1 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – ROBOT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ROBOT SCARA 3 BẬC TỰ DO Giảng viên hướng dẫn TS GVC Đặng Thái Việt Sinh viên thực hiện Lê Tiến Quân MSSV 20184583 Lớp CĐT 01 K63 Hà Nội, tháng 1 năm 2022 2 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay là kỷ nguyên của khoa học và công nghệ Những sản phẩm của khoa học xuất hiện thường xuyên trong cuộc sống của con người trên toàn thế giới, đặc biệt là robot Từ những công việc nhẹ nhàng tới nh.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ *************** ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – ROBOT ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ ROBOT SCARA BẬC TỰ DO Giảng viên hướng dẫn : TS.GVC Đặng Thái Việt Sinh viên thực : Lê Tiến Quân MSSV: 20184583 Lớp: CĐT.01 - K63 Hà Nội, tháng năm 2022 LỜI NÓI ĐẦU Hiện kỷ nguyên khoa học công nghệ Những sản phẩm khoa học xuất thường xuyên sống người toàn giới, đặc biệt robot Từ công việc nhẹ nhàng tới cơng việc khó khăn nguy hiểm có máy móc làm thay Và ngành khoa học kỹ thuật ngày phát triển, có ngành Cơ Điện Tử Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật đòi hỏi người phải hiểu biết để làm chue cơng việc đại Vì với kiến thức mà em thầy cô truyền đạt sở ban đầu để nghiên cứu chiếm lĩnh kiến thức cao “Đồ án Thiết kế hệ thống khí – Robot” học phần bắt buộc chương trình Module : Robot - Cơ điện tử, học phần học phần quan trọng modul 3, học phần trang bị cho em kiến thức cách tổng quát việc tạo tay máy robot bậc tự (RRT), yêu tố gây sai số điểm làm việc, yếu to ảnh hưởng đến độ bền, tải trọng cánh tay máy Có thể nói học phần khơng thể thiếu sinh viên chuyên ngành Cơ điện tử Được hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình TS Đặng Thái Việt, em hoàn thành đề tài giao “Thiết kế robot SCARA bậc tự do” Bởi thời gian kiến thức có giới hạn, khơng tránh khỏi sai sót ngồi ý muốn Do em mong bảo đóng góp ý kiến thầy để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn TS Đặng Thái Việt giúp em hoàn thành đề tài Hà Nội, tháng năm 202 Quân Lê Tiến Quân MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ ROBOT SCARA Giới thiệu Robot SCARA Một số loại Robot SCARA CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUN LÝ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT 1.1 Nhiệm vụ thiết kế 1.2 Các thành phần kết cấu Robot CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 2.1 Động học Robot SCARA 2.2 Động lực học Robot SCARA 17 2.3 Thiết kế quỹ đạo chuyển động không gian khớp 23 2.4 Tính tốn, thiết kế khâu 26 2.5 Tính tốn thiết kế khâu 50 2.6 Tính tốn thiết kế khâu 58 2.7 Tính tốn thiết kế khâu đế cố định 65 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 CHƯƠNG MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ ROBOT SCARA Giới thiệu Robot SCARA Từ viết tắt SCARA viết tắt Selective Compliance Assembly Robot Arm Selective Compliance Articulated Robot Arm Năm 1981, Sankyo Seiki , Pentel NEC trình bày khái niệm hoàn toàn robot lắp ráp Robot phát triển hướng dẫn Hiroshi Makino , giáo sư Đại học Yamanashi Robot gọi Cánh tay robot lắp ráp tuân thủ có chọn lọc, SCARA Cánh tay địn cứng theo trục Z dễ uốn theo trục XY, cho phép thích ứng với lỗ trục XY Nhờ bố cục khớp trục song song SCARA, cánh tay tuân theo hướng XY cứng theo hướng 'Z', có thuật ngữ: Tuân thủ có chọn lọc Điều thuận lợi cho nhiều kiểu thao tác lắp ráp, tức lắp chốt trịn vào lỗ trịn mà khơng cần ràng buộc Thuộc tính thứ hai SCARA bố cục cánh tay liên kết hai khớp nối tương tự cánh tay người, thuật ngữ thường sử dụng, Articulated Tính cho phép cánh tay mở rộng vào khu vực hạn chế sau thu lại "gấp" lại Điều thuận lợi cho việc chuyển phận từ ô sang ô khác cho trạm xử lý xếp / dỡ bao bọc SCARA thường nhanh hệ thống robot Descartes tương đương Giá treo bệ đơn họ yêu cầu dấu chân nhỏ cung cấp hình thức lắp dễ dàng, khơng bị cản trở Mặt khác, SCARA đắt hệ thống Descartes tương đương phần mềm điều khiển yêu cầu chuyển động học nghịch đảo cho chuyển động nội suy tuyến tính Tuy nhiên, phần mềm thường kèm với SCARA thường minh bạch người dùng cuối ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – LÊ TIẾN QUÂN HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG THÁI VIỆT Một số loại Robot thị trường Robot SCARA ADTECH AR4215 Robot SCARA RS406 Robot SCARA RS04-03 Robot SCARA Epson Hình 0.1 Các robot SCARA điển hình ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – LÊ TIẾN QUÂN HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG THÁI VIỆT CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 1.1 Nhiệm vụ thiết kế Tải Tầm Hành Độ xác trọng với trình lặp (kg) (mm) trục (x, y) z z (mm) (mm) Vận tốc lớn Chu Chú ý kỳ Khâu Khâu (mm) Khâu Tốc độ thời tổng gian (°/s) (°/s) (mm/s) hợp (s) (mm/s) 10 500 400 ±0,02 ±0,01 450 667 2780 8780 0,29 DENSO HMGSeries 1.2 Các thành phần kết cấu Robot Các khâu Tay robot có bậc tự do, thiết kế dạng khớp quay, khớp tịnh tiến ➢ Thân robot: Là khâu cố định, đặt thẳng đứng giữ robot cố định làm việc, gắn với khâu động qua khớp quay với trục z01 thẳng đứng ➢ Khâu 1: Khâu dẫn động nằm ngang vng góc với trục thẳng đứng suốt q trình làm việc robot, có khả quay xung quanh trục z01 qua khớp quay ➢ Khâu 2: Khâu động có khả quay mặt phẳng vuông trục thẳng đứng qua khớp quay nối với khâu ➢ Khâu 3: trục vít me - đai ốc bi (trục vít tịnh tiến, đai ốc quay) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – LÊ TIẾN QUÂN HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG THÁI VIỆT Hệ dẫn động Cấu trúc động học loại tay máy thuộc hệ sinh, có trục quay, khớp thẳng đứng ➢ Khâu quay 1, 2: truyền động hệ đai ➢ Khâu 3: khâu tịnh tiến (vít me - đai ốc bi), truyền động trực tiếp qua khớp nối ➢ Động bước ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – LÊ TIẾN QUÂN HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG THÁI VIỆT CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 2.1 Động học Robot SCARA Thiết lập hệ tọa độ Denavit-Hartenberg Sử dụng phương pháp Denavit-Hartenberg để giải toán động học robot Thiết lập hệ tọa độ Denavit-Hartenberg: Hình 2.1 Sơ đồ động học robot SCARA bậc tự Bảng D-H ma trận biến đổi tọa độ Bảng D-H: Khâu θ d a α θ1 d1 a1 θ2 d2 a2 d3 0 Trong : θ1, θ2, d3 biến khớp Đặt θ1 = q1 , θ2 = q2 , d3 = q3 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – LÊ TIẾN QUÂN HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG THÁI VIỆT Biến khớp: q = q1 q2 q3 T q1 [−165 ; 165 ] q2 [−147 ; 147 ] q3 0; 400mm Miền giá trị biến khớp: Bảng D-H trở thành: Khâu θ d a α q1 d1 a1 q2 d2 a2 q3 0 Các ma trận biến đổi nhất: cos(q1 ) − sin( q1 ) sin( q ) cos(q ) 1 T1 = 0 cos(q2 ) − sin(q2 ) sin( q ) cos( q ) 2 T2 = 0 0 a2 cos( q2 ) a2 sin( q2 ) d2 cos(q1 + q2 ) − sin(q1 + q2 ) sin(q + q ) cos(q + q ) 2 T2 = 0 0 a1 cos( q1 ) a1 sin( q1 ) d1 1 0 T3 = 0 0 0 0 0 q3 1 a2 cos(q1 + q2 ) + a1 cos(q1 ) a2 sin(q1 + q2 ) + a1 sin(q1 ) d + d1 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ – LÊ TIẾN QUÂN HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG THÁI VIỆT cos(q1 + q2 ) − sin(q1 + q2 ) sin(q + q ) cos(q + q ) 2 0 T3 = T1 T2 T3 = 0 0 a2 cos(q1 + q2 ) + a1 cos(q1 ) a2 sin( q1 + q2 ) + a1 sin( q1 ) q3 + d + d1 Thiết lập phương trình động học robot Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ thao tác Lấy gốc tọa độ thiết lập khâu thao tác O3 trùng với E Sử dụng góc Cardan xác định hướng vật rắn, gọi p vectơ tọa độ định vị khâu thao tác p = [xE, yE, zE, α, β, η]T Trong đó: + thành phần đầu biểu diễn vị trí điểm tác động cuối: rE(0) = [xE , y E ,z E ]T +3 thành phần cuối biểu diễn hướng khâu thao tác: c11 ( , , ) c12 ( , , ) c13 ( , , ) R ( , , ) = c21 ( , , ) c22 ( , , ) c23 ( , , ) c31 ( , , ) c32 ( , , ) c33 ( , , ) E cos cos = sin sin cos + cos sin − cos sin cos + sin sin − cos sin sin − sin sin sin + cos cos − sin cos cos sin sin + sin cos cos cos Khi ma trận biến đổi tọa độ khâu cuối biểu diễn tọa độ khâu thao tác là: RE0 ( , , ) T ( p) = 0T E c11 ( , , ) c12 ( , , ) c13 ( , , ) x E rE(0) ( xE , yE , z E ) c21 ( , , ) c22 ( , , ) c23 ( , , ) y E = c31 ( , , ) c32 ( , , ) c33 ( , , ) z E 0 1 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học Ma trận biến đổi tọa độ biểu diễn trang thái khâu thao tác xác định từ cấu trúc động học robot 10 ... HƯỚNG DẪN: TS ĐẶNG THÁI VIỆT Một số loại Robot thị trường Robot SCARA ADTECH AR4215 Robot SCARA RS406 Robot SCARA RS04-03 Robot SCARA Epson Hình 0.1 Các robot SCARA điển hình ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ... Seiki , Pentel NEC trình bày khái niệm hồn tồn robot lắp ráp Robot phát triển hướng dẫn Hiroshi Makino , giáo sư Đại học Yamanashi Robot gọi Cánh tay robot lắp ráp tn thủ có chọn lọc, SCARA Cánh... CHƯƠNG MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ ROBOT SCARA Giới thiệu Robot SCARA Từ viết tắt SCARA viết tắt Selective Compliance Assembly Robot Arm Selective Compliance Articulated Robot Arm Năm 1981, Sankyo Seiki