Tài liệu NHÓM SẢN PHẨM ROBOT SCA doc

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHƯƠNG TRÌNH KC.03 YZ YZ YZ YZ YZ YZY YZ YZ YZY YZ YZ YZY “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG” Mà SỐ: KC.03.08 BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THEO NHIỆM VỤ 2 - ĐỀ TÀI KC.03.08 NHÓM SẢN PHẨM ROBOT SCA 6246-2 25/12/2006 HÀ NỘI 2006 2 Mục lục Mở đầu 4 Phần 1: Robot SCA TM khí nén 11 I. Giới thiệu chung 11 II. Xây dựng các mô hình động học và động lực học Robot SCA TM 12 2.1. Thiết lập phơng trình động học Robot SCA TM 12 2.1.1. Xác định các hệ tọa độ của Robot SCA TM 12 2.1.2. Bảng thông số DH của Robot SCA TM 12 2.1.3. Xác định các ma trận của Robot SCA TM 12 2.1.4. Tính các ma trận T của Robot SCA TM 13 2.1.5. Phơng trình động học Robot SCA TM 14 2.2. Thiết lập bài toán động học ngợc Robot SCA TM 15 2.3. Xây dựng mô hình động lực học Robot SCA TM 19 III. Thiết kế cải tiến chế tạo Robot SCA TM khí nén 36 Phần 2: Môđun quay dùng bánh răng con lăn 40 I. Giới thiệu chung 40 II. Nhu cầu cần có môđun quay dùng BRCL 41 III. Cấu tạo và nguyên tắc làm việc 46 3.1. Các bộ phận chủ yếu của hộp giảm tốc BRCL 46 3.2. Nguyên lý làm việc của hộp giảm tốc BRCL 48 IV. Dạng răng bánh răng con lăn 49 4.1. Dạng răng lợn sóng 49 4.2. Xây dựng biên hình răng con lăn 52 4.3. Phơng pháp chọn dạng răng hợp lý 54 V. Phơng pháp chế tạo BRCL 56 3 VI. Lập trình gia công trênmáy cắt dây CNC 57 VII. Sử dụng BRCL cho môdun quay Robot là giải pháp hợp lý nhất 58 VIII. Chuẩn hóa thiết kế hộp giảm tốc BRCL 59 IX. Môđun quay BRCL 69 X. Một số sản phẩm đã chế tạo 72 XI. Kết luận 82 Phần 3: môđun dây chuyền sản xuất tự động 83 I. Giới thiệu chung 83 II. Hệ thống băng chuyền 84 III. Hệ thống điều khiển 98 3.1. Nguyên tắc hoạt động 98 3.2. Các bộ phận chủ yếu 99 Phần 4: Cơ sở tính toán và xây dựng các chơng trình máy tính và điều khiển 102 I. Giới thiệu chung 102 II. Chơng trình tự động thiết lập 103 III. Chơng trình kiểm nghiệm lời giải 105 IV. Chơng trình phần mềm tính toán động lực học 107 V. Chơng trình phần mềm điều khiển SCA 107 VI. Chơng trình phần mềm điều khiển dây chuyền sản xuất 109 Tài liệu tham khảo 131 4 BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THEO NHIỆM VỤ 2 CỦA ĐỀ TÀI KC.03.08 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO NHÓM SẢN PHẨM ROBOT SCA MỞ ĐẦU Robot SCA là loại robot thuộc nhóm robot SCARA (selective Compliance Assembly Robot Arm) có cấu trúc động học theo kiểu cơ cấu tay máy phỏng sinh trục đứng. SCARA là loại robot dùng để lắp ráp linh hoạt. Tuy SCARA mới xuất hiện ở Nhật trong những năm 80, nhưng do có nhiều ưu điểm nên nhanh chóng được nhiều nước áp dụng và cải tiến. Có thể xếp vào nhóm robot SCARA các kiểu robot sau: Adept - One, IBM - 7545, Intelldex 440, Rhino SCARA của Hoa Kỳ; Skilam, SR-2, Nam Robo, Puha 2 của Nhật bản; IS 600 của Đức; Serpent của Anh v.v. Tại Trung tâm NCKT tự động hóa, ĐHBK - HN cũng đã thiết kế chế tạo kiểu robot SCA là một biến thể của SCARA. Kiểu robot SCA này có cấu hình RRRT, với 4 bậc tự do, toàn dùng động cơ bước. 5 Hình 2.0.1. Chế tạo và lắp ráp Robot SCA Nhằm nâng cao khả năng thao tác linh họat cho robot SCAđể đáp ứng được những tình huống xử lý thông minh của bộ điều khiển theo các tín hiệu nhận được từ các sensors, Đề tài đã nghiên cứu thiết kế cải tiến robot SCA theo 2 định hướng: dùng khí nén để tác động nhanh và môđun hóa để vạn năng hóa kết cấu. 1) Robot SCA TM khí nén có 3 bậc tự do đầu dùng động cơ bước, còn bậc cuối thực hiện chuyển động tịnh tiến dùng truyền động khí nén. Trên hình 2.0.2 là bản vẽ thiết kế robot SCA TM khí nén. Kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo và điều khiển vận hành robot SCA TM khí nén ®−îc tr×nh bµy trong Phần I của Báo cáo về nhiệm vụ 2 của Đề tài. 2) Robot SCA môđun hóa là một thử nghiệm tạo ra môđun cánh tay chuẩn hóa, từ đó có thể lắp ghép thành nhiều kiểu robot SCA. Trên hình 2.0.3 là ví dụ một kiểu robot SCA tạo ra từ các môđun cánh tay chuẩn hóa và hình 2.0.4. là một ví dụ khác: robot SCA có 2 tay. 6 Mỗi môđun cánh tay (hình 2.0.5) là một khâu hoàn chỉnh của cơ cấu tay máy robot, được thực hiện chuyển động quay rất chậm trực tiếp bởi một động cơ kèm hộp giảm tốc tỷ số truyền cao và không tồn tại khe hở cạnh răng. Như vậy, phần cốt lõi của môđun cánh tay là môđun quay (rotation module). Vì thế khi triển khai thực hiện nhiệm vụ 2 của Đề tài đã phát sinh mộ t nội dung nghiên cứu và đã nhận được những kết quả bất ngờ và rất có ý nghĩa không những đối với các truyền động quay trong robot mà còn có tác dụng trong hầu hết các thiết bị máy móc hiện đại. Tóm tắt các kết quả chủ yếu về nội dung nghiên cứu này được trình bày trong phần II của Báo cáo về Nhiệm vụ 2 của Đề tài. 7 Hình 2.0.5. Bản vẽ thiết kế Robot SCA TM khí nén 8 H×nh 2.0.3. Robot SCA mét c¸nh tay m«®un hãa 765 756 H×nh 2.0.4. Robot SCA 2 c¸nh tay m«®un hãa 9 H×nh 2.0.5. M«®un c¸nh tay Nội dung phần III của Báo cáo về Nhiệm vụ 2 của Đề tài là các kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo môđun Dây chuyền sản xuất (DCSX) dùng robot SCA để phân loại sản phẩm theo màu sắc. Nội dung nghiên cứu này cốt để minh họa về một cách thức thể hiện khả năng thông minh hóa cho robot ở đây cụ thể là robot SCA, trong môi trường làm việc cụ thể nào đó. Ngoài ra ®¬n vÞ chñ tr× Đề tài còn tham gia xây d ựng Dự án “Chế tạo robot bốc dì két lên pallet tại phân xưởng chiết của Công ty liên doanh Bia Sài Gòn”. Hình 2.0.6. là mô phỏng hoạt hình robot này, đó cũng là một biến thể cỡ lớn của Robot SCARA. Kinh phí từ ngân sách SNKH được duyệt là 2,6 tỷ đồng, phần tham gia của ®¬n vÞ là 250 triệu đồng. Các thông số kỹ thuật của robot này giới thiệu trong phần phụ lục. 10 Hình 2.0.6. Mô phỏng Robot bốc dỡ két bia Nội dung Phần 4 của Báo cáo về Nhiệm vụ 2 của Đề tài là các kết quả nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết, thuật toán và chương trình phần mềm điều khiển robot SCA trong trường hợp hoạt động riêng rẽ và trong trường hợp thao tác với dây chuyền sản xuất. Trong đó cã các vấn đề với phương pháp giải bài toán động học thuận, bài toán động h ọc ngược, trong lập trình quỹ đạo cho robot, bài toán động lực học và phương pháp thực hiện việc chọn lựa sản phẩm theo màu sắc. Nội dung chủ yếu của Phần I đã được viết thành một luận văn thạc sĩ, bảo vệ năm 2006. Phần II có một sản phẩm đã trưng bày ở chợ Techmart 2003 tại Hà Nội và được tặng thưởng Huy chương Vàng và mộ t phần nội dung đã có trong luận văn Thạc sĩ, bảo vệ năm 2005. Phần IV có 2 chương trình phần mềm được cấp giấy chứng nhận bản quyền. [...]... học và động lực học của Robot scatm 2.1 Thit lp phng trỡnh ng hc Robot SCATM 2.1.1 Xác định các hệ tọa độ của robot SCATM a z0 z1 q1 2 q2 x 0 ,x 1 ,x 2 d3 a1 x3 d4 cố định q4 x4 z 2 , z 3 ,z 4 Hình 2.1.1 Hệ toạ độ của robot SCATM 2.1.2 Bảng thông số DH của robot SCATM qi i ai di 1 * q1 0 a1 0 2 * q2 180o a2 0 3 0 0 0 * d3 4 * q4 0 0 d4 Khâu 2.1.3 Xác định các ma trận Ai của robot SCATM 12 C1 S A1 = 1... nghiên cứu theo nhiệm vụ 2 của đề tài kc 03.08 robocar scaTm khí nén i giới thiệu chung Nghiờn cu thit k ch to Robot SCATM khớ nộn nõng cao mc linh hot thao tỏc ca nú nhm ỏp ng c iu khin khụng b tr khi x lý thụng minh cỏc tớn hiu nhn c t h thng sensor Phn I bỏo cỏo ny trỡnh by 2 ni dung: 1 Xõy dng cỏc mụ hỡnh ng hc v ng lc hc ca Robot SCATM 2 Thit k ci tin v ch to Robot SCATM khớ nộn 11 II tóm tắt về... nâng cao tốc độ của robot SCA cho phù hợp với hoạt động của băng truyền, mà dự kiến nó sẽ phục vụ Đề tài đã nghiên cứu cải tiến, chủ yếu là cho bậc tự do thứ t khí nén thực hiện chuyển động tịnh tiến bằng khí nén để công gắp nhanh Vì thế ở mục này chỉ trình bày một số bản vẽ chủ yếu - Hình 2.1.2 Bản vẽ về vùng hoạt động của Robot SCATM khí nén - Hình 2.1.3 Bản vẽ lắp chung của Robot SCATM khí nén - Hình... phơng trình trạng thái điều khiển hệ thống robot có các liên hệ phản hồi Trên cơ sở đó có thể chọn lựa các quy luật điều khiển thờng gặp là sao cho giảm điều thiểu các ảnh hởng phi tuyến tác động lên nhau của các nguồn động lực trong các khớp động 35 III tóm tắt về kết quả nghiên cứu thiết kế cải tiến và chế tạo robot scaTM khí nén Nh đã trình bày ở trên Robot SCA với cấu hình RRRT, 4 bậc tự do, toàn... Phơng trình động học robot SCATM nx n y nz 0 sx ax sy ay sz 0 az 0 px py =T 4 pz 1 (2.10) Từ đó ta có hệ phơng trình sau: 14 nx = cos(q1 + q2 q4 ) n = sin(q + q q ) 1 2 4 y nz = 0 sx = sin(q1 + q2 q4 ) s = cos(q + q q ) 1 2 4 y sz = 0 ax = 0 a y = 0 az = 1 px = a2C12 + a1C1 p y = a2 S12 + a1S1 pz = d 4 d 3 (2.11) 2.2 Thiết lập bài toán động học ngợc Robot SCATM Nh ó ký hiu... A2 = 2 0 0 S2 C2 0 0 0 a2C2 0 a2 S 2 1 0 0 1 (2.1) (2.2) 1 0 A3 = 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 d3 0 0 1 (2.3) C4 S A4 = 4 0 0 S4 C4 0 0 (2.4) 0 0 0 0 1 0 0 d4 2.1.4 Tính các ma trận Ti của robot SCATM C4 S 3 T4 = A4 = 4 0 0 S4 nx n T4 = y nz 0 sx sy ax ay sz 0 az 0 C4 0 0 0 0 0 1 0 0 d4 0 px py pz 1 (2.5) (2.6) 13 C4 S 2 T4 = A3 A4 = 4 0 0 S4 C4 0 0 0 0 0 0 1 d 4 + d3... (2.5) S12 nx C12 n y = S 4 (2.40) 18 Xét phần tử hàng 1 cột 1 của hai ma trận X 34 và 3T4 từ (2.12) và (2.5) C12 nx + S12 n y = C4 (2.41) q4 = arctg 2 ( S 4 , C4 ) (2.42) 2.3 Xõy dng mụ hỡnh ng lc hc Robot SCATM Ta thiết lập các ma trận i-1Ai Từ các công thức (1.22) và (1.23) ta có: C1 S 0 A1 = 1 0 0 S1 0 a1C1 C1 0 a1S1 0 1 0 0 0 1 C2 S 1 A2 = 2 0 0 S2 C2 0 0 0 a2C2 0 a2 S 2 1 0 0 1 ... nhanh Vì thế ở mục này chỉ trình bày một số bản vẽ chủ yếu - Hình 2.1.2 Bản vẽ về vùng hoạt động của Robot SCATM khí nén - Hình 2.1.3 Bản vẽ lắp chung của Robot SCATM khí nén - Hình 2.1.4 ảnh chụp Robot SCATM khí nén 36 . VỤ 2 CỦA ĐỀ TÀI KC.03.08 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO NHÓM SẢN PHẨM ROBOT SCA MỞ ĐẦU Robot SCA là loại robot thuộc nhóm robot SCARA (selective. Robot SCA TM 12 2.1.3. Xác định các ma trận của Robot SCA TM 12 2.1.4. Tính các ma trận T của Robot SCA TM 13 2.1.5. Phơng trình động học Robot SCA TM