Tính toán thiết kế robot đề tài đề xuất dự án và tính toán thiết kế mô hình robot ứng dụng gắp chi tiết đúc từ máy công nghệ đưa ra vị trí tháo khuôn

Thiết Kế Qũy Đạo Chuyển Động

Xác Định Không Gian Làm Việc Của Robot

Ta đã biết điểm tác động cuối của robot, khi ta giới hạn các biến khớp ta sẽ tìm được vùng không gian làm việc của robot

Không gian làm việc trong không gian 3D Không gian làm việc trên mặt phẳng

Sử dụng phần mềm matlab ta có thể vẽ được vùng làm việc của robot như trên

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Cơ Sở Về Thiết Kế Qũy Đạo

Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot là yếu tố quan trọng trong việc điều khiển robot di chuyển giữa các vị trí trong không gian làm việc Đường đi và quỹ đạo được xác định là các đại lượng cho hệ thống điều khiển vị trí của robot, vì vậy độ chính xác của quỹ đạo thiết kế có ảnh hưởng lớn đến chất lượng di chuyển của robot.

Yêu cầu thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot là :

Khâu chấp hành phải đảm bảo đi qua lần lượt các điểm trong không gian làm việc hoặc di chuyển theo một quỹ đạo xác định

Quỹ đạo của robot phải là đường liên tục về vị trí trong một khoảng nhất định

Không có bước nhảy về vận tốc và gia tốc

Quỹ đạo là các đường cong dạng : Đa thức bậc 2 : x(t)=a+bt+ct 2 Đa thức bậc 3 : x(t)=a+bt+ct 2 +dt 3 Đa thức bậc cao : x(t)=a+bt+ +kt n

Ta sử dụng quỹ đạo dạng đa thức bậc 3 để thiết kế.

Thiết Kế Qũy Đạo Chuyển Động

6.3.1 Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp

Cho hai điểm A và B trong không gian làm việc với tọa độ điểm tác động cuối (x E, y E, z E) và hướng khâu thao tác đã biết, cần thiết kế quỹ đạo chuyển động từ A đến B một cách hiệu quả.

Theo bài toán động học ngược ta đã xác định được các biến khớp tại A và

B Chọn quỹ đạo thiết kế là đa thức hàm bậc 3 theo thời gian có dạng như sau : i=1,2 tương ứng là các biến khớp

Ta được hệ phương trình như sau :

Giả sử thời gian robot đi từ A đến B là trong t(s) và vận tốc tại hai điểm đó bằng 0.

Ta có hệ phương trình sau :

Giả sử cho t=5s robot đi từ điểm A( 0,2 + ; 0,25+ ) tới điểm B ( 0,5;

) Tương ứng với tọa độ khớp là: A( ); và điểm B( ).

6.3.2 Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác

Xét bài toán quỹ đạo của điểm tác động cuối theo đường thẳng từ A đến B trong t E (s) Phương trình đường thẳng từ A(x 0, y 0 ) đến điểm B(x E , y E ) là :

=> Để thỏa mãn điều khiện về vận tốc đầu và cuối ta thiết lập quan hệ x=x(t) là đa thức bậc 3 :

Với các điều kiện như sau :

Ví dụ robot đi qua điểm A(0.8 ;0.1) và điểm B(-0.2 ;0.5) và khoảng thời gian te=2s

6.3.3 Thiết kế quỹ đạo cho phần mô phỏng trên Matlab

Thực hiện bài toán quỹ đạo chu kì thời gian đặc trưng trong robot công nghiệp như sau:

- Di chuyển 50mm theo phương thẳng đứng đi xuống

- Di chuyển 50mm theo phương thẳng đứng đi lên

- Di chuyển sang ngang 300mm

- Tiếp tục di chuyển 50mm theo phương thẳng đứng đi xuống

- Di chuyển 50mm theo phương thẳng đứng đi lên trên

- Cuối cùng di chuyển 300mm về vị trí ban đầu.

Theo yêu cầu như trên, em đặt toạ độ cho các điểm A,B,C và D như sau:

Thiết Kế Hệ Dẫn Động Robot

Tay gắp

Tay gắp sử dụng ở đây là tay gắp nam châm điện MHM-X7400A của hãng SMC Ưu điểm : nhỏ gọn, dễ kết nối, tải được tải trọng lớn

Tải trọng max :200N~20kg, khối lượng 0,59kg

Khâu 3

Cơ cấu sử dụng: trục vít me- đai ốc bi Truyền động vít me - đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến.

Trường hợp cơ cấu sử dụng ở đây là đai ốc quay, trục vít tịnh tiến

Vật liệu Vít, bi: Thép 40CrMn ([ σ c ]x5 (Mpa) Đai ốc: Thép 18CrMnTi ( Thép không gỉ )

Sơ đồ truyền động Đai ốc lựa chọn d o x P h L L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 L 7 L 8

Tính chọn cơ cấu truyền động khâu 3

Cơ cấu truyền động cho khâu 3 sử dụng đai răng, mang lại nhiều ưu điểm nhờ vào cách truyền lực bằng ăn khớp Đai răng không có hiện tượng trượt và có tỉ số truyền lớn, thường là u ≤ 12, thậm chí có thể nhỏ hơn trong một số trường hợp.

20), hiệu suất cao, không cần lực căng ban đầu lớn, lực tác dụng lên trục và lên ổ nhỏ.

Do tỷ số truyền lựa chọn là 1:2 nên bánh đai chủ động là bánh lớn, bánh đai bị động là bánh nhỏ.

Số răng của bánh đai bị động: z 2= u z 1

= 1 là tỉ số truyền của bộ truyền z 1 2 + n 1 ,n 2 là tốc độ quay của bánh chủ động và bị động Số răng của bánh đai chủ động: z 1 = 2 z 2 =

Sơ đồ tính toán khoảng cách trục Chọn z d c Đường kính vòng chia của các bánh đai: d 1 = m z 1 = 2 28 F (mm); d 2 = m z 2 2.14( (mm) Đường kính ngoài của bánh đai: d a 1= m z 1 – 2 = 2.28 – 2.0,6 = 44,8 (mm) d a 2 = m z 2 – 2 = 2.14 – 2.0,6 = 26,8 (mm)

Tính chọn ổ bi đỡ chặn khâu 3

Vít me được chọn là loại rotating nut, vì vậy ổ bi đỡ chặn được lắp chặt với đai ốc của vít me, với đường kính lỗ d của ổ lăn là d = D1 = 40 mm Theo hãng SKF, vòng bi phù hợp là số hiệu 7208 BECBJ.

Vị trí đặt ổ bi theo tham khảo của hãng SKF

Khâu 3 của robot có khả năng đạt vận tốc tối đa 2780 mm/s khi hoạt động không tải Do đó, trong tình huống này, lực dọc trục, momen xoắn và công suất động cơ đều được thiết kế cho chế độ không tải Khối lượng của khâu 3 chỉ bao gồm khối lượng của trục vít me và tay kẹp.

F khôngtải = ( m + m ) ( q¨ – g) = ( 2+0,59 ).(44.13 -9,81) = 88,89 (N) amax vít tay kẹp 3

Tốc độ quay đai ốc n 3 60 v 3 max

= 6672 (v/p) với Z là số mối ren 1.0,025

Chọn tỷ số truyền của bộ truyền động là u = 1:2, tốc độ thực tế của động cơ: n đc 3

= n 3/2 = 6672/2= 3336 (v/p) Tính toán công suất của động cơ: W đc 3 T

Từ các thông số trên, ta chọn động cơ truyền động cho trục vít me là động cơ AC Servo Motor HG-JR53 với thông số

Công suất tối đa 0,5kWMomen xoắn cực đại 4,8 NmTốc độ quay tối đa 6000 v/pKhối lượng 3kg

Khâu 2

Khâu 2 sử dụng hộp giảm tốc và động cơ servo Hộp giảm tốc RV-25N với tỉ số truyền 41, nặng 3,8kg

Tương tự khâu 3, động cơ dẫn động khâu 2 cũng được không tải với tốc độ tối đa.

Momen xoắn cực đại tại khớp của khâu 2 đạt giá trị 110 Nm, với hiệu suất truyền động của bộ giảm tốc cyclon là 0,9 Để tính toán công suất của động cơ, sử dụng công thức W = T 2 max n 2.

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc là 41 Momen xoắn cần thiết của động cơ khâu 2 là:

41 =2.68( Nm) Tốc độ tối đa cần thiết của động cơ khâu 2 là: n đc2 An 2 A ×111=¿ 4551(vòng/phút)

Công suất tối đa 1,5kWMomen xoắn cực đại 14,3 NmTốc độ quay tối đa 6000 v/pKhối lượng 5,9 kg

Khâu 1

Khâu 1 sử dụng hộp giảm tốc và động cơ servo Hộp giảm tốc RV-25N với tỉ số truyền 41, nặng 3,8kg

Tương tự khâu 3, động cơ dẫn động khâu 1 cũng đượ không tải với tốc độ tối đa.

Momen xoắn cực đại tại khớp của khâu 1 được xác định là T 1 max = 112 (Nm) Với hiệu suất truyền động của bộ giảm tốc cyclon là 0,9, công suất của động cơ được tính toán bằng công thức W dc 1 = T 1 max n.

Tỉ số truyền của hộp giảm tốc là 41 Momen xoắn cần thiết của động cơ khâu 1 là:

41 =2,73(Nm) Tốc độ tối đa cần thiết của động cơ khâu 2 là: n đc2 An 2 A ×75=¿ 3075(vòng/phút)

Công suất tối đa 1kW Momen xoắn cực đại 9,6 Nm Tốc độ quay tối đa 6000 v/p Khối lượng 5,9 kg

Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển

Chọn luật điều khiển, thiết kế mô hình điều khiển

Sau khi nhận dữ liệu đầu vào liên quan đến quỹ đạo của khâu tác động cuối hoặc khớp, hệ thống điều khiển cần điều chỉnh chuyển động của robot để đảm bảo tuân thủ quỹ đạo đã được xác định.

Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển robot như:

+ Điều khiển tự do và điều khiển có tương tác với đối tượng.

+ Điều khiển phân tán và điều khiển tập trung

+ Điều khiển thích nghi phi tuyến.

Mô hình hệ tay máy xây dựng được xác định là một hệ đa biến và phi tuyến Trong báo cáo này, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp điều khiển tập trung kết hợp với mô hình động lực học để thiết kế hệ thống điều khiển cho robot.

Bộ điều khiển PD hiện đang được ứng dụng phổ biến trong việc điều khiển robot và nhiều hệ thống khác nhau Nhiệm vụ chính của bộ PD là giảm sai lệch e(t) của hệ thống về 0, đồng thời đảm bảo quá trình quá độ đáp ứng các yêu cầu chất lượng cơ bản.

- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua khâu khuếch đại (P), tín hiệu u(t) càng lớn.

- Nếu thay đổi sai lệch của e(t) càng lớn thì thông qua thành phần vi phân (D), phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh.

Bộ điều khiển PID được mô tả bằng mô hình vào ra:

Hình 8.1: Mô hình hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID

Ta có phương trình động lực học của robot đã xây dựng được từ nội dung trước.

Kỹ thuật tuyến tính hóa thông qua bù truyền thẳng, hay còn gọi là điều khiển trước mô men, giúp tính toán các lực và mô men cần thiết để tạo ra quỹ đạo mong muốn Nhờ đó, bài toán phi tuyến phức tạp được chuyển đổi thành bài toán tuyến tính, tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển hệ thống kỹ thuật.

Phương trình lực điều khiển được chọn như sau :

Hình 8.2: Mô hình đối tượng điều khiển

Kết hợp hai mô hình dẫn đến một luật điều khiển tuyến tính: Tín hiệu điều khiển U’ được xác định

Hình 8.3: Mô hình hệ thống.

Với các hệ số Kp, Kd là các ma trận đường chéo kích thước (nxn) :

Trong đó với là hệ số giảm chấn mong muốn và tần số riêng cho sai số của khớp thứ i Điều không mong muốn là tay máy vượt quá

Tải xuống TIEU LUAN MOI tại địa chỉ skknchat123@gmail.com Giảm chấn ảnh hưởng đến độ chính xác của quỹ đạo mong muốn, đặc biệt khi cần dừng chính xác tại bề mặt công tác Do đó, hệ số kd và kp thường được chọn với giảm chấn tới hạn là 1.

Để tránh hiện tượng công hưởng, cần đảm bảo tần số ω n nhỏ hơn ω r /2, trong đó J là mô men quán tính và k i là mô men quán tính của khâu i Mô men quán tính J thay đổi tùy theo hình dạng của tay máy, do đó cần chọn giá trị lớn nhất để thực hiện tính toán Việc xác định các giá trị này có thể được thực hiện thông qua mô phỏng với các thông số đầu vào cụ thể về kích thước và vật liệu thực tế.

Trong thực tế các giá trị Kp, Kv thường được chọn theo kinh nghiệm Các giá trị này đồng thời phải nằm trong giới hạn vật lí của robot.

Mô phỏng bằng phần mềm matlab

Hình 8.4 : Mô hình điều khiển PD và Lực

Code trong phần matlab funtion của torque tính lực dẫn động tại các khớp function U = dong_luc_hoc( input )

%u ph?y u_phay=input(1:n); q=input(1+n:2*n); q1=q(1); q2=q(2); qdot=input(1+2*n:3*n); q1_d=qdot(1); q2_d=qdot(2);

% Kich thuoc, khoi luong a1=0.350;%m a2=0.30;%m m13;%kg m2;%kg m3=2.59;%kg g=9.81;%m/s^2 I1zz=0.12;%kg*m^2

%%========================= Ma tran khoi luong M=========================== m11 = I1zz+I2zz+I3zz + m1*a1*a1/4 + m2*(a1*a1+a2*a2/4+a1*a2*cos(q2)) +m3*(a1*a1+a2*a2+2*a1*a2*cos(q2)); m12 I2zz+I3zz+m2*(0.5*a1*a2*cos(q2)+a2*a2/4)+m3*(a2*a2+a1* a2*cos(q2)); m13 = 0; m21 I2zz+I3zz+m2*(0.5*a1*a2*cos(q2)+a2*a2/4)+m3*(a2*a2+a1* a2*cos(q2)); m22 = I2zz+I3zz+m2*a2*a2/4+m3*a2*a2; m23 = 0; m31 = 0; m32 = 0; m33 = m3;

%%============================Ma tran corilois============================= c11 = -(0.5*m2+m3)*a1*a2*q2_d*sin(q2); c12 = -(0.5*m2+m3)*(q1_d+q2_d)*a1*a2*sin(q2); c13 = 0; c21 = (0.5*m2+m3)*a1*a2*q1_d*sin(q2); c22 = 0; c23 = 0; c31 = 0; c32 = 0;

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat c33 = 0;

%%============================== Luc suy rong ko the=======================G=[0; 0; m3*g];

Kết quả mô phỏng trên matlab : Đồ thị vị trí và sai lệch vị trí của các biến khớp Khớp 1

Thiết kế Robot gắp khuôn đúc là một đề tài thực tiễn đầy thách thức, nhưng dưới sự hướng dẫn của thầy Phan Bùi Khôi, nhóm em đã hoàn thành các yêu cầu của học phần "Thiết kế Robot" Trong quá trình học, em đã tìm hiểu cách xây dựng mô hình robot scara, thực hiện tính toán thiết kế robot và phát triển hệ thống điều khiển Các công việc cụ thể đã được hoàn thành trong dự án này.

- Đặt ra vấn đề và đưa ra phương pháp giải quyết cho bài toán đề bài đặt ra

- Xây dựng kết cấu cho robot

- Tính toán động học thuận, đông học nghịch

- Tính toán động lực học

- Xét tính ổn định của hệ thống

- Thiết kế hệ thống điều khiển trong Matlab Simulink

- Lập trình điều khiển và mô phỏng trên matlab

Do thời gian và kiến thức hạn chế, nhóm em chỉ giải quyết được một số vấn đề cơ bản trong thiết kế hệ thống điều khiển robot Còn nhiều thách thức cần vượt qua để hoàn thiện sản phẩm robot, vì vậy nhóm em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy để đề tài được cải thiện hơn nữa.

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Tiêu đề	Tính Toán Thiết Kế Robot Đề Tài: Đề Xuất Dự Án Và Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Robot Ứng Dụng Gắp Chi Tiết Đúc Từ Máy Công Nghệ Đưa Ra Vị Trí Tháo Khuôn
Tác giả	Nguyễn Văn Nghĩa, Nguyễn Quang Sáng, Vương Sỹ Phúc
Người hướng dẫn	PGS.TS.Phan Bùi Khôi
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ Điện Tử
Thể loại	báo cáo bài tập lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	4,41 MB