Đồ án tính toán thiết kế cho robot elbow

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHO ROBOT ELBOW Giáo viên hướng dẫn : PGS TS Nguyễn Phạm Thục Anh Nhóm sinh viên thực : Trần Ngọc Sơn MSSV Lớp : 20115723 CNĐK&TĐH Nguyễn Văn Đức : 20115523 CNĐK&TĐH Nguyễn Đình Việt : 20149583 ĐK&TĐH(CN lên KS)- K56 Vũ Minh Đức : 20115843 CNĐK&TĐH Hoàng Thanh Hải: 20115540 CNĐK&TĐH Nguyễn Văn Hải : 20106026 ĐK&TĐH6-K55 Hà nội, 11-2015 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 Chương GIỚI THIỆU ROBOT NHÓM NGHIÊN CỨU .2 1.1 Kết cấu khí robot Elbow .2 1.2 Cổ tay robot 1.3 Bàn tay robot (Cơ cấu tác động cuối) 1.4 Ứng dụng Chương XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐỘNG .6 HỌC THUẬN ROBOT ELBOW .6 2.1 Xác định số khớp hệ trục tọa độ 2.2 Xác định thông số động học robot Elbow thông qua bảng DH .7 2.3 Các ma trận A robot Elbow 2.4 Tính tốn ma trận T06 ( hàm truyền RTH robot ) 2.5 Xây dựng phần mềm tính tốn ( sử dụng GUI Matlab) .10 Chương 12 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH MA TRẬN JACOBY .12 TRỰC TIẾP VÀ THÔNG QUA MA TRẬN 12 3.1 Tính ma trận Jacoby trực tiếp 12 3.1.1 Tính tốn 12 3.1.2 Viết chương trình Matlab tính ma trận Jacoby trực tiếp 14 3.2 Tính ma trận Jacoby thông qua ma trận JH 15 3.2.2 Viết chương trình Matlab tính ma trận Jacoby thông qua ma trận HJ 20 Chương 19 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO TRONG KHÔNG GIAN KHỚP 19 4.1 Giới thiệu sử thiết kế quỹ đạo 19 4.2 Tính toán thiết kế quỹ đạo chuyển động 19 KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Lời nói đầu LỜI MỞ ĐẦU Từ lâu, người không xa lạ với từ “Robot” Bởi lẽ, Robot xuất nhiều sống chưa tận mắt chứng kiến Robot hoạt động xem qua phương tiện thơng tin đại chúng Có thể thấy Robot vào lĩnh vực đời sống người Vậy, Robot ứng dụng nào? Có thể nói, Robot ứng dụng phong phú đời sống người, trường học nông nghiệp Đặc biệt công nghiệp, Robot sử dụng rộng rãi để làm số công việc: vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm, máy móc hay làm cơng việc nặng nhọc, môi trường làm việc có nhiệt độ cao, độc hại… Đầu tiên, Robot dùng số ngành công nghiệp kỹ thuật cao công nghiệp xe hơi, công nghiệp máy bay…để làm công việc hàn thân xe, phun sơn…Những Robot cánh tay máy mô người, tay máy bao gồm nhiều khâu liên kết với khớp Các khâu chuyển động tương làm thay đổi tầm với Robot Thông thường Robot đặt cố định chỗ thao tác khả tầm với chúng Với kiến thức học sau thời gian tìm hiểu với giúp đỡ tận tình PGS TS Nguyễn Phạm Thục Anh thuộc mơn Tự động hóa công nghiệp trường Đại học bách khoa Hà Nội, đóng góp trao đổi xây dựng bạn bè nhóm em hồn thành nhiệm vụ giao Song với hiểu biết cịn hạn chế nên nhóm em khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong bảo giáo góp ý kiến bạn lớp Kỹ thuật Robot để tập nhóm em hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Chương Giới thiệu robot nhóm nghiên cứu Chương GIỚI THIỆU ROBOT NHĨM NGHIÊN CỨU 1.1 Kết cấu khí robot Elbow Robot Elbow ở vị trí ban đầu Robot Elbow ở vị trí bất kỳ Hình 1.1 Kết cấu khí robot Elbow + Cấu hình Robot Elbow : Là cấu hình robot DOF (6 bậc tự do) tức gồm khớp chuyển động độc lập Chương Giới thiệu robot nhóm nghiên cứu 1.2 Cổ tay robot Hình 1.2 Cơ cấu cổ tay ba bậc tự Cổ tay có nhiệm vụ định hướng xác bàn tay robot (cơ cấu tác động cuối) khơng gian làm việc Ví dụ bàn tay robot cần định hướng xác so với chi tiết để gắp chi tiết Thơng thường cổ tay robot có bậc tự tương ứng với chuyển động có cấu tạo điển hình 1.2: Cổ tay xoay xung quanh trục nối cuối (Roll), cổ tay quay xung quanh trục thẳng đứng tạo chuyển động lắc phải, trái bàn tay (Pitch), cổ tay quay xung quang trục nằm ngang tạo chuyển động lên xuống bàn tay (Yaw) 1.3 Bàn tay robot (Cơ cấu tác động cuối) Bàn tay gắn lên cổ tay robot đảm bảo cho robot thực nhiệm vụ khác khơng gian làm việc Cơ cấu bàn tay có hai dạng khác tùy theo chức robot dây chuyền sản xuất: cấu bàn kẹp (gripper) cấu dụng cụ (tool) Một số dạng bàn tay robot Robot Unimate (Mỹ, 1961): Chương Giới thiệu robot nhóm nghiên cứu Hình 1.3 Một số hình ảnh cấu kẹp 1.4 Ứng dụng Hình 1.4.Video ứng dụng cấu hình robot Elbow điều khiển chuyển động theo cánh tay công nghiệp Chương Giới thiệu robot nhóm nghiên cứu Hình 1.5.Ứng dụng cấu hình robot Elbow ngồi trạm khơng gian vũ trụ Hình 1.6 Ứng dụng cấu hình robot Elbow cơng nghiệp sản xuất lắp ráp xe Chương Xây dựng phần mềm tính tốn động học thuận Robot Elbow Chương XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC THUẬN ROBOT ELBOW 2.1 Xác định số khớp hệ trục tọa độ - Robot Elbow robot có bậc tự do, gồm khớp quay nối - Ta xác định trục tọa độ sau : + Xác định trục Zi : tất khớp khớp quay, nên Z i trục mà khớp i+1 quay xung quanh + Xác định trục Xi, Yi : xác định hình bên ( Lưu ý : để làm đơn giản cho việc tính tốn, ta chỉnh sửa số trục tọa độ sau O trùng với O1 O4 trùng với O5, O6 Như vậy : a1=a5=a6=0, di = 0, dễ dàng việc tính tốn) Hình 2.1 Vị trí ban đầu robot Elbow hệ tọa độ Chương Xây dựng phần mềm tính tốn động học thuận Robot Elbow 2.2 Xác định thông số động học robot Elbow thông qua bảng DH - Ta xác định thông số bảng D-H sau : + : khoảng cách Oi-1 Oi theo trục zi-1 + : góc vặn nối i Là góc quay quanh trục z i-1 để trục xi-1 chuyển đến trục xi theo qui tắc bàn tay phải + : góc xoay đưa trục zi-1về zi quanh xi theo quy tắc bàn tay phải + : khoảng dịch chuyển trục khớp động kề theo trục x - Như ta có : + trục Z0 Z1 vng góc với + khoảng cách Z1 Z2 + khoảng cách Z2 Z3 + khoảng cách Z3 Z4 + trục Z4 Z5 vng góc với + trục Z5 trùng với trục Z6 + góc quay quanh trục để biến thành + góc quay quanh trục để biến thành + góc quay quanh trục để biến thành + góc quay quanh trục để biến thành + góc quay quanh trục để biến thành + góc quay quanh trục để biến + khoảng cách đo dọc trục O0 O1 + khoảng cách đo dọc trục O5 O6 (Như nói ta cho: d1=d6=0) thành Chương Xây dựng phần mềm tính tốn động học thuận Robot Elbow Như ta bảng D-H sau: Khâu 900 0 0 0 -900 900 0 0 2.3 Các ma trận A robot Elbow Ký hiệu : , …, , …, , , , … ,… Các ma trận A xác định ma trận biến đổi tọa độ tổng quát :