Đồ án giải bài toán động học Robot Công nghiệp bằng phương pháp ma trận Jacobi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN HỌC: THIẾT KẾ RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP BỘ MÔN: CƠ ĐIỆN TỬ Sinh viên: Vũ Văn Quân Mã số sinh viên: K175520114108 Lớp: K53CĐT.02 Đỗ Bảo Thịnh Mã số sinh viên: K175520114120 Lớp: K53CĐT.02 Ngành: Cơ điện tử Ngày giao đề: Ngày hoàn thành: 1.Tên đề tài: Giải tốn động học Robot Cơng nghiệp phương pháp ma trận Jacobi (Mã số: IR-04) Nội dung thuyết minh tính tốn: Nhiệm vụ đồ án bao gồm:  Tổng quan đối tượng thiết kế  Giải toán động học thuận, động học ngược  Giải tốn lập trình quỹ đạo làm việc  Mơ động học q trình làm việc Các vẽ, chương trình đồ thị  Thuyết minh, chương trình đồ thị mơ TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Ngọc Hà NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 20 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 20 GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) Lời nói đầu Cho tới có hàng vạn robot đời làm việc nhiều lĩnh vực sản xuất đời sống – xã hội khắp quốc gia giới Ngày tên gọi Robot phổ biến nhân dân Robot trở thành nguồn lực lao động với suất chất lượng cao nhiều lĩnh vực như: công nghiệp, nông nghiệp, y học , an ninh quốc phịng v…v Trong số robot cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng Robot nói chung robot cơng nghiệp nói riêng tích hợp lĩnh vực học - điện – điện tử kĩ thuật điều khiển Có thể nói robot số loại hình sản phẩm trí tuệ cao cấp thời đại ngày Bài thuyết trình chúng em sau gồm phần chính:  Tổng quan robot cơng nghiệp  Giải toán động học thuận, động học ngược  Giải tốn lập trình quỹ đạo làm việc  Mơ động học q trình làm việc Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy, cô nhiệt tình giúp đỡ chúng em giải đáp khó khăn, thắc mắc trình làm Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Sự đời Robot Một ước mơ to lớn người là: Làm để tạo người máy móc để giúp người sống Mãi đến năm 2021 người ta thấy rối xuất sân khấu Tiệp Khắc kịch “Rossum’s Universal Robot ” nhà viết kịch viễn tưởng Karel Capek Trong kịch tác giả sử dụng Robota với khả biểu diễn linh hoạt thông qua điều khiển nghệ sĩ xiếc Có lẽ từ gợi cho nhà sáng chế nghĩ tới việc tạo tay máy người máy Nó có kết cấu giống với bàn tay người để thực nhiệm vụ lao động, sản xuất, đặc biệt môi trường khắc nghiệt, 1.2 Tình hình phát triển Robot -Vào thập kỉ kỉ XX, hệ thống điều khiển từ xa xuất phát triển nhanh chóng Nhờ tay máy điều khiển tay đời Tuy nhiên giai đoạn khả hoạt động tay máy bị hạn chế độ linh hoạt, khả mang tải, khả di chuyển,… -Đến năm 1950 với việc xuất phát triển hệ thống điều khiển tự động theo chương trình số, cấu điều phối vơ cấp, hệ điện tốn, nhờ hình thành hệ điều khiển NC Sự kết hợp khéo léo NC hệ thống điều khiển từ xa đời hệ thống máy tự động trình độ cao gọi “người máy” Năm 1961 người máy xuất Mỹ phục vụ lĩnh vực công nghiệp Sau Mỹ đến nước Anh 1967, Thụy Điển, Nhật Bản 1968 -Thị trường Robot ngày sôi động, loại hình Robot ngày đa dạng phong phú Trong phải kể đến nước phát triển Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, Đức, Italia,Pháp, Anh,….Robot công nghiệp năm gần phát triển ngày nhiều ứng dụng rộng rãi hệ thống sản xuất tự động linh hoạt - Do yêu cầu phát triển tự động hóa ngày cao, quy mô sản xuất ngày lớn nên Robot sử dụng cơng nghiệp mà cịn sử dụng đời sống xã hội, an ninh quốc phịng nên robot ngày hồn thiện -Ngày robot tạo lực lượng lao động xã hội với suất chất lượng ngày cao 1.3 Ứng dụng robot 1.3.1 Ứng dụng robot công nghiệp Robot sử dụng nhiều lĩnh vực sản xuất đời sống người, robot cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp như: - Phục vụ máy NC hệ thống tự động linh hoạt - Đúc, - Phun, phủ - Tự động hàn (Hình 1.0) - Lắp ráp, đóng gói (Hình 1.1) - Đảm nhận thực cấp phôi phục vụ nguyên công dây chuyền sản xuất tự động - Chế tạo máy - Kiểm tra - Sơn - Bảo vệ Hình 1.0: Robot hàn Hình 1.1: Robot lắp ráp 1.3.2 Tình hình ứng dụng robot cơng nghiệp giới Việc sử dụng robot nước công nghiệp phát triển Nhật, Mỹ, Đức, Italy, Pháp, Trung Quốc, Anh phổ biến tốc độ phát triển hàng năm nhanh, theo thống kê chưa đầy đủ tỷ lệ phân bố phạm vi ứng dụng robot công nghiệp lĩnh vực sau: Oto 31%; thiết bị điện 16%; dầu khí, hóa thực phẩm 12%; thiết bị viễn thơng 8%; máy cơng cụ 6%; kim khí 4%; máy tính 3% lĩnh vực dầu khống 20% 1.4 Cấu trúc Một robot thường gồm có phận chính: -  Tay máy  Bộ phận dẫn động  Bộ phận điều khiển Tay máy: Tay máy đóng vai trị phận chấp hành robot Tay máy mô giống bàn tay người cánh tay bàn tay có nhiều khâu khớp trung gian, số lượng khâu khớp để tạo nên tay máy phụ thuộc nhiều vào nhiệm vụ, chức robot Tay máy có nhiều bậc tự do, có khả thực thao tác mặt phẳng không gian với phạm vi định Hình 1.2: Hình ảnh tay máy công nghiệp - Bộ phận dẫn động: động dùng để dẫn động robot thường loại động sau đây:  Động điện  Động điện xoay chiều  Động điện chiều  Động bước  Động khí nén  Động thủy lực Trong động khí nén, thủy lực sử dụng trường hợp yêu cầu công suất lớn, tốc độ chậm mà loại động điện khơng đáp ứng Có số loại robot công nghiệp người ta kết hợp hai loại động thủy lực động điện Tuy nhiên sử dụng hệ thống dẫn động robot thủy lực hay khí nén, kết cấu cơng kềnh phức tạp so với động điện có phận kèm theo hệ thống ống dẫn, van điều tiết, hệ thống máy bơm thủy lực,… - Bộ phận điều khiển: Để điều khiển hoạt động Robot, phận điều khiển robot hoạt động giống não người Bộ phận điều khiển thường thông qua hệ thống chương trình điều khiển- chương trình đảm nhận nhiệm vụ cụ thể 1.5 Phân loại Robot Để phân loại robot dựa sở kĩ thuật khác nhau, trình bày vài phương pháp phân loại chủ yếu 1.5.1 Phân loại theo khơng gian hoạt động tay máy Để tìm khơng gian hoạt động tay máy trước hết phải gắn tay máy với hệ trục tọa độ gốc hay gọi hệ tọa độ chuẩn oxyz lấy hai hình thức chuyển động ngun thủy làm chuẩn bao gồm:  Chuyển động thẳng theo hướng x, y, z không gian ba chiều để tạo nên hình khối có góc cạnh kí hiệu P  Chuyển động quay quanh trục x, y, z kí hiệu R Với ba bậc tự do, robot hoạt động trường công tác tùy thuộc tổ hợp P R ví dụ : - PPP trường công tác hộp chữ nhật lập phương - RPP trường công tác khối trụ - RRP trường công tác khối cầu - RRR trường công tác khối cầu 1.5.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển Có nhiều cách phân loại hệ thống điều khiển tự động, thơng thường có loại :  Điều khiển hở - Điều khiển hở, dùng truyền động bước ( động điện đông thủy lực, khí nén, ) mà qng đường góc dịch chuyển tỉ lệ với số xung điều khiển Kiểu đơn giản, đạt độ xác thấp  Điều khiển kín – điều khiển servo - Điều khiến kín ( điều khiển kiểu servo ), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ xác điều khiển Có kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm điều điều khiển theo đường ( contour )  Hệ thống điều khiển hỗn hợp - Trên sở hai hệ thống điều khiển mở kín người ta kết hợp lại thành hệ thống điều khiển hỗn hợp 1.5.3 Phân loại theo ứng dụng Tùy thuộc vào cơng dụng robot, người ta phân robot nhiều loại: - Lắp ráp khí - Hàn - Vận chuyển - Phẫu thuật - Lau nhà - Các loại khác 1.6 Nhiệm vụ toán thiết kế - Xác định Robot phục vụ cho công việc ? Để hình thình ý tưởng vềo hình dáng cấu tạo, cấu trúc Robot hay Tay máy - Thực yêu cầu thiết kế Robot thực yêu cầu đặt : Vật liệu thiết kế, máy móc ,vị trí làm việc Robot, số bậc tự ,giá thành lắp ráp thiết kế… 1.7 Nội dung a Phân tích chọn cấu + số bậc tự cần thiết + phương án thiết kế cấu trúc khâu khớp + phân tích thiết kế cấu trúc chọn ( với cấu