robot 6 bậc tự do
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT BẬC TỰ DO Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN THANH 2018DHCOKH07 NGÔ VĂN HỌC 2018DHCOKH06 ĐẶNG CƠNG HỒNG 2018DHCOKH06 TRẦN ĐỨC ĐỘ 2018DHCOKH07 Giáo viên hướng dẫn: TS NGUYỄN XUÂN CHUNG Hà Nội, 06/2022 Mục lục Mục lục Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu 10 Lời nói đầu 14 Chương Tổng quan 15 1.1 Robot công nghiệp 15 1.2 Đặc điểm 15 1.2.1 Ưu điểm 15 1.2.2 Nhược điểm 15 1.3 Ứng dụng cánh tay robot 16 Kết luận chương 17 Chương Tính tốn, thiết kế cánh tay robot bậc tự 18 2.1 Động học robot 18 2.1.1 Động học thuận 18 2.1.2 Bài toán động học nghịch 21 2.1.3 Không gian làm việc 25 2.2 Động lực học 26 2.2.1 Ma trận jacobi 26 2.2.2 Động lực 28 2.3 Tính tốn thiết kế cánh tay robot bậc tự 30 2.3.1 Cơ cấu gắp 30 2.3.2 Khâu 30 2.3.3 Khâu kết hợp khâu 32 2.3.4 Khâu kết hợp với khâu 33 2.3.5 Khâu kết hợp với khâu 4, 5, 34 2.3.6 Khâu kết hợp với khâu 3, 4, 5, 36 2.3.7 Khâu kết hợp với khâu 2, 3, 4, 5, 37 2.4 Mô số chuyển động 38 2.4.1 Quỹ đạo chuyển động đường thẳng không gian 39 2.4.2 Quỹ đạo chuyển động đường cong không gian 40 Kết luận chương 42 Chương Điều khiển robot bậc tự 43 3.1 Xây dựng sơ đồ khối simulink 43 3.1.1 Khối tín hiệu đầu vào 43 3.1.2 Khối hệ thống điều khiển robot 44 3.1.3 Khối tín hiệu đầu 46 3.2 Xây dựng giao diện điều khiển cho robot 46 3.2.1 Giao diện hình 46 3.2.2 Giao diện điều khiển thủ công (điều khiển tay) 48 3.2.3 Giao diện điều khiển tự động 49 3.2.4 Giao diên thuật tốn dị đường RRT* 51 3.3 Tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động robot 52 3.3.1 Đặt vấn đề 52 3.3.2 Nguyên lý hoạt động 53 3.3.3 Điều kiện tiên 53 3.3.4 Chỉ tiêu tối ưu 54 3.3.5 Các hàm giới hạn 54 3.3.6 Tạo thí nghiệm 56 3.3.7 Thực thí nghiệm 57 3.3.8 Đánh giá nhận xét 59 Kết luận chương 61 Chương Quy trình công nghệ chế tạo robot bậc tự 62 4.1 Sơ đồ thiết kế 62 4.2 Lựa chọn động 62 4.3 Xác định sơ khâu 63 4.3.1 Khâu 3-4 63 4.3.2 Khâu 2-3 64 4.3.3 Khớp 1-2 65 4.4 Xác định truyền 66 4.4.1 Bộ truyền đai 66 4.4.2 Gối đỡ 67 4.4.3 Hộp giảm tốc cho khớp 70 4.4.4 Hộp giảm tốc cho khớp 71 4.5 Thiết kế mạnh điện 71 4.6 Thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng khớp nối 83 4.6.1 Phân tích chi tiết 83 4.6.2 Xác định dạng sản xuất 84 4.6.3 Xác định phương pháp chế tạo phôi 85 4.6.4 Thiết kế vẽ chi tiết lồng phôi 88 4.6.5 Thiết kế quy trình cơng nghệ gia công chi tiết 88 4.6.6 Thiết kế nguyên công 89 4.6.7 Thiết kế đồ gá nguyên công 115 Kết luận chương 121 Chương Chế tạo sản phẩm, chạy thử, kiểm tra đánh giá 122 5.1 Sản phẩm thực tế 122 5.1.1 Phần đế 122 5.1.2 Thân robot 123 5.1.3 Cánh tay robot 123 5.1.4 Bộ điều khiển 124 5.2 Chạy thử, kiểm đánh giá 125 Kết luận chương 125 Kết luận kiến nghị 126 Tài liệu tham khảo 127 Danh mục hình ảnh Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế cánh tay robot bậc tự 18 Hình 2.2 Sơ đồ khoảng cách an theo thông số D-H 19 Hình 2.3 Sơ đồ khoảng cách theo thông số D-H 19 Hình 2.4 Sơ đồ giải tốn động học nghịch 22 Hình 2.5 Tay gắp 30 Hình 2.6 khớp 30 Hình 2.7 Khâu 32 Hình 2.8 Bộ truyền trục vít bánh vít 33 Hình 2.9 Khâu 33 Hình 2.10 Khâu 35 Hình 2.11 Khâu 36 Hình 2.12 Khâu 37 Hình 2.13 Mô với phần mềm solidworks 39 Hình 2.14 Kết momen khớp 39 Hình 2.15 Kết momen khớp 40 Hình 2.16 Mơ quỹ đạo cong 40 Hình 2.17 Đồ thị momen xoắn khớp 41 Hình 2.18 Đồ thị momen xoắn khớp 41 Hình 2.19 Đồ thị momen xoắn khớp 41 Hình 3.1 Sơ đồ khối simulink 43 Hình 3.2 Sơ đồ khối robot Simulink 45 Hình 3.3 Giao diện 47 Hình 3.4 Giao diện thoát 47 Hình 3.5 Giao diện tay cầm 48 Hình 3.6 Giao diện điều khiển tự động 49 Hình 3.7 Giao diện RRT 51 Hình 3.8 Thuật tốn RRT 52 Hình 3.9 Mức độ ảnh hưởng yếu tố 59 Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng yếu tố 60 Hình 3.11 Kết tối ưu hóa 60 Hình 4.1 Sơ đồ thiết kế thực 62 Hình 4.2 Phân tích lực khâu 34 63 Hình 4.3 Phân tích lực khâu 23 64 Hình 4.4 Các thành phần lực tác dụng lên trục 68 Hình 4.5 CPU Q03UDE 71 Hình 4.6 Main Base Unit 72 Hình 4.7 Sơ đồ chân modun QX40 73 Hình 4.8 Sơ đồ chân modun QY40P 74 Hình 4.9 Sơ đồ chân QD75P4N 75 Hình 4.10 Động HF-KP23B 76 Hình 4.11 Sơ đồ lắp đặt thực tế 77 Hình 4.12 Giao diện PLC 77 Hình 4.13 Sơ đồ lắp động với drive 78 Hình 4.14 Sơ đồ cụ thể động với drive 78 Hình 4.15 Sơ đồ cổng CN1 79 Hình 4.16 Tham số động MR Configurator2 80 Hình 4.17 Một số chức với PA01 80 Hình 4.18 Giao diện hiển thị drive 81 Hình 4.19 Giao diện electronic Gear setting 81 Hình 4.20 Các thơng số cho modul QD75P 82 Hình 4.21 Khối lương khớp nối 85 Hình 4.22 Bản vẽ lồng phơi 88 Hình 4.23 Nguyên công dập phôi 89 Hình 4.24 Ngun cơng khớp nối 90 Hình 4.25 Ngun cơng chi tiết khớp nối 94 Hình 4.26 Nguyên công khớp nối 99 Hình 4.27 Ngun cơng khớp nối 101 Hình 4.28 Nguyên công khớp nối 108 Hình 4.29 Ngun cơng khớp nối 111 Hình 4.30 Đồ thị 113 Hình 4.31 Đồ thị ram 114 Hình 4.32 Ngun cơng khớp nối 114 Hình 4.33 Phương án gá khớp nối 115 Hình 4.34 Phương án gá khớp nối 116 Hình 4.35 Lực tác dụng vào khớp nối 117 Hình 4.36 Sơ đồ kẹp khớp nối 119 Hình 4.37 Thân đồ gá khớp nối 119 Hình 4.38 Bạc dẫn khớp nối 120 Hình 5.1 Sơ đồ thiết kế robot 122 Hình 5.2 Đế robot 122 Hình 5.3 Cấu tạo robot thiết kế 123 Hình 5.4 Tủ điện robot 124 Hình 5.5 Robot – sản phẩm thực tế 125 5 4xØ6 Ø70±0.1 90 45° 45 Ø5 YÊU CẦU KỸ THUẬT: bề mặt không ghi độ nhám Rz20 35 70 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI khớp 1.2 Số lượng: Tỉ Lệ:2 : Thép C45 Số trang: 5 295 150±0.1 50 R35 45 50 4xØ6±0.1 60 8xM5 Ø70±0.1 Ø38±0.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT: bề mặt không ghi độ nhám Rz20 45° 45° 4xR15 Ø20 Ø43±0.1 Ø52 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung Thanh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Số lượng: Tỉ Lệ:1 : Thép C45 Số trang: 5 Ø34±0.1 35 70 4xØ6 45 YÊU CẦU KỸ THUẬT: bề mặt không ghi độ nhám Rz20 90 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI khớp 3.1 Số lượng: Tỉ Lệ:2 : Thép C45 Số trang: lắp ổ lăn 2.5 35 Ø14-0.05 Ø15-0.05 Ø14-0.05 40 100 YÊU CẦU KỸ THUẬT: bề mặt không ghi độ nhám Rz20 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Trục Số lượng: Tỉ Lệ:2 : Thép C45 Số trang: Ø30-3 Ø15+0.5 12 YÊU CẦU KỸ THUẬT: - Cơ sở chế tạo chọn số liệu kiểm tra theo tiêu chuẩn độ xác TCVN 1067- 84 - Các bề mặt không ghi độ nhám Rz20 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Bạc lót Số lượng: Tỉ Lệ:4 : Thép C45 Số trang: Ø6 Ø43±0.1 Ø55 Ø25 YÊU CẦU KỸ THUẬT: - Cơ sở chế tạo chọn số liệu kiểm tra theo tiêu chuẩn độ xác TCVN 1067- 84 - Các bề mặt không ghi độ nhám Rz20 R2 62 72 Ø33+0.05 Người Vẽ lắp ổ lăn Kiểm Tra Ngô Văn Học Gối đỡ ổ Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Số lượng: Tỉ Lệ:1 : Thép C45 Số trang: Ø55 Ø32-0.2 Ø27 10 5 Ø15 Ø43 4xØ5,5 YÊU CẦU KỸ THUẬT: bề mặt không ghi độ nhám Rz20 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI Mặt bích Số lượng: Tỉ Lệ:2 : Thép C45 Số trang: Ø24 Ø14+0.1 5 12.5 20 2xM5 4xØ6 Ø45 YÊU CẦU KỸ THUẬT: bề mặt không ghi độ nhám Rz20 Ø34±0.1 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khớp nối 14 Số lượng: Tỉ Lệ:2 : Thép C45 Số trang: 20 5 5 Ø50 Ø38±0.1 Ø27 Ø6x lỗ Ø16+0.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT bề mặt không ghi độ nhám Rz20 Người Vẽ Ngô Văn Học Kiểm Tra Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khớp nối 16 Số lượng: Tỉ Lệ:3 : Thép C45 Số trang: 33 34 35 36 H7 Ø20 k6 B B 4:1 32 31 H7 Ø14 h9 H7 Ø4 m6 30 B B 29 37 38 28 A-A Tỉ lệ 2:1 39 H7 Ø49 k6 27 295±0.15 B-B H7 Ø35 k6 26 40 H7 Ø14 k6 41 25 42 24 43 44 45 46 47 48 49 50 145±0.1 10 11 150±0.1 12 13 A-A 14 15 30 17 H7 Ø33 k6 18 H7 Ø4 m6 H7 Ø5 k6 CT3 Cao su 27 Ổ bi đỡ Bánh hành tinh GX15-32 26 Giá đỡ khớ GX15-32 25 C45 C45 C45 1 C45 28 19 24 Tấm đỡ Thanh nối khớp 20 23 Khớp nối 14 22 21 Cần gạt Giá đỡ khớp 21 22 23 240±0.15 29 16 H7 Ø15 k6 Chốt Đệm lót 20 Bulong chìm C45 19 Trục dẫn C45 18 GX 15-32 17 Nắp ổ Vịng đệm CT3 16 Bạc lót C45 15 Ống chèn Ổ bi đỡ Dây đai C45 14 50 Đế robot C45 13 49 Thân giảm tốc GX 15-32 12 48 Dẫn trục Vòng chặn C45 11 C45 10 44 Ổ bi đỡ chặn Vòng lăn Răng chặn 43 Bulong ghép 47 46 45 M5 C45 C45 C45 M3 CT3 Pully Đệm vênh C45 20 Đai ốc M5 20 CT3 C45 Thanh truyền Khớp nối 16 1 Thân giảm tốc Vít chặn C45 C45 GX 15-32 C45 Bánh bao 41 Răng lắc Bạc lót C45 C45 Đệm lót Cao su 40 Mặt bích C45 C45 39 1 GX 15-32 GX 15-32 GX 15-32 CT3 37 Thân đỡ giảm tốc Thân giảm tốc Vòng ép 36 Vòng đệm 35 Bánh trung tâm 34 Trục 42 38 480±0.2 GX15-32 Vòng đệm Vòng đệm 33 32 Trục 31 TT Kí hiệu Tên gọi TT Cao su C45 Ổ bi đỡ chặn Thân giảm tốc Động servo Kí hiệu C45 Cao su Chức Thiết kế Cao su Vật liệu Tờ Ghi Họ tên Chữ ký Ngày Nguyễn Văn Thanh Đặng công Hồng Ngơ Văn Học C45 Vật liệu S.L K.L ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢN VẼ LẮP ROBOT KHÂU Số lượng Khối lượng Tỷ lệ 1:1 Trần Đức Độ Hướng dẫn Nguyễn Xuân Chung S.L K.L Tên gọi Tờ Ghi Duyệt Tờ Số tờ Nguyễn Xuân Chung TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 23 Thanh k4 C45 22 Khớp nối 14 Bulong chìm C45 C45 GX 15-32 19 Nắp ổ Vòng đệm CT3 18 Trục C45 17 C45 16 Ống chèn Ổ bi đỡ 15 Gối đỡ C45 14 Y7A C45 12 Chốt định vị Pully Dây Đai 11 Đệm vênh 10 Thanh k3 20 CT3 C45 Khớp nối 16 Thanh k2 1 C45 C45 Hộp giảm tốc k2 Bulong hộp giảm tốc Thanh k1 Hộp giảm tốc k1 Đai ốc Động servo Thân robot C45 GX 15-32 21 20 13 M4 TT Kí hiệu Tên gọi S.L K.L Cao su C45 C45 Vật liệu Tờ Ghi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chức Thiết kế Họ tên Chữ ký Ngày Nguyễn Văn Thanh Đặng cơng Hồng Ngơ Văn Học BẢN PHÂN GIÃ ROBOT KHÂU Số lượng Khối lượng Tỷ lệ 1:1 Trần Đức Độ Duyệt Nguyễn Xuân Chung Tờ Số tờ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Nguyên công I: Dập phôi Nguyên công II: Khỏa mặt, tiện thô Ø40 Nguyên công III: Khỏa mặt đáy, tiện thô, tinh Ø60 Rz40 Rz20 +0.021 Ø42±0.1 Rz20 Ø60+0.002 Rz40 28±0.1 8±0.1 n1 n1 S1 S1 YÊU CẦU KỸ THUẬT - Phôi không bị nứt, cong vênh phạm vị cho pép - Phơi khơng bị sai lệch hình dáng hình học phạm vi cho phép - Đảm bảo đủ lượng dư để gia công - Cần làm bề mặt, bavia Nguyên công IV: Tiện tinh Ø40 Tiện tinh T616 T15K6 0.25 0.13 1380 0.072 Tiện thô T616 T15K6 0.5 0.53 1380 0.0376 Tiện thô T616 T15K6 0.53 958 0.025 Khỏa mặt T616 T15K6 0.14 350 0.102 Khỏa mặt T616 T15K6 0.14 173 1,52 STT Bước STT Bước Dao Máy t (mm) S (mm/vòng) n (vg/ph) T0 (phút) Dao Máy t (mm) S (mm/vg) n (vg/ph) T0 (phút) Nguyên công V: Khoan, tiện lỗ Ø16 Nguyên công VI: Khoan lỗ Ø5 1.25 Rz20 1.25 +0,012 +0.018 Ø40+0.002 0.04 Ø16+0,001 Ø5±0.1 S1 n1 n1 28±0.1 Tiện tinh STT Bước T616 Máy T15K6 Dao 0.25 t (mm) 0.13 S (mm/vòng) 1980 n (vg/ph) 0.089 Doa T616 P6M5 0.25 2.2 240 0.06 Khoét T616 P6M5 0.75 0.8 350 0.11 Khoan T616 P6M5 0.3 723 0.36 STT T0 (phút) S3 S2 Bước Dao Máy t (mm) S (mm/vg) Nguyên công VIII: Nhiệt luyện Nguyên công VII: Chuốt rãnh then n (vg/ph) Khoan STT T0 (phút) 2H118 Bước P6M5 Dao Máy 2.5 t (mm) 0.15 1414 S (mm/vg) n (vg/ph) 0.08 T0 (phút) Nguyên công IX: Kiểm tra n S 1000 Rz20 0.02 A 830 ~ 850° 800 làm nguội dầu 600 300~350° 400 làm nguội khơng khí 200 Nhiệt độ mơi trường 10 30 60 120 t(ph) Chuốt rãnh then 7B520 BK6 1.5 0.65 0.38 Kiểm tra độ khơng vng góc mặt đáy so với đường tâm lỗ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tr.nhiệm H.Dẫn Duyệt STT Bước Máy Dao t (mm) S (mm/vg) T0 (phút) Th.Kế Họ tên TS Nguyễn Xuân Chung Ký Ngày Tỷ lệ: 1:1 BẢN VẼ NGUYÊN CÔNG TS Nguyễn Xn Chung Đặng Cơng Hồng Vật liệu: C45 Tờ: Khối lượng Số tờ: Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Cơ khí 10 Ø10H7/k6 Ø10H7/k6 85±0.1 11 12 Ø4H7/m6 15H7/k6 100±0.15 200±0.3 Ø5H7/n6 - ≤0,0568 mm ≤0,0568 mm - ≤0,0568 mm 12 GX 15-32 11 Y7A 10 1 Y7A C45 C45 20X C45 C45 4 9XC C45 2 Y7A C45 Bulong STT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên H.dẫn Nguyễn Xuân Chung T kế Duyệt Nguyễn Văn Thanh Nguyễn Xuân Chung Chữ ký Ngày Tỉ lệ: 2:1 BẢN VẼ LẮP ĐỒ GÁ KHOAN LỖ KHỚP NỐI Vật liệu: thép C45 Tờ: Khối lượng: Số tờ: Trường: Đại học Công nghiệp Hà Nội 11 10 12 Thân đồ gá GX 15-32 11 Chốt khóa Y7A 10 Chốt liên kết Đệm vênh Bulong đỡ phiến dẫn 1 Y7A C45 C45 Cơ cấu kẹp định vị 20X Thanh kẹp C45 Ốc kẹp M8 C45 Bạc dẫn 9XC Phiến dẫn C45 Chốt định vị Bulong Y7A C45 STT Tên chi tiết Số lượng Vật liệu Kí hiệu Ghi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 Họ tên H.dẫn Nguyễn Xuân Chung T kế Duyệt Nguyễn Văn Thanh Nguyễn Xuân Chung Tỉ lệ: 1:1 Chữ ký Ngày BẢN VẼ PHÂN RÃ ĐỒ GÁ KHOAN LỖ KHỚP NỐI Vật liệu: thép C45 Tờ: Khối lượng: Số tờ: Trường: Đại học Công nghiệp Hà Nội 1.25 0.02 A 28±0.1 0.04 8±0.1 1.25 R1.5 1.25 A +0.021 Ø60+0.002 +0.018 Ø40+0.002 Ø50±0.15 +0.2 18.3+0 Ø5±0.1 x lỗ 5±0.05 +0,012 Ø16+0,001 YÊU CẦU KỸ THUẬT - Các lỗ gia cơng đạt độ bóng Ra=2.5 - Độ khơng vng góc đường tâm lỗ Ø5 với mặt đáy A