TIỂU LUẬN ROBOT CÔNG NGHIỆP NHÓM 04

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ========== BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP Đề tài THIẾT KẾ ROBOT 4 BẬC TỰ DO Sinh viên thực hiện Nguyễn Xuân Nam (NT) Thịnh Kiên Cường Phan Đình Diệu Trần Ngọc Dũng Trần Văn Tấn Thái Đắc Tường Giảng viên hướng dẫn ThS Hồ Sỹ Phương Nghệ An, 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT 3 1 1 Khái niệm về Robot 3 1 2 Sự phát triển của Robot công nghiệp 3 1 3 Ứng dụng robot công nghiệp đe.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ =====***===== BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ ROBOT BẬC TỰ DO Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Xuân Nam (NT) Thịnh Kiên Cường Phan Đình Diệu Trần Ngọc Dũng Trần Văn Tấn Thái Đắc Tường ThS Hồ Sỹ Phương Nghệ An, 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT 1.1 Khái niệm Robot 1.2 Sự phát triển Robot công nghiệp 1.3 Ứng dụng robot công nghiệp đem lại lợi ích nào? .4 CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ ĐỘNG HỌC NGHỊCH CỦA ROBOT 2.1 Động học thuận 2.2 Động học nghịch 11 2.3 Động lực học robot 15 2.4 Chọn động cho robot 16 CHƯƠNG MÔ PHỎNG KẾT QUẢ TRÊN MALAB VÀ SOLIDWORKS 19 3.1 Mô điều khiển robot bậc sơ đồ 19 3.2 Thiết kế hình dạng Robot phần mềm Solidworks 20 KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1.1 Robot sản xuất công nghiệp Hình 2.1 Tay máy có khâu phẳng Hình 2.2 Tính ma trận tổng quát Hình 2.3 Giải phương trình động học Matlab Hình 2.4 Kết Hình 2.5 Tính động học nghịch Matlab .14 Hình 2.6 Mơ hình cánh tay robot Matlab 18 Hình 3.1 Mơ robot bậc matlab Simulink 19 Hình 3.2 Gắn động lực học vào mơ hình robot 19 Hình 3.3 Phần đế robot mơ Soliworks .20 Hình 3.4 Phần thân robot mô Soliworks .20 Hình 3.5 Phần thân robot mô Soliworks .21 Hình 3.6 Phần thân robot mơ Soliworks .21 Hình 3.7 Phần đầu mũi robot mô Soliworks 22 Hình 3.8 Tổng quan Robot lắp ghép hoàn gắn hệ trục toạ độ 22 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần nước ta bước vào công CNH, HĐH đất nước Sự giáo dục đóng vai trị quan trọng cơng này, đặc biệt đào tạo đội ngũ cán có tay nghề cao kết hợp chặt chẽ lý thuyết thực tiễn vào sản xuất Cùng với phát triển ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin… ngành kỹ thuật điều khiển tự động hóa đạt nhiều tiến Tự động hóa khơng làm giảm nhẹ sức lao động cho người mà cịn góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm Với phát triển kinh tế xã hội nay, dây chuyền sản xuất tự động đóng vai trị lớn đặc biệt với đa dạng loại cánh tay robot, giúp cơng việc sản xuất an tồn, nhanh chóng tiện lợi nâng cao suất lao động, giảm thiểu rủi ro Với đề tài thiết kế robot bậc tự lần hội lớn để chúng em hiểu thêm kỹ thuật tự động, áp dụng vào thực tế cách hiệu Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, mơn tự động hóa tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt đồ án CHƯƠNG KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT 1.1 Khái niệm Robot Robot công nghiệp cấu chuyển động tự động lập trình, lặp lại chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục tọa độ, có khả định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo hành trình thay đổi chương trình hóa nhằm thực nhiệm vụ cơng nghệ khác 1.2 Sự phát triển Robot công nghiệp Trên giới: Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Séc (Czech) “Robota” có nghĩa cơng việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Thuật ngữ Industrial Robot (IR) xuất Mỹ công ty AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo, mô thiết bị có dáng dấp có số chức tay người điều khiển tự động, thực số thao tác sản xuất có tên gọi “Versatran” Q trình phát triển Robot cơng nghiệp tóm tắt sau: – Năm 1950 Mỹ thành lập viện nghiên cứu – Đầu năm 1960 công ty AMF cho đời sản phẩm có tên gọi Versatran – Từ năm 1967, Anh, người ta bắt đầu nghiên cứu chế tạo IR theo quyền Mỹ – Từ năm 1970, việc nghiên cứu tính robot ý nhiều bắt đầu xuất nước Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển – Từ năm 1968, Châu Á, Nhật bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR – Từ năm 1980, vào năm 1990, áp dụng rộng rãi tiến kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp gia tăng với nhiều tính vượt bậc Chính mà robot cơng nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền sản xuất tự động đại Đến nay, giới có khoảng 200 cơng ty sản xuất IR số bao gồm: – 30 cơng ty Mỹ, ta lấy số cơng ty điển hình như: Robots.Pro, Vecna Robotics, Robot Dynamics …cùng với sản phẩm tiếng như: robot lấy sách tự động, robot HOAP-3, robot BEAR, robot tự hành Spirit and Opportunity… – 80 cơng ty Nhật, ta lấy số cơng ty điển hình như: Fanuc, Toyota, Honda, Hitachi, Kawasaki, shikawajima-Harima, Yasukawa…Cùng với sản phẩm robot áp dụng phổ biến như: robot Asimo, robot EMIEW 2, robot Simroid, robot chơi vĩ cầm, robot phẫu thuật…… Hình 1.1 Robot sản xuất công nghiệp 1.3 Ứng dụng robot cơng nghiệp đem lại lợi ích nào? Các loại robot đời có ý nghĩa vai trị vơ quan trọng sản xuất đời sống, giúp hỗ trợ nhiều cho người, nâng cao hiệu sản xuất, tiết kiệm chi phí, nhân công… Đặc biệt môi trường, điều kiện làm việc khắc nghiệt, độc hại nguy hiểm Sau ứng dụng số loại robot công nghiệp tiêu biểu dùng phổ biến nay: + Robot bốc xếp hàng hóa Ứng dụng dùng để xếp bao từ dây chuyền sản xuất lên pallet, xếp loại thùng hàng… +Robot hàn gia cơng khí Thường áp dụng dây chuyền sản xuất tự động địi hỏi tính chun mơn cao, phức tạp lĩnh vực sản xuất ô tô, xe máy, giá đỡ…Ứng dụng robot hàn gia cơng khí dùng để hàn tích, hàn dây, hàn điểm, hàn laze… + Robot gắp xếp sản phẩm Dùng để gắp đặt sản phẩm từ vị trí cố định di chuyển sang vị trí, cho phép sử dụng tất giai đoạn trình sản xuất, từ cấp nhiên vât liệu đầu vào đến đóng gói sản phẩm đầu Các sản phẩm thuộc dòng robot có phạm vi ứng dụng chủ yếu nhà máy sản xuất, chế biến thực phẩm, nước giải khát, hàng tiêu dùng, dược phẩm, hóa chất… + Robot đúc rèn Ứng dụng robot công nghiệp thường thấy ngành đúc, có nhiệm vụ rót kim loại nóng chảy vào khn, cắt mép thừa, làm vật đúc làm tặng bền vật đúc cách phun cát CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ ĐỘNG HỌC NGHỊCH CỦA ROBOT 2.1 Động học thuận Thiết kế tay máy bậc tự do: + Ta xét tay máy có khâu phẳng hình sau vị trí bất kì: Hình 2.1 Tay máy có khâu phẳng + Ta xác định hệ toạ độ lập bảng thông số D-H: a α d θ 90 L1 Θ1 L2 0 Θ2 L3 0 Θ3 L4 0 Θ4 + Xác định ma trận A Ma trận có dạng sau: An= Với quy ước viết tắt: C1=Cos;S1= Sin; C2=Cos… *Cho L2=L3=150; L4=160; L1=45 Θ1=90; Θ2=0; Θ3=0; Θ4=0 + Tính ma trận biến đổi T: T1=; T3= T2= T3= + Ma trận tổng quát T= => , R hướng Hình 2.2 Tính ma trận tổng quát = = = = Ta có hệ phương trình động học robot sau: = = = =0 = = = =+ Giải phương trình dạng Malab ta có sau: *Code matlab: theta1=90; anpha1= 90; a1=0; d1=45; A1=[cosd(theta1) -cosd(anpha1)*sind(theta1) sind(theta1)*sind(anpha1) a1*cosd(theta1); sind(theta1) cosd(theta1)*cosd(anpha1) -cosd(theta1)*sind(anpha1) a1*sind(theta1);0 sind(anpha1) cosd(anpha1) d1; 0 1] theta2=0; anpha2=0; a2=0.15; d2= 0; A2=[cosd(theta2) -cosd(anpha2)*sind(theta2) sind(theta2)*sind(anpha2) a2*cosd(theta2); sind(theta2) cosd(theta2)*cosd(anpha2) -cosd(theta2)*sind(anpha2) a2*sind(theta2);0 sind(anpha2) cosd(anpha2) d2; 0 1] theta3=0; anpha3=0; a3=0.15; d3=0; A3=[cosd(theta3) -cosd(anpha3)*sind(theta3) sind(theta3)*sind(anpha3) a3*cosd(theta3); sind(theta3) cosd(theta3)*cosd(anpha3) -cosd(theta3)*sind(anpha3) a3*sind(theta3);0 sind(anpha3) cosd(anpha3) d3; 0 1] theta4=0; anpha4=0; a4=0.16; d4=0; A4=[cosd(theta4) -cosd(anpha4)*sind(theta4) sind(theta4)*sind(anpha4) a4*cosd(theta4); sind(theta4) cosd(theta4)*cosd(anpha4) -cosd(theta4)*sind(anpha4) a4*sind(theta4);0 sind(anpha4) cosd(anpha4) d4; 0 1] 10 T1=A4 T2=A3*T1 T3=A4*T2 T4=A3*T3 2.2 Động học nghịch - Từ phương pháp xây dựng phương trình động học thuận ta xây dựng lại phương trình động học ngược sau: + Xuất phát từ phương trình Tn: 11 Ta gắn hệ trục toạ độ OXYZ lên với toạ độ Robot ta tìm giá trị cịn lại: + Sử dụng phương pháp tính tốn dựa hình học: + Tính θ1: θ1=atan2(Px,Py) 12 + Tính θ3: Áp dụng định lí Cosin vào tam giác : ()^2=()^2+()^2-2*Cos(180-) Trong đó: ;=L3; Cos(180-)= -Cos() => Cos() = Ta tính () : Xét tam giác vuông () : ()^2 = ()^2+()^2 =+DC=L1+(DB-BC) Trong đó: BC=EO5=L4*Cos(234);DB=OA= => O2C=L1+-L4*Cos(234) + Tính O4C: O4C=O4E+EC=L4*Sin(234) + (Pz-AB)=Pz-L1 => O4L=Pz-L1+L1*Sin(234) Mặt khác ta có : Sin= =>=atan2(Sin,Cos) Xét tam giác vuông F : =atan2(F,F) F=L3*Sin F=L2+L3*Cos() =>=atan2(,L2+L3C3) Xét tam giác vuông O2O4C : =atan2(O4C,O2C) =>=+ =++ =>=-(+)=-(+) 13 + Tính tốn Malab: Hình 2.5 Tính động học nghịch Matlab *Code matlab: %Nhap bo thong so DH a={0,0.15,0.15,0.16};anpha={90,0,0,0};theta={90,0,0,0};d={0.4 5,0,0,0}; %Khoi tao ma tran A A1=ones(4,4);A2=A1;A3=A1;A4=A1; %Khai bao mang chua cac ma tran A mtA={A1,A2,A3,A4}; for i=1:4 mtA{i}=[ cosd(theta{i}) -cosd(anpha{i})*sind(theta{i}) sind(theta{i})*sind(anpha{i}) a{i}*cosd(theta{i}); sind(theta{i}) cosd(theta{i})*cosd(anpha{i}) -cosd(theta{i})*sind(anpha{i}) a{i}*sind(theta{i}); sind(anpha{i}) cosd(anpha{i}) d{i}; 0 1]; end 14 T=mtA{1}*mtA{2}*mtA{3}*mtA{4} 2.3 Động lực học robot Hàm Langrange hệ thống lượng định nghĩa: L=K-P Trong đó: K tổng động hệ thống P tổng K P đại lượng vơ hướng nên chọn hệ toạ độ thích hợp để giải tốn Đồi với robot có khâu ta có : K= ; P= Ở đây,Ki Pi động khâu thứ I xét hệ toạ độ chọn.Ta biết đại lượng Ki Pi hàm số phụ thuộc nhiều biến số ) ) Với toạ độ suy rộng khớp thứ i.Nếu khớp thứ I khớp quay góc quay ,nếu khớp tịnh tiến độ dài tịnh tiến Lực (hay mommen) tổng quát tác dụng lên khâu thứ i: F= Áp dụng hàm Lagrange cho ví dụ trên, ta có : Phương trình Lagrange: L = K-P= + = + + -L=+ -( Khi tính lực tổng quát, biến hệ: Phương trình chuyển động Lagrange: Tốc độ biểu diễn công thức: 15 2.4 Chọn động cho robot Môn men quay động điểm tỷ số công suất vận tốc góc (N.m) (1) Mà ta có vận tốc góc là: (rad/s) (2) (tỷ số vận tốc quay động chia cho bán kính động cơ) Có cơng suất động lực nhân vận tốc động W) (3) hay (3) vào cơng thức (1) ta được: (4) Tính tốn trình bày: Chọn động cho khâu thứ (DC4) Dựa vào cơng thức (1), (2), (3), (4) mà ta có mơn men quay động khâu là: (N.m) Mà chiều dài khâu là: nên ta có mơn men quay khâu là: (N.m) Cơng suất động cơ: (W) Vận tốc góc khâu 4: (rad/s) Chọn động cho khâu thứ : Vì khâu thứ ba ngồi trọng lực nó cịn mang theo trọng lực khâu thứ Do lực tác động khâu Vậy: Công suất động ba là: (W) Vận tốc góc khâu 3: (rad/s) Mơn men quay động là: 16 (N.m) Ta lại có : (m) Nên suy : (N.m) Tương tự với khâu ta có vận tốc góc, cơng suất mơ men quay tính theo cơng thức sau: Đối với khâu 2: Vận tốc góc khâu 2: (rad/s) Cơng suất: (W) Mơ men quay: (N.m) Mà : Nên ta có: (m) (N.m) Đối với khâu 1: Ta có vận tốc góc, cơng suất mơ men quay tính theo cơng thức sau: Vận tốc góc khâu 1: (rad/s) (W) (N.m) Ta có: (m) Nên: (N.m) Để chọn động phù hợp ta cần phải có đủ ba thơng số vận tốc góc , cơng suất động mô men quay động + Môn men quay đông cơ: T (N.m) + Công suất động cơ: P (W) + Vận tốc góc động cơ: (Rad/s) 17 Đây phương pháp dựa sở lý thuyết cách khoa học mà nhóm em đưa để chọn lại động Hình 2.6 Mơ hình cánh tay robot Matlab 18 CHƯƠNG MÔ PHỎNG KẾT QUẢ TRÊN MALAB VÀ SOLIDWORKS 3.1 Mô điều khiển robot bậc sơ đồ Hình 3.1 Mơ robot bậc matlab Simulink Hình 3.2 Gắn động lực học vào mơ hình robot 19 3.2 Thiết kế hình dạng Robot phần mềm Solidworks - Phần đế: Hình 3.3 Phần đế robot mơ Soliworks - Phần thân 1: Hình 3.4 Phần thân robot mô Soliworks 20 - Phần thân 2: Hình 3.5 Phần thân robot mơ Soliworks - Phần thân 3: Hình 3.6 Phần thân robot mô Soliworks 21 - Phần đầu mũi: Hình 3.7 Phần đầu mũi robot mơ Soliworks - Tổng quan Robot lắp ghép hoàn gắn hệ trục toạ độ: Hình 3.8 Tổng quan Robot lắp ghép hoàn gắn hệ trục toạ độ 22 KẾT LUẬN Nội dung tiều luận môn “Robot Công Nghiệp” tìm hiểu xây dựng Robot bậc tư do,bài toán động lực học, động học thuận,động học nghịch, điều khiển thiết kế simulink malab mô phần mềm Solidworks Qua tiều luận, chúng em hồn thành tìm hiểu u cầu toán xây dựng theo động học thuận nghịch theo cách khác gần hoàn thiện loại hệ thống Mặc dù nhóm có nhiều cố gắng xong thời gian trình độ có hạn, nên nội dung tiểu luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong có đóng góp ý kiến thầy, cô bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn! 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ts.Nguyễn Mạnh Tiến,Trần Ngọc Hải, Điều khiển Robot Công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2016 [2] GSTS.Nguyễn Thiện Phúc, Đỗ Hữu Quyết, Nguyễn Văn Hưu, Robot Công Nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Andrew Parr, industrial robots: A Technican’s and Engineer’s Guide, Elsevier Science & Technology, 2011 24 ... với sản phẩm robot áp dụng phổ biến như: robot Asimo, robot EMIEW 2, robot Simroid, robot chơi vĩ cầm, robot phẫu thuật…… Hình 1.1 Robot sản xuất công nghiệp 1.3 Ứng dụng robot công nghiệp đem... điển hình như: Robots.Pro, Vecna Robotics, Robot Dynamics …cùng với sản phẩm tiếng như: robot lấy sách tự động, robot HOAP-3, robot BEAR, robot tự hành Spirit and Opportunity… – 80 công ty Nhật,... Tổng quan Robot lắp ghép hoàn gắn hệ trục toạ độ: Hình 3.8 Tổng quan Robot lắp ghép hoàn gắn hệ trục toạ độ 22 KẾT LUẬN Nội dung tiều luận môn ? ?Robot Công Nghiệp? ?? tìm hiểu xây dựng Robot bậc