Tài liệu Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên và ứng dụng vào bài toán robot di chuyển dọc theo hành lang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** TRẦN THANH PHƢƠNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN VÀ ỨNG DỤNG VÀO BÀI TOÁN ROBOT DI CHUYỂN DỌC THEO HÀNH LANG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Đồng Nai, Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** TRẦN THANH PHƢƠNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN VÀ ỨNG DỤNG VÀO BÀI TOÁN ROBOT DI CHUYỂN DỌC THEO HÀNH LANG Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Mã số : 60.48.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN HÀNH Đồng Nai, Năm 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực. Những tƣ liệu đƣợc sử dụng trong luận văn có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ. Học viên Trần Thanh Phƣơng LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin cảm ơn đến toàn thể quý Thầy, Cô Trường Đại học Lạc Hồng cùng toàn thể quý Thầy, Cô đã cộng tác giảng dạy khóa cao học tại Trường. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn TS.Trần Hành về những chỉ dẫn khoa học và tận tình hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình tôi làm luận văn. Nếu không có sự giúp đỡ của Thầy thì tôi khó có thể hoàn thành bản luận văn này. Cũng qua đây, tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Thông tin Tư liệu Trường Đại học Lạc Hồng, nơi tôi công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian tôi hoàn thành các môn học trong khóa học cao học cũng như trong suốt quá trình tôi làm luận văn. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và những đồng nghiệp đã luôn ủng hộ, động viên để tôi có thể vượt qua mọi khó khăn và hoàn thành bản luận văn. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ ii MỤC LỤC .................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ...................................................................................... iv MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 .................................................................................................. 3 TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐƢỜNG ĐI .............................................. 4 1.1. Sơ lƣợc quá trình phát triển .................................................................. 4 1.2. Những ứng dụng điển hình của robot ................................................... 7 1.3. Một số định nghĩa .............................................................................. 13 1.4. Phân loại robot ................................................................................... 16 1.4.1. Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động .............. 16 1.4.2. Phân loại theo thế hệ .................................................................... 19 1.4.3. Phân loại theo bộ điều khiển ........................................................ 23 1.4.4. Phân loại robot theo nguồn dẫn động ........................................... 24 1.5. Các kỹ thuật xác định đƣờng đi cho robot .......................................... 24 CHƢƠNG 2 ................................................................................................ 26 CÁC KỸ THUẬT TÌM ĐƢỜNG ĐI CỦA ROBOT ................................. 26 2.1. Giới thiệu về robot tự hành................................................................. 26 2.2. Kỹ thuật tìm đƣờng đi của robot ......................................................... 26 2.2.1. Kỹ thuật điều khiển bằng thiết bị cầm tay .................................... 26 2.2.2. Kỹ thuật dùng thiết bị cảm ứng .................................................... 27 2.2.3. Kỹ thuật dùng xử lý ảnh ............................................................... 27 2.2.3.1. Kỹ thuật dò biên .................................................................... 27 2.2.3.2. Các phƣơng pháp phát hiện biên trực tiếp .............................. 29 2.2.3.3. Phƣơng pháp phát hiện biên gián tiếp .................................... 44 2.3.3.4. Một số nhận xét và đánh giá các phƣơng pháp phát hiện biên (phƣơng pháp Gadient, phƣơng pháp Laplace, phƣơng pháp Canny) . 50 2.2.3.5. Biến đổi Hough ..................................................................... 52 2.3. Một số nhận xét về các kỹ thuật tìm đƣờng đi cho robot .................... 55 2.3.1. Kỹ thuật điều khiển bằng tay........................................................ 55 2.3.2. Kỹ thuật dò line bằng thiết bị cảm ứng ......................................... 55 2.3.3. Kỹ thuật tìm đƣờng đi bằng phƣơng pháp xử lý ảnh .................... 56 CHƢƠNG 3 ................................................................................................ 57 CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM ......................................................................... 57 3.1. Giới thiệu ........................................................................................... 57 3.2. Cài đặt thuật toán xác định đƣờng đi cho Robot ................................. 57 3.2.1. Thuật toán xác định vị trí mới cho robot ...................................... 60 3.2.2. Thuật toán xác định tọa độ trái và phải gần nhất .......................... 63 3.2.3. Kết quả thử nghiệm của thuật toán Canny và Hough.................... 66 Kết luận chƣơng 3 ................................................................................... 69 KẾT LUẬN ................................................................................................. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Robot 4 chân của hãng R.S Mosher ................................................ 4 và hãng General Electric ................................................................................ 4 Hình 1.2. Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod 1 ............................... 5 Hình 1.3. Tay robot trên tàu thám hiểm Viking 1 ........................................... 6 Hình 1.4. Robot lập trình đƣợc đầu tiên do George Dovol thiết kế ................. 6 Hình 1.5. Robot hàm điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi ............................. 7 Hình 1.6. Hệ thống robot hàn đƣờng của hãn FANUC ................................... 8 Hình 1.7. Đầu hàn có trang bị cảm biến dò tìm đƣờng đi bằng laser ............. 10 theo không gian ba chiều. ............................................................................ 10 Hình 1.8. Robot lắp ráp mạch in có hệ thống camera.................................... 11 quan sát đƣợc dùng để xác định vị trí chân trên bản mạch in ........................ 11 Hình 1.9. Robot đƣợc sử dụng trên máy ép nhựa .......................................... 12 để lấy thành phẩm. ....................................................................................... 12 Hình 1.10. Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc ................................ 17 và sơ đồ động học của robot toạ độ vuông góc. ............................................ 17 Hình 1.11. Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc ................................. 17 và sơ đồ động học của robot toạ độ trụ. ........................................................ 17 Hình 1.12. Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc ................................. 18 và sơ đồ động học của robot toạ độ cầu. ....................................................... 18 Hình 1.13. Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc ................................. 18 và sơ đồ động học của robot liên kết bản lề. ................................................. 18 Hình 1.14. Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc ................................. 18 và sơ đồ động học của robot dạng SCARA................................................... 18 Hình 1.15. Một dạng robot gắp đặt. .............................................................. 23 Hình 1.16. Một loại robot sơn ...................................................................... 23 thực hiện đƣờng dẫn liên tục ....................................................................... 23 Hình 2.1: Biên ảnh với kỹ thuật Laplace ...................................................... 35 Hình 2.2: Đạo hàm hàm Gauss theo hai hƣớng (x, y) ................................... 40 Hình 2.3: Mô hình các điểm biên lân cận ..................................................... 41 Hình 2.4: Biên ảnh theo phƣơng pháp Canny ............................................... 43 Hình 2.5. Ma trận 8-láng giềng kề nhau ....................................................... 44 Hình 2.6. Ví dụ về chu tuyến của đối tƣợng ảnh ........................................... 45 Hình 2.7. Chu tuyến trong, chu tuyến ngoài ................................................. 46 Hình 2.8. Đƣờng th ng Hough trong tọa độ cực ........................................... 54 Hình 3.1. Lƣu đồ tìm đƣờng đi cho robot ..................................................... 59 Hình 3.2. Cách xác định điểm đi tiếp theo cho robot .................................... 61 Hình 3.3. Lƣu đồ xác định điểm di chuyển tiếp theo cho robot ..................... 62 Hình 3.4. Các xác định điểm trái và phải gần nhất ........................................ 63 Hình 3.5. Lƣu đồ xác định điểm bên trái và bên phải gần nhất ..................... 64 Hình 3.6. Ảnh hành lang gốc ........................................................................ 66 Hình 3.7. Ảnh biên a .................................................................................... 67 Hình 3.8. Ảnh Hough a ................................................................................ 67 Hình 3.9. Ảnh biên b .................................................................................... 67 Hình 3.10. Ảnh Hough b .............................................................................. 67 Hình 3.11. Ảnh biên c .................................................................................. 67 Hình 3.12. Ảnh Hough c .............................................................................. 67 Hình 3.13. Ảnh biên d .................................................................................. 68 Hình 3.14. Ảnh Hough d .............................................................................. 68 Hình 3.15. Ảnh biên e .................................................................................. 68 Hình 3.16. Ảnh Hough e .............................................................................. 68 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thời đại ngày nay robot có thể giúp ta làm các công việc nặng nhọc, nguy hiểm cho sức khỏe ch ng hạn nhƣ trong các nhà máy hóa chất, nơi có nhiều chất phóng xạ. Những dây chuyền cần tự động hóa không thể thiếu robot, đặc biệt robot có thể làm việc liên tục trong thời gian dài với độ chính xác cao. Xu hƣớng nghiên cứu phát triển robot trên thế giới đƣợc quan tâm nhiều nhất trong thời gian qua là : tay máy robot (Robot Manipulators), Robot di động (Mobile Robots), Robot phỏng sinh học (Bio Inspired Robots) và Robot cá nhân (Personal Robots). Với Robot phỏng sinh học, các nghiên cứu thời gian qua tập trung vào 2 loại chính là Robot đi (Walking robots) và Robot dáng ngƣời (Humanoid Robots). Robot di động đƣợc nghiên cứu nhiều nhƣ Xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous Guided Vehicles), Robot tự hành dƣới nƣớc AUV (Autonomous Underwater Vehicles), Máy bay không ngƣời lái UAV (Unmanned Arial Vehicles) [11]. Vừa qua, Công ty Cybertein Robots Limited của Anh đã chế tạo thành công Robot Titan có khả năng nói chuyện, ca hát, nhảy theo nhạc, những cử chỉ hành động khá nhanh nhẹn và linh hoạt rất giống con ngƣời đặc biệt robot này di chuyển rất thông minh [12] [13]. Ở Việt Nam, các doanh nghiệp thiết kế và chế tạo cũng có nhiều sản phẩm ấn tƣợng trên thị trƣờng quốc tế, trong đó phải nói đến Công ty Cổ phần Robot TOSY. TOSY đã gây thƣơng hiệu bởi Robot đánh bóng bàn TOPIO Ping Pong đƣợc trình diễn tại Hội chợ quốc tế Robot IREX 2009 ở Nhật Bản năm 2009 [11]. 2 Mặc dầu có nhiều công trình nghiên cứu về robot nhƣng các môn học liên quan về robot đƣợc đƣa vào giảng dạy ở các trƣờng Đại học trong khoảng 20 năm trở lại đây. Việc điều khiển robot hầu nhƣ đều sử dụng cảm biến, tia hồng ngoại, … khó khăn ở đây là mỗi cảm biến sẽ có các thông số kỹ thuật khác nhau nên khi thay đổi cảm biến thì việc lập trình điều khiển cho robot hầu nhƣ phải chỉnh sữa lại chƣơng trình, mặt khác khi bề mặt thay đổi thì kết quả dò đƣờng đi của robot không còn chính xác nữa. Xuất phát từ thực tế đó, luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên và ứng dụng vào bài toán robot di chuyển dọc theo hành lang”. Mục đích chính của đề tài là điều khiển robot bằng phƣơng pháp xử lý ảnh, hạn chế việc chỉnh sữa chƣơng trình khi điều kiện bài toán thay đổi. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng giải thuật và phần mềm xử lý hình ảnh dùng để xác định biên và các đƣờng th ng Hough từ đó điều khiển robot di chuyển dọc theo các đƣờng th ng Hough này. 3. Bố cục của đề tài Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn đƣợc chia thành 3 chƣơng, nội dung cụ thể của các chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về robot và đƣờng đi Trong chƣơng này trình bày sơ lƣợc về lịch sử phát triển, các ứng dụng và một số kỹ thuật tìm đƣờng đi của robot… đƣợc trình bày nhƣ là các khái niệm [2]. Chƣơng 2: Các kỹ thuật tìm đƣờng đi của robot Nội dung của chƣơng này sẽ trình bày các kỹ thuật tìm đƣờng đi cho robot. Nêu ra một số nhận xét và đánh giá về các kỹ thuật này từ đó lựa chọn kỹ thuật ứng dụng cho bài toán [1] [3] [4] [6]. 3 Chƣơng 3: Cài đặt thử nghiệm Nội dung chƣơng này trình bày chƣơng trình demo phát hiện biên và xác định các đƣờng th ng Hough, từ đó điều khiển robot di chuyển dọc theo các đƣờng th ng này. Tuy nhiên, việc nghiên cứu một vấn đề khoa học đi đến kết quả là một khó khăn và nhiều thách thức do vậy luận văn chắc còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và đồng nghiệp. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐƢỜNG ĐI 1.1. Sơ lƣợc quá trình phát triển Thuật ngữ robot đƣợc sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xƣởng sản xuất. Những robot xuất hiện lần đầu tiên ở trên NewYork vào ngày 09/10/1922 trong vở “Rossum‟s Universal Robot” của nhà soạn kịch ngƣời Tiệp Karen Kapek viết năm 1921, còn từ robot là cách gọi tắt của từ robota theo tiếng Tiệp có nghĩa là công việc lao dịch. Những robot thực sự có ích đƣợc nghiên cứu để đƣa vào những ứng dụng trong công nghiệp chính là những tay máy. Vào năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tƣơng tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình. Đến năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối. Sử dụng những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển. Năm 1968 R.S. Mosher, thuộc hãng General Electric, chế tạo một thiết bị biết đi có bốn chân, có chiều dài hơn 3m, nặng 1.400kg, sử dụng động cơ đốt trong có công suất gắn 100 mã lực (hình 1.1) Hình 1.1. Robot 4 chân của hãng R.S Mosher và hãng General Electric 5 Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt đƣợc vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 đƣợc điều khiển từ trái đất (hình 1.2). Hình 1.2. Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod 1 Năm 1969 Viện nghiên cứu thuộc Trƣờng Đại học Stanford đã thiết kế robot Shakey di động tinh vi hơn để thực hiện những thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tƣợng. Robot này đƣợc lập trình trƣớc để nhận dạng đối tƣợng bằng camera, xác định đƣờng đi đến đối tƣợng và thực hiện một số tác động trên đối tƣợng. Năm 1952 máy điều khiển chƣơng trình số đầu tiên ra đời tại Học Viện Công nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ). Trên cơ sở đó năm 1954, George Devol đã thiết kế robot lập trình với điều khiển chƣơng trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh đƣợc gọi là thiết bị chuyển khớp đƣợc lập trình. Joseph Engelberger, ngƣời mà ngày nay thƣờng đƣợc gọi là cha đẻ của robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau khi mua bản quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ robot điều khiển theo chƣơng trình. Năm 1962, robot Unmation đầu tiên đƣợc đƣa vào sử dụng tại hãng General Motors; và năm 1976 cánh tay robot đầu tiên trong không gian đã 6 đƣợc sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan Không Gian NASA của Hoa Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hoả. Hình 1.3. Tay robot trên tàu thám hiểm Viking 1 Trong hoạt động sản xuất, đa số những robot công nghiệp có hình dạng của “cánh tay cơ khí”, cũng chính vì vậy mà đôi khi ta gặp thuật ngữ ngƣời máy - tay máy trong những tài liệu tham khảo và giáo trình về robot. Trên hình 1.4 trình bày một robot là một cánh tay cơ khí khác xa với robot R2D2, nhƣng đối với sản xuất nó mang lại lợi ích to lớn. Hình 1.4. Robot lập trình được đầu tiên do George Dovol thiết kế 7 1.2. Những ứng dụng điển hình của robot Robot đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Những ứng dụng ban đầu bao gồm gắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn. Một trong những công việc kém năng suất nhất của con ngƣời là rèn kim loại ở nhiệt độ cao. Các công việc này đòi hỏi công nhân di chuyển phôi có khối lƣợng lớn với nhiệt độ cao khắp nơi trong xƣởng. Việc tuyển dụng công nhân làm việc trong môi trƣờng nhiệt độ cao nhƣ vậy là một vấn đề khó khăn đối với ngành công nghiệp này, và robot ban đầu đã đƣợc sử dụng để thay thế công nhân làm việc trong điều kiện môi trƣờng ngặt nghèo nhƣ trong lò đúc, xƣởng rèn, và xƣởng hàn. Đối với robot thì nhiệt độ cao lại không đáng sợ. Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việc sử dụng robot nhiều nhất: khung xe đƣợc cố định vào một xe đƣợc điều khiển từ xa di chuyển khắp nhà máy. Khi xe đến trạm hàn, kẹp sẽ cố định các chi tiết đúng vào vị trí cần hàn, trong khi đó robot di chuyển dọc theo các điểm hàn đƣợc lập trình trƣớc (hình 1.5). Hình 1.5. Robot hàm điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi . 8 Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại đối với sức khoẻ của con ngƣời, nhƣng lại hoàn toàn không nguy hiểm đối với robot. Ngoài ra, con ngƣời phải mất hơn hai năm để nắm đƣợc kỹ thuật và kỹ năng trở thành một thợ sơn lành nghề trong khi robot có thể học đƣợc tất cả kiến thức đó chỉ trong vài giờ và có khả năng lặp lại một cách chính xác các động tác sơn phức tạp. Điều đó thể hiện một bƣớc tiến đáng kể trong việc kết hợp giữa năng suất và chất lƣợng cũng nhƣ cải thiện chế độ làm việc cho con ngƣời trong môi trƣờng độc hại. Tất cả robot phun sơn đều đƣợc „dạy‟ bởi một thợ sơn chuyên nghiệp giữ đầu phun và dịch chuyển nó đi đúng đƣờng; đƣờng đi đó đƣợc ghi lại; và khi robot thực hiện công việc phun sơn thì nó chỉ việc đi theo đƣờng đi đã đƣợc định sẵn đó. Nhƣ thế, robot phun sơn phải có các khớp sao cho ngƣời thợ sơn có thể dễ dàng dẫn hƣớng cho chúng. Ứng dụng này đƣa đến sự phát triển một loại tay robot dạng „vòi voi‟ có độ linh hoạt cao. Robot còn đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa nhƣ phục vụ cho máy công cụ, làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, gắp hàng ra khỏi băng tải và đặt chúng vào các trạm chuyển trung gian. Ở mục sau, ba ứng dụng của robot trong công nghiệp đƣợc khảo sát ở các giai đoạn nghiên cứu khác nhau. (1) Ứng dụng robot trong công nghệ hàn đƣờng (hàn theo vết hoặc đƣờng dẫn liên tục). Hàn đƣờng thƣờng đƣợc thực hiện bằng tay. Tuy nhiên năng suất thấp do yêu cầu chất lƣợng bề mặt mối hàn liên quan đến các thao tác của đầu mỏ hàn với môi trƣờng khắc nghiệt do khói và nhiệt độ phát ra trong quá trình hàn. Hình 1.6. Hệ thống robot hàn đường của hãn FANUC 9 Không giống kỹ thuật hàn điểm, ở đó mối hàn có vị trí cố định, mối hàn trong kỹ thuật hàn đƣờng nằm dọc theo mối ghép giữa hai tấm kim loại. Những hệ thống hàn đƣờng thực tế (hình 1.6) phụ thuộc vào con ngƣời trong việc kẹp chặt chính xác chi tiết đƣợc hàn, và sau đó robot di chuyển dọc theo quĩ đạo đƣợc lập trình trƣớc. Ƣu điểm duy nhất so với hàn bằng tay là chất lƣợng mối hàn đƣợc ổn định. Ngƣời vận hành chỉ còn thực hiện một việc tẻ nhạt là kẹp chặt các chi tiết. Có thể thực hiện tăng năng suất bằng cách trang bị hàn định vị quay nhờ đó ngƣời vận hành có thể kẹp chặt một chi tiết trong khi thực hiện việc hàn chi tiết khác. Tuy nhiên, luôn có vấn đề khó khăn trong việc lắp khít chi tiết do dung sai trong chế tạo, chi tiết bị cong vênh, và các thiết kế cần lắp ghép theo đƣờng cong không đồng dạng. Các vấn đề đó làm cho việc kẹp chặt chi tiết khó khăn, đặc biệt là đối với các chi tiết lớn và lắp tấm kim loại mỏng. Hơn nữa, đƣờng hàn có thể không xử lý đƣợc với mỏ hàn vì nó bị che khuất bởi chi tiết khác. Thợ hàn tay phải xử lý khó khăn nhiều loại mối nối và vị trí các chi tiết khác nhau. Gần đây các nghiên cứu tập trung vào phƣơng pháp dò vết đƣờng hàn với mục đích giảm bớt yêu cầu định vị chính xác, và do đó giảm chi phí hàn trong khi chất lƣợng mối hàn lại tăng. Cảm biến trang bị trên các robot hàn đƣờng phải có khả năng xác định vị trí đúng của đƣờng hàn. Nhƣ vậy, để mối hàn đƣợc đặt chính xác, đúng yêu cầu về hình dáng và kích thƣớc thì robot phải giữ điện cực theo hƣớng đúng của đƣờng hàn với khoảng cách đúng từ đƣờng hàn đến đầu mỏ hàn và di chuyển với tốc độ không đổi sao cho lƣợng vật liệu chảy vào mối nối không đổi. Xác định đƣờng hàn cho các vật thể ba chiều thì phức tạp hơn cho các tấm ph ng vi thƣờng cần phải mô hình hoá hình học để định ra đƣờng di chuyển của robot. Hình 1.7 trình bày một robot có trang bị cảm biến laser để dò đƣờng đi của đầu hàn. Thông thƣờng để đào tạo một thợ hàn bậc cao phải mất nhiều năm, nhƣng việc đƣa robot vào sản xuất nhà máy tạo khả năng có 10 thể thu nhận công nhân cả trẻ lẫn lớn tuổi, có kinh nghiệm nghề nghiệp rất khác nhau. Hàn đƣờng, một lãnh vực tiềm năng cho việc ứng dụng robot, đƣợc xếp vào lĩnh vực kỹ thuật cao. Hình 1.7. Đầu hàn có trang bị cảm biến dò tìm đường đi bằng laser theo không gian ba chiều. (2) Ứng dụng robot trong lắp ráp Một kỹ thuật sản xuất có mục tiêu lâu dài là nhà máy tự động hoàn toàn, ở đó một bản thiết kế đƣợc thể hiện tại một trạm thiết kế bằng máy tính, không có sự can thiệp của con ngƣời vào quá trình sản xuất. Hãy thử hình dung một môi trƣờng sản xuất tự động hoàn toàn; từ ý tƣởng sản phẩm, gồm các chỉ tiêu kỹ thuật cấp cao, ngƣời ta thiết kế ra sản phẩm; sau đó đặt vật liệu, lập ra chƣơng trình gia công, lập ra chiến lƣợc đƣờng đi của chi tiết trong nhà máy; điều khiển cung cấp chi tiết vào máy gia công, lắp ráp và kiểm tra tự động thông qua các máy gia công CNC và các robot tĩnh và robot di động. Những thành tựu của một môi trƣờng sản xuất nhƣ thế đã và đang đƣợc đầu tƣ nghiên cứu và phát triển trong nhiều năm qua. Hiện nay các nhà máy lớn hiện đại đều áp dụng mô hình tự động hoá hoàn toàn, đặc biệt là 11 phần thiết kế ở cấp cao và phần xử lý chi tiết ở cấp thấp. Một trong những trở ngại chính là liên kết các tầng với nhau. Một khó khăn khác là nhu cầu phƣơng pháp xuất ra các đặc tả thủ tục từ mô hình máy tính của sản phẩm. Ví dụ, việc lập ra một cách tự động trình tự lắp ráp các chi tiết với nhau trong khâu lắp ráp. Hình 1.8. Robot lắp ráp mạch in có hệ thống camera quan sát được dùng để xác định vị trí chân trên bản mạch in Robot đƣợc sử dụng để tự động hoá quá trình lắp ráp trong những nhà máy nhƣ thế. Khâu này tập trung nhiều lao động và khó hơn nhiều so với dự tính. Ví dụ, cầm một cái mỏ hàn tay đơn giản và tháo nó ra từng phần. Có bao nhiêu chi tiết? Có bao nhiêu cách lắp ráp nó? Bạn có thể lắp ráp nó bằng một tay hay không? Bạn có thể nhắm mắt lắp đƣợc nó hay không? Bây giờ bạn đang gặp phải sự giới hạn của robot. Sự phát triển của cảm biến và sự ứng dụng nó vào robot là yếu tố quan trọng cơ bản để ứng dụng robot trong lắp ráp. Lấy ví dụ, đầu mỏ hàn là một vật thể nhỏ, nên để lắp ráp nó chúng ta cần tập trung mọi chi tiết lại, tìm vị trí và hƣớng lắp ráp cho từng chi tiết, lấy chi tiết đầu tiên và đặt nó vào cơ cấu kẹp chặt, lấy một chi tiết nữa theo đúng thứ tự và lắp vào chi tiết đầu tiên. Việc lắp ráp còn liên quan đến nhiều xử lý khác nhau: đƣa một chi tiết vào một chi tiết kia, đặt một chi tiết trên một chi tiết khác, siết chặt đai ốc, siết