ĐỀ tài TIỂU LUẬN ROBOTICS

ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -* -* -* VIỆN CƠ KHÍ ĐƠN VỊ CHUN MƠN: VIỆN CƠ KHÍ ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: ROBOTICS - PGS PHAN BÙI KHÔI MÃ HỌC PHẦN: ME 3168 MÃ ĐỀ: 3168_3 Họ c kì: II _ Nă m họ c: 2012 – 2013 Sinh viên thự c hiện: Lê Tuấ n Anh MSSV: 20109859 Lớ p CN-Cơ Điện Tử 1- K55 Hà nộ i, thá ng nă m 2013 Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHƠ I LỜI NĨI ĐẦU Trong nghiệp ng nghiệp hó a, đạ i hó a đấ t nướ c vấ n đề tự độ ng hó a có vai trị đặ c biệt quan trọ ng Nhằ m nâ ng cao nâ ng suấ t dây chuyền cô ng nghệ, nâ ng cao chấ t lượ ng khả nă ng cạ nh tranh củ a sả n phẩ m, i thiện điều kiện lao độ ng, nâng cao suấ t lao độ ng đặ t hệ thố ng sả n xuấ t phả i có tính linh hoạ t cao.Robot cô ng nghiệp, đặ c biệt nhữ ng tay máy robot bô phậ n quan trọ ng để tạ o nhữ ng hệ thố ng Tay máy Robot có mặ t sả n xuấ t từ nhiều nă m trướ c, ngày tay máy Robot dù ng nhiều lĩnh vự c sả n xuấ t, xuấ t phá t từ nhữ ng ưu điể m mà tay máy Robot đú c kết lạ i trình sả n xuấ t m việc, tay máy có nhữ ng tính nă ng mà ngườ i khơ ng thể có đượ c, khả m việ c ổ n định, m việc mơ i trườ ng độ c hạ i… Do việc đầ u tư nghiêc u, chế tạ o nhữ ng loạ i tay máy Robot phụ c vụ cho ng cuộ c tự độ ng hó a sả n xuấ t rấ t cầ n thiết cho tạ i tương lai Mô n họ c ROBOTICS giú p ng em bướ c đầ u m quen vớ i nhữ ng vấ n đề cố t lõ i bả n nhấ t robot rấ t có ích cho ng em sau Qua ng em tìm hiểu sâ u cũ ng tạ o tiền đề giú p ng em hồ n nh đượ c nhữ ng mơ n họ c tiế p theo Trong trình họ c mơ n ROBOTICS có rấ t nhiều vấ n đề cị n thiết só t, em rấ t mong đượ c thầy bả o hướ ng dẫ n thêm Em xin châ n nh m ơn ! Sinh viên thự c hiện: Lê Tuấ n Anh Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHƠ I MỤC LỤC LỜ I NĨ I ĐẦ U …………………………………………………………… NỘ I DUNG ………………………………………………………………… CHƯƠNG I TỔ NG QUAN VỀ ROBOT: 1.1 SƠ LƯỢ T QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂ N CỦ A ROBOT: 1.2 Ứ NG DỤ NG CỦ A ROBOT TRONG CÔ NG NGHIỆ P VÀ SẢ N XUẤT: 1.3 CÁ C KHÁ I NIỆ M VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT: 1.4 CẤ U TRUC CHUNG CỦ A ROBOT: 1.5 PHÂ N LOẠ I ROBOT: CHƯƠNG II: THIẾ T KẾ CƠ CẤ U ROBOT: 2.1 XÂY DỰ NG CẤ U TRÚ C, THIẾ T LẬ P HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘ NG HỌ C CỦ A ROBOT: 2.2 GIẢ I BÀ I TOÁ N ĐỘ NG HỌ C 2.3 TÍNH TỐ N TĨNH HỌ C 2.4 TÍNH TỐ N ĐỘ NG LỰ C HỌ C 2.5 ĐIỀ U KHIỂ N VÀ MÔ PHỎ NG CHƯƠNG III KẾ T LUẬ N & ĐÁ NH GIÁ QUÁ TRÌNH: CHƯƠNG IV MỘ T SỐ CẤ U TRÚ C ROBOT THAM KHẢ O: CHƯƠNG V TÀ I LIỆ U THAM KHẢ O: Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT Thuậ t ngữ “Robot” xuấ t phá t từ tiếng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa cô ng việc tạ p dịch kịch Rossum’s Universal Robots củ a Karel Capek, o nă m 1921 Trong kịch nầy, Rossum trai củ a ô ng ta chế tạ o nhữ ng máy gầ n giố ng vớ i ngườ i để phụ c vụ ngườ i Có lẽ mộ t gợ i ý ban đầ u cho cá c nhà sá ng chế kỹ thuậ t nhữ ng cấ u, máy mó c bắ t chướ c cá c hoạ t độ ng bắ p củ a ngườ i Đầ u thậ p kỷ 60, cô ng ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) ng cá o mộ t loạ i máy tự độ ng vạ n gọ i “Ngườ i máy cô ng nghiệp” (Industrial Robot) Ngày ngườ i ta đặ t tên ngườ i máy cô ng nghiệp (hay robot cô ng nghiệp) cho nhữ ng loạ i thiết bị có dá ng dấ p mộ t i c nă ng tay ngườ i đượ c điều khiển tự độ ng để thự c mộ t số thao tá c sản xuấ t Về mặ t kỹ thuậ t, nhữ ng robot cô ng nghiệ p ngày nay, có nguồ n gố c từ hai lĩnh vự c kỹ thuậ t đờ i sớ m cá c cấ u điều khiển từ xa (Teleoperators) cá c máy cô ng cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool) Cá c cấ u điều khiển từ xa (hay cá c thiết bị kiểu chủ -tớ ) phá t triển mạ nh chiến tranh giớ i lầ n thứ hai nhằ m nghiên u cá c vậ t liệu phó ng xạ Ngườ i thao tá c đượ c tá ch biệt khỏ i khu vự c phó ng xạ bở i mộ t bứ c tườ ng có mộ t hoặ c i cử a quan sá t để nhìn thấy đượ c cô ng việc bên Cá c cấ u điều khiển từ xa thay cho cá nh tay củ a ngườ i thao tá c; gồ m có mộ t kẹp bên (tớ ) hai tay cầ m bên ngoà i (chủ ) Cả hai, tay cầ m kẹp, đượ c nố i vớ i bằ ng mộ t cấ u sá u bậ c tự để tạ o cá c vị trí hướ ng tuỳ ý củ a Tay cầ m kẹ p Cơ cấ u dù ng để điều khiển kẹp theo chuyển độ ng củ a tay cầ m Và o khoả ng nă m 1949, cá c máy cô ng cụ điều khiển số đờ i, nhằ m đá p ứ ng yêu cầ u gia cô ng cá c chi tiết ngà nh chế tạ o máy bay Nhữ ng robot đầ u tiên thự c chấ t nố i kết giữ a cá c khâ u khí củ a cấ u điều khiển từ xa vớ i khả nă ng lậ p trình củ a máy ng cụ điều khiển số Dướ i ng ta điểm qua mộ t số thờ i điểm lịch sử phá t triển củ a ngườ i máy cô ng nghiệp Mộ t nhữ ng robot cô ng nghiệp đầ u tiên đượ c chế tạ o robot Versatran củ a cô ng ty AMF, Mỹ Cũ ng o khoả ng thờ i gian nầy Mỹ xuấ t loạ i robot Unimate ư1900 đượ c dù ng đầ u tiên kỹ nghệ ô tô Tiế p theo Mỹ, cá c nướ c c bắ t đầ u sả n xuấ t robot cô ng nghiệp: Anh 1967, Thụ y Điển Nhậ t 1968 theo bả n quyền củ a Mỹ; CHLB Đứ c -1971; Phá p 1972; Ý - 1973 Tính nă ng m việc củ a robot ngày cà ng đượ c nâng cao, nhấ t khả nhậ n biết xử lý Nă m 1967 trườ ng Đạ i họ c tổ ng hợ p Stanford (Mỹ) chế Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I tạ o mẫ u robot hoạ t độ ng theo mơ hình “mắ t-tay”, có khả nă ng nhậ n biết định hướ ng bà n kẹp theo vị trí vậ t kẹp nhờ cá c m biến Nă m 1974 Cô ng ty Mỹ Cincinnati đưa loạ i robot đượ c điều khiển bằ ng máy vi tính, gọ i robot T3 (The Tomorrow Tool: Cô ng cụ củ a tương lai) Robot nầy nâ ng đượ c vậ t có khố i lượ ng đến 40 KG Có thể i, Robot tổ hợ p khả nă ng hoạ t độ ng linh hoạ t củ a cá c cấ u điều khiển từ xa vớ i mứ c độ “tri thứ c” ngày cà ng phong phú củ a hệ thố ng điều khiển theo chương trình số cũ ng kỹ thuậ t chế tạ o cá c m biến, ng nghệ lậ p trình cá c phá t triển củ a trí khơ n nhân tạ o, hệ chuyên gia… Trong nhữ ng nă m sau nầy, việ c nâ ng cao tính nă ng hoạ t độ ng củ a robot khô ng ngừ ng phá t triển Cá c robot đượ c trang bị thê m cá c loạ i m biến c để nhậ n biết mô i trườ ng chung quanh, cù ng vớ i nhữ ng nh tự u to lớ n lĩnh vự c Tin họ c - Điện tử tạ o cá c hệ robot vớ i nhiều tính đă c biệt, Số lượ ng robot ngày cà ng gia tă ng, giá nh ngày cà ng giả m Nhờ vậy, robot ng nghiệ p có vị trí quan trọ ng cá c dây chuyền sả n xuấ t đạ i Mộ t i số liệu số lượ ng robot đượ c sả n xuấ t mộ t i nướ c cô ng nghiệp phá t triển sau: Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998 Nhậ t 66.118 29.756 67000 Mỹ 4.237 7.634 11000 Đứ c 5.845 5.125 8.600 Ý 2.500 2.408 4000 Phá p 1.448 1.197 2000 Anh 510 1086 1500 1000 1200 Nước SX Hà n Quố c Mỹ nướ c đầ u tiên phá t minh Robot nướ c phá t triển cao nhấ t lĩnh vự c nghiên u chế tạ o sử dụ ng lạ i Nhậ t Bả n Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I 1.2 ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT: Từ mớ i đờ i robot cô ng nghiệp đượ c p dụ ng nhiều lĩnh vự c dướ i gó c độ thay sứ c ngườ i Nhờ cá c dây chuyền sản xuấ t đượ c tổ c lạ i, suấ t hiệu sả n xuấ t tă ng lên rõ rệt Mụ c tiêu ứ ng dụ ng robot cô ng nghiệ p nhằ m gó p phầ n nâ ng cao suấ t dây chuyền cô ng nghệ, giả m giá nh, nâng cao chấ t lượ ng khả nă ng cạ nh tranh củ a sả n phẩ m đồ ng thờ i i thiện điều kiện lao độ ng Đạ t đượ c cá c mụ c tiêu nhờ o nhữ ng khả nă ng to lớ n củ a robot : m việc khô ng biết mệt mỏ i, rấ t dễ dà ng chuyển nghề mộ t cá ch nh thạ o, chịu đượ c phó ng xạ cá c mô i trườ ng m việ c độ c hạ i, nhiệt độ cao, “cả m thấy” đượ c từ trườ ng “nghe” đượ c siêu â m Robot đượ c dù ng thay ngườ i cá c trườ ng hợ p hoặ c thự c cá c cô ng việc khô ng nặ ng nhọ c đơn điệu, dễ gây mệt mõ i, nhầ m lẫ n Trong ngà nh khí, robot đượ c sử dụ ng nhiều cô ng nghệ đú c, cô ng nghệ hà n, cắ t kim loạ i, sơn, phun phủ kim loạ i, thá o lắ p vậ n chuyển phô i, lắ p rá p sả n phẩ m Ngày xuấ t nhiều dây chuyền sả n xuấ t tự độ ng gồ m cá c máy CNC vớ i Robot ng nghiệ p, cá c dây chuyền đạ t mứ c tự độ ng hoá cao, mứ c độ linh hoạ t cao cá c máy robot đượ c điều khiển bằ ng cù ng mộ t hệ thố ng chương trình Ngồ i cá c phâ n xưở ng, nhà máy, kỹ thuậ t robot cũ ng đượ c sử dụ ng việc khai thá c thềm lụ c địa đạ i dương, y họ c, sử dụ ng quố c phò ng, chinh phụ c vũ trụ , cô ng nghiệp nguyên tử , cá c lĩnh vự c xã hộ i Rõ rà ng khả m việ c củ a robot mộ t số điều kiện vượ t khả nă ng củ a ngườ i; phương tiện hữ u hiệu để tự độ ng hoá , nâ ng cao nă ng suấ t lao độ ng, giả m nhẹ cho ngườ i nhữ ng cô ng việ c nặ ng nhọ c độ c hạ i Nhượ c điể m lớ n nhấ t củ a robot chưa linh hoạ t ngườ i, dây chuyền tự độ ng, có mộ t robot bị hỏ ng m ngừ ng hoạ t độ ng củ a dây chuyền, robot luô n hoạ t độ ng dướ i giá m sá t củ a ngườ i 1.3 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CƠNG NGHIỆP: 1.3.1 Định nghĩa robot cơng nghiệp: Định nghĩa theo tiêu chuẩ n AFNOR (Phá p): Robot cô ng nghiệp mộ t cấ u chuyển độ ng tự độ ng lậ p trình, lặ p lạ i cá c chương trình, tổ ng hợ p cá c chương trình đặ t cá c trụ c toạ độ ; có khả nă ng định vị, định hướ ng, di chuyển cá c đố i tượ ng vậ t chấ t: chi tiết, dao cụ , gá lắ p theo nhữ ng hành trình thay đổ i chương trình hố nhằ m thự c Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I cá c nhiệm vụ cô ng nghệ c Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America): Robot mộ t tay máy vạ n lặ p lạ i cá c chương trình đượ c thiết kế để di chuyển vậ t liệu, chi tiết, dụ ng cụ hoặ c cá c thiết bị chuyên dù ng thơ ng qua cá c chương trình chuyển độ ng thay đổ i để hồ n nh cá c nhiệm vụ c Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga): Robot cô ng nghiệp mộ t máy tự độ ng, đượ c đặ t cố định hoặ c di độ ng đượ c, liên kết giữ a mộ t tay máy mộ t hệ thố ng điều khiển theo chương trình, lậ p trình lạ i để hồ n nh cá c c nă ng vậ n độ ng điều khiển q trình sả n xuấ t Có thể i Robot ng nghiệp mộ t máy tự độ ng linh hoạ t thay từ ng phầ n hoặ c n cá c hoạ t độ ng bắ p hoạ t độ ng trí tuệ củ a ngườ i nhiều khả nă ng thích nghi c Robot ng nghiệp có khả nă ng chương trình hố linh hoạ t nhiều trụ c chuyển độ ng, biểu thị cho số bậ c tự củ a ng Robot cô ng nghiệ p đượ c trang bị nhữ ng bà n tay máy hoặ c cá c cấ u chấ p hà nh, giả i nhữ ng nhiệm vụ xá c định cá c q trình ng nghệ : hoặ c trự c tiế p tham gia thự c cá c nguyên ng (sơn, hà n, phun phủ , ró t kim loạ i o khuô n đú c, lắ p rá p máy ) hoặ c phụ c vụ cá c q trình ng nghệ (thá o lắ p chi tiết gia cô ng, dao cụ , đồ gá ) vớ i nhữ ng thao tá c cầ m nắ m, vậ n chuyển trao đổ i cá c đố i tượ ng vớ i cá c trạ m cô ng nghệ, mộ t hệ thố ng máy tự độ ng linh hoạ t, đượ c gọ i “Hệ thố ng tự độ ng linh hoạ t robot hoá” cho phé p thích ứ ng nhanh thao tá c đơn giả n nhiệ m vụ sả n xuấ t thay đổ i 1.3.2 Bậc tự robot (DOF: Degrees Of Freedom): Bậ c tự số khả chuyển độ ng củ a mộ t cấ u (chuyển độ ng quay hoặ c tịnh tiến) Để dịch chuyển đượ c mộ t vậ t thể khô ng gian, cấ u chấ p hà nh củ a robot phả i đạ t đượ c mộ t số bậ c tự Nó i chung hệ củ a robot mộ t cấ u hở , bậ c tự củ a tính theo ng thứ c: w=6 n−∑ ip i i=1 Ở đây: n - Số khâ u độ ng; pi - Số khớ p loạ i i (i = 1, 2, ,5 : Số bậ c tự bị hạ n chế) Đố i vớ i cá c cấ u có cá c khâ u đượ c nố i vớ i bằ ng khớ p quay hoặ c tịnh tiến (khớ p độ ng loạ i 5) số bậ c tự bằ ng vớ i số khâ u độ ng Đố i vớ i cấ u hở , số bậ c tự bằ ng tổ ng số bậ c tự củ a cá c khớ p độ ng Để định vị định hướ ng khâ u chấ p hà nh cuố i mộ t cá ch tuỳ ý khô ng gian chiều robot cầ n có bậ c tự do, bậ c tự để định vị bậ c tự để định hướ ng Mộ t số cô ng việc đơn giả n nâng hạ , sắ p xếp yêu cầ u số bậ c tự Cá c robot hà n, sơn thườ ng yêu cầ u bậ c tự Trong mộ t số trườ ng hợ p cầ n khéo léo, linh hoạ t hoặ c cầ n phả i tố i ưu Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHƠ I hố quỹ đạ o ngườ i ta dù ng robot vớ i số bậ c tự lớ n 1.3.3 Hệ toạ độ (Coordinate frames): Mỗ i robot thườ ng bao gồ m nhiều khâ u (links) liên kết vớ i qua cá c khớ p (joints), tạ o nh mộ t xích độ ng họ c xuấ t phá t từ mộ t khâ u bả n (base) đứ ng yên Hệ toạ độ gắ n vớ i khâ u bả n gọ i hệ toạ độ bả n (hay hệ toạ độ chuẩ n) Cá c hệ toạ độ trung gian c gắ n vớ i cá c khâ u độ ng gọ i hệ toạ độ suy rộ ng Trong từ ng thờ i điểm hoạ t độ ng, cá c toạ độ suy rộ ng xá c định cấ u hình củ a robot bằ ng cá c chuyển dịch dà i hoặ c cá c chuyển dịch gó c củ a cá c khớ p tịnh tiến hoặ c khớ p quay Cá c toạ độ suy rộ ng cò n đượ c gọ i biến khớ p (Hình 1.1) Cá c hệ toạ độ gắ n cá c khâ u củ a robot phả i tuâ n theo qui tắ c bà n tay phả i: Dù ng tay phả i, nắ m hai ngó n tay ú t p ú t o lò ng bà n tay, xoè ngó n : cá i, trỏ giữ a theo phương v ng gó c nhau, chọ n ngó n cá i phương chiều củ a trụ c z, ngó n trỏ phương, chiều củ a trụ c x ngó n giữ a biểu thị phương, chiều củ a trụ c y (hình 1.2) Trong robot ta thườ ng dù ng chữ O số n để hệ toạ độ gắ n khâ u thứ n Như hệ toạ độ bả n (Hệ toạ độ gắ n vớ i khâ u cố định) đượ c ký hiệu O0; hệ toạ độ gắ n cá c khâ u trung gian tương ứ ng O1, O2, , On-1, Hệ toạ độ gắ n khâ u chấ p hà nh cuố i ký hiệu On Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHƠ I 1.3.4 Trường cơng tác robot (Workspace or Range of motion): Trườ ng cô ng tá c (hay vù ng m việc, khô ng gian cô ng tá c) củ a robot n thể tích đượ c quét bở i khâ u chấ p hành cuố i robot thự c tấ t cá c chuyển độ ng Trườ ng cô ng tá c bị rà ng buộ c bở i cá c thơ ng số hình họ c củ a robot cũ ng cá c rà ng buộ c họ c củ a cá c khớ p; ví dụ , mộ t khớ p quay có chuyển độ ng nhỏ mộ t gó c 3600 Ngườ i ta thườ ng dù ng hai hình chiếu để mô tả trườ ng cô ng tá c củ a mộ t robot (hình 1.3) 1.4 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CƠNG NGHIỆP: 1.4.1 Các thành phần robot công nghiệp: Mộ t robot cô ng nghiệp thườ ng bao gồ m cá c nh phầ n : cá nh tay robot, nguồ n độ ng lự c, dụ ng cụ gắ n lên khâ u chấ p hà nh cuố i, cá c m biến, điều khiển , thiết bị dạy họ c, máy tính cá c phầ n mềm lậ p trình cũ ng nên đượ c coi mộ t nh phầ n củ a hệ thố ng robot Cá nh tay robot (tay máy) kết cấ u khí gồ m cá c khâ u liên kết vớ i bằ ng cá c khớ p độ ng để tạ o nên nhữ ng chuyển độ ng bả n củ a robot Nguồ n độ ng lự c cá c độ ng điện (mộ t chiều hoặ c độ ng bướ c), cá c hệ thố ng xy lanh khí nén, thuỷ lự c để tạ o độ ng lự c cho tay máy hoạ t độ ng Dụ ng cụ thao tá c đượ c gắ n khâ u cuố i củ a robot, dụ ng cụ củ a robot có nhiều kiểu c như: ng bà n tay để nắ m bắ t đố i tượ ng hoặ c cá c cô ng cụ m việc mỏ hà n, đá mà i, đầ u phun sơn Thiết bị dạy-hoc (Teach-Pendant) dù ng để dạy cho robot cá c thao tá c cầ n thiết theo yêu cầ u củ a q trình m việ c, sau robot tự lặ p lạ i cá c độ ng tá c đượ c dạy để m việc (phương phá p lậ p trình kiểu dạy họ c) Cá c phầ n mềm để lậ p trình cá c chương trình điều khiển robot đượ c cà i đặ t máy tính, dù ng điều khiển robot thô ng qua điều khiển Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I (Controller) Bộ điều khiển cò n đượ c gọ i Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), thườ ng đượ c kết nố i vớ i máy tính Mộ t mođun điều khiển cị n có cá c cổ ng Và o - Ra (I/O port) để m việc vớ i nhiều thiết bị c cá c m biến giú p robot nhậ n biết trạ ng thá i củ a bả n thâ n, xá c định vị trí củ a đố i tượ ng m việc hoặ c cá c dị tìm c; điều khiển cá c bă ng tả i hoặ c cấ u cấ p phô i hoạ t độ ng phố i hợ p vớ i robot 1.4.2 Kết cấu tay máy: Như i trên, tay máy nh phầ n quan trọ ng, định khả nă ng m việc củ a robot Cá c kết cấ u củ a nhiều tay máy đượ c phỏ ng theo cấ u tạ o c củ a tay ngườ i; nhiên ngày nay, tay máy đượ c thiết kế rấ t đa ng, nhiều cá nh tay robot có hình dá ng rấ t c xa cá nh tay ngườ i Trong thiết kế sử dụ ng tay máy, ng ta cầ n quan tâ m đến cá c thơ ng số hình - độ ng họ c, nhữ ng thô ng số liên quan đến khả nă ng m việc củ a robot như: tầ m vớ i (hay trườ ng cô ng tá c), số bậ c tự (thể khéo léo linh hoạ t củ a robot), độ ng vữ ng, tả i trọ ng vậ t nâ ng, lự c kẹp Cá c khâ u củ a robot thườ ng thự c hai chuyển độ ng bả n: • Chuyển độ ng tịnh tiến theo hướ ng x, y, z khô ng gian Descarde, thơ ng thườ ng tạ o nên cá c hình khố i • Chuyển độ ng xoay theo cá c trụ c x, y, z khơ ng gian • Cá c chuyển độ ng thườ ng ký hiệu T (Translation) hoặ c P (Prismatic) Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | 10 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHƠ I Từ cá c biểu thứ c tính tố n có : Thay o PTCB (19) Ta viết đượ c PT Tĩnh họ c biễu diễn Lự c Mô men tá c dụ ng củ a khâ u thứ lên khâ u thơ ng qua cá c ngoạ i lự c có điể m đặ t tá c độ ng o khâ u cuố i 2.3.2 Xét tương tự trườ ng hợ p đố i vớ i khâ u thứ 2: PTCB: Vớ i Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 phầ n trướ c tính Page | 26 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHƠ I Vì vậy: đượ c tính từ biểu thứ c (19) Tính tố n sau: Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | 27 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I Từ cá c biểu thứ c tính tố n có : Thay o PTCB (20) Ta viết đượ c PT Tĩnh họ c biễu diễn Lự c Mô men tá c dụ ng củ a khâ u thứ lên khâ u thô ng qua cá c ngoạ i lự c có điể m đặ t tá c độ ng o khâ u cuố i 2.3.3 Xét tương tự trườ ng hợ p đố i vớ i khâ u thứ 1: PTCB: Tính tố n cá c giá trị sau: Theo (20): Theo đề bà i : PTCB tương đương vớ i: đượ c tính từ biểu thứ c (20) Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | 28 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I Từ cá c biểu thứ c tính tố n có : Thay o PTCB (20) Ta viết đượ c PT Tĩnh họ c biễu diễn Lự c Mô men tá c dụ ng củ a khâ u đế lên khâ u thô ng qua cá c ngoạ i lự c có điể m đặ t tá c độ ng o khâ u cuố i 2.4 TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC: Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | 29 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I Vớ i: Chọ n tọ a độ suy rộ ng Khâu xC Vị trí trọng tâm Khối lượng yC zC m1 m2 m3 -(a1-lC1) 0 -(d2-lC2) -(a3-lC3) I xx I1 x I2 x I3 x Ma trận mômen quán tính I yy I1 y I2 y I3 y I zz I1 z I xy I yz I zx I2 z 0 I3 z 0 0 0 2.4.1 Xây dựng bảng tham số động học: 2.4.2 Cơ sở lý thuyết: Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | 30 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I Xuấ t phá t từ phương trình Lagrange loạ i cho hệ: (4.1) Trong :      T: Độ ng nă ng củ a hệ n: Số bậ c tự củ a robot Π : Thế củ a hệ Qi*: Lự c suy rộ ng ứ ng vớ i tọ a độ suy rộ ng qi qi: Cá c tọ a độ suy rộ ng củ a hệ  : Đạ o hà m cấ p củ a cá c tọ a độ suy rộ ng theo thờ i gian Để triển khai phương trình Lagrange loạ i p dụ ng cho Robot thự c tính tố n phầ n mề m Maple thuậ n tiện, ta p dụ ng ng thứ c phương trình vi phâ n chuyển độ ng ng ma trậ n (4.2)  M(q) : Ma trậ n khố i lượ ng suy rộ ng (n*n)   τ : Đạ i diện cho lự c n tính ly tâ m n tính Coriolis (n*n) : Lự c (momen lự c) dẫ n độ ng tạ i cá c khớ p   G(q) : Cá c vectơ cộ t biểu diễn đạ o hà m cấ p cấ p củ a biến khớ p : Đạ i diện cho nh phầ n nă ng Phương trình Lagrange - II có ng: Sử dụ ng định lý đạ o hà m riêng theo vectơ tích củ a hai ma trậ n ta có : Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 Page | 31 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHƠ I (1) Trong : (2) Mặ t c: (3) Thay (2) (3) o (1) ta đượ c: , (4) Tính tố n tương tự ta có : (5) Thay (4) (5) o phương trình Lagrange- II ta đượ c: Đặ t Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 ta có : Page | 32 ROBOTICS PGS PHAN BÙ I KHÔ I (6) Theo định lý đạ o hà m n phầ n đạ o hà m riêng ta có : thay o (6) ta đượ c: Ma trậ n ly tâ m Coriolis có ng: Khi phương trình vi phâ n chuyển độ ng củ a cá c khâ u : Đây ng thứ c (4.2) mà ta nêu phầ n 2.4.3 Xác định ma trận khối lượng suy rộng: Biểu thứ c : M(q)= Trong :  ma trậ n jacobian tịnh tiến tính theo ng thứ c = cộ t biểu diễn tọ a độ trọ ng tâ m khâ u i hệ tọ a độ gố c Lê Tuấ n Anh CN-CĐT1_K55 vớ i vectơ Page | 33 ROBOTICS  PGS PHAN BÙ I KHÔ I ma trậ n jacobian quay tính theo ng thứ c khâ u i hệ tọ a độ gố c = , vậ n tố c gó c Ma trậ n M(q) đượ c xá c định theo sơ đồ dướ i đây: Dữ liệu o: mi, rCi, iRCi, bảng D-H Ii: ma trậ n Tenxơ n tính củ a khâ u I hệ tọ a độ gố c i=1, M = 0, DOF: n= size (D-H) rCi = Ti iRCi; M(q) = i = i +1 ; = ; = + i