Động học và các loại kết cấu của robot công nghiệp

1.Động học và các loại kết cấu của robot công nghiệp (RBCN)
Cấu tạo động học của RBCN được xác định qua cách bố trí, loại và số trục tham gia vào chuyển động. Trục là những phần tử chuyển động của robot được điều khiển và được truyền động không lệ thuộc vào nhau.
Người ta phân biệt:
Trục quay: Với trục quay thì chuyển động quay nhanh có thể được thực hiện trong những khớp quay (khớp các đăng) A1 tới A6 (Hình 2).

Trục tịnh tiến: Với trục tịnh tiến thì trục chuyển động có thể là đường thẳng, tuyến tính song song với những trục tọa độ X, Y và Z.

Loại kết cấu và những khả năng chuyển động (= động học) của robot cũng như sự hiện diện của các chuyển động quay (R) hoặc tịnh tiến (T) của trục chính robot xác định không gian có thể hoạt động (Hình 1). Không gian có thể ở dạng hình trụ, hình cầu và hình hộp thẳng. Dạng kết hợp giữa các phần tử cơ bản này được gọi là dạng lai: thí dụ không gian hoạt động của loại Scara1).

Từ loại kết cấu cho ra kết quả về tính năng công suất của RBCN:
• Số trục chuyển động. Robot có càng nhiều trục (khớp) thì càng linh động hơn. Bậc tự do cao nhất f = 6 đòi hỏi tối thiểu là 6 trục chuyển động.
• Không gian hoạt động. Mô tả khả năng không gian di chuyển. Không gian hoạt động được tạo thành từ những vùng di chuyển của tất cả trục và đồng thời diễn tả những phạm vi nguy hiểm cho người sử dụng và bảo trì rôbot.
• Tải trọng danh nghĩa. Luôn luôn nhỏ hơn tải trọng cho phép tối đa và có thể được di chuyển với vận tốc không giới hạn.
• Vận tốc. Được tổng hợp theo thành phần từ các chuyển động của trục.
• Độ chính xác lặp lại. Độ lệch tối đa phát sinh bởi sự lặp lại việc tiếp cận tại một vị trí với những điều kiện giống nhau và ở trong phạm vi ± 0,01mm và ± 2mm.
• Độ chính xác định vị. Độ lệch tối đa khi định vị của tải trọng danh nghĩa. Đặc thù và đặc trưng của RBCN được xác định bởi đặc điểm về công suất của nó: số trục chuyển động, độ chính xác định vị và độ chính xác lặp lại cũng như vận tốc.

Robot cổng được bố trí theo dạng cầu đi qua không gian hoạt động. Đặc biệt phù hợp cho những đường di chuyển dài và chuyển động nhanh với tải trọng lớn.
Robot cánh tay xoay ngang được sử dụng chủ yếu làm robot lắp ráp. Nó có độ bền vững lớn trong trục thẳng đứng và có thể di chuyển nhanh theo chiều ngang. Theo nguyên tắc kết cấu thì loại này giống
cánh tay người nhất.
Robot cánh tay gập thẳng đứng cũng được gọi là robot khớp vì loại cấu tạo của nó. Lợi điểm là có không gian hoạt động tương đối lớn so với kích cỡ của nó, chuyển động nhanh và việc chỉnh thẳng bất kỳ của tay kẹp hoặc dụng cụ trong không gian. Vì sự linh hoạt của loại rôbot này nên người ta đưa vào sử dụng nhiều trong những công việc hàn và sơn. Loại robot này được sử dụng rộng rãi cho việc xử lý và gia công nên được xem là robot vạn năng.
2.Các đơn vị chức năng của robot công nghiệp (RBCN)

Truyền động của RBCN phần lớn từ động cơ servo (trợ lực) 3 pha có thể điều chỉnh vòng quay được với thắng điện từ. Số vòng quay cao của động cơ điện được giảm tốc mạnh với bộ truyền động bánh răng điều hòa (Trang 428, hình 1) hoặc bộ truyền động bánh răng cyclo-fine (Hộp số trợ động với bánh răng hành tinh). Người ta có được số vòng quay trong phạm vi từ 0,2 đến 2 vòng quay mỗi giây. Bộ cảm biến là “giác quan” của robot.

Có nhiều bộ cảm biến được đưa vào với các chức năng khác nhau (Hình 1). Những phần tử tín hiệu qua tiếp xúc biết được hình dạng và vị trí của chi tiết để gia công. Bộ cảm biến quang hoặc điện hoạt động không tiếp xúc xác định những thông tin từ không gianhoạt động của robot đến điều khiển, để theo dõi các lực và các chuyển động xuất hiện (Trang 468). Hệ thống đo hành trình tuyệt đối theo kỹ thuật số (digital) với đĩa phân đoạn nhị phân nắm bắt được vị trí thật của trục quay và trục tịnh tiến. Thiết bị analog thông báo vận tốc góc và vị trí góc, còn gọi là bộ giải góc (Resolver1)) và chiết áp tuyến tính cho những dịch chuyển theo đường thẳng là những thiết bị được sử dụng rộng rãi (Hình 2).

Bộ giải góc được gắn trên trục rôto. Nó tương ứng với cơ cấu của một máy phát điện xoay chiều với một cuộn dây rôto và hai cuộn dây stato đặt lệch nhau một góc 900. Cả hai cuộn dây cố định được cung cấp điện. Khi xoay sẽ cảm ứng trong rotor một điện thế lệch pha. Góc lệch pha αx là độ lớn analog của góc quay mỗi trục.