Thuyết minh đồ án thiết kế rô bốt công nghiệp đề tài thiết kế robot fanuc irmate 200ib 6 bậc tự do

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP Đề tài: Thiết kế robot Fanuc Irmate 200ib bậc tự GVHD: Th.S Dương Quốc Khánh Sinh viên: Vũ Đỗ Bình Mssv: K205520114216 Lớp: K56-CĐT.03 Thái nguyên 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Vũ Đỗ Bình Mã số sinh viên : K205520114216 Lớp: K56-CĐT03 Ngành: Cơ điện tử Ngày giao đề: 6/4/2023 Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Ngày hoàn thành: 16/6/2023 Tên đề tài: Thiết kế robot Fanuc Irmate 200ib bậc tự Nội dung thuyết minh Tổng quan Động học tay máy Chuyên đề Các vẽ, chương trình đồ thị Đồ họa kết cấu: AutoCad; Đồ thị biến khớp: Matlab; Phương pháp số: Solver Excel; Mô kết cấu: SolidWorks, Inventor… TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Dương Quốc Khánh ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tiến trình thơng qua đồ án: Tuần 10 Nội dung thông qua GVHD NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày tháng năm 20 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, ngày tháng năm 20 GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG 01 : TỔNG QUAN………………….…………………1 1.1Tổng quan robot Fanuc LR mate 200ib…………………… …… …….1 1.1.1 Thông tin Fanuc LR mate 200ib…………………………… ………….…1 1.1.2.Thông số kỹ thuật………………………………………………….… …….1 1.2 Xác định robot chế tạo…………………………………… …………3 1.2.1.Mô tả………………………………………………………………………3 1.2.2 Robot Fanuc LR mate 200iB…………………………………….….……3 CHƯƠNG 02: ĐỘNG HỌC ROBOT………………………………… …….4 2.1 Tổng hợp cấu trúc động học………………………………………… ……4 2.2 Phân tích động học………………………… …………………………… 2.2.1 Động học Robot Fanuc LR mate 200ib…………………………….…….4 2.2.2 Xây dựng phương trình động học cho robot FANUC LR MATE 200I… 2.2.2.1 Tiến hành đặt hệ trục tọa độ, lập bảng D-H……………………… … 2.2.2.2 Viết hệ phương trình động hoc (giải matlab)……………….…….7 2.2.3 Bài toán động học ngược…………………………………………….… 11 2.2.3.1 Thiết lập tốn, thơng số đầu vào………………………………… 13 2.2.3.2 Phương pháp giải toán giải toán động học ngược robot… … 14 2.2.3.3 Giải toán động học ngược excel…………………………….…15 CHƯƠNG 3: QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ROBOT………………… … 19 3.1 Thiết kế quỹ đạo chuyển động không gian khớp……………….… 19 3.2 Cá ch xâ y dự ng đườ ng cong nộ i suy…………………………………………………… …….19 3.2.1 Cơ sở lý thuyết…………………………………………… … ………………………………… ….…19 3.2.2 Lập trình matlap…………………………………………………….……21 3.4 Bả n vẽ mộ t số khâ u chuyển độ ng………………………………………………………………30 Kết luận đồ án……………………………………………………….31 Lời nói đầu Trong nghiệp cơng nghiệp hố, đại hố đất nước vấn đề tự động hố sản xuất có vai trị đặc biệt quan trọng Nhu cầu nâng cao suất chất lượng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rãi phương tiện tự động hoá sản xuất Xu hướng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao hình thành Vì ngày tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tạo hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Robot thực gắp vật tự động nghiên cứu ứng dụng nhiều hệ thống sản xuất tự động nhằm tăng xác vị trí, liên tục theo chu trình hoạt động, đảm bảo trình sản xuất ổn định, nâng cao xuất chất lượng sản phẩm 1.Với đề tài : Thiết kế robot Fanuc LR mate 200ib bậc tự với thông số sau : ” đồ án giải công việc sau :  Tìm hiểu tổng quát trình phát triển ứng dụng robot công nghiệp  Thiết kế động học Robot  Xây dựng quỹ đạo chuyển động Robot  Nghiên cứu lý thuyết điều khiển tự động robot cơng nghệp  Xây dựng mơ hình mơ phần mềm Đây đề tài rộng với vốn kiến thức lớn, thời gian có hạn, kết quả, nhận định mà chúng em tìm hiểu đưa chắn có nhiều thiếu sót Chúng em thành thật mong thầy giáo môn bảo thêm để đề tài hoàn thiện hơn, ý nghĩa Em bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo “Dương Quốc Khánh” thầy cô giáo môn bảo tận tình tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án CHƯƠNG 01 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan robot Fanuc LR mate 200ib 1.1.1 Thông tin Fanuc LR mate 200ib Sê-ri LR Mate dòng robot mini điều khiển điện, hệ FANUC Robotics thiết kế để tải / dỡ máy xác, xử lý vật liệu, loại bỏ vật liệu, lắp ráp thử nghiệm phịng thí nghiệm Kích thước nhỏ, khéo léo tốc độ cao robot làm cho trở thành giải pháp hồn hảo cho nhiều ứng dụng công nghiệp thương mại Hệ thống điều khiển R-30iB Công nghệ tiên tiến FANUC hiệu quả, nhỏ gọn xếp chồng lên nhau, suất cải thiện, với phần cứng tích hợp đại 250 chức phần mềm Được thiết kế để trực quan hơn, tối ưu hóa lượng để giảm mức tiêu thụ lượng, hiệu suất cao thời gian chu kỳ với tốc độ độ xác cao Nó có hệ thống điều khiển PMC lập trình tích hợp hiệu suất cao, truy cập hệ thống I / O robot hoàn chỉnh, cho phép dễ dàng tách điều khiển không đồng thiết bị ngoại vi mà không ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất robot Các vị trí lắp khác cho phép bạn tiết kiệm khơng gian, dễ dàng tích hợp vào ô sản xuất, lắp đặt robot khác Các hệ thống điều khiển R-30iB sử dụng phần mềm bảo mật cấp sáng chế FANUC, điều có nghĩa bạn khơng cần phải lo lắng vi-rút, tin tặc vấn đề ổn định Với iPguard Touch trực quan, thông minh dễ sử dụng 1.1.2.Thông số kỹ thuật Thông tin robot:     Tải trọng tối đa Robot: 5Kg Tầm với tối đa: 700 mm Độ lặp lại: 0,04 mm Bộ điều khiển: R-30iB Tốc độ chuyển động robot:       Trục 1: 140º / seg Trục 2: 150º / seg Trục 3: 160º / seg Trục 4: 400º / seg Trục 5: 330º / seg Trục 6: 480º / seg Ứng dụng Robot:          Tải / dỡ máy Xử lý vật liệu Kiểm tra lấy mẫu Điện tử / phòng Bộ phận làm / giặt hội,, tổ hợp Loại bỏ vật liệu Đóng gói Giáo dục Hình 1: Robot Fanuc LR mate 200ib 1.2 Xác định robot chế tạo 1.2.1.Mô tả : Thiết kế robot Fanuc Irmate 200ib bậc tự với thông số sau 1.2.2 Robot Fanuc LR mate 200iB Hình 1.2: Robot Fanuc LR mate 200iB Giải hệ phương trình ta giá trị ai, bi, ci, di để thay vào phương trình ui (t ) Bảng 3.1 : Hệ số góc k Bảng 3.2 : Hệ số góc chuyển tiếp kc 3.2.2 Lập trình matlap Dùng plot matlab để vẽ đồ thị t1=0; t2=1; t3=2; t4=3; t5=4; t6=5; t7=6; t8=7; t9=8; t10=9; t11=10; A1=[t1.^3 t1.^2 t1 ; t2.^3 t2.^2 t2 ; 3.*t1.^2 2.*t1 0; 3.*t2.^2 2.*t2 0] A2=[t2.^3 t2.^2 t2 ; t3.^3 t3.^2 t3 ; 3.*t2.^2 2.*t2 0; 3.*t3.^2 2.*t3 0] 21 A3=[t3.^3 t3.^2 t3 ; t4.^3 t4.^2 t4 ; 3.*t3.^2 2.*t3 0; 3.*t4.^2 2.*t4 0] A4=[t4.^3 t4.^2 t4 ; t5.^3 t5.^2 t5 ; 3.*t4.^2 2.*t4 0; 3.*t5.^2 2.*t5 0] A5=[t5.^3 t5.^2 t5 ; t6.^3 t6.^2 t6 ; 3.*t5.^2 2.*t5 0; 3.*t6.^2 2.*t6 0] A6=[t6.^3 t6.^2 t6 ; t7.^3 t7.^2 t7 ; 3.*t6.^2 2.*t6 0; 3.*t7.^2 2.*t7 0]; A7=[t7.^3 t7.^2 t7 ; t8.^3 t8.^2 t8 ; 3.*t7.^2 2.*t7 0; 3.*t8.^2 2.*t8 0]; A8=[t8.^3 t8.^2 t8 ; t9.^3 t9.^2 t9 ; 3.*t8.^2 2.*t8 ; 3.*t9.^2 2.*t9 0]; A9=[t9.^3 t9.^2 t9 ; t10.^3 t10.^2 t10 ; 3.*t9.^2 2.*t9 ; 3.*t10.^2 2.*t10 0]; A10=[t10.^3 t10.^2 t10 1; t11.^3 t11.^2 t11 ; 3*t10.^2 2.*t10 ; 3.*t11.^2 2.*t11 0]; %Q1 B1=[2.446903; 2.227772;0; -0.26808]; B2=[2.227772; 1.910746; ; 0.26808; - 0.28258]; B3=[1.910746; 1.662615; - 0.28258; -0.24317]; B4=[1.662615; 1.424401; -0.24317; -0.2126]; B5=[1.424401; 1.237424; -0.2126; -0.20006]; B6=[1.237424; 1.024277; -0.20006; -0.21288]; B7=[1.024277; 0.811666; -0.22246; -0.22246]; B8=[0.811666; 0.579361; -0.2293; -0.2293]; B9=[0.579361; 0.353069; -0.2293; 0]; %Q2 B1=[-1.53064; -1.44743; 0; 0.134011]; B2=[-1.44743; -1.26261; 0.134011; 0.151851]; B3=[-1.26261; -1.14373; 0.151851; 0.101717]; B4=[-1.14373; -1.05918; 0.101717; 0.111926]; B5=[-1.05918; -0.91988; 0.111926; 0.086347]; B6=[ -0.91988; -0.88649; 0.086347; 0.020261]; 22 B7=[-0.88649; -0.87935; 0.020261 ; 0]; B8=[-0.87935; -0.91425; 0; -0.04875]; B9=[ -0.91425; -0.97686; -0.04875; 0]; %Q3 B1=[2.803155; 2.878232; 0; 0.098423]; B2=[2.878232; 3; 0.098423; 0.060884]; B3=[3;3; 0.060884;0] B4=[3;3;0;0]; B5=[3;3;0;0]; B6=[3;3;0;0]; B7=[3;3;0;0]; B8=[3;3;0;0]; B9=[3;3;0;0]; %Q4 B1=[-1.88682; -1.63986; 0; 0.259347]; B2=[-1.63986; -1.36812; 0.259347; 0.177423]; B3=[-1.36812; -1.28502; 0.177423; 0.063165]; B4=[-1.28502; -1.24179; 0.063165; 0.121356]; B5=[-1.24179; -1.04231; 0.121356; 0.118406]; B6=[-1.04231; -1.00498; 0.118406; 0]; B7=[-1.00498; -1.00975; 0; -0.04824]; B8=[-1.00975; -1.10147; -0.04824; -0.10687]; B9=[-1.10147; -1.22349; -0.10687; 0]; %Q5 B1=[2.402796; 2.225284; 0; -0.2621]; 23 B2=[2.225284; 1.878589; -0.2621; -0.32036]; B3=[1.878589; 1.584561; -0.32036; -0.2802]; B4=[1.584561; 1.318193; -0.2802; -0.24458]; B5=[1.318193; 1.095403; -0.24458; -0.19761]; B6=[1.095403; 0.922973; -0.19761; -0.1727]; B7=[0.922973; 0.750007; -0.1727; -0.1901]; B8=[0.750007; 0.542766; -0.1901; -0.20789]; B9=[0.542766; 0.334221; -0.20789; 0]; %Q6 B1=[1.140024; 1.41779; 0; 0.325039]; B2=[1.41779; 1.790103; 0.325039; 0.218525]; B3=[1.790103; 1.85484; 0.218525; 0]; B4=[1.85484; 1.830124; 0; -0.07515]; B5=[1.830124; 1.704539; -0.07515; -0.13441]; B6=[1.704539; 1.561296; -0.13441; -0.13211]; B7=[1.561296; 1.440309; -0.13211; -0.08974]; B8=[1.440309; 1.381814; -0.08974; -0.03431]; B9=[1.381814; 1.371684; -0.03431; 0]; X1=inv(A1)*B1 X2=inv(A2)*B2 X3=inv(A3)*B3 X4=inv(A4)*B4 X5=inv(A5)*B5 X6=inv(A6)*B6 X7=inv(A7)*B7 24 X8=inv(A8)*B8 X9=inv(A9)*B9 T1=0:0.01:1 T2=1:0.01:2 T3=2:0.01:3 T4=3:0.01:4 T5=4:0.01:5 T6=5:0.01:6 T7=6:0.01:7 T8=7:0.01:8 T9=9:0.01:9 T10=10:0.01:10 T11=11:0.01:11 u1=X1(1).*T1.^3 +X1(2).*T1.^2+ X1(3).*T1 +X1(4) u2=X2(1).*T2.^3 +X2(2).*T2.^2+ X2(3).*T2 +X2(4) u3=X3(1).*T3.^3 +X3(2).*T3.^2+ X3(3).*T3 +X3(4) u4=X4(1).*T4.^3 +X4(2).*T4.^2 +X4(3).*T4 +X4(4) u5=X5(1).*T5.^3 +X5(2).*T5.^2 +X5(3).*T5 +X5(4) u6=X6(1).*T6.^3 +X6(2).*T6.^2 +X6(3).*T6 +X6(4) u7=X7(1).*T7.^3+X7(2).*T7.^2 +X7(3).*T7 +X7(4) u8=X8(1).*T8.^3+X8(2).*T8.^2+X8(3).*T8+X8(4) u9=X9(1).*T9.^3+X9(2).*T9.^2+X9(3).*T9+X9(4) plot hold grid plot hold grid plot hold grid plot hold grid plot hold grid plot hold grid plot hold grid ( T1,u1,'linewidth',3) on on ( T2,u2,'linewidth',3) on on ( T3,u3,'linewidth',3) on on ( T4,u4,'linewidth',3) on on ( T5,u5,'linewidth',3) on on ( T6,u6,'linewidth',3) on on ( T7,u7,'linewidth',3) on on 25 plot(T8,u8,'linewidth',3) hold on grid on plot(T9,u9,'linewidth',3) hold on grid on grid on 3.3 Đồ thị thay đổi biến khớp vị trí theo thời gian Hình 3.3: Sự thay đổi biến khớp q1 theo thời gian 26 Hình 3.4: Sự thay đổi biến khớp q2 theo thời gian Hình 3.5: Sự thay đổi biến khớp q3 theo thời gian 27 Hình 3.6: Sự thay đổi biến khớp q4 theo thời gian Hình 3.7: Sự thay đổi biến khớp q5 theo thời gian 28 Hình 3.8: Sự thay đổi biến khớp q6 theo thời gian 29  3.4 Bản vẽ số khâu chuyển động Khâu Khâu 30 KẾ T LUẬ N ĐỒ Á N Khá i t lạ i nộ i dung đồ n  Tiến hành lựa chọn robot Fanuc Irmate 200ib hãng Fanuc đáp ứng yêu cầu công nghệ  Tiến hành mơ hình hố, xây dựng phương trình động học cho robot, giải toán động học thuận động học ngược  Tiến hành mô quỹ đạo chuyển động cho robot  Tiến hành thiết kế kết cấu khớp thứ ba robot chọn Kiến thứ c tích luỹ Đây đồ án mà em thực hiện, thơng qua đó, em rèn luyện tính tự giác, độc lập đặc biệt tính kiên trì chủ động Em học cách sử dụng phần mềm thông dụng Matlab, Autocad, …Đồng thời tìm hiểu thêm thông tin tổng quan Robot công nghiệp thấy tầm quan trọng Robot sống đại Qua hiểu quy trình thiết kế sản phẩm robot biết cách kết hợp kiến thức lý thuyết học lớp với việc tra cứu tài liệu để tìm lời giải cho toán yêu cầu Ưu - nhượ c điểm Đồ án em hoàn thành nội dung lý thuyết, yêu cầu thiết kế đạt yêu cầu kỹ thuật, ứng dụng Robot di chuyển cánh tay, mang theo tay kẹp để kẹp gắp vật từ vị trí đến vị trí Tuy nhiên, hạn chế thời gian thực đồ án kiến thức chun mơn cịn chưa nắm vững lần đầu làm đồ án nên chưa có kinh nghiệm, đồ án em chắn nhiều hạn chế tốc độ xử lý, điều khiển… Em mong nhận lời nhận xét thầy cô để đề tài đồ án em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hướng phát triển đề tài Robot ứng dụng tương đối rộng rãi nghành công nghiệp đại Như nghành công nghiệp lớn Đóng tàu, hầm mỏ, khí … thay người chất lượng làm việc tốt người Chúng ta lập trình cho robot thơng minh hơn, cách chi tiết khí động cơ, dùng tính tốn cụ thể để tăng cường độ xác cho robot có khả làm việc hiệu Cải tiến kỹ thuật xây dựng dây truyền tự động phục vụ cầu phát triển người tương lai 31 Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Dương Quốc Khánh thầy cô tạo điều kiện giúp đỡ em nhiều để em hoàn thành đồ án Robot cơng nghiệp Trong q trình thực khó tránh khỏi có sai sót mong q thầy đóng góp góp ý để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀ I LIỆ U THAM KHẢ O Phạm Thành Long: Robot Công nghiệp, 2010 NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội – 2010 Nguyễn Văn Khang: Động lực học hệ nhiều vật NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2007 Bộ môn Cơ điện tử; Bài giảng Rô bốt Công nghiệp; Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Nguyễn Thiện Phúc; Robot Công nghiệp, 2002 NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội – 2002 Nguyễn Văn Khang: Robot Công nghiệp, 2011 NXB Giáo dục, Hà Nội, 2011 Trần Thế San, TS Nguyễn Tiến Dũng: Cơ sở nghiên cứu & sáng tạo ROBOTNhà xuất thống kê – 2003 32 33 KẾ T LUẬ N ĐỒ Á N Khá i t lạ i nộ i dung đồ n  Tiến hành lựa chọn robot Fanuc Irmate 200ib hãng Fanuc đáp ứng yêu cầu công nghệ  Tiến hành mơ hình hố, xây dựng phương trình động học cho robot, giải toán động học thuận động học ngược  Tiến hành mô quỹ đạo chuyển động cho robot  Tiến hành thiết kế kết cấu khớp thứ ba robot chọn Kiến thứ c tích luỹ Đây đồ án mà em thực hiện, thơng qua đó, em rèn luyện tính tự giác, độc lập đặc biệt tính kiên trì chủ động Em học cách sử dụng phần mềm thông dụng Matlab, Autocad, …Đồng thời tìm hiểu thêm thông tin tổng quan Robot công nghiệp thấy tầm quan trọng Robot sống đại Qua hiểu quy trình thiết kế sản phẩm robot biết cách kết hợp kiến thức lý thuyết học lớp với việc tra cứu tài liệu để tìm lời giải cho toán yêu cầu Ưu - nhượ c điểm Đồ án em hoàn thành nội dung lý thuyết, yêu cầu thiết kế đạt yêu cầu kỹ thuật, ứng dụng Robot di chuyển cánh tay, mang theo tay kẹp để kẹp gắp vật từ vị trí đến vị trí Tuy nhiên, hạn chế thời gian thực đồ án kiến thức chun mơn cịn chưa nắm vững lần đầu làm đồ án nên chưa có kinh nghiệm, đồ án em chắn nhiều hạn chế tốc độ xử lý, điều khiển… Em mong nhận lời nhận xét thầy cô để đề tài đồ án em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hướng phát triển đề tài Robot ứng dụng tương đối rộng rãi nghành công nghiệp đại Như nghành công nghiệp lớn Đóng tàu, hầm mỏ, khí … thay người chất lượng làm việc tốt người Chúng ta lập trình cho robot thơng minh hơn, cách chi tiết khí động cơ, dùng tính tốn cụ thể để tăng cường độ xác cho robot có khả làm việc hiệu Cải tiến kỹ thuật xây dựng dây truyền tự động phục vụ cầu phát triển người tương lai 34 Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Dương Quốc Khánh thầy cô tạo điều kiện giúp đỡ em nhiều để em hoàn thành đồ án Robot cơng nghiệp Trong q trình thực khó tránh khỏi có sai sót mong q thầy đóng góp góp ý để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀ I LIỆ U THAM KHẢ O Phạm Thành Long: Robot Công nghiệp, 2010 NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội – 2010 Nguyễn Văn Khang: Động lực học hệ nhiều vật NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2007 Bộ môn Cơ điện tử; Bài giảng Rô bốt Công nghiệp; Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Nguyễn Thiện Phúc; Robot Công nghiệp, 2002 NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội – 2002 Nguyễn Văn Khang: Robot Công nghiệp, 2011 NXB Giáo dục, Hà Nội, 2011 Trần Thế San, TS Nguyễn Tiến Dũng: Cơ sở nghiên cứu & sáng tạo ROBOTNhà xuất thống kê – 2003 35