ĐỒ án môn học cơ điện tử mã đề VCK01 2 THIẾT kế hệ THỐNG dẫn ĐỘNG, và điều KHIỂN ROBOT SCARA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ************************************ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ MÃ ĐỀ : VCK01-2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG, VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA Sinh viên: Nguyễn Đức Thịnh Mã số sinh viên: 20166797 Lớp: Cử nhân Cơ Điện Tử, K61 Người hướng dẫn: GVC.TS Nguyễn Ngọc Thành HÀ NỘI – 2020 MỤC LỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT ………………………………………………… Trang …… MỞ ĐẦU …………………………………………………………………… …… Chương 1- GIỚI THIỆU RÔ BỐT SCARA; NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO … …… 1.1- Giới thiệu rô bốt Scara ……………………………………………………… …… 1.1.1- Cấu trúc động học kết cấu rô bốt Scara …………………………… …… 1.1.2- Ứng dụng rô bốt Scara sản xuất công nghiệp, hoạt động dịch vụ …… a- Trong sản xuất công nghiệp ………………………………………… …… b- Trong hoạt động dịch vụ …………………………………………… …… 1.2- Nhiệm vụ giao …………………………………………………… …… 1.2.1- Nhiệm vụ thiết kế giao số liệu cho trước …… ………………… …… 1.2.2- Phân tích nội dung nhiệm vụ thiết kế ……………………………… Chương 2- ĐỘNG HỌC; KHÔNG GIAN HOẠT ĐỘNG; ĐỘNG LỰC HỌC HỆ TRUYỀN DẪN RÔ BỐT SCARA ………………………… 2.1- Động học rô bốt Scara bậc tự ……………………………………… 2.1.1- Thiết lập hệ tọa độ rơ bốt Scara …………………………… 2.1.2- Bài tốn động học thuận; ý nghĩa ………………………………… 2.1.3- Bài toán động học ngược; ý nghĩa ………………………………… 2.2- Không gian hoạt động rô bốt Scara ……………………………………… 2.2.1- Xác định không gian hoạt động rô bốt Scara ……………………… a- Các điều kiện ràng buộc ……………………………………………… b- Xây dựng thuật xác định không gian hoạt động ……………………… c- Vẽ mô không gian hoạt động rô bốt Scara …………………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… 2.2.2- Thiết kế quỹ đạo chuyển động rô bốt ………………………… …… a- Chuyển động theo đoạn thẳng ……………………………………… …… b- Chuyển động theo đoạn cong (cung trịn, đường bậc đó) …… … c- Chuyển động phức tạp (xen kẽ đoạn thẳng đoạn cong) …… …………… d- Mô động học rô bốt Scara theo quỹ đạo chuyển động phức tạp …… (thực nhiệm vụ công nghệ đề ra) …… ……………………………… …… 2.3- Động lực học rô bốt Scara bậc tự ………………………………… …… 2.3.1- Nội dung, mơ hình giải tốn động lực học rô bốt Scara …… …… a- Nội dung, mục đích, ý nghĩa tốn động lực học rơ bốt Scara …… …… b- Mơ hình động lực học rơ bốt Scara …………………………………… c- Giải toán động lực học rô bốt Scara ……………………………… 2.3.2- Xác định công suất truyền dẫn động ……………………… a- Xác định công suất động truyền dẫn khớp quay ………………… b- Xác định công suất động truyền dẫn khớp quay ………………… c- Xác định công suất động truyền dẫn khớp tịnh tiến …………… d- Xác định công suất động truyền dẫn khớp quay ………………… Chương 3- THIẾT KẾ KẾT CẤU TRUYỀN DẪN RÔ BỐT SCARA …… 3.1- Đặt vấn đề (mở đầu) …………………………………………………… 3.2- Thiết kế kết cấu lắp ghép truyền dẫn rô bốt Scara ……………………… 3.2.1- Kết cấu lắp ghép khâu (giá trụ cố định) với cụm khớp quay … 3.2.2- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp quay …………………… 3.2.3- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp tịnh tiến ………………… 3.2.4- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp quay (bàn tay kẹp) ……… 3.2.5- Thiết kế vẽ kết cấu lắp chung rô bốt Scara …………………… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… Chương 4- THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT SCARA 4.1- Nguyên lý, sơ đồ điều khiển rô bốt Scara ………………………… 4.1.1- Xác định nguyên lý điều khiển (ĐK kín hay ĐK hở) …………… 4.1.2- Xây dựng sơ đồ điều khiển (theo nguyên lý xác định) ……… …… 4.2- Phương trình điều khiển động học khớp (θ1, θ2, s3, θ4) ………… 4.2.1- Cơ sở điều khiển động học rô bốt Scara ………………………… …… …… 4.2.2- Phương trình điều khiển động học khớp (θ1, θ2, s3, θ4) ……… …… 4.3- Xây dựng thuật toán điều khiển động học khớp (θ1, θ2, s3, θ4) … …… 4.3.1- Mơ tả thuật tốn ………………………………………………… …… 4.3.2- Thiết lập lưu đồ thuật toán ……………………………………… …… 4.4- Thiết kế hệ điều khiển rô bốt Scara ………………………………… …… 4.4.1- Lựa chọn điều khiển, phần tử hệ điều khiển …… …… 4.4.2- Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển ………………………………… …… …… Chương 5- THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG RÔ BỐT SCARA …… …… 5.1- Mục đích, u cầu thiết kế; giới thiệu cơng cụ mơ ……………… …… 5.1.1- Mục đích, u cầu thiết kế mô ……………………………… …… 5.1.2- Giới thiệu công cụ mô ……………………………………… …… 5.2- Thiết kế mô ……………………………………………………… …… 5.2.1- Thiết kế mô phần tử, phận bàn chạy dao theo OX … …… 5.2.2- Thiết kế mô phần tử, phận bàn chạy dao theo OY … …… 5.2.3- Thiết kế mô động hoạt động chạy dao OX, OY phay … …… KẾT LUẬN ……………………………………………………………… …… a- Những nội dung thực giải đƣợc đồ án ……… …… b- Ưu, nhược điểm, phương hướng khắc phục, hoàn thiện ………… …… LỜI CẢM ƠN …………………………………………………………… …… TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………… …… NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT C1=cos θ1; S1=sin θ1 C2=cos θ2; S2=sinθ2 C4=cos θ4; S4 =sin θ4 C12= Cos(θ1 +θ2 ¿ ; S12= Sin(θ1 +θ2 ¿ C124= Cos(θ1 +θ2 −θ4 ¿; S124= Sin(θ1 +θ2 −θ4 ¿ {Chú ý: - Chỉ cụm tự lặp đi, lặp lại thuyết minh từ lần trở lên viết tắt; - Để hẳn 01 trang dùng cho mục “NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT”} MỞ ĐẦU 1.- Đặt vấn đề Robot Scara đời vào năm 1979, kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt sử dụng nhiều công việc lắp ráp Nó thực cơng việc địi hỏi độ xác cao Robot Scara ứng dụng phát triển rộng rãi toàn giới, chúng chế tạo phát triển với quy mô lớn Tuy nhiên, Việt Nam việc nghiên cứu phát triển hạn chế viện nghiên cứu trường đại học Do nhu cầu thực tế niềm say mê nghiên cứu hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Ngọc Thành giúp chúng em thực thiện đề tài “ Thiết kế hệ truyền dẫn, điều khiển robot Scara bậc tự ” 2.- Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích đề tài trước hết tìm hiểu làm quen với việc nghiên cứu khoa học áp dụng kiến thức học vào thực tế Trong trình nghiên cứu thực tế đề tài giúp chúng em nâng cao kiến, tiếp cận vấn đề thực tế làm tảng vững cho kỹ sư điện tử sau tốt nghiệp 3.- Phạm vi nghiên cứu đề tài - Tính tốn động học, động lực học dựa sở lập trình để kiểm chứng lý thuyết xây dựng - Thiết kế hệ điều khiển rô bốt Scara sử dụng động servo động chiều để điều khiển xác vị trí rơ bốt - Mô hoạt động robot SCARA Chương 1- GIỚI THIỆU RÔ BỐT SCARA; NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO 1.1- Giới thiệu rô bốt Scara: 1.1.1- Cấu trúc động học kết cấu rô bốt Scara: Robot SCARA cấu tạo chuỗi cứng liên kết với khớp Truyền động cho hai khớp tay máy hai động servo hoạt động có phản hồi vị trí tạo thành vịng điều khiển kín Robot SCARA có tất khớp quay khớp tịnh tiến, tất có trục song song với Kết cấu làm tay máy cứng vững theo phương thẳng đứng cứng vững theo phương chọn , phương ngang Loại chuyên dùng cho công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ, theo phương thẳng đứng Hình 1.1- Robot SCARA bậc tự hãng Mitsubishi Từ SCARA viết tắt “Selective Compliance Assembly Robot Arm” để mô tả đặc điểm Vùng làm việc SCARA phần hình trụ rỗng, hình dưới: Hình 1.2- Mơ khơng gian làm việc robot SCARA 1.1.2- Ứng dụng rô bốt Scara sản xuất công nghiệp, hoạt động dịch vụ: a- Trong sản xuất công nghiệp: - Sử dụng nhà máy lắp ráp chi tiết, hàn, gắp sản phẩm , phân loại sản phẩm, v.v b- Trong hoạt động dịch vụ: - Sử dụng lĩnh vực pha chế đồ uống, v.v 1.2- Nhiệm vụ giao: 1.2.1- Nhiệm vụ thiết kế giao số liệu cho trước: - Thiết kế truyền dẫn điều khiển robot scara - Kích thước giới hạn khâu: Khâu 1: a1= 120 mm Khâu 2: a2= 200 mm Giới hạn góc quay: θ1 = ±120° ; θ2 = ±90° ; θ4 =±180 ° Giới hạn khoảng trượt : d3= [0;150] mm Chiều dài cần cố định : d4= 100 mm 1.2.2- Phân tích nội dung nhiệm vụ thiết kế - Giải toán động học (thuận ngược) , động học robot Scara - Xác định miền làm việc - Mô hoạt động robot không gian hoạt động - Thiết kế kết cấu robot Scara - Vẽ tách chi tiết Robot - Thiết kế hệ điều khiển robot Scara Chương 2- ĐỘNG HỌC; KHÔNG GIAN HOẠT ĐỘNG; ĐỘNG LỰC HỌC HỆ TRUYỀN DẪN RÔ BỐT SCARA 2.1- Động học rô bốt Scara bậc tự Bậc tự số khả chuyển động cấu ( chuyển động quay chuyển động tính tiến) Để dịch chuyển vật thể không gian , cấu chấp hành số robot phải đạt số bậc tự do.Nói chung hệ robot cấu hở, bậc tự tính theo cơng thức : k f =λ (n−k )+∑ f i + f c−f p (2.1) i =1 Trong đó: f : số bậc tự cấu λ : số bậc tự khơng gian tay máy thực chuyển động ( λ= 6) vùng làm việc không gian, λ = vùng làm việc mặt phẳng) n : số khâu động robot f i: số bậc tự khớp thứ i k : số khớp cấu f c: số ràng buộc trùng f p:số bậc tự thừa Áp dụng cơng thức(2.1), ta tính số bậc tự Robot Scara: f =6(4-4)+4+0+0=4(bậc tự do) 2.1.1- Thiết lập hệ tọa độ rô bốt Scara: Các khâu robot đánh số từ đến Trong đó, khâu khâu cố định, khâu cịn lại robot khâu động Hình 2.1- Sơ đồ động học 10 robot SCARA bậc tự Với: i số khâu (i=0,1,2,3,4) (i' ) số khớp (i’=1,2,3,4) - Đối với hệ tọa độ cố đinh O0 X0 Y Z0 gắn với khâu 0, gốc O0 thuộc đường tâm trục khâu 0, trục O0 Z0 có chiều hướng từ lên, trục O0 X0 có chiều hướng từ phía bên trái qua bên phải, cịn trục O0 Y có chiều hướng từ phía hướng vào - Đối với hệ tọa độ cố đinh O1 X1 Y Z1 gắn với khâu 1, gốc O1 thuộc đường tâm trục khớp 2, trục O1 Z1 có chiều hướng từ lên, trục O1 X1 có chiều hướng từ phía bên trái qua bên phải, cịn trục O1 Y có chiều hướng từ phía ngồi hướng vào - Đối với hệ tọa độ cố đinh O2 X2 Y Z2 gắn với khâu 2, gốc O0 thuộc đường tâm trục khớp 3, trục O2 Z2 có chiều hướng từ lên, trục O2 X2 có chiều hướng từ phía bên trái qua bên phải, cịn trục O2 Y có chiều hướng từ phía ngồi hướng vào - Đối với hệ tọa độ cố đinh O3 X3 Y Z3 gắn với khâu 3, gốc O0 thuộc đường tâm trục khâu 3, trục O3 Z3 có chiều hướng từ lên, trục O3 X3 có chiều hướng từ phía bên trái qua bên phải, cịn trục O3 Y có chiều hướng từ phía ngồi hướng vào - Đối với hệ tọa độ cố đinh O4 X Y Z4 gắn với khâu 4, gốc O4 thuộc đường tâm trục khâu 3, trục O4 Z4 có chiều hướng từ lên, trục O4 X có chiều hướng từ phía bên trái qua bên phải, cịn trục O4 Y có chiều hướng từ phía ngồi hướng vào 2.1.2- Bài toán động học thuận; ý nghĩa Trong đại đa số trường hợp, tay máy chuỗi động hở, cấu tạo số khâu, nối với nhờ khớp Một đầu chuỗi nối với giá, đầu nối với phần cơng tác Mỗi khâu hình thành với khớp phía trước cặp khâu – khớp Tuỳ theo kết cấu mà loại khớp đảm bảo cho khâu nối sau khả chuyển động định Giải tốn thuận từ góc thơng số đầu cho khâu ta tìm tọa độ điểm cuối bàn tay kẹp điểm cuối khâu điểm đáng quan tâm điểm tác động lên đối tác Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học: 11 +, Từ hệ tọa độ Denavit-Hartenberg tham số động học ta thiết lập ma trận biến đổi tọa độ T i−1 i i−1 i [ Ti i−1 0 ] cos θi −cos α i sin θi sin αi sin θi sinθi = sin θi cos αi cos θi sin αi cos θi cos θi sin αi cos αi (2.2) di Với T ma trận biến đổi nhất, cho ta biết hướng vị trí khâu i hệ quy chiếu gắn vào khâu i- Như biết đặc tính hình học khâu quy luật chuyển động khớp ta xác định vị trí hướng bàn tay kẹp Từ xác định vận tốc gia tốc điểm tác động cuối theo công thức sau + Tọa độ điểm tác động cuối E: r0E =[ xE yE + Vận tốc điểm tác động cuối E: zE (2.3) ]T [z˙E ] x v d E ˙ = r˙ r E = dt E E y˙ = J = + Gia tốc điểm tác động cuối: E q TE (2.4) ˙ C31 (q)C32 (q) C33 (q) [zăE ] x a ă d v E= vE=răE= yăE E= dt E + Vân tốc góc: Ta có: A0i = C21 (q) [ C11 (q) C12 (q) C13 (q) C22 (q) ] C23 (q) (2.5) (2.6) Với Ai0 ma trận cosin hướng khâu i so với hệ tọa độ gốc ( Ai ) Như vậy, ma trận sóng vector vận tốc góc khâu i tích Ai T ˙ ~ ˙ ω=A A = T [ −ωz ω ω − ωz y 12 x ωy −ω x ] (2.7) Suy vận tốc góc khâu cuối: ω= [ ωx ω ω ] (2.8) zy Áp dụng vào Robot Scara bậc tự do, ta tiến hành giải tốn động học thuận Robot: Bảng thơng số D-H (Denavit – Hartenberg) tay máy bậc tự do: Khâu θi θ1 θ2 θ4 a1 a2 0 di 0 d3 d4 αi 180° 0 Trong đó: d3, θ1, θ2, θ4 biến khớp θi: góc quay quanh trục Zi-1 để trục Xi-1 chuyển đến hướng với trục Xi ai: khoảng cách dịch chuyển tịnh tiến dọc trục Xi để điểm Oi’ chuyển đến điểm Oi di: khoảng cách dịch chuyển tịnh tiến dọc trục Zi-1 để gốc Oi-1 chuyển đến Oi (giao điểm trục Xi trục Zi), αi: góc quay quanh trục Xi cho trục Zi-1’ (Zi-1’ // Zi-1) chuyển đến trục Zi.Theo quy tắc Danavit-Hartenberg ta có ma trận biến đổi tọa độ từ khâu i-1 sang khâu i sau: Từ bảng DH cơng thức (2.2), ta có ma trận: C1 −S1 a1 C1 ] [ = S1 C1 T1 [ C2 = T 32= 0 [ S2 a2 C2 0 0 0 0 ] (2.10) − 01 1 00 a2 S2 (2.9) 00 S2 −C2 T2 a1 S1 d ] (2.11) 13 13 h [ 0 ] 0 0 C4 −S4 T = S4 C4 0 (2.12) d4 Nhân (2.9) (2.10) tá có ma trận tọa độ khâu so với hệ gốc C S 12 00 T2= T1.T2= 12 S12 −C12 [ 0 a2 C12+ a1 C1 ] a2 S12+ a1 S1 00 (2.13) − 01 Nhân (2.13) (2.11) tá có ma trận tọa độ khâu so với hệ gốc C S12 12 00 T3= T2.T3= [ S −C12 a2 S12+ a1 S1 12 ] a2 C12+ a1 C1 0 − − d (2.14) Nhân (2.14) (2.12) tá có ma trận tọa độ khâu so với hệ gốc [ T 40= T 30.T 43= 0 C 124 S 0a C 124 S −C 124 124 0 ] 12+a C1 a S +a1 S1 12 (2.15) −1 −d3−d4 Với C12= Cos(θ1 +θ2 ¿ S12= Sin(θ1 +θ2 ¿ C124= Cos(θ1 +θ2 −θ4 ¿ S124= Sin(θ1 +θ2 −θ4 ¿ a) Vận tốc ga tốc điểm tác động cuối: *Xét khâu thứ 4: Từ ma trận tính T 04ở cơng thức (2.15), ta có: T4 = [ ( ) A04 30 x ( ] ) r04 31x Trong đó: A04 (3 x )−M a trận Cosin hướng khâu so với hệ tọa độ gốc r04 (3 x 1) - Ma trận biểu diễn vị trí (tâm bàn tay kẹp) khâu so với hệ tọa độ gốc Như vậy: 14 Ma trận cosin hướng khâu 4: [ 124 124 A0= S 0] S C 124 124 −C0 − Ma trận vị trí khâu 4: a1 C1 +a2 C12 ] [ r E= a S + a S −1 d1 3− 2d 412 Gọi E điểm tác động cuối, ta có tọa độ điểm tác động cuối Vị trí điểm tác động cuối E: [ ] a1 C1 +a2 C12 (2.16) r E=r 4= a1 S1 +a2 S12 −d3−d4 Từ (2.4), vận tốc điểm công tác cuối E là: [ ] −a1 θ˙1 S1−a2 θ˙12 S12 vE =r˙E = a1 θ ˙ C1 +a2 θ ˙ 12 (2.17) C12 ˙ − d3 Từ (2.5), gia tốc điểm tác động cuối E l: x a E= r [[a ă ă ăE [ ă E= zyăăEE ]= ă ¨ ¨ ˙ ˙ ¨ ˙2 (θ1 +θ2 )S12 +(θ1+θ2) C12 ]−a1 (θ1 S1−θ1 C1)¿[a¿ ¿2 (θ1+θ2)C12−(θ1 +θ2 ) S12 ]+a1 (θ1 C1−θ1 S1)¿− (2.18) b) Vận tốc góc, gia tốc góc khâu thao tác Ma trận cosin hướng khâu thứ 4: [ C 124 S −1] 0 124 A04 = S124 −C124 ˙ ˙ ˙ ˙ −(θ 12−θ )S124 (θ 12−θ )C124 ˙0 A [ ˙ ˙ ˙ 4= (θ 12−θ0 )C124 15 (θ 12− θ˙ ) S 124 ] C [ 0] S 124 124 124 0124 − −C0  AT4= S Từ cơng thức (2.7), ta tính tốn tử sóng vector vận tốc góc khâu 4: ω4= A4.( ~ ¿= ˙ T [(θ 12 A4 −θ˙ −(θ˙12−θ˙4 ) ) 0 ] (2.19) ˙0 Từ công thức (2.18) t suy vận tốc góc khâu thao tác so với hệ tọa độ sở: ω4= [ (θ˙12− ] (2.20) 0θ˙4 ) Từ (2.19), gia tốc góc khâu thao tác đạo hàm vận tốc góc : =4= [ (ă12 0ă4) ] (2.21) Xỏc nh góc Cardan góc biểu diễn hướng tâm bàn kẹp hệ quy chiếu Từ ban đầu trùng với hệ quy chiếu, thực phép quay liên tiếp quanh trục hệ tọa độ động, ứng với góc cardan, nhận đước góc , β, γ góc quay quanh trục Ox, Oy Oz Ma trận tích hợp gọi ma trận Cardan trình bày đây: ( tích ma trận quay quanh Ox với góc , quay quanh Oy với góc quay quanh Oz với góc γ ) Sử dụng ma trận xác định hướng EE ma trận Cardan, ta có: cos β cos γ −cos β cos γ cos α sin γ + sin α sin β cos γ [ sin α sin γ −cos α sin β cos γ = sin β cos α cos γ + sin α sin β cos γ −sin α cos β sin α cos γ + cos α sin β sin γ cos α cos β a [a a a 11 21 31 a a a 12 32 22 a C 13 a 33 124 S 23 ][ = S 16 0124 124 124 −C0 −1 ] ] Hệ phương trình xác định vị trí khâu cuối: { sin α = − cos a23 β =0 a33 β =±1 cos α = cos { a1 =120 mm a2 =200 mm { với sin β=a13 cos β=± { √1−sin2 β=±1 θ1=[−1 0° ;1 0° θ2=[−90° ; 0° ] ] d3 =[ ; 150] mm d 4=100 mm −a12 −S124 sin γ = = cosβ cosβ a Với , C ,γ góc cardan hướng khâu thao tác 2.1.3- Bài toán động học ngược; ý nghĩa Bài toán động học ngược: Bài tốn ngược nhằm xác định thơng số động học để đảm bảo chuyển động cho trước phần công tác Các lời giải tìm cho lớp tốn cho trường hợp riêng đặc điểm động học riêng biệt vận dụng để thiết lập quan hệ cần thiết lập lời giải Khi robot hoạt động ta xác định vị trí vật khơng gian làm việc u cầu đặt tính tốn để tìm góc quay θ1 , θ2 , θ4và khoảng cách d3 Robot để tay gắp đến tọa độ xác định Đó nhiệm vụ cần thực Vì phải chọn giải tốn động học ngược, tức : Cho trước quy luật tâm bàn tay kẹp robotđể tìm quy luật qij tọa độ suy rộng qi (t) Các bước giải toán: Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học: 17 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ khâu thao tác: Phương trình động học Robot Bài tốn động học ngược vị trí Từ (2.16) ta có hệ phương trình xác định vị trí điểm tác động cuối E: { xE =a2 C12 + a1 C1 (1) y E=a2 S12 +a1 S1 (2) zE =−d3−d4 (3) φ=θ124=θ1 +θ2−θ4 (4) Từ (1) (2) ta có a 12 +a22 +2 a1 a2 (C ¿¿ 1C12+ S1 S12)=a12+ a22 +2 a1 a2 C2 ¿ ¿ ) (2.22) x + y −a −a θ2= ± cos−1( 2 E E 2 2 a1 a2 Từ (1) (2) ta có: xE =a2 C12 + a1 C1 { xE =(a1+ a2 C2) C1 −a2 S1 S2 {  yE =a2 S12+ a1 S1 (2.23) y E=(a1 +a2 C2) S1+ a2 C1 S2 Từ θ2 công thức (2.22) trước đó, ta thay vào (2.23) để tính θ1 C a x +a (x C + y S ) = E Từ (3) ta lại có: { E xE2 + yE2 S E = a y +a ( y C −x S ) E E xE + y 2 E (2.24) E d3= −zE −d4 (2.25) θ4=θ1 +θ2 −φ (2.26) Từ (4) ta có: Căn vào quy luật chuyển động θ1 , θ2 , θ4 , d3, thiết kế hệ thống điều khiển chúng theo yêu cầu làm việc thực tế robot 18 2.2- Không gian hoạt động rô bốt Scara 2.2.1- Xác định không gian hoạt động rô bốt Scara a- Các điều kiện ràng buộc thông số khâu, khớp {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} b- Xây dựng thuật toán xác định không gian hoạt động {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} c- Vẽ mô không gian hoạt động rô bốt Scara {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 2.2.2- Thiết kế quỹ đạo chuyển động rô bốt a- Chuyển động theo đoạn thẳng {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} b- Chuyển động theo đoạn cong (cung tròn, đường bậc đó) {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} c- Chuyển động phức tạp (xen kẽ đoạn thẳng đoạn cong) {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} d- Mô động học rô bốt Scara theo quỹ đạo chuyển động phức tạp (thực nhiệm vụ công nghệ đề ra) {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 2.3- Động lực học rô bốt Scara bậc tự 2.3.1- Nội dung, mơ hình giải tốn động lực học rơ bốt Scara a- Nội dung, mục đích, ý nghĩa tốn động lực học rơ bốt Scara {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} b- Mơ hình động lực học rô bốt Scara {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} c- Giải tốn động lực học rơ bốt Scara {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 2.3.2- Xác định cơng suất truyền dẫn động aXác định công suất động truyền dẫn khớp quay 19 {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} b- Xác định công suất động truyền dẫn khớp quay {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} c- Xác định công suất động truyền dẫn khớp tịnh tiến {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} d- Xác định công suất động truyền dẫn khớp quay {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} Chương 3- THIẾT KẾ KẾT CẤU TRUYỀN DẪN RÔ BỐT SCARA 3.1- Đặt vấn đề {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 3.2- Thiết kế kết cấu lắp ghép truyền dẫn rô bốt Scara 3.2.1- Kết cấu lắp ghép khâu (giá trụ cố định) với cụm khớp quay {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 3.2.2- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp quay {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 3.2.3- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp tịnh tiến {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 3.2.4- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp quay (bàn tay kẹp) {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 3.2.5- Thiết kế vẽ kết cấu lắp chung rô bốt Scara {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} Chương 4- THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT SCARA 4.1- Nguyên lý, sơ đồ điều khiển rô bốt Scara 4.1.1- Xác định nguyên lý điều khiển (ĐK kín hay ĐK hở) {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 4.1.2- Xây dựng sơ đồ điều khiển (theo nguyên lý xác định) {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 20 4.2- Phương trình điều khiển động học khớp (θ1, θ2, s3, θ4) 4.2.1- Cơ sở điều khiển động học rô bốt Scara {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 4.2.2- Phương trình điều khiển động học khớp (θ1, θ2, s3, θ4) {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 4.3- Xây dựng thuật toán điều khiển động học khớp (θ1, θ2, s3, θ4) 4.3.1- Mơ tả thuật tốn {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 4.3.2- Thiết lập lưu đồ thuật toán {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 4.4- Thiết kế hệ điều khiển rô bốt Scara 4.4.1- Lựa chọn điều khiển, phần tử hệ điều khiển {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 4.4.2- Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} Chương 5- THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG RÔ BỐT SCARA 5.1- Mục đích, u cầu thiết kế; giới thiệu cơng cụ mơ 5.1.1- Mục đích, u cầu thiết kế mô {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 5.1.2- Giới thiệu công cụ mô {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 5.2- Thiết kế mô rô bốt Scara 5.2.1- Thiết kế mô phần tử rô bốt Scara 5.2.2- Thiết kế mô hoạt động rô bốt Scara không gian hoạt động {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} KẾT LUẬN a- Những nội dung thực giải đồ án 21 {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} b- Ưu, nhược điểm, phương hướng khắc phục, hoàn thiện {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} LỜI CẢM ƠN {Soạn nội dung mục vào với hình thức trình bày quy định} 22 ... 2 E E 2 2 a1 a2 Từ (1) (2) ta có: xE =a2 C 12 + a1 C1 { xE =(a1+ a2 C2) C1 −a2 S1 S2 {  yE =a2 S 12+ a1 S1 (2. 23) y E=(a1 +a2 C2) S1+ a2 C1 S2 Từ ? ?2 công thức (2. 22) trước đó, ta thay vào (2. 23)... xE =a2 C 12 + a1 C1 (1) y E=a2 S 12 +a1 S1 (2) zE =−d3−d4 (3) φ=θ 124 =θ1 +? ?2? ??θ4 (4) Từ (1) (2) ta có a 12 +a 22 +2 a1 a2 (C ¿¿ 1C 12+ S1 S 12) =a 12+ a 22 +2 a1 a2 C2 ¿ ¿ ) (2. 22) x + y −a −a ? ?2= ±... hệ gốc C S 12 12 00 T3= T2.T3= [ S −C 12 a2 S 12+ a1 S1 12 ] a2 C 12+ a1 C1 0 − − d (2. 14) Nhân (2. 14) (2. 12) tá có ma trận tọa độ khâu so với hệ gốc [ T 40= T 30.T 43= 0 C 124 S 0a C 124 S −C 124