Chế tạo thành công robot song song 6 chân


Hexapod trong vai trò đồ gá vạn năng lắp trên máy công cụ
Trong gia công cơ khí, nhu cầu chế tạo sản phẩm có biên dạng phức tạp, độ chính xác cao ngày càng lớn. Máy cắt kim loại truyền thống không đáp ứng được điều đó. Nhóm nghiên cứu tại Viện Cơ học đã chế tạo ra robot 6 chân làm đồ gá vạn năng lắp trên máy công cụ, giúp nâng cao khả năng sử dụng của các máy này.

Ở Việt Nam, các cơ sở gia công cơ khí tại các nhà máy, trung tâm sản xuất vẫn còn sử dụng nhiều máy công cụ truyền thống. Các máy này thường chỉ có 3 chuyển động phối hợp, vì vậy không thể gia công các sản phẩm có biên dạng phức tạp thay đổi trong không gian 3 chiều như khuôn mẫu có dạng trụ tròn, biên dạng cam để điều khiển, khuôn mẫu đột, dập, khuôn ép nhựa dùng cho sản xuất quạt điện... Để giải quyết vấn đề này, các cơ sở hoặc phải lựa chọn 1 trong 2 phương án: hoặc mua các máy CNC hiện đại nhưng đắt tiền để thay thế máy công cụ hiện có, hoặc phải cải tiến máy công cụ truyền thống. Từ đây, giải pháp ứng dụng robot song song 6 chân (Hexapod), giúp tận dụng các máy gia công bán tự động hiện có đã được đặt ra.


Toàn bộ hệ thống của robot song song PR6-01.
Sau hai năm nghiên cứu, phòng Cơ điện tử, Viện Cơ học đã thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một robot song song 6 chân (Hexapod), dùng cho các ngành kỹ thuật hiện đại, trước mắt là trong gia công cơ khí chính xác. Phiên bản đầu tiên có tên gọi PR6-01, dùng làm giá đỡ phôi cho các máy gia công cơ khí bán tự động kiểu cũ. Điểm khác biệt so với các máy CNC là ở chỗ, nếu như trong máy CNC, phôi (và giá đỡ phôi) đứng yên còn đầu dao chuyển động, thì trong trường hợp này dao sẽ đứng yên, phôi (và giá đỡ phôi) chuyển động trong không gian 3 chiều.

Trước công trình này, Hexapod cũng đã được nghiên cứu ở Việt Nam nhưng nhìn chung mới chỉ dừng ở việc đưa ra mô hình và đi tìm thuật toán giải bài toán động học mà chưa thiết kế và chế tạo được robot cụ thể. Phòng Cơ điện tử - Viện Cơ học là đơn vị đầu tiên ở Việt Nam cho ra đời sản phẩm như vậy.

Ưu điểm nổi bật của loại robot này là bề mặt tấm đế di động của robot có thể chuyển động tự do linh hoạt, vì vậy việc tạo hình bề mặt được thực hiện dễ dàng hơn và đạt yêu cầu về độ chính xác cao hơn. Kết cấu động học của robot song song có độ cứng vững cao và chịu được tải trọng lớn mặc dù kích thước robot nhỏ. Tầm hoạt động của robot rất rộng, từ việc lắp ráp các chi tiết cực nhỏ tới các chuyển động thực hiện các chức năng phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao như: phay, khoan, tiện, hàn, lắp ráp... Ngoài ra, robot song song dễ dàng được lắp đặt ở các vị trí và các hướng khác nhau (trên thuyền và treo trên trần, tường...)

Theo tiến sĩ Phạm Anh Tuấn, trưởng phòng Cơ điện tử, thuộc Viện Cơ học, trưởng nhóm nghiên cứu, robot song song này có thể dùng trong các ngành cơ khí (gia công khuôn mẫu, máy đo tọa độ các bề mặt phức tạp...), trong hệ thống giá đỡ kính hiển vi, kính thiên văn, hệ thống phụ mổ trong phẫu thuật, buồng mô phỏng tập lái xe, máy bay...

Điểm sáng tạo trong nghiên cứu là việc thiết kế, phát triển và tích hợp hoàn chỉnh một hệ điều khiển (phần cứng và phần mềm) cho Hexapod với 2 phần chính là:

- Phần mềm SACR 1.0 (Simulation and Control of robot), dùng cho thiết kế quĩ đạo, mô phỏng và điều khiển robot. Đặc biệt, SACR đã được phát triển là hệ mở và tổng quát để có thể sử dụng cho các loại robot khác nhau.

- Bộ điều khiển vị trí đa trục có chức năng điều khiển phối hợp đồng thời sáu bộ truyền động cho 6 cơ cấu chấp hành của PR6-01.

Hexapod PR6-01 có thể chuyển động được theo nhiều quỹ đạo khác nhau. Quá trình hoạt động của robot sẽ được hiển thị một cách đầy đủ thông qua mô hình 3 chiều trên máy tính. Người sử dụng có thể dùng các nút điều khiển để quan sát theo ý mình; như Run: Chạy quá trình hoạt động của robot; Pause: Tạm dừng quá trình hoạt động của robot; View front: Quan sát hình chiếu đứng đằng trước; View left: Quan sát hình chiếu cạnh nhìn từ bên trái... Khi quá trình tải dữ liệu thành công, người sử dụng sẽ điều khiển robot theo quĩ đạo chuyển động đã thiết kế nhờ các nút bấm Run (chạy robot), Pause (tạm dừng). Họ cũng có thể giám sát quá trình làm việc của robot thông qua các cửa sổ, đèn báo trạng thái, thông báo...

Ông Tuấn cho biết do tận dụng được các máy cắt kim loại kiểu cũ, nên khi sử dụng thêm robot song song làm giá đỡ phôi, giá thành của máy sẽ rẻ hơn so với các máy CNC cùng tính năng, đắt tiền ngoại nhập. Nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ hoàn thiện Hexapod PR6-01 và đưa vào ứng dụng trong thực tế khoảng 1 năm nữa.

Tuy Hexapod PR6-01 chưa thực sự trở thành sản phẩm, song nhóm nghiên cứu đã hoàn toàn làm chủ về mặt công nghệ và có thể thiết kế, chế tạo các loại robot cơ cấu song song phù hợp với yêu cầu cụ thể của khách hàng. Phần mềm SACR cũng đã được hoàn thiện để trở thành sản phẩm có tính chất thương phẩm, ứng dụng vào việc điều khiển các robot khác được thiết kế và chế tạo tại Việt Nam.


Một robot nối tiếp.
Thực tế đến nay, nhiều cơ sở nghiên cứu như ĐH Bách khoa Hà Nội, ĐH Bách khoa TP HCM, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin... đã chế tạo được một số robot mẫu ứng dụng trong công nghiệp như robot lấy sản phẩm phôi chai nhựa PET; robot MSR 50 bốc dỡ và vận chuyển vật liệu rời; robot hàn…Tuy nhiên tất cả các robot đã đưa vào ứng dụng kể trên đều là robot chuỗi (hay robot nối tiếp), có mục đích sử dụng hoàn toàn khác so với robot song song. Những robot này ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực sơn, hàn, hoặc vận chuyển một đồ vật từ vị trí này sang vị trí khác.

Liên hệ: Phòng Cơ điện tử, thuộc Viện Cơ học, 264 Đội Cấn, Ba Đình, Hà Nội. Email CMT@mechatronics.org.vn; ĐT 04 7623114.