Thuyết minh đồ án thiết kế rô bốt công nghiệp đề tài thiết kế robot fanuc irmate 200ib 6 bậc tự do 2

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: TS 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: Mã số sinh viên Lớp: Ngành: Cơ điện tử Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Ngày giao đề:………………… Ngày hoàn thành ………………………… Tên đề tài: 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…………………………………… 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 cô 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 phòng thí nghiệm Kích thước nhỏ, khéo léo tốc độ cao robot làm cho trở thành giải pháp hồn hảo cho nhiều ứng dụng cơng 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 không gian, dễ dàng tích hợp vào 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 2: Robot Fanuc LR mate 200iB CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC ROBOT + vào công cụ Data chọn solver để bắt đầu thực tìm ngiệm Bảng giới hạn giá trị biến khớp slover + Nhập giá trị tọa độ tay kẹp vị trí P1 dùng cơng cụ Slover excel ta giải biến khớp: Bảng 2.13: Thông số đầu vào Bảng 2.14: Thông số biến khớp Giá trị Q Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Lần 0.512 39 1.921 68 0.200 29 0.829 634 0.726 922 Lần Lần 2.380 537 0.510 73 0.845 17 2.356 879 1.791 Lần Lần Lần Lần Lần 0.318 774 1.775 96 0.682 62 Lần 0.618 74 1.887 89 0.531 37 1.425 14 1.939 27 2.156 35 0.524 209 0.398 941 0.398 941 0.672 452 1.067 527 0.718 157 0.947 0.240 967 0.065 56 1.3E10 0.175 1.328 692 -3 0.678 662 0.281 72 0.407 71 7.79E10 0.125 986 0.014 852 -2.5E11 1.343 0.369 228 -9.6E12 1.436 Q6 2.462 03 09 2.907 46 0.427 383 0.723 08 1.800 38 0.524 21 41 0.398 94 54 0.398 94 75 0.672 45 2.2.4 Kết luận: Sau hồn thành tốn động học cho robot bậc tự do, ta biết nội dung nghiên cứu động học robot việc tìm quan hệ chuyển động khâu gồm tooán là: Bài toán động học thuận toán động học ngược Nhờ phần mềm hỗ trợ thông dụng hữu ích : Matlab phương pháp GRG thực giải toán Excel mà ta giải tốn u cầu vị trí cảu điểm tác động cuối hướng cảu khâu cuối, vận tốc gia tốc khâu khơng gian, vị trí tay kẹp, phạm vi hoạt động robot Fanuc CHƯƠNG 3: QUỸ ĐẠ O CHUYỂ N ĐỘ NG ROBOT 3.1 Thiết kế quỹ đạ o chuyển độ ng khô ng gian khớ p Hình 3.1 : Khơng gian quỹ đạo làm việc 3.2 Cách xây dựng đường cong nội suy 3.2.1 Cơ sở lý thuyết Quỹ đạo không gian khớp có dạng hàm bậc 3: u ( t )=ai t + bi t +c i t +d i(*) Phương trình tiếp tuyến với quỹ đạo U(t) hay phương trình vận tốc thời điểm t : ' u ( t )=3.a i t + bi t + c i Hình 3.2: Sơ đồ tính tốn hệ số góc tiếp tuyến chung Pi - Xét ui (t ) : Điều kiện vận tốc công nghệ điểm đầu cuối quỹ đạo u=0 ˙ - Điều kiện qua điểm phương trình: { ui (t i−1 )=q i−1 u i (t i )=q i - Điều kiện chuyển tiếp trơn điểm chuyển tiếp: k i= i i−1 - Chúng ta xét dấu k i với k i+1 : + Nếu sig ( k i ) ≠ sig ( k i+1 ) → v i=0 + Nếu sig ( k i )=sig ( k i+1 ) → v i=Kc= i+ q −q q −q ;k i +1= t i−t i−1 t i+ 1−t i k i +k i +1 i Ta có hệ phương trình: Trong : { ui (t i −1 )=a i t i−13 + bi t i−12+ ci t i−1+ di =qi−1 ui ( t i ) =ai t i3 + bi t i2+ c i t i +d i=q i u˙ i ( t i−1 ) =3 t i−1 + bi t i−1 + ci=v i−1 u˙ i ( t i )=3 t i +2 bi t i +c i ¿ v i - Hai phương trình điều kiện qua : - Hai phương trình điều kiện vận tốc : * Thông thường cho trước vận tốc điểm làm việc ban đầu : 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 hệ số góc chuyển tiếp kc biến khớp Q1 Điểm Q1 t k kc O1 1.448359 -0.09271 -0.0908 O2 1.355653 -0.0889 -0.08361 O3 1.266755 -0.07832 O4 1.188437 0.037794 0.039303 O5 1.226231 0.040811 0.042005 O6 1.267043 0.043199 0.044101 Bảng 3.2 : Hệ số góc k hệ số góc chuyển tiếp kc biến khớp Q2 Điểm Q2 t k kc O1 -1.33229 0.003759 0.008444 O2 -1.32853 0.013129 0.020457 O3 -1.3154 0.027784 0.050119 O4 -1.28762 0.072455 0.071616 O5 -1.21516 0.070777 0.079593 O6 -1.14439 0.088409 Bảng 3.3 : Hệ số góc k hệ số góc chuyển tiếp kc biến khớp Q3 Điểm Q3 t k kc O1 -2.47347 -0.00196 -0.01309 O2 -2.47543 -0.02422 -0.03402 O3 -2.49965 -0.04382 O4 -2.54346 0.031527 0.025484 O5 -2.51194 0.019441 0.013507 O6 -2.4925 0.007573 0.011875 Bảng 3.4: Hệ số góc k hệ số góc chuyển tiếp kc biến khớp Q4 Điểm Q4 t k kc O1 -1.48734 0.06934 0.073146 O2 -1.418 0.076952 0.07057 O3 -1.34104 0.064188 O4 -1.27686 -0.01474 -0.00932 O5 -1.29159 -0.00391 -0.01544 O6 -1.2955 -0.02697 -0.03943 Bảng 3.5 : Hệ số góc k hệ số góc chuyển tiếp kc biến khớp Q5 Điểm Q5 t k kc O1 -1.47862 0.06254 0.054741 O2 -1.41608 0.046943 0.046846 O3 -1.36914 0.04675 O4 -1.32239 -0.04273 -0.05884 O5 -1.36511 -0.07496 -0.06179 O6 -1.44007 -0.04861 Bảng 3.6 : Hệ số góc k hệ số góc chuyển tiếp kc biến khớp Q6 Điểm Q6 t k kc O1 -0.66163 0.007726 0.004346 O2 -0.6539 0.000965 O3 -0.65294 -0.00174 O4 -0.65468 0.094497 0.08979 O5 -0.56018 0.085083 0.086858 O6 -0.4751 0.088634 3.2.2 Lậ p trình matlap t1=0; t2=1; t3=2; t4=3; t5=4; t6=5; t7=6; t8=7; t9=8; t10=9; A1=[t1.^3 t1.^2 t1 ; t2.^3 t2.^2 t2 A2=[t2.^3 t2.^2 t2 ; t3.^3 t3.^2 t3 A3=[t3.^3 t3.^2 t3 ; t4.^3 t4.^2 t4 A4=[t4.^3 t4.^2 t4 ; t5.^3 t5.^2 t5 A5=[t5.^3 t5.^2 t5 ; t6.^3 t6.^2 t6 ; 3.*t1.^2 ; 3.*t2.^2 ; 3.*t3.^2 ; 3.*t4.^2 ; 3.*t5.^2 2.*t1 2.*t2 2.*t3 2.*t4 2.*t5 0; 0; 0; 0; 0; 3.*t2.^2 3.*t3.^2 3.*t4.^2 3.*t5.^2 3.*t6.^2 2.*t2 2.*t3 2.*t4 2.*t5 2.*t6 1 1 0] 0] 0] 0] 0] %Q1 B1=[1.4483592065543;1.35565257757674;0;-0.0908022451825972]; B2=[1.35565257757674;1.2667547161891;-0.0908022451825972;0.0836076707960446]; B3=[1.2667547161891;1.18843723598465;-0.0836076707960446;0]; B4=[1.18843723598465;1.22623148747308;0;0.039302840259447]; B5=[1.22623148747308;1.26704291650354;0.039302840259447;0.04200528624883 69]; %Q2 B1=[-1.33229110418877;-1.32853198824543;0;0.00844403547391359]; B2=[-1.32853198824543;1.31540303324094;0.00844403547391359;0.0204566190387521]; B3=[-1.31540303324094;1.28761875016793;0.0204566190387521;0.0501194923994822]; B4=[-1.28761875016793;1.21516404844198;0.0501194923994822;0.0716158578810681]; B5=[-1.21516404844198;1.14438703440579;0.0716158578810681;0.0795931814246957]; %Q3 B1=[-2.47346756936807;-2.47542525116679;0;-0.0130896454033576]; B2=[-2.47542525116679;-2.49964686017478;-0.0130896454033576;0.0340197637868049]; B3=[-2.49964686017478;-2.5434647787404;-0.0340197637868049;0]; B4=[-2.5434647787404;-2.51193756269414;0;0.0254841170438278]; B5=[-2.51193756269414;2.49249654465274;0.0254841170438278;0.0135072256136941]; %Q4 B1=[-1.48733525574058;-1.41799538708708;0;0.0731458101983828]; B2=[-1.41799538708708;1.34104363534381;0.0731458101983828;0.0705699310674454]; B3=[-1.34104363534381;-1.27685552495219;0.0705699310674454;0]; B4=[-1.27685552495219;-1.29159161810131;0;-0.00932443985096643]; B5=[-1.29159161810131;-1.29550440465412;-0.00932443985096643;0.0154419899339098]; %Q5 B1=[-1.47861788363152;-1.41607804711427;0;0.0547414299372416]; B2=[-1.41607804711427;1.36913502375704;0.0547414299372416;0.0468464604478255]; B3=[-1.36913502375704;-1.32238512621862;0.0468464604478255;0]; B4=[-1.32238512621862;-1.36511101681571;0;-0.0588431498022179]; B5=[-1.36511101681571;-1.44007142582305;-0.0588431498022179;0.0617866444409614]; %Q6 B1=[-0.66163011802258;-0.653904156888221;0;0.0043455428351552]; B2=[-0.653904156888221;-0.65293903235227;0.0043455428351552;0]; B3=[-0.65293903235227;-0.654680790958265;0;0]; B4=[-0.654680790958265;-0.560183966708072;0;0.0897898270258857]; B5=[-0.560183966708072;0.475101136906493;0.0897898270258857;0.0868582925814302]; X1=inv(A1)*B1 X2=inv(A2)*B2 X3=inv(A3)*B3 X4=inv(A4)*B4 X5=inv(A5)*B5 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 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) plot ( T1,u1,'linewidth',3) hold on grid on plot ( T2,u2,'linewidth',3) hold on grid on plot ( T3,u3,'linewidth',3) hold on grid on plot ( T4,u4,'linewidth',3) hold on grid on plot ( T5,u5,'linewidth',3) hold on grid on plot ( T6,u6,'linewidth',3) hold on grid on plot ( T7,u7,'linewidth',3) hold on grid on plot(T8,u8,'linewidth',3) hold on grid on 3.2 Đồ thị thay đổi biến khớp vị trí theo thời gian Hình 3.3: Sự thay đổi biến khớp q1 theo thời gian Hình 3.4: Sự thay đổi biến khớp q2 theo thời gian Hình 3.5: Sự thay đổi biến khớp q3 theo thời gian Hình 3.6: Sự thay đổi biến khớp q4 theo thời gian Hình 3.7: Sự thay đổi biến khớp q5 theo thời gian Hình 3.8: Sự thay đổi biến khớp q6 theo thời gian KẾ T LUẬ N ĐỒ Á N Khá i t lạ i nộ i dung đồ n  Từ yêu cầu công nghệ thực điều khiển robot mang đầu bét cắt lỗ tam giác ống thép  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! TÀ I LIỆ U THAM KHẢ O [1] Phạm Thành Long, Giáo trình robot cơng nghiệp, Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên [2] Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Trần Quanh Khánh, Giáo trình sở Matlab ứng dụng, NXB KHKT [4] Đào Văn Hiệp, Kỹ thuật robot, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà Nội