Microsoft PowerPoint Robotics 2 Cau truc va bac tu do cua robot 16x9 Compatibility Mode Nguyen Quang Hoang Department of Applied Mechanics SME Chương 2 BẬC TỰ DO VÀ CẤU TRÚC CỦA TAY MÁY ROBOT Degree o[.]
-2- Chương BẬC TỰ DO VÀ CẤU TRÚC CỦA TAY MÁY ROBOT 2.1 Bậc tự tay máy robot 2.1.1 Khâu (Link) 2.1.2 Khớp (Joint) bậc tự khớp 2.1.3 Bậc tự robot 2.1.4 Không gian làm việc 2.2 Hệ thống tay máy robot 2.2.1 Cánh tay (arm) 2.2.2 Cổ tay (wrist) 2.2.3 Khâu cuối – Bàn kẹp (end-effector) 2.2.4 Hệ dẫn động (actuators) 2.2.5 Cảm biến (sensors) 2.2.6 Bộ điều khiển (controller) 2.3 Phân loại tay máy robot 2.3.1 Phân loại theo cách vận hành mức thông minh 2.3.2 Phân loại theo hình học 2.3.3 Phân loại theo dẫn động 2.3.4 Phân loại theo phương pháp điều khiển 2.3.5 Phân loại theo ứng dụng Chương BẬC TỰ DO VÀ CẤU TRÚC CỦA TAY MÁY ROBOT Degree of freedom and robot structures Nguyễn Quang Hoàng Email: hoang.nguyenquang@hust.edu.vn Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME -3- Bậc tự tay máy robot Khâu (link): Những vật rắn riêng lẻ tạo nên robot gọi khâu Khâu robot phận cứng có chuyển động tương đối so với tất khâu khác B A O D C E Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Khớp (joint): Khớp chỗ tiếp nối hai khâu cho phép hai khâu chuyển động tương Tại khớp chuyển động tương đối hai khâu thể tọa độ khớp hay biến khớp Hai loại khớp tiêu biểu đơn giản khớp quay (R – revolute hay rotary) khớp tịnh tiến hay khớp trượt (P – Prismatic T – Translational) Bậc tự khớp f 2 f 1 Khớp trụ (C) Khớp quay (R) -4- Bậc tự tay máy robot f 2 Trục khớp Đế/giá f 1 Khâu Khớp quay (R) Khâu Khâu Khâu cuối Khâu Đế/giá Trục khớp Khớp trượt (P/T) Khớp tịnh tiến (P/T) Bậc tự khớp số khả chuyển động độc lập tương đối hai khâu nối với khớp f r Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Khớp Cardan (U) f 3 f 1 Khớp xoắn vít (H) Khớp cầu (S) Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME -5- Bậc tự tay máy robot Bậc tự vật rắn tự Số bậc tự tay máy robot với khâu rắn: Số bậc tự = (tổng số bậc tự vật) – (tổng số ràng buộc) y -6- Bậc tự tay máy robot Cơ cấu bốn khâu lề cấu tay quay – trượt Công thức Grübler x O J f m(N 1) ci Vật tự mặt phẳng có DOF i 1 J m(N 1) (m fi ) z i 1 J m(N J ) fi i 1 O đó: m = cấu phẳng; m = cấu không gian; N – số khâu (kể giá); J – tổng số khớp; fi – bậc tự khớp thứ i Lưu ý đến bậc tự thừa (-), ràng buộc trùng (+) y x Vật tự khơng gian có DOF J m = cấu phẳng; N = số khâu (kể giá); J = – tổng số khớp; f1 = f2 = f3 = f4 = bậc tự khớp thứ i Tay máy phẳng chuỗi hở k khâu động k khớp quay (robot kR) -7- Khớp cầu Số khâu N = k + 1, Số khớp J = k, Do tất khớp quay, fi = cho tất khớp J Ràng buộc trùng Khớp cầu Cơ cấu năm khâu hình bình hành (có ràng buộc trùng) Số khâu N = 5, Số khớp J = 5, bậc tự khớp fi = (tất khớp) Khâu có hai khớp cầu => Bậc tự thừa f = 3(5 - - 6) + = J f m(N J ) fi f m(N J ) fi f 3[(k 1) k ] k k f 3(5 5) i 1 -8- Bậc tự tay máy robot Bậc tự thừa Đối với cấu không gian, hai đầu khâu hai khớp cầu chuyển động quay quanh trục qua hai tâm khớp cầu không ảnh hưởng đến chuyển động cấu Tay máy phẳng song song i 1 3(4 4) Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Bậc tự tay máy robot f m(N J ) fi i 1 Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME J f = m(N - - J ) + å fi - fth i =1 Nhưng thực tế cấu chuyển động (do cấu trúc hình bình hành) Bỏ (hoặc 2, 3), chuyển động cấu không thay đổi u cầu gia cơng xác lắp ráp Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME -9- Bậc tự tay máy robot -10- Chẳng hạn bệ Stewart hình: S Tổng số khâu N = + = (7 khâu động) Số khớp cầu: bậc tự khớp cầu fi = Số khớp tịnh tiến: Tổng số khớp J = 10, Bàn động S bậc tự khớp trượt fi = S P P fi 24 Theo công thức Grübler S ba chân SPS HỆ THỐNG TAY MÁY ROBOT P S Bàn cố định J f m(N J ) fi S S i 1 Bệ Stewart DOF 6(8 10) 24 Số bậc tự thừa fth f 63 Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME -11- Hệ thống tay máy robot Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Hệ thống tay máy robot -12- Energy supply Objects Camer a Mechanism Máy tính Sensors Transmission Bộ điều khiển Tay máy (khâu, khớp, dẫn động, truyền động, cảm biến) Bảng điều khiển cầm tay Actuators Control Environment Cảm biến lực Computer Interface Program Manual Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME -13- Hệ thống tay máy robot -14- Phân loại hệ thống tay máy robot Phân loại theo cách vận hành mức thông minh Lớp 1: Thiết bị vận hành tay: thiết bị có nhiều bậc tự vận hành người vận hành Lớp 2: Robot vận hành theo trình tự cố định: thiết bị thực giai đoạn liên tiếp cơng việc theo chương trình định sẵn cố định Lớp 3: Robot vận hành theo trình tự thay đổi được: thiết bị thực giai đoạn liên tiếp công việc theo phương pháp định trước lập trình Lớp 4: Robot phát lại: người vận hành thực tác vụ theo cách thủ công cách dẫn dắt robot, robot ghi lại chuyển động để phát lại sau Robot lặp lại chuyển động tương tự theo thông tin ghi Lớp 5: Robot điều khiển số: người vận hành cung cấp cho robot chương trình chuyển động thay dạy nhiệm vụ tay Lớp 6: Robot thơng minh: robot có khả hiểu mơi trường khả hồn thành xuất sắc nhiệm vụ bất chấp thay đổi điều kiện xung quanh mà thực Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME -15- Phân loại hệ thống tay máy robot Phân loại theo hình học Tay máy khớp nối tay người z0 q2 z1 q3 cánh tay thân Khuỷu tay Tay máy SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly) (nguồn: Internet) z1 z2 q1 q3 Đế Tay máy trụ sơ đồ động học Tay máy cầu q2 q2 z0 Đế z0 -16- Phân loại hệ thống tay máy robot Phân loại theo hình học z2 vai q1 Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME z0 z1 z2 z1 z2 q3 q2 q1 q3 q1 Đế Đế Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME Phân loại hệ thống tay máy robot -17- Phân loại hệ thống tay máy robot Phân loại theo dẫn động Tay máy Descartes, sơ đồ động học khơng gian làm việc (nguồn: Internet) • Robot sử dụng truyền động điện • Bộ truyền động thủy lực • Robot dẫn động khí nén Robot song song Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME -18- Phân loại theo ứng dụng Robot chọn, nhặt xếp đặt sản phẩm; Robot cấp phôi cho máy gia công; cấp vật liệu cho máy ép; Robot gia công lắp ráp; Robot sơn, robot hàn (hàn điểm, hàn đường); robot cắt phôi; Robot phân loại, vận chuyển đóng gói sản phẩm; Robot mài, đánh bóng sản phẩm; Robot kiểm tra sản phẩm, phận; Robot cho công nghiệp ô tô; Robot hàng không vũ trụ; Robot khám phá không gian nước; Robot xử lý chất thải nguy hại; Robot dịch vụ; Robot quân sự; Robot phẫu thuật ngành y tế, v.v Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME