Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế Robot gắp thả vật GVHD PGS TS Phan Bùi Khôi 112Equation Chapter 2 Section 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ Bộ môn Cơ học ứng dụng TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔ[.]
112Equation Chapter Section 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ Bộ mơn Cơ học ứng dụng TIỂU LUẬN TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT ỨNG DỤNG GẮP THẢ ĐỐI TƯỢNG Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phan Bùi Khơi Nhóm sinh viên 8: - Vũ Tân Hưng Nguyễn Văn Đức Phạm Minh Hoàng 20184476 20184394 20184460 Hà Nội, tháng năm 2022 □& LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn thiết kế robot – ME4281 học phần bắt buộc chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử trường Đại học Bách khoa Hà Nội Với môn học này, sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức thân, bao gồm nhiều môn học: Robotics, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật, Lý thuyết điều khiển tự động,… Từ biết cách vận dụng kiến thức biết để thực đề tài thực tế, tính tốn thiết kế cấu hình robot đáp ứng yêu cầu cụ Thông qua việc học mơn học này, sinh viên cịn học sử dụng phần mềm thiết kế 3D, kiểm nghiệm sức bền, điều khiển như: SolidWorks, Matlab,… Ở tiểu luận này, với đề tài Đề xuất dự án thực tính tốn thiết kế mơ hình robot ứng dụng gắp thả đối tượng Robot gắp thả đối tượng ứng dụng điển hình robot cơng nghiệp, với mục đích nâng cao suất lao động, tiết kiệm nguồn lực… Nhận thấy vai trò quan trọng robot gắp thả đối tượng, chúng em tiến hành tìm hiểu, phân tích lựa chọn kết cấu, từ tiến hành tính tốn, thiết kế 3D, xây dựng hệ thống điều khiển cho robot Tuy làm việc với suất cao, tiểu luận khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, phê bình từ phía thầy bạn để chúng em sửa chữa, khắc phục tiểu luận hoàn thiện Cuối cùng, chúng em xin trân thành cảm ơn bảo tận tình thầy Bộ môn Cơ học ứng dụng, đặc biệt hướng dẫn thầy Phan Bùi Khôi giúp chúng em nhiều việc thực đề tài NỘI DUNG THỰC HIỆN Những nội dung cần trình bày: Đề xuất dự án thực tính tốn thiết kế mơ hình robot gắp thả vật: Phân tích lựa chọn cấu trúc 1.1 Phân tích mục đích ứng dụng robot 1.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác a Đối tượng thao tác, dạng thao tác b Phân tích yêu cầu vị trí c Yêu cầu hướng khâu thao tác d Yêu cầu vận tốc, gia tốc thao tác e Yêu cầu không gian thao tác 1.3 Xác định đặc trưng kỹ thuật a Số bậc tự cần thiết b Vùng làm việc với tới robot c Yêu cầu tải trọng 1.4 Các phương án thiết kế cấu trúc robot, cấu trúc khâu khớp, phân tích lựa chọn phương án thực 1.5 Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng hệ thống thao tác Thiết kế 3D mơ hình robot 2.1 Thiết kế 3D 2.2 Lập vẽ 2D 2.3 Lập hồ sơ kỹ thuật 2.4 Xác định thơng số đặc trưng hình học-khối lượng Thiết kế quỹ đạo chuyển động 3.1 Khảo sát động học thuận, khảo sát động học ngược 3.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động robot theo mục đích ứng dụng Phân tích trạng thái (tĩnh) yêu cầu lực/momen động lớn Tính tốn động lực học 5.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động robot phương pháp học 5.2 Tính động lực học ngược theo quy luật chuyển động khảo sát câu 3.c Thiết kế hệ dẫn động robot 6.1 Thiết kế hệ dẫn động (cho khớp) 6.2 Chọn động phù hợp 6.3 Tính chọn hộp giảm tốc 6.4 Thiết kế 3D kiểm nghiệm bền khâu robot Thiết kế hệ thống điều khiển 7.1 Chọn luật điều khiển phù hợp, thiết kế mơ hình điều khiển 7.2 Mơ Matlab Hiệu chỉnh thiết kế ST T Họ tên PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Nhiệm vụ Vũ Tân Hưng Nguyễn Văn Đức - Phạm Minh Hoàng - Tính tốn động lực học, viết PTVPCĐ cho robot Thiết kế sơ đồ hệ thống điều khiển Mô kết làm việc Phân tích lựa chọn cấu trúc robot Thiết kế mơ hình 3D, lập vẽ 2D cho robot Thiết kế hệ dẫn động, chọn động cơ, kiểm nghiệm bền Thiết kế quỹ đạo chuyển động, giải tốn động học thuận-ngược Phân tích trạng thái tĩnh, tính lực/momen khâu khớp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NỘI DUNG THỰC HIỆN .3 PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ .5 DANH MỤC HÌNH ẢNH .8 DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC 12 1.1 Phân tích mục đích ứng dụng Robot 12 1.2 Phân tích yêu cầu kĩ thuật thao tác 12 1.3 Xác định đặc trưng kĩ thuật 13 1.4 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 16 1.5 Thông số kĩ thuật 19 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT 21 2.1 Mơ hình 3D Robot 21 2.2 Không gian làm việc Robot 21 2.3 Bản vẽ 2D Robot 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG .26 3.1 Khảo sát động học thuận 26 3.1.1 Hệ trục Denavit-Hartenberg Robot 26 3.1.2 Xác định toạ độ khâu tác động cuối .27 3.1.3 Xác định hướng khâu thao tác 28 3.1.4 Vận tốc điểm thao tác cuối, vận tốc góc khâu .29 3.2 Khảo sát động học ngược 30 3.3 Thiết kế quỹ đạo chuyển động 32 3.3.1 Yêu cầu đề 32 3.3.2 Xây dựng quỹ đạo đường thẳng không gian thao tác 34 3.3.3 Kết 36 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TĨNH HỌC .40 4.1 Cơ sở lý thuyết [1] 40 4.2 Phân tích tĩnh học Robot 40 4.3 Thay thông số .44 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DỘNG LỰC HỌC 46 5.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động Robot 46 5.2 Khảo sát toán động lực học ngược 53 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG 56 6.1 Tính tốn trục vít me chọn động cho khâu 56 6.2 Chọn động cho khâu .57 6.3 Tính tốn chọn chuyền động cho khâu 57 6.4 Tính tốn chọn truyền động cho khâu 59 6.5 Kiểm nghiệm bền khâu .60 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 62 7.1 Chọn quy luật điều khiển phù hợp 62 7.2 Thiết kế điều khiển Matlab/Simulink 64 7.2.1 Khối Quỹ đạo đặt 64 7.2.2 Khối Bộ điều khiển .65 7.2.3 Khối Robot Scara 4Dof 65 7.2.4 Khối Kiểm tra .66 7.3 Kết chạy mô Matlab/Simulink 66 7.3.1 So sánh quỹ đạo thực tế quỹ đạo đặt khâu: .66 7.3.2 Đồ thị sai số khâu: 68 7.3.3 So sánh vận tốc đặt vận tốc thực tế 69 7.3.4 Sai lệch vận tốc 70 7.3.5 Nhận xét chung 71 KẾT LUẬN 72 PHỤ LỤC 73 DANH MỤC THAM KHẢO 77 DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1 Ví dụ minh hoạ gói bánh 10 Hình Giác hút chân khơng .10 Hình Ví dụ minh hoạ hộp bánh .11 Hình Minh hoạ trình thao tác .12 Hình Minh hoạ trình thao tác .12 Hình Minh hoạ trình thao tác .13 Hình Minh hoạ trình thao tác .13 Hình Minh hoạ trình thao tác .14 Hình Một minh hoạ cấu trúc toạ đồ Descartes 14 Hình 10 Minh hoạ thực tế robot kiểu cấu trúc Descarter 15 Hình 11 Cấu trúc robot dạng khơng gian toạ độ trụ RRTR 15 Hình 12 Cấu trúc robot dạng khơng gian toạ độ trụ RTRR 15 Hình 13.Minh hoạ cấu trúc RRTR 16 Hình 14 Cấu trúc dạng không gian toạ độ cầu 16 Hình 15 Minh hoạ robot không gian toạ độ cầu 17 Hình 16 Tính tốn xác định chiều dài khâu 18 Y Hình Mơ hình 3D Robot phần mềm Solidwork .19 Hình 2 Không gian làm việc Robot 20 Hình Bố trí Robot khơng gian làm việc thực tế 20 Hình Bố trí làm việc robot khơng gian làm việc thực tế .21 Hình Kích thước khâu đế .21 Hình Kích thước khâu 22 Hình Kích thước khâu 22 Hình Kích thước khâu 3,4 .23 Hình 9: Hệ trục toạ độ khối tâm khâu Hình Hệ trục toạ độ theo phương pháp DH 21 Hình Quỹ đạo thao tác không gian .28 Hình 3 Quỹ đạo không gian thao tác .31 Hình Đồ thị toạ độ hướng khâu cuối theo thời gian 32 Hình Quỹ đạo không gian khớp theo thời gian 33 Hình Tốc độ góc khâu 33 Hình Tốc độc góc khâu .34 Hình Tốc độ dài khâu 34 Hình Tốc độ góc khâu .34 Y Hình Mo men dẫn động khâu .52 Hình Momen dẫn động khâu 52 Hình Lực dẫn động khâu 53 Hình Momen dẫn động khâu .53 Hình Cách bố trí trục vít me đai ốc bi động khâu 3, 55 Hình Động HG-KR053B 56 Hình Minh hoạ hộp giảm tốc Hamonic 57 Hình Động HG-KR13B 57 Hình Minh hoạ hộp giảm tốc Hamonic 58 Hình 6 Động HG-KR053B 58 Hình Kiểm nghiệm ứng suất khâu .59 Hình Kiểm nghiệm chuyển vị khâu .59 Hình Kiểm nghiệm ứng suất khâu .60 Hình 10 Kiểm nghiệm chuyển vị khâu 60 Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển 54 Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển Simulink .55 Hình Sơ đồ khối Quỹ đạo đặt 55 Hình Sơ đồ khối Bộ điều khiển .56 Hình Sơ đồ khối Robot Scara 4Dof .56 Hình Sơ đồ khối Kiểm tra 57 Hình 7 So sánh quỹ đạo đặt thực tế khâu 57 Hình So sánh quỹ đạo đặt thực tế khâu 58 Hình So sánh quỹ đạo đặt thực tế khâu 58 Hình 10 So sánh quỹ đạo đặt thực tế khâu .58 Hình 11 Đồ thị sai lệch e1 59 Hình 12 Đồ thị sai lệch e2 59 Hình 13 Đồ thị sai lệch e3 59 Hình 14 Đồ thị sai lệch e4 60 Hình 15 So sánh vận tốc đặt thực tế khâu 60 Hình 16 So sánh vận tốc đặt thực tế khâu 60 Hình 17 So sánh vận tốc đặt thực tế khâu 61 Hình 18 So sánh vận tốc đặt thực tế khâu 61 Hình 19 Sai lệch vận tốc khâu .61 10