Bài giảng robot công nghiệp chương 2 sơ đồ cấu trúc của robot

CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT 2.1 Sơ đồ cấu trúc chung robot công nghiệp Khối A – Khối dạy học Khối B – Khôi não Khối C – Khối điều khiển Khối D – Khối cấu chấp hành CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT  Khối A (Block A): Là khối thu thập chuyển giao liệu đầu vào, gọi khối dạy học robot Khối đảm nhiệm nhiệm vụ:  Teach pendant: Thực trình dạy học chỗ cho robot Người vận hành sử dụng teach pendant để di chuyển cánh tay robot tới vị trí quỹ đạo dịch chuyển robot để “dạy” cho robot điểm mà phải qua trình chuyển động  Record button: Lưu trữ chuyển giao liệu cảm nhận vật lý qúa trình học, gọi “bộ liệu cảm nhận vật lý” bao gồm tọa độ góc vị trí đầu, vị trí cuối động trình {(0, h0); (f, hf)} CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT  Block B: Là khối não Robot, bao gồm cụm vi xử lý, giảI vấn đề sau:  Forward kinematic: Thiết lập giải toàn động học thuận sở thơng số đầu vào {(0, h0); (f, hf)} tìm vị trí điểm dạy học  Cartesian Point storage: Lưu trữ chuyển giao kết tính tốn tồn động học thuận, vị trí hình học q trình chuyển động hay cịn gọi “bộ dự liệu hình học” [(X0, Y0, Z0); (Xf, Yf, Zf)]  Trajectory Planer: Lập trình quĩ đạo qua điểm hình học chưa “dạy” để hình thành tồn quĩ đạo chuyển động cần có [Xd(t), Yd(t), Zd(t)] cấu chấp hành cuối (tools)  Invers Kinematic: giải toán động học ngược tìm thơng số điều khiển “bộ liệu điều khiển” [d(t), hd(t)] CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT  Khối C (Block C): Khối gọi khối điều khiển robot, bao gồm so sánh, khuyếch đại cấp phát tín hiệu điều khiển  Bộ so sánh so sánh sai lệch giá trị cần (có từ việc giải toán ngược) giá trị thực (có từ liệu cảm nhận vật lý) Giá trị sai lệch đưa sang khuyếch tiếp tục xử lý  Bộ khuyếch đại khuyếch đại giá trị sai lệch (tín hiệu điều khiển) nhận từ so sánh thành tín hiệu cơng suất để đưa tới phát tín hiệu điều khiển  Bộ phát tín hiệu điều khiển nhận tín hiệu từ khuyếch đại phát tín hiệu điều khiển động tương ứng CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT    Block D: Là khối cấu chấp hành, bao gồm nguồn động lực (Motor Dynamic), cấu chấp hành (Robot Dynamic), cảm nhận vật lý chúng (Physical Positions) Qua phân tích tổ chức kỹ thuật Robot nhận thấy thông số kỹ thuật chủ yếu sau:  Bộ thông số cảm nhận vật lý {(0, h0); (f, hf)}  Bộ thơng số vị trí hình học [(X0, Y0, Z0); (Xf, Yf, Zf)]  Bộ thông số điều khiển {(0, h0); (f, hf)}  Quá trình thiết kế động học Robot cơng nghiệp việc thiết lập giải hệ phương trình động học thuận ngược Kết tìm sở việc giải phương trình động lực học tính tốn điều khiển Robot thiết kế CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT 2.2 Bậc tự Robot a Khái niệm  Bậc tự số khả chuyển động cấu để dịch chuyển vật thể không gian Cơ cấu chấp hành robot phải đạt số bậc tự định Chuyển động khâu robot thường hai khâu chuyển động tịnh tiến hay chuyển động quay b Xác định số bậc tự robot (DOF- Defree Of Freedom) Số bậc tự robot xác định: W= 6n - ∑i.Pi Trong đó: W: Số bậc tự robot n: Số khâu động Pi: Số khớp loại i(khớp loại i khớp khống chế i bậc tự do) CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT Một số khớp thường dùng cấu máy Robot  Khớp quay (Revolute Joint - R): Là khớp để chuyển động quay khâu với khâu khác quanh trục quay Khớp quay hạn chế năm khả chuyển động tương đối hai thành phần khớp, khớp quay gọi khớp lề CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT Một số khớp thường dùng cấu máy Robot  Khớp trượt (Prismatic Joint - P): Là khớp cho phép hai khâu trượt theo trục Do khớp trượt hạn chế năm khả chuyển động tương đối hai khâu CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT Một số khớp thường dùng cấu máy Robot  Khớp trụ (Cylindrical Joint - C): Là khớp cho phép hai chuyển động độc lập gồm chuyển động tịch tiến chuyển động quay Do khớp trụ hạn chế bốn chuyển động tương đối hai khâu CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT  Khớp ren (Helical Joint - H): Là khớp cho phép chuyển động quay quanh trục đồng thời tịch tiến theo trục quay Tuy nhiên chuyển động tịch tiến phụ thuộc vào bước ren vít Do khớp ren hạn chế năm khả chuyển động CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT Hệ toạ độ dùng robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải : Trong robot thường dùng chữ O số n để hệ tọa độ gắn khâu thứ n Như hệ tọa độ kí hiệu O0; Hệ tọa độ khâu trung gian tương ứng O1, O2 …On-1; Hệ tọa độ gắn khâu cuối On CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT 2.3.2 Vùng làm việc Robot     RB tập hợp khâu gắn liền với khớp, khâu có gắn hệ toạ độ, sử dụng phép biến đổi đồng mơ tả vị trí tương đối hướng hệ toạ độ Khoảng không gian rơbơt thực thao tác u cầu Không phải tất điểm vùng làm việc RB thao tác đễ dàng Hệ số phục vụ ζ dùng để đánh giá mức độ thao tác dễ dàng    ζ = θ /4π θ góc nón bao trùm tồn hướng cấu chấp hành RB vị trí định vị ζ - phụ thuộc vào kết cấu RB vị trí điểm làm việc CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT 2.2.3 Cơ cấu bàn tay kẹp hệ toạ độ  Cơ cấu bàn tay kẹp (dụng cụ khâu cuối cùng) Cầm nắm đối tượng, má kẹp tự định tâm  Nguồn động lực khí nén, điện, thuỷ lực  Hệ toạ độ bàn tay kẹp:  Gốc toạ độ trùng tâm  bàn tay kẹp O  Trục Z hướng theo phương tiếp cận đối tượng Trục Y hướng theo  phương cầm nắm đối tượng  Trục X trục lại hệ toạ độ phải CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT  Hệ tọa độ khâu RB có nhiều khâu, khâu liên kết qua khớp  Thơng thường RB có n bậc tự có n khâu n khớp  Gốc chuẩn RB coi khâu O không coi n khâu RB  Đối với khâu, Độ dài đường vng góc chung trục khớp gọi an; Góc xoắn khâu αn góc trục khớp nằm đầu khâu mặt phẳng vng góc với đường vng góc chung CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT  Mỗi   trục khớp có pháp tuyến trước pháp tuyến sau:  dn khoảng cách pháp tuyến  θn góc mặt phẳng vng góc với trục Gốc hệ toạ độ khâu n đặt giao điểm pháp tuyến chung trục khớp n & n+1  Nếu trục khớp cắt nhau, điểm gốc đặt giao điểm  Nếu trục khớp // gốc đặt trục khớp  Trục Z khâu n đặt dọc theo trục khớp n+1  Trục X dọc theo pháp tuyến chung, hướng từ n đến n+1  Gốc khâu đạt trùng với gốc khâu Các thống số an, αn, dn n gọi thông số Denavit Hartenberg khâu hay gọi cách ngắn gọn thông số DH CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT Quy tắc xác định thông số Denavit - Hartenberg CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT Xác định hệ tọa độ cho robot scara CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOT LƯU Ý Trục đặt thẳng hàng với trục khớp i+1 + Chiều dương + Với khớp trượt trục chọn theo phương trượt Trục xác định trục pháp tuyến chung hai trục đến + Nếu trục z chéo đường pháp tuyến chung nối trục + Nếu trục z song song có vơ số đường pháp tuyến chung nối trục Trong trường hợp này, ta chọn trục pháp tuyến chung trùng với đường pháp tuyến chung nối khớp trước sau + Nếu trục z cắt nhau, khơng có đường pháp tuyến chung chúng Trong trường hợp này, ta gán trục vng góc với mặt phẳng tạo trục z có chiều Trục xác định theo quy tắc bàn tay phải