! BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHƯƠNG TRÌNH KC.03 §Ò tµi kc.03.08 YZ YZ YZ YZ YZ YZY YZ YZ YZY YZ YZ YZY “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG” Mà SỐ: KC.03.08 BÁO CÁO TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN 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 bớc 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 SCA TM 90 2.1. Thiết lập phơng trình động học Robot SCA TM khí nén 90 2.2. Thiết lập bài toán động học ngợc Robot SCA TM 93 2.3. Xây dựng mô hình động lực học Robot SCA TM 97 III. Tóm tắt về kết quả nghiên cứu tihết kế cải tiến và chế tạo Robot SCA TM 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 đợc thiết kế, chế tạo 127 IV. Kết luận 135 Phần III. Môđun dây chuyền sản xuất tự động dùng Robot SCA TM 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 SCA TM 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 chơng trình máy tính về điều khiển và ứng dụng Robot SCA TM 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. ThuyÕt minh vµ hîp ®ång triÓn khai ®Ò tµi kc.03.08 I. ThuyÕt minh ®Ò tµi KC.03.08 II. Hîp ®ång triÓn khai thùc hiÖn §Ò tµi 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 chơng trình: Chơng trình khoa học công nghệ nhà nớc 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 đợc 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 bớc đầu về sự thông minh. Khả năng đó cũng chỉ có thể hiện thực đợc nếu robot đợc cấu thành từ các môđun thiết bị chấp hành tiên tiến, điều khiển linh hoạt đợc và chính xác, đồng thời đợc trang bị thêm các môđun cảm biến và các môđun chơng trình điều khiển thông minh. Tạo dựng robot công nghiệp theo hớng "môđun hoá" là xu thế hiện đại và có nhiều u điểm: Với các môđun đợc chuyên môn hoá sản xuất, có chất lợng 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 nớc, hiện nay còn đòi hỏi số lợng ít nhng đa dạng về chủng loại. Trong số các robot tiên tiến hiện nay thì loại robot song song đang đợc 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 đợc 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 Chơng trình KC.03. Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu tạo ra nhóm sản phẩm Robot RP đợc nâng cấp và thông minh hóa. Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu tạo ra nhóm sản phẩm Robot SCA đợc 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 Chơng 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 trờng 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, nhng 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 đợc 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 bớc đầu về sự thông minh. Khả năng đó cũng chỉ có thể hiện thực đợc nếu robot đợc cấu thành từ các môđun thiết bị chấp hành tiên tiến, điều khiển linh hoạt đợc và chính xác, đồng thời đợc trang bị thêm các môđun cảm biến và các môđun chơng trình điều khiển thông minh. Tạo dựng robot công nghiệp theo hớng "môđun hoá" là xu thế hiện đại và có nhiều u điểm: Với các môđun đợc chuyên môn hoá sản xuất, có chất lợng 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 nớc, hiện nay còn đòi hỏi số lợng ít nhng đa dạng về chủng loại. Trong số các robot tiên tiến hiện nay thì loại robot song song đang đợc 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 đợc Hội đồng T vấn xác định đối với đề tài này. 10 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc Tình trạng đề tài Mới Kế tiếp đề tài đã kết thúc giai đoạn trớc 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 đợc 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 nớc : 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 đa ra thị trờng loại robot của mình, nhng 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 đợc dùng rộng rãi hơn. Trớc 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 đợc các hãng giới thiệu là các môđun thông minh (intelligent modular). [...]... Nghiên cứu thiết kế chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng triển khai 4 nhiệm vụ sau đây: Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu tạo ra nhóm sản phẩm Robot RP đợc nâng cấp và thông minh hóa Nhiệm vụ 2: Nghiên cứu tạo ra nhóm sản phẩm Robot SCA đợc 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. .. 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 Nghiên cứu thiết kế chế tạo robot RE thông minh 3 Nghiên cứu thiết kế chế tạo các loại "đồ gá thông minh" -Thiết kế, chế tạo và xây dựng chơng trình phần mềm cho "đồ gá chế tạo CNC" 01 bộ đồ gá kèm phần mềm - Hoàn chỉnh sản phẩm "đồ gá chế. .. tiến 20 20 - Chế tạo, lắp đặt bổ xung 75 75 Cải tiến, nâng cấp và thông minh hoá robot SCA Tự có Khác - Xây dựng phần mềm 25 25 - Chế tạo, lắp ráp 110 110 - Xây dựng phần mềm 34 34 - Thiết kế cải tiến 22 22 - Chế tạo, lắp ráp 125 125 - Xây dựng phần mềm 4 25 - Thiết kế cải tiến 3 25 33 33 609 609 Thiết kế, chế tạo, vận hành robot RE thông minh Thiết kế, tạo dựng, vận hành đồ gá chế tạo thông minh điều... thể Sản phẩm phải đạt - Nghiên cứu nâng cấp robot RP - 01 robot RP nâng cấp theo hớng thông minh hoá kèm hệ thống sensor - Xây dựng chơng trình phần - 01 chơng trình phần Ghi chú 3 4 mềm điều khiển robot RP thông minh - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot RE thông minh phục vụ kỹ thuật tái hiện Xây dựng chơng trình phần mềm điều khiển robot RE thông minh mềm điều khiển - 02 robot RE - 01 chơng trình... 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 nớc 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... lý tơng 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 tơng 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... kết hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ (sau đây gọi tắt là Hợp đồng) với các điều khoản sau: Điều 1: Bên B cam kết thực hiện đề tài KC.03 Nghiên cứu thiết kế chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng thuộc Chơng trình KC.03 theo các nội dung trong Thuyết minh Đề tài Thuyết minh Đề tài KC.03.08, Phụ lục 1 và 2 kèm theo là bộ phận của Hợp đồng Điều 2: Thời gian thực... trong đề tài) Viện IMI: Hợp tác nghiên cứu và tổ chức sản xuất các sản phẩm có nơi tiêu thụ - Các xí nghiệp cơ khí chế tạo khuôn mẫu: ứng dụng các sản phẩm đồ gá thông minh - Sở Công nghiệp Hà Nội: ứng dụng các đồ gá CNC để gia công bề mặt phức tạp, robot SCA để phân loại sản phẩm và robot RE thông minh để lấy mẫu có trợ giúp của máy tính - Ngoài ra, trong Chơng trình ứng dụng tự động hoá và tin học công... loại hình, nhng còn rất hạn chế về số lợng từng loại Việc áp dụng các môđun cảm biến và các môđun phần mềm tơng ứng cho phép nâng cấp robot theo hớng thông minh hoá khi có nhu cầu sử dụng ứng dụng các môđun robot song song thông minh còn đặc biệt quan trọng trong một số ngành nh thiên văn, trắc địa, phòng không, máy bay, xe hơi và cả trong kỹ thuật nội soi của y tế v.v IV Các tổ chức/cá nhân tham gia... ứng dụng ở phía nam cho đề tài - Triển khai sản phẩm Đồ gá chế tạo thông minh (trong phần 3 mục 12) - Nhận chế tạo các sản phẩm chế thử của đề tài - Tìm địa chỉ ứng dụng ở phía bắc cho đề tài - Hợp tác tổ chức sản xuất các sản phẩm có nơi tiêu thụ Ngoài ra, nh đã trình bày ở mục 11, ở đây áp dụng phơng pháp môđun hoá, kể cả các môđun hoá thiết bị chấp hành, mô đun hoá thiết bị điều khiển, môđun hoá thiết . “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG” Mà SỐ: KC.03.08 BÁO CÁO TỔNG HỢP CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN. 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: