thực tế công nghiệp. Khái niệm robot thông minh cũng không còn đ−ợc hiểu một cách kinh viện (academic) nữa mà trở nên thực tế hơn nhiều. Những loại hình đ−ợc quan tâm nhiều trong công nghiệp là các robot thông minh có các môđun cảm biến nhận biết đ−ợc khoảng cách để tránh vật cản khi thao tác, cảm biến nhận biết đ−ợc màu sắc khi phân loại, cảm biến đ−ợc lực khi lắp ráp v.v. Khi đ−ợc lắp thêm các mô đun cảm biến này robot đ−ợc gọi nhiều tên mới, ví dụ robot "nhìn đ−ợc" (vision robot), robot lắp ráp (assembly robot), robot cảnh báo (alarm robot) v.v. Để thông minh hoá robot bên cạnh việc cài đặt bổ xung các môđun cảm biến "nội tín hiệu" và các môđun cảm biến "ngoại tín hiệu" thì đồng thời thông minh hoá robot bằng các ch−ơng trình phần mềm có khả năng tự thích nghi và xử lý các tình huống v.v. Nh− vậy bằng cách bổ xung các môđun cảm biến và các môđun phần mềm có thể nâng cấp cải tiến thông minh hoá nhiều loại robot. Tuy nhiên bản thân robot phải có các cơ cấu chấp hành linh hoạt và chính xác. Ngày nay có nhiều loại robot thông minh không những làm việc trong các phân x−ởng công nghiệp mà còn thao tác ở bên ngoài trên các địa hình phức tạp nh− các loại robot vũ trụ (space robot), robot tự hành (walking robot), robot cần cẩu (robot crane), tạo dựng từ các môđun robot song song v.v. Trong n−ớc: Khác với tr−ớc đây, ở trong n−ớc hiện nay cũng có t−ơng đối đầy đủ các thông tin kỹ thuật về robot công nghiệp. Trong nhiều báo cáo khoa học, luận án tiến sĩ, luận án cao học, đồ án sinh viên tốt nghiệp gần đây đã đề cập đến các công trình nghiên cứu mới về robot công nghiệp, kể cả các vấn đề chuẩn hoá các môđun cấu thành robot thông minh và các vấn đề ứng dụng robot song song. Trong một số cơ sở công nghiệp nhất là ở các liên doanh với n−ớc ngoài đã nhập ngoại nhiều dây chuyền thiết bị mới, trong đó có robot để phục vụ các việc nh− tháo lắp các dụng cụ cho các trung tâm gia công CNC, lắp ráp các linh kiện điện tử, tháo sản phẩm ở các máy ép nhựa, hàn vỏ xe, phun phủ bề mặt v.v. Đặc biệt đã có nhà máy Robotech sản xuất robot cho Nhật ở khu công nghiệp Nomura Hải Phòng. Cùng với các dây chuyền nhập ngoại đó, ở nhiều dây chuyền sản xuất trong n−ớc, ở những khâu quan trọng ảnh h−ởng đến chất l−ợng và năng suất, đã xuất hiện các nhu cầu rất đa dạng về ứng dụng robot. Có nhiều công ty đang chuẩn bị đầu t−, kể cả robot song song. Trong những năm gần đây ở Trung tâm NCKT Tự động hoá, ĐHBK-HN, đã tiếp tục nghiên cứu robot theo h−ớng môđun hoá và đã đề xuất môđun chuẩn hoá cơ cấu tay máy phỏng sinh (bắt ch−ớc tay ng−ời) dùng cơ cấu Pantograph với 2 con tr−ợt dẫn động. Trên cơ sở đó đã thiết kế chế tạo ra 2 kiểu robot RPS - 406 có 5 bậc tự do và RPB - 4102 có 6 bậc tự do, về nguyên lý có thể đạt đ−ợc các yêu cầu kỹ thuật cao hơn và giá thành thấp hơn nhiều so với một số kiểu robot phỏng sinh t−ơng tự. Trên cơ sở môđun hoá, chúng tôi đã nhanh chóng thiết kế chế tạo một kiểu robot khác, có tên là robot SCA-mini để phục vụ nhu cầu đào tạo ở một số tr−ờng. Đến nay đã hoàn thành 6 bộ SCA-mini. Các kiểu robot tự tạo này đều đã đ−ợc ký hợp đồng ứng dụng và dự kiến sẽ đ−ợc nâng cấp theo h−ớng thông minh hoá bằng cách bổ xung các môđun cảm biến và các môđun ch−ơng trình điều khiển thích hợp. Kết hợp với công tác đào tạo, ở Trung tâm chúng tôi cũng đã tiếp cận đ−ợc các thông tin kỹ thuật cần thiết và tiến hành h−ớng dẫn 1 nghiên cứu sinh, 1 học viên cao học và 1 sinh viên tốt nghiệp làm luận án về robot song song. Đồng thời triển khai nghiên cứu các vấn đề lý thuyết liên quan và đã thu đ−ợc một số kết quả b−ớc đầu. Trong đó có ch−ơng trình phần mềm giải các bài toán thuận / nghịch trong robot song song. Ngoài ra trong Tạp chí Cơ học số 4/95 đã có bài báo của chúng tôi trình bày ph−ơng án tạo ra loại robot n bậc tự do bằng cách nối tiếp các "khớp cơ sinh". Bản thân các "khớp cơ sinh" này là những robot song song. Loại robot nhiều bậc tự do này linh hoạt nh− "con rắn thông minh" và có thể tìm đ−ợc nhiều ứng dụng quan trọng nh− thao tác d−ới đ−ờng hầm, đào xuyên các tuynen mà không cần dẫn h−ớng của hệ thống định vị vô tuyến v.v. • Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu có liên quan D−ới đây là danh mục các bài báo và các báo cáo khoa học của chúng tôi liên quan đến robot công nghiệp. Về đào tạo có 23 sinh viên và 3 nghiên cứu sinh đã bảo vệ thành công luận án tốt nghiệp về đề tài robot công nghiệp, do chúng tôi h−ớng dẫn. Danh mục các bài báo và báo cáo khoa học: 1. Ng−ời máy công nghiệp và sản xuất tự động linh hoạt - NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 1991 2. Tay máy công nghiệp - Giáo trình bổ túc kĩ s−, 1994 3. Tay máy công nghiệp TM 3B - Thông báo khoa học của các tr−ờng đại học, 1995 (đồng tác giả). 4. Ng−ời máy phỏng sinh và mô hình động học dạng tổng quát - Tạp chí cơ học, số 4, 1995 5. Về một ph−ơng pháp giải bài toán ng−ợc động học khi tổng hợp quỹ đạo của ng−ời máy. Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Tự độnghoá toàn quốc lần thứ 2, 1996 6. Điều khiển robot hàn theo quỹ đạo định tr−ớc - Tuyển tập công trình Hội nghị cơ học toàn quốc lần th− VI, Hà Nội - 12/1997 7. On the problem of controlling robot motions along a presribed trajectory - Preprints of the RESCCE '98. 8. Mô đun cơ cấu chuẩn hoá của tay máy - ng−ời máy phỏng sinh. Báo cáo tại Hội nghị Tự động hoá toàn quốc lần thứ 3, Hà nội, 1998. 9. Ph−ơng pháp điều khiển chuyển động robot dùng tam diện động trên quỹ đạo. Báo cáo tại Hội nghị Tự động hoá toàn quốc lần thứ 3, Hà nội, 1998. 10. A method for Robot Motions Control Using Travelling Trihedrom on the Curve- Trajectory - Tenth World Congress on the TMM - 1999 11. Báo cáo tổng hợp đề tài KHCN- 04 -06 - 04 "Thiết bị chấp hành cơ khi điều khiển linh hoạt" - (Đồng tác giả), 1999. 12. Phát triển ph−ơng pháp "các nhóm 3" để giải bài toán ng−ợc động học khi tổng hợp quỹ đạo chuyển động của tay máy - ng−ời máy. Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Cơ học máy Việt Nam - 1999. 13. Thiết lập hệ ph−ơng trình động học của Robot với sự trợ giúp của máy vi tính. Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Cơ học máy Việt Nam, 1999. 14. Automatic Establishment of Kinematic Modelling and Simulation of Robot. Proccedings of VJ'SAEM, 2000. 15. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot sơn phủ. Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị Tự động hoá toàn quốc lần thứ 4, 2000 16. Robot công nghiệp - NXB Giáo dục - Hà Nội 2001 17. Báo cáo tổng hợp đề tài KHCN - 04 - 10 - 02 "Nghiên cứu thiết kế chế tạo robot dùng trong công nghệ bảo vệ bề mặt" - 2001. 11 Cách tiếp cận, ph−ơng pháp nghiên cứu, kỹ thuật sẽ sử dụng (luận cứ rõ cách tiếp cận - thiết kế nghiên cứu, ph−ơng pháp nghiên cứu, kỹ thuật sẽ sử dụng - so sánh với các ph−ơng thức giải quyết t−ơng tự khác, nêu đ−ợc tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo của đề tài) - Cách tiếp cận của đề tài là phân tích các công trình nghiên cứu và kinh nghiệm áp dụng robot ở nhiều n−ớc tiên tiến để chọn lựa các cấu hình robot hợp lý nhất, đồng thời cải tiến chúng trên cơ sở áp dụng những kết quả hiện đại của Cơ-tin-điện tử (mechatronics), đặc biệt theo h−ớng thông minh hoá. - Nghiên cứu robot theo ph−ơng pháp môđun hoá cho phép chuyên môn hoá sản xuất, đi sâu cải tiến nâng cao chất l−ợng các môđun cấu thành robot. Đồng thời từ các môđun chuẩn hoá này có thể tạo dựng ra nhiều loại robot khác nhau phục vụ các nhu cầu rất đa dạng về robot công nghiệp, mà số l−ợng từng loại lại rất ít, kinh phí đầu t− lại rất hạn chế. Cũng theo con đ−ờng này có thể từng b−ớc hiện đại hoá robot bằng cách nâng cấp một vài môđun hoặc lắp đặt thêm môđun cảm biến thông minh v.v. - Trong số các kỹ thuật sẽ ứng dụng, thì kỹ thuật đồ hoạ vi tính 3D sẽ đ−ợc sử dụng để mô phỏng hoạt hình các robot. Đó là một công cụ mạnh rất có lợi cho giai đoạn thiết kế và điều khiển robot, giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu và nâng cao chất l−ợng của sản phẩm. Nội dung nghiên cứu trình bày ở mục 12, có nhiều vấn đề mới, kể cả đối với n−ớc ngoài và ph−ơng pháp nghiên cứu có nét riêng và sáng tạo phù hợp vói thực tế ở ta. 12 Nội dung nghiên cứu (liệt kê và mô tả những nội dung cần nghiên cứu, nêu bật đ−ợc những nội dung mới và phù hợp để giải quyết vấn đề đặt ra, kể cả những dự kiến hoạt động phối hợp để chuyển giao kết quả nghiên cứu đến ng−ời sử dụng) 1) Nghiên cứu thông minh hoá các robot đã có, theo cách bổ xung các môđun cảm biến và xây dựng các ch−ơng trình phần mềm xử lý t−ơng ứng. Giai đoạn đầu sẽ tiến hành trang bị cho các robot phỏng sinh kiểu RP và kiểu SCA đã nghiên cứu thiết kế, chế thử loạt nhỏ. Cơ cấu tay máy của các robot này là môđun chuẩn hoá của tay máy phỏng sinh, chấp hành linh hoạt, nên có thể t−ơng thích với quá trình xử lý thông minh. Sau đó tuỳ nhu cầu ứng dụng cụ thể mà tạo dựng các robot thích hợp với công việc và yêu cầu về mức độ thông minh. Các loại môđun cảm biến hay dùng là để nhận biết khoảng cách, tránh đ−ợc vật cản, cảm đ−ợc lực, chọn lựa đ−ợc màu sắc. v.v. 2) Nghiên cứu thiết kế chế tạo Robot RE thông minh, dùng cho kỹ thuật RE (Reverse Engineering - tạm dịch là kỹ thuật tái hiện). Kỹ thuật RE cần dùng cho công nghệ cắt gọt trên máy CNC, cho công nghệ lấy mẫu và công nghệ tạo mẫu nhanh v.v. Vì thế robot RE có địa chỉ ứng dụng rất rộng rãi ở các cơ sở chế tạo cơ khí. ở n−ớc ta hiện nay, chỉ có một vài cơ sở chế tạo máy mới có đủ sức trang bị máy đo 3 chiều rất đắt tiền. Việc đ−a vào ứng dụng loại robot RE kèm các phần mềm xử lý thông minh có thể thay thế trong nhiều tr−ờng hợp và phạm vi hoạt động còn mở rộng hơn, trong lúc giá thành thấp hơn nhiều lần. Một số kiểu thiết bị Spin Arm của hãng Mitutoyo (Nhật) và MicroScriber của Mỹ hoạt động t−ơng tự nh− nguyên lý của robot RE. Trên cơ sở các áp dụng thành tựu của kỹ thuật robot hiện nay, các kiểu robot RE ngày càng trở nên hiện đại hơn, thông minh hơn nhờ áp dụng các cấu hình linh hoạt, các sensor tiên tiến và các phần mềm xử lý thông minh. Ví dụ, với số điểm đo ít nhất có thể tự suy ra đ−ờng, với số đ−ờng cần đo ít nhất tự suy ra cả bề mặt và tự chọn h−ớng tiếp cận điểm đo hợp lý nhất trong các lời giải đa ph−ơng v.v. 3) Nghiên cứu thiết kế chế tạo các loại " đồ gá thông minh" Đồ gá này đ−ợc xây dựng từ các môđun robot song song kèm các phần mềm xử lý linh hoạt và thông minh. Ví dụ nhờ đồ gá này có thể dễ dàng thay đổi đ−ợc một số thông số chế độ cắt gọt theo đặc điểm hình học của vật gia công .Đây là đề xuất mới, rất khả thi và có thể ứng dụng ở rất nhiều cơ sở chế tạo thiết bị. Trong giai đoạn tr−ớc mắt đề tài sẽ triển khai loại đồ gá thông minh sau đây: - Đồ gá chế tạo CNC: Với các đồ gá này có thể thực hiện các chức năng của máy CNC nhiều trục trên các máy vạn năng thông th−ờng. Nội dung này là đề tài nghiên cứu sinh của chúng tôi làm việc tại Viện máy và dụng cụ công nghiêp (IMI). Đây cũng là nội dung hợp tác nghiên cứu với Viện IMI. Dự kiến khi hoàn thành công trình nghiên cứu này sẽ hợp tác với IMI để triển khai sản xuất loại đồ gá này. 13 Hợp tác quốc tế Tên đối tác Nội dung hợp tác Đã hợp tác - Ban Robotics của Hội cơ học máy quốc tế (IFToMM). - Phòng thí nghiệm Robotics của Viện nghiên cứu máy (Nga) - Phòng thí nghiệm Robotics của Tr−ờng tổng hợp kỹ thuật Saint - Peterburg (Nga) - Viện điều khiển và robotics (Bulgari) - Trung tâm Robotics và CIM (Thuỵ Điển) Trao đổi tài liệu, thực tập, tham quan Dự kiến hợp tác - Các phòng thí nghiệm Robotics của các n−ớc thành viên trong Ban Robotics của IFToMM - Phòng thí nghiệm Robotics của Đại học Nayang (Singapore) - Phòng thí nghiệm CIM của AIT - Trung tâm Tin học công nghiệp của Đại học TU Berlin - Tr−ờng đại học RMIT Australia Trao đổi tài liệu, tham dự hội thảo thực tập, tham quan. 14 Tiến độ thực hiện TT Các nội dung, công việc thực hiện chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Sản phẩm phải đạt Thời gian (BĐ-KT) Ng−ời, cơ quan thực hiện 1 2 3 4 5 1 Nghiên cứu thông minh hoá các robot đã có: - Nâng cấp một vài bộ phận thiết bị và bổ xung môđun cảm biến 02 robot đã nâng cấp đến 12/02 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN - Xây dựng ch−ơng trình phần mềm và vận hành thử nghiệm Bộ ch−ơng trình đến 12/02 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN - Theo yêu cầu của cơ sở ứng dụng, hiệu chỉnh thiết bị và ch−ơng trình phần mềm cho phù Thiết bị và ch−ơng trình cải tiến Từ 1/03 đến 6/04 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN hợp với công việc và kinh phí đầu t− - Nghiên cứu vận hành thử nghiệm Thiết bị kèm báo cáo khoa học Từ 5/04 đến 10/04 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN 2. Nghiên cứu thiết kế chế tạo robot RE thông minh - Thiết kế robot RE Bộ hồ sơ thiết kế đến 6/02 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HNvà Khoa Cơ khí, ĐHBK - Tp HCM - Chế tạo robot RE 02 robot RE đến 6/03 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN và Khoa Cơ khí, ĐHBK - Tp HCM - Xây dựng ch−ơng trình phần mềm và vận hành thử nghiệm Bộ ch−ơng trình đến 12/03 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN và Khoa Cơ khí, ĐHBK - Tp HCM - Giới thiệu sản phẩm (phần cứng và phần mềm) và xây dựng các hợp đồng ứng dụng Robot RE kèm phần mềm Từ 1/04 đến 6/04 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN và Khoa Cơ khí, ĐHBK - Tp HCM - Thiết kế, chế tạo các sản phẩm và triển khai ứng dụng Dự kiến ứng dụng ỏ 2 cơ sở Từ 1/04 đến 10/04 Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HNvà Khoa Cơ khí, ĐHBK - Tp HCM 3 Nghiên cứu thiết kế chế tạo các loại "đồ gá thông minh" -Thiết kế, chế tạo và xây dựng ch−ơng trình phần mềm cho "đồ gá chế tạo CNC" 01 bộ đồ gá kèm phần mềm đến 12/02 Viện IMI và Trung tâm NCKT tự động hoá, ĐHBK HN - Hoàn ch