ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP Đề tài Tính toán thiết kế Robot 5 bậc tự do chỉ sử dụng khớp quay

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Tuấn Anh _ K185520114219 Nguyễn Văn Quang_k185520114144 Đào Anh Minh_k185520114137 Lớp: Giáo Viên Hướng Dẫn: 54CĐT.03 Th.s NGƠ VĂN AN THÁI NGUN_2021 1|Page Khoa Cơ Khí Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Bộ mơn Cơ điện tử Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC ROBOT CÔNG NGHIỆP Sinh viên thực : Nguyễn Tuấn Anh MSSV : K185520114219 Nguyễn Văn Quang MSSV : K185520114144 Đào Anh Minh MSSV : K185520114137 Lớp : K54 CĐT.03 Giáo viên hướng dẫn : NGƠ VĂN AN Đề tài : Tính tốn thiết kế Robot bậc tự sử dụng khớp quay Nhiệm vụ bao gồm : Tổng quan đối tượng thiết kế Giải toán động học, động lực học Mô động học trình làm việc Thiết kế mơ robot phần mềm thiết kế solidworks Ngày giao đề : 30/02/2021 Ngày hồn thành: 30/5/2021 TRƯỞNG BỘ MƠN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NGÔ VĂN AN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngô Văn An NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2021 GIÁO VIÊN CHẤM LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đồ án hoàn toàn chúng em tự tìm hiểu, tự làm theo hướng dẫn nhiệt tình Thầy Giáo Ngơ Văn An Các nội dung, kết đồ án trung thực hồn tồn chưa cơng bố hình thức Trong đồ án có sử dụng kiến thức, nhận xét, đánh thông số tác giả, quan tổ chức mà chúng em tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, ghi rõ phần tài liệu tham khảo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên không liên quan đến vi phạm quyền, quyền tác giả chúng em gây trình thực đồ án Sinh viên thực NGUYỄN TUẤN ANH NGUYỄN VĂN QUANG ĐÀO ANH MINH LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, ngành điều khiển học tự động hố có bước tiến quan trọng Q trình góp phần khơng nhỏ vào việc tăng suất lao động, giảm giá thành, tăng chất lượng độ đồng chất lượng, đồng thời tạo điều kiện cải thiện môi trường làm việc người, đặc biệt công việc có độ an tồn lao động thấp có tính độc hại cao Ngày nay, khái niệm " dây chuyền sản xuất tự động hay "robot" " người máy - tay máy" trở nên quen thuộc người Ở nước ta lĩnh vực robot nghiên cứu trường đại học viện nghiên cứu đặt nên móng cho phát triển ngành khoa học non trẻ Việt Nam Trong công nghiệp Việt Nam, robot ứng dụng dây chuyền sản xuất nhà máy nhằm nâng cao suất, hiệu lao động chế tạo sản phẩm có độ xác cao Ta khái quát định nghĩa robot theo cách nhìn học chuỗi động khâu ghép với khớp nối, hoạt động linh hoạt nhờ hệ dẫn động Các cấu tác động hoạt động phối hợp với để thực công việc phức tạp điều khiển củamột phận có cấu tạo máy tính, cịn gọi điều khiển PC -based Với đặc điểm cấu tạo hoạt động robot thường sử dụng hệ thống sản xuất linh hoạt dạng workcell (FMS Flexoble Manufacturing Systems) hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM – Computer Integrated Manufacturing) Càng ngày dây chuyền sản xuất tự động có sử dụng robot thay dần dây chuyền sản xuất tự động với chương trình hoạt động “cứng” trước Tiến cơng nghệ năm gần dẫn đến phát triển thiết bị điều khiển logic lập trình (PLC) tạo mét cách mạng lĩnh vực điều khiển ROBOT Vì việc áp dụng PLC vào điều khiển robot thiếu công nghiệp đại Chúng em sinh viên nhận đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ: - Ứng dụng PLC điều khiển ROBOT công nghiệp Được hướng dẫn thầy NGÔ VĂN AN, chúng em lựa chọn đề tài “Thiết kế robot bậc tự sử dụng khớp quay” , với nỗ lực cố gắng thành viên nhóm chia sẻ đóng góp ý kiến bạn bè lớp, chúng em hoàn thiện nhiệm vụ giao Song, trình làm đồ án, trình độ cịn hạn chế khơng thể tránh khỏi thiếu sót, khuyết điểm, chúng em mong nhận bảo góp ý bổ sung thầy cô để đồ án chúng em hoàn chỉnh đầy đủ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ Chương 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Tổng quan Robot công nghiệp 10 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 Lịch sử phát triển 10 Cấu trúc chung robot công nghiệp 10 Phân loại robot công nghiệp 10 Ứng dụng robot 19 Chương 2: ĐỘC HỌC ROBOT 22 2.1 : Tổng hợp cấu trúc động học 22 2.1.1 Bài toán động học thuận 22 2.1.2 Động học ngược robot 29 Kết luận 32 Chương 3: QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT .33 3.1 Thiết kế quỹ đạo chuyển động không gian làm việc 33 3.2 Cở sở nội suy quỹ đạo không gian khớp 33 3.3 Nội suy quỹ đạo không gian khớp 34 Kết luận 45 Chương 4: KẾT CẤU ROBOT HÀN VẬT 46 4.1 Mô robot bậc tự hàn vật phầm mềm vẽ 3D solidworks 46 4.2 Kết cấu robot hàn vật 49 Kết luận 54 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng D-H robot 25 Bảng 2.2 Tọa độ vị trí làm việc biến khớp 31 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Robot tọa độ vng góc 11 Hình 1.2 Robot tọa độ trụ 11 Hình 1.3 Robot tọa độ cầu 12 Hình 1.4 Robot khớp lề .12 Hình 1.5 Robot hệ thứ năm 14 Hình 1.6 Robot gắp- đặt .15 Hình 1.7 Robot đường dẫn liên tục 15 Hình 1.8 Robot hàn .16 Hình 1.9 Robot dùng nguồn thủy lực 17 Hình 1.10 Robot di động 17 Hình 1.11 Tay máy (manipulator) 18 Hình 1.12 Haptics (điều khiển từ xa) 18 Hình 1.13 Robot gắp vật .20 Hình 1.14 Robot hàn hồ quang Kuka 20 Hình 1.15 Robot gắp đặt Kuka 21 Hình 2.1 Nhập liệu đâu vào cho toán excel .31 Kết luận .32 Hình 3.1 Các điểm chốt quỹ đạo làm việc .33 Hình 3.2 Sự thay đổi biến khớp q1 theo thời gian 40 Hình 3.3 Sự thay đổi biến khớp q2 theo thời gian 41 Hình 3.4 Sự thay đổi biến khớp q3 theo thời gian 42 Hình 3.5 Sự thay đổi biến khớp q4 theo thời gian 43 Hình 3.6 Sự thay đổi biến khớp q5 theo thời gian 44 Nhận xét 45 Hình 4.1 Chức CAD 47 Hình 4.2 Chức CAE 48 Hình 4.3 Chức CAM 49 Hình 4.4 Phần đế 50 Hình 4.5 Phần thân .51 Hình 4.6 Phần cánh tay .52 Hình 4.7 Phần cánh tay .52 Hình 4.8 Phần cánh tay .53 Hình 4.9 Phần tay hàn 53 Hình 4.10 Tay máy robot 54 Kết luận .54 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Tổng quan Robot công nghiệp 1.1.1 Lịch sử phát triển Từ thời cổ xưa người mong muốn tạo vật giống để bắt chúng phục vụ phải thoả mãn ba nguyên tắc sau: - Robot không xúc phạm can người không gây tổn hại người - Hoạt động robot phải tuân theo quy tắc người đặt ra, | quy tắc khơng vi phạm ngun tắc thứ • Một robot phải bảo vệ sống khơng vi phạm hai nguyên tắc Các nguyên tắc trở thành tảng cho việc thiết kế robot, bổ sung lưu cấu khoa học viễn tưởng robot giới kỹ thuật hình dung máy đặc biệt để thay số cơng việc lặp lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc, vận chuyển, lắp ráp, mơi trường khắc nghiệt ngồi khoảng khơng vị trố, lòng đất, lò phản ứng hạt nhân Sản phẩm có tên gọi người máy cơng nghiệp verstran công ty Mỹ, vào khoảng thời gian Mỹ xuất loại người máy tminate : 1900 dùng kĩ nghệ ôtô, Mỹ nước khác bắt đầu sản xuất người máy công nghiệp Anh, Thuỵ Điển, Nhật, Đức, Italia Cùng theo quyền Mỹ nước giới chạy đua sản xuất robot công nghiệp năm 1967 trường đại học tổng hợp Stanford Mỹ hoàn thành người máy hoạt động theo mắt chân, có khả định hướng nhận biết bàn kẹp năm 1974 công ty cineinnati Mỹ đưa người máy điều khiển máy tính gọi người máy T3, người máy có khả nâng vật có khối lượng 40kg vật nâng chuyển băng tải Vào năm 80 áp dụng rộng dãi tiến khoa học vi xử lý tin học, người máy gia tăng giá thành giảm 1.1.2 Cấu trúc chung Robot công nghiệp Một Robot công nghiệp cấu thành hệ thống sau: - - Tay máy cấu khí gồm khâu, khớp Chúng hình thành cánh tay để tạo chuyển động bản, cổ tay tạo lên khéo léo, linh hoạt bàn tay (End Effector) để trực tiếp hoàn thành thao tác đối tượng Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho khâu tay máy Nguồn động lực cấu chấp hành động loại: điện, thủy lực, khí nén kết hợp chúng Hệ thống cảm biến gồm sensor thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác Các robot cần hệ thống sensor để nhận biết trạng thái thân cấu robot sensor để nhận biết trạng thái môi trường Hệ thống điều khiển (controller) thường máy tính để giám sát điều khiển hoạt động robot CHƯƠNG 4: KẾT CẤU ROBOT HÀN VẬT 4.1 Mô robot bậc tự hàn vật phầm mềm vẽ 3D solidworks -Giới thiệu phần mềm solidworks Phần mềm Solidworks phần mềm chuyên thiết kế 3D hãng Dassault System phát hành dành cho xí nghiệp vừa nhỏ, đáp ứng hầu hết nhu cầu thiết kế khí Solidworks biết đến từ phiên Solidworks 1998 du nhập vào nước ta với phiên 2003 với phiên 2018 phần mềm phát triển đồ sộ thư viện khí phần mềm khơng dành cho xí nghiệp khí mà dành cho ngành khác như: đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật -Một số chức solidworks +Chức CAD Các khối xây dựng sở kỹ thuật parametric, mơ hình hóa Chức báo lỗi giúp người sử dụng dễ dàng biết lỗi thực lệnh Bảng FeatureManager design tree cho phép ta xem đối tượng vừa tạo thay đổi thứ tự thực lệnh Các lệnh mang tính trực quan làm cho người sử dụng dễ nhớ Dữ liệu liên thông môi trường giúp cập nhật nhanh thay đổi môi trường Hệ thống quản lý kích thước ràng buộc mơi trường vẽ phát giúp người sử dụng tạo biên dạng cách dễ dàng tránh lỗi tạo biên dạng Trong môi trường Drawing cho phép ta tạo hình chiếu vng góc chi tiết lắp với tỉ lệ vị trí người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước Cơng cụ tạo kích thước tự động kích thước theo quy định người sử dụng Tạo thích cho lỗ cách nhanh chóng Chức ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước hình học sử dụng dễ dàng Trong môi trường vẽ lắp (Assembly) Các chi tiết 3D sau thiết kế xong lắp ráp lại với tạo thành phận máy máy hoàn chỉnh Xây dựng đường dẫn thể quy trình lắp ghép Xác định bậc tự cho chi tiết lắp ghép Hình 4.1 +Chức CAE Đây ưu điểm hãng sản xuất, mà họ mua trọn gói phần mềm phân tích cức kì tiếng giới Cosmos để tích hợp chạy mơi trường solidworks, làm cho chức Phân tích Solid khó có phần mềm khác so sánh được Với modul phân tích Solidworks cosmos, thực phân tích vơ phức tạp hay, liệt kê vài tốn mà tơi dùng để tính với COSMOS: Phân tích tĩnh học Phân tích động học Phân tích động lực học (bài tốn phân tích ứng suất cấu chuyển động lăn di chuyển ray) Phân tích dao động Phân tích nhiệt học Phân tích va chạm chi tiết Phân tích thuỷ khí động học (thơng qua tốn phân tích lượng nước chảy qua robine bố trí quạt thơng gió cho CPU máy tính nhằm tản nhiệt tốt hơn) Phân tích q trình rót kim loại lỏng vào khuôn mức độ gia nhiệt cần thiết cho q trình Hình 4.2 +Chức CAM Để dùng chức này, phải sử dụng modul solidworks SOLIDCAM Đây modul Cam Solid, tách để bán riêng Nếu có điều kiện tải dùng, chạy giao diện solidworks, việc sử dụng SolidCam thật vô thân thiện, dễ sử dụng Hình 4.3 4.2 Kết cấu robot hàn vật Mơ kết cấu robot Phần đế: Hình 4.4 Phần thân Hình 4.5 Phần cánh tay Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Phần tay hàn: Hình 4.9 Tay máy Robot: Hình 4.10 Kết luận Trong trình thực đồ án robot cơng nghiệp, đề tài hồn thành vấn đề sau: - Tìm hiểu tổng quan robot bậc tự sử dụng khớp quay Nắm vững thêm khả thiết kế chi tiết, cách kết cấu hợp lý lựa chọn chế độ mô solidworks Để đánh giá kết nhóm e, cảm thấy chưa đạt kết mong muốn mong đợi Trong trình thực không bao quát tối đa vấn đề nên kết thu chưa mong muốn tốt Tuy kết thu mang tính chất tương đối phần đáp ứng yêu cầu đặt Một lần nhóm đồ án chân thành cảm ơn thầy giáo Ngô Văn Anvà thầy cô tạo điều kiện giúp đỡ nhiều để hồn thành đồ án Robot cơng nghiệp Trong q trình thực khó tránh khỏi có sai sót mong q thầy đóng góp góp ý để đề tài hồn thiện PHU LỤC Nhân ma trận matlab Giải toán động học ngược excel Cách thức vẽ solidworks Để vẽ xác robot thiết kế ta phải thực sau : + Xác định thành phần robot + Thiết lập chiều dài khâu ,lấy từ toán động học chương +Thiết lập tiết diện ,đường kính ,bề dày khâu cho hợp lý +Mô robot dạng 3D với giá trị có - Sử dụng lệnh công cụ solidwork để vẽ như: Để vẽ 2D : 1) Vẽ đường thẳng chọn sketch > line 2) Vẽ đường trịn chọn sketch > circle 3) Vẽ hình chữ nhật chọn sketch > corner rectangle center rectangle 4) Xóa tồn chọn delete xóa đường thẳng, chi tiết nhỏ chọn trim entities Để vẽ 3D : 1) Tạo hình khối chọn features > extruded boss/base 2) Tạo hình cầu chọ features > revolved boss/base 3) Xóa hình khối lớn sử dụng extruded cut TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thành Long (2015) Robot công nghiệp Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên [2] Nguyễn Mạnh Tiến (2007) Điều khiển Robot công nghiệp Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [3] Đào Văn Hiệp (2004) Kỹ thuật Robot Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [4] Phạm Đăng Phước (2007) Robot công nghiệp Nhà Xuất Bản Xây Dựng,Hà Nội [6] Phạm Thị Vân Hà (2001) Nghiên cứu cấu trúc, hệ thống điều khiển Robot công nghiệp để ứng dụng cộng nghệ hàn tự động Luận văn cao học, trường Đại Học Thái Nguyên