Tính toán thiết kế Robot với đề tài thiết kế Robot gắp vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỀ TÀI: Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: Mã sinh viên: Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Lời mở đầu Có thể nói Robot mang tới cho sống người sống mới, trải nghiệm sống đơi cịn người bạn Những hãng Robot(RB) từ nước tiếng giới từ Dức, Nhật Bản, Nga, Mỹ ngày khẳng định diện RB phần thiếu sống ngày tương lai phía trước Nó xuất tất lĩnh vực từ khoa học vĩ mô vĩ mô ngày đa dạng Trong khn khổ mơn học Tính tốn thiết kế Robot với đề tài thiết kế Robot gắp vật, em tin tưởng với kết có từ việc hiều tính tốn đồ án thuyết minh bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều ý tưởng tương lai tính tốn thiết kế Robot cơng nghiệp Với bố cục gồm phần chính: 1.Tổng quan Robot Phần nhìn sơ qua Robot bao gồm lịch sử phát triển, phân loại ứng dụng giúp hình dung tính quan trọng hữu dụng tới sống 2.Tính tốn thiết kế Robot gắp vật Bao gồm bước thiết kế việc mô để kiểm chứng tính đắn q trình thiết kế cung cấp trình để xác định cách sản phẩm Robot đưa vào ứng dụng sống Em xin gửi lời cảm ơn đên thầy Lương Bá Trường, cảm ơn thầy đóng góp qua giảng hướng dẫn trình trao đổi buổi học Những góp ý, sửa chữa thầy giúp em tự tin thức tiếp cận với công nghiệp có chuẩn bị kiến thức em mang đến thuyết minh cịn sai sót chưa Em mong bổ sung, sửa chữa, em chân thành cảm ơn chúc Thầy sức khỏe! Chương Phân tích lựa chọn cấu trúc 1.1 Số bậc tự cần thiết Đề u cầu tính tốn thiết kế Robot gắp vật đảm bảo thực quỹ đạo mặt phẳng Ta lập luận rằng: Để khâu thao tác di chuyển mặt phẳng đứng u cầu phải có bậc tự di chuyển Tuy nhiên với bậc tự đối tượng phải di chuyển robot đến vị trí thích hợp đảm bảo thực đc gắp vật, yêu cầu tính linh hoạt robot việc tiếp cận( gắp vật từ vị trí đến vị trí khác, vào ra) yêu cầu thêm bậc tự Phải có bậc tự cho mơ hình thiết kế Dưới số cấu dùng để xác định vị trí mặt phẳng làm việc Cơ cấu robot tọa độ Đecac: Là tay máy có chuyển động tịnh tiến theo phương trục hệ tọa độ gốc( cấu hình TTT) Khơng gian làm việc bàn tay có dạng khối chữ nhật Cơ cấu robot tọa độ trụ: Không gian làm việc có dạng hình trụ rỗng Thường khớp thứ chuyển động quay Cơ cấu robot tọa độ cầu: Khơng gian làm việc robot có dạng hình cầu 1.2 Phân tích số cấu trúc thỏa mãn lựa chọn phương án thiết kế Một số dạng cấu trúc thỏa mãn: Phương án 1: Robot 4DOF TTRR Phương án 2: Robot 3DOF RRR Phương án 3: Robot 4DOF RTRR Phương án 4: Robot3DOF RTR Phương án 5: Robot 3DOF TTR Phương án 6: Robot 3DOF RRT Lựa chọn phương án thiết kế: Với kết cấu 4,5,6 bậc tự do, Robot trở lên linh hoạt nhiên việc tính tốn thiết kế chế tạo phức tạp Một phần nhu cầu toán đặt phương án làm phức tạp thêm nhiều tốn Để tiết kiệm mặt kinh tế đảm bảo yêu cầu toán đặt ra, ta lựa chọn phương án thiết kế bậc tự ( phương án số ) có khâu quay xác định định vị vị trí bao quát điểm mặt phẳng, khâu chuyển động tịnh tiến để xác định tọa độ điều chỉnh vào linh hoạt mỏ kẹp tránh va chạm môi trường làm việc Do việc lựa chọn phương án hồn tồn thỏa mãn yêu cầu toán Ưu điểm phương án so với phương án khác thiết kế tối ưu với: +) Diện tích cho khâu thực tiết kiệm +) Xây dựng hệ thống điều khiển khớp dễ dàng thuận tiện gần độc lập +) Kết cấu đơn giản đảm bảo tính linh hoạt Chương Tính tốn 2.1 Thiết lập phương trình quỹ đạo theo u cầu z B(xB,yB,zB) O y A(xA,yA,zA) v x Phương trình dạng tham số đường thẳng AB: Vận tốc điểm thao tác quỹ đạo AB (m/s) Chiếu vận tốc v lên phương ta được: Dịch chuyển điểm E đoạn AB: Với điểm A(350,150,0),B(250,300,150) ta thay vào phương trình ta được: 2.2 Bài tốn động học thuận Robot Với khơng gian làm việc 600x700x400(mm) Chọn: l1=400mm=0,4m l2=250mm=0,25m l3=150mm=0,15m z1 z2 y1 y2 q2 q1 l2 l3 y3 x2 x1 q3 x3 l1 z0 z3 y0 x0 Khâu ai-1 di 0 l1 q1 l2 q2 π l3 q3 Bảng tham số động học Cray Robot Các ma trận Cray địa phương: ; ; ; Các ma trận Cray toàn cục: ; ; Tọa độ điểm E hệ quy chiếu cố định: Tọa độ vị trí điểm thao tác E: ; Cho trước quy luật chuyển động khâu, vẽ đồ thị quỹ đạo, vận tốc, gia tốc điểm thao tác robot Chọn quy luật chuyển động khâu: Tọa độ điểm E theo biến t là:  Vận tốc điểm thao tác cuối: Đạo hàm theo thời gian t toạ độ điểm E hệ quy chiếu cố định ta vận tốc điểm thao tác E  Gia tốc điểm thao tác cuối: 2.3 Bài toán động học ngược Robot Tọa độ điểm thao tác E phục thuộc vào tọa độ suy rộng hệ quy chiếu cố định có dạng: Giả sử điểm thao tác Robot chuyển động đường thẳng AB với vận tốc v0 = [m/s] Trong đường thẳng AB thuộc mặt phẳng Oxy với A(350,150,0),điểm B(250,300,150) Quy luật chuyển động điểm E: 12 Phương trình xác định vị trí: Mối quan hệ điểm thao tác E không gian khớp không gian thao tác: (1) Trong phương trình ta biết, ,đã biết từ phương trình quỹ đạo tìm, Đạo hàm (1) theo thời gian: (2) 13 Ta có biểu thức xác định vecto vận tốc suy rộng: (3) Tiếp tục đạo hàm phương trình (2) theo thời gian ta được: Ta có biểu thức xác định vecto gia tốc suy rộng: (4) Đồ thị 14 15 16 17 18 Chương Thiết kế 3D robot 3.1 Bản vẽ lắp tổng thể chi tiết robot 3.2 Bản vẽ chi tiết robot Khâu đế Khâu Khâu Khâu 19 3.3 Mô lắp ráp chuyển động robot Chương Bài toán động lực học 4.1 Xác định tham số động lực học Bảng tham số động lực học robot Khâu Khối Ma trận momen quán tính I lượn g I xx I yy I zz I xy I yz I zx m1 I 1x I1 y I 1z I xy I yz I zx m2 I 2x I2y I 2z I xy I yz I zx m3 I 3x I3y I 3z I xy I yz I zx xc yc zc Sau thiết kế 3D, sinh viên sử dụng phần mềm soliworks để xác định đầy đủ thơng tin bảng 4.2 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động Robot Chọn tọa độ suy rộng Các ma trận Craig địa phương: 20 ; ; ; Các ma trận Cray toàn cục: ; ; Tọa độ khối tâm khâu hệ quy chiếu gắn liền với khâu có dạng: Từ ta có tọa độ khối tâm khâu so với hệ quy chiếu cố định R0, Các ma trận Jacobi tịnh tiến khâu: 21 Từ ma trận Craig ta có ma trận sin hướng khâu so với hệ quy chiếu cố định: Vận tốc góc khâu tính theo cơng thức sau: Từ vận tốc góc khâu ta tính ma trận Jacobi quay: 22 Thay ma trận Jacobi tịnh tiến Jacobi quay vào biểu thức: Ta nhận ma trận khối lượng suy rộng robot: Trong đó: Ma trận ly tâm Coriolis xác định theo công thức: Sử dụng phần mềm Maple ta tính được: Trong đó: 23 Thế robot có dạng: Từ biểu thức ta có: 24 25 26