Tính toán động học, mô phỏng chuyển động của robot mmr ( mini mobile robot ) và thiết kế, chế tạo mẫu robot mmr

Tính tốn chuyển động chương trình thiết kế robot MMR Đồ án tốt nghiệp Tính tốn động học, mơ chuyển động robot MMR ( Mini Mobile Robot ) thiết kế, chế tạo mẫu robot MMR Đồ án chia thành phần : ♦ Phần I: Tính tốn động học mơ chuyển động robot MMR -Chương 1: Cơ sở lý thuyết khảo sát tốn động học robot -Chương 2: Áp dụng tính động học cho robot MMR -Chương 3: Phần mềm tính tốn mô ♦ Phần I : Thiết kế chế tạo mẫu robot MMR -Chương 1: Lựa chọn cấu trúc robot MMR -Chương : Thiết kế khí robot MMR Em xin chân thành cảm ơn T.S Phan Bùi Khơi tồn thể thầy mơn học ứng dụng tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Mặc dù cố gắng kiến thức thời gian có hạn nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo thầy, cô môn bạn sinh viên, người quan tâm đến robot -1Đồ án tốt nghiệp Tính tốn chuyển động chương trình thiết kế robot MMR PHẦN I TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ MƠ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG ROBOT MMR -2Đồ án tốt ngghiệp Tínhh tốn chhuyển động chương trình thiết kế robott MMR CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUUYẾT KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT 1.11.Cấu trúúc động học robot 1.11.1 Khái quát robbot Cùng với phátt triển khônng ngừng ngghành khoaa học kỹ thuuật đặc biệt lĩnh vực khí, điện tử điều khiển vàà tin học làm cho robbot ngày àng có chức gần giống người nhiều hơn, robot có phận cấu chấp hành, hệ dẫn động vvà hệ thốngg điều khiển Cơ cấu chấp hành cũnng cánnh tay chânn người, hệ dẫn cà độnng làà bắp trái tim coon người tương ứng với động đặt robot vận hànnh, hệ thống điều khiển nãão điểu khiiển hoạt động robot Mắt, mũi, taai Các senser cảm ứnng) Não ( hệ tthống điều khiển) Trái tim( Độngg cơ) (C Tay (Bàn kẹp, mangg dụng cụ ggia công)) Bắp tthịt, huyết quản (Các truyền chuyển độngg) Da (Vỏ bọc robot) Khớp (Các khớp động robot) Xương ( Khung robot) Hình 1.1 Người obot ro Tính tốn chuyển động chương trình thiết kế robot MMR Đồ án tốt nghiệp Cuộc sống ngày văn minh đại, mức sống người dân ngày nâng cao, đòi hỏi phải nâng cao suất chất lượng sản phẩm Vì phải ứng dụng rộng rãi phương tiện tự động hoá vào sản xuất nên tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Robot có đặc điểm trội là: ♦ Có thể thực cơng việc cách bền bỉ, mệt mỏi nên chất lượng sản phẩm giữ ổn định Giá thành sản phẩm hạ giảm chi phí cho người lao động Ở nước ta năm gần nhiều doanh nghiệp, khoản chi phí lương bổng chiếm tỷ lệ cao giá thành sản phẩm, cần phải ứng dụng công nghệ robot vào dây chuyền sản xuất ♦ Nhất nhiều nơi cần ứng dụng công nghệ robot để cải thiện điều kiện lao động thực tế sản xuất người lao động phải làm việc suốt buổi môi trường bụi bặm, ẩm ướt, ồn ào…quá mức cho phép nhiều lần Thậm chí phải làm việc mơi trường độc hại, nguy hiểm đến sức khoẻ người ♦ Mặt khác, áp dụng công nghệ robot vào sản xuất ta cần lưu ý phân tích kỹ toàn hệ thống sản xuất cho phù hợp với ngun cơng phù hợp với tình hình sản xuất nhà máy Cần xét đến đầy đủ chi phí phụ hiệu mang lại cho toàn hệ thống Khi xác định đưa robot vào hệ thống sản xuất cần phải xét xem khả liệu robot có thay hay khơng có hiệu khơng Vì thực tế sản xuất cho thấy xu hướng thay hoàn tồn robot nhiều khơng hiệu việc giữ lại số cơng đoạn mà cần phải có khéo léo người ♦ Kỹ thuật robot có ưu điểm quan trọng tạo nên khả linh hoạt hóa sản xuất Mà kĩ thuật robot máy vi tính đóng -4Tính tốn chuyển động chương trình thiết kế robot MMR Đồ án tốt nghiệp vai trò quan trọng việc tạo dây chuyền tự động linh hoạt.Vì năm gần nhà khoa học mà nhà sản xuất tập trung ý vào việc hình thành áp dụng hệ sản xuất linh hoạt So với lúc đời, ngày cơng nghệ robot có bước phát triển vượt bậc Đặc biệt vào năm 60 kỉ trước, với góp mặt máy tính Ở giai đoạn đầu người ta quan tâm đến việc tạo cấu tay máy nhiều bậc tự do, trang bị cảm biến để thực công việc phức tạp Ngày có cải tiến quan trọng kết cấu phận chấp hành, tăng độ tin cậy phận điều khiển, tăng mức thuận tiện dễ dàng lập trình Tăng cường khả nhận biết xử lý tín hiệu từ mơi trường làm việc để mở rộng phạm vi ứng dụng cho robot Trong tương lai số lượng lao động thay ngày nhiều mặt giá thành robot ngày giảm mặt hàng vi điện tử liên tục giảm giá đồng thời chất lượng liên tục tăng Mặt khác chi phí lương khoản phụ cấp cho người lao động ngày tăng Robot ngày vạn để làm nhiều việc dây chuyền Công đoạn lắp ráp thường chiếm tỷ lệ cao so với tổng thời gian sản xuất tồn dây chuyền Cơng việc lại địi hỏi phải cẩn thận, nhẹ nhàng tinh tế xác Nên cơng nhân cần phải thợ có tay nghề cao làm việc đơn điệu, căng thẳng Robot có mặt nhiều cơng đoạn lắp ráp phức tạp thừa hưởng kĩ thuật cảm biến, kĩ thuật tin học với ngơn ngữ lập trình bậc cao Robot tự hành phát triển mạnh tương lai, chân để thích hợp với địa hình ví dụ tự leo bậc thang… Việc tạo cấu chấp hành khí vừa bền vững, nhẹ nhàng xác linh hoạt chân tay người đối tượng nghiên cứu chủ yếu -5Tínhh tốn chhuyển động chương trình thiết kế robott MMR Đồ án tốt ngghiệp Kỹ thuật robot bước áp dụng kết nghiên cứu rí khơơn nhân tạo đưa vào ứng dụng ông nghiệp Cải tiến bổ xunng cácc modul cảm biến modull phần mềm phù hợp cải tiến thơơng minh hoá nhiều loại robot Điều quan trọng cấu chấp hành robot phải hoạt độnng xáác tr 1.11.2 Cấu trúúc động học robot Ta có tthể khái quuát định ngghĩa robot ttheo cách nnhìn học chuỗi động, khhâu gghép với nhhau cácc khớp nốii, hoạt động linhh hoạt nhờ hệ dẫn động điều khiển hệ thống điều khiển Dưới số hình roobot liên tục ứnng dụng nhhiều cácc lĩnh vực: ♦ Trong gia cơng khí: thường sử dụng cáác máy hàn tự động, máy hoan, dây truyền lắp ráp, v…v… ♦ Trong dây truyền sản xuất: Tham gia vào số dây truyyền sản xuất gia cơng, phhun sơn, đóóng gói baoo bì, v…v… ♦ Trong vận tải thường dùng để bốc xếp hàng hóaa kh Hình 1.22 Robot Hiipo Hìnnh 1.3 Roboot Puma Tínhh tốn chhuyển động chương trình thiết kế robott MMR Đồ án tốt ngghiệp Hình 1.4 robot Kuka Hìình 1.5 Lasser Roboticc Trong đồ án em xin chọn mơ hình robot MM khảo sát chuuỗi động hở, robot gồm khâuu khớp quay có thhể thao tácc khơơng gian cố định (xe khơng di chuyển )(hhình 1.6) Khâu cuối robot mang dụng cụ cắt, mỏ hàn,,bàn kẹp, v…v… MR Tínhh tốn chhuyển động chương trình thiết kế robott MMR Đồ án tốt ngghiệp Hình 1.6 1.2 Bậc tự obot Cơ cấu tay roobot phải cấu tạo cho khâu cuối phải có vị trí theo hướng nnhất định nnào dễ dàng di chuyển dễ dàng tronng vùnng làm việc Muốn cấu tay robbot phải đạt số bậc tự chuyển động ro Để tính số bậc tự robot thìì ta có nhiều cách tínhh đâyy ta đưa cácch tính dựa vào định lý Grueble Theo Gruebler hì bậc tự f tínnh theeo cơng thức: g f.(n− 1)− i i1 (1.1) th Trong : ♦ f : Là số bậc tự cấu (− f )− f ∑ Tính tốn chuyển động chương trình thiết kế robot MMR Đồ án tốt nghiệp ♦ : Bậc tự vật rắn không chụi liên kết không gian làm việc robot ( = ứng với không gian làm việc mặt phẳng, = ứng với không gian làm việc không gian) ♦ n : Số khâu ( kể giá cố định) ♦ fi : Số bậc tự khớp thứ i ♦ g : Tổng số khớp cấu ♦ f : Số bậc tự thừa Một số ví dụ: - Số bậc tự mơ hình robot đồ án ♦ = (Vì khơng gian làm việc khơng gian ) ♦ n = (Số khâu robot kể xe) ♦ fi = 1( Vì tất khớp quay robot có bậc tự do) ♦ g = (Tổng số khớp cấu) ♦ f =0 (Khơng có bậc tự thừa) Bậc tự robot : g f.(n− 1)− i i1 f 6.(5− 1)− - Laser Robotic ( Hình 1.5)  , n , g , fi 1, f =0 (− f )− f Bậc tự robot : f.(n− 1)− (6− 1)− 0 ∑ ∑ g i i1 f 6.(7− 1)−4 -9- ∑ (− f )− f Tính tốn chuyển (6−kế 1)− 0MMR động chương trình thiết robot Đồ án tốt nghiệp ∑ 1.3 Phương pháp khảo sát toán động học Sử dụng phương pháp ma trận chuyền Denavit- Hartenberg 1.3.1 Tọa độ ma trận biến đổi tọa độ a) Vector điểm tọa độ Vector điểm dùng để mơ tả vị trí điểm khơng gian chiều Xét điểm M không gian chiều z biểu diễn vector r hệ tọa độ Oxyz: r = (rx ,r, rz )T M (1.2) T chiều, bổ sung thêm thành phần thứ tư thể x vector mở rộng: r y Hình 1.7 Biểu diễn điểm không gian r = (rx ,ry ,rz , m) T (1.3) Đóy cách biều diễn vector điểm khơng gian tọa độ Như vậyr =có(rrất nhiều cách biểu diễn tọa độ không gian tọa độ Vector x y,r, zr ) không gian ba nhất, phụ thuộc vào giá trị hệ số tỉ lệ Nếu lấy = tọa độ biều diễn tọa độ có thực, vector mở rộng viết lại sau: (1.4) r = (rx ,ry , rz , 1)T Nếu lấy≠ tọa độ biều diễn gấp lần tọa độ thực b) Quay hệ tọa độ dùng ma trận 3x3 - 10 Tính tốn chuyển động chương trình thiết kế robot MMR Đồ án tốt nghiệp Trước hết ta thiết lập quan hệ hệ tọa Z độ xyz uvw chuyển động quay tương gốc O hệ trùng Gọi (ix , jy , kz ) (iu , jv , kw) vector w M đơn vịcác chỉtrục phương Ouvw Oxyz x