Nghiên cứu, thiết kế robot song song hai bậc tự do ứng dụng trong khắc chữ

TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc lập-Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Trần Duy Khánh Nguyễn Xuân Lự Nguyễn Văn Chữ Nguyễn Văn Tuyên Lớp : CĐTK4 Chuyên ngành : Cơ điện tử Khóa học : 2006-2010 Tên đề tài : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG HAI BẬC TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG KHẮC CHỮ Số liệu cho trước: - Các thơng số, kích thước robot cần chế tạo Nội dung hoàn thành: Phần thuyết minh - Thiết kế khí (bao gồm vẽ chi tiết robot mơ hình 3D) - Tính tốn thơng số Robot, động học, động lực học , mô hoạt động làm việc Robot Sản phẩm đề tài - 04 thuyết minh - 01 đĩa CD với toàn nội dung đề tài Người hướng dẫn: Thứ nhất: Phạm Tuấn Tài Ngày giao đề tài: 09 /2010 Thứ hai : Trần Xuân Tiến Ngày hoàn thành: 11 /2010 Đề tài hội đồng Khoa học Đào tạo khoa thông qua! Hưng Yên, ngày tháng 11 năm 2010 TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA Th.S Nguyễn Văn Diên PGS.TS Trần Vĩnh Hưng TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên , ngày tháng 11 năm 2010 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hưng Yên , ngày tháng 11 năm 2010 Giáo viên phản biện LỜI CẢM ƠN TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong q trình thực đề tài đồ án tốt nghiệp “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG HAI BẬC TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG KHẮC CHỮ ” chúng em nhận nhiều giúp đỡ quý báu Trước hết, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phạm Tuấn Tài thầy Trần Xuân Tiến, người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ để chúng em hồn thành đồ án cách tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy (Cô) giáo giảng dạy môn suốt năm qua cung cấp cho chúng em kiến thức cần thiết, tạo điều kiện giúp chúng em hoàn thành đồ án theo yêu cầu thời gian quy định Cám ơn bạn lớp CĐTK4 nhiệt tình tham gia đóng góp ý kiến trình thực đề tài Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp từ Thầy (Cơ) giáo bạn đồng nghiệp, để có thêm hiểu biết hồn thiện q trình làm việc sau Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Hưng Yên, ngày tháng 11 năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện: Trần Duy Khánh Nguyễn Xuân Lự Nguyễn Văn Chữ Nguyễn Văn Tuyên TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Thế kỷ XXI kỷ khoa học công nghệ Tất ngành kỹ thuật có bước tiến vượt bậc đạt nhiều thành tựu to lớn Với xu ngành công nghệ hướng tới kết hợp với để tạo sản phẩm ngày đại, tối ưu Sự kết hợp cơng nghệ đại cho đời ngành công nghệ “Cơ điện tử” Trước động lực nhu cầu tương lai khó khăn thử thách trước mắt ngành “Cơ điện tử” phát triển mạnh mẽ Ngành chế tạo Robot có nhiều tính ưu việt, khẳng định kế thừa bước phong công nghệ Ngày chứng tỏ “Cơ điện tử” kết hợp hoàn hảo Để đáp ứng yêu cầu đặt xã hội cần thiết sản phẩm chúng em thực nghiên cứu đề tài: “nghiên cứu, thiết kế robot song song hai bậc tự ứng dụng khắc chữ ” Đây đề tài có tính ứng dụng thực tế cao Có thể áp dụng sản xuất đề tài giúp sinh viên vận dụng kiến thức học vào thực tế Việc nghiên cứu đề tài đồng thời thúc đẩy hứng thú học tập, khả sáng tạo kỹ thuật cho sinh viên sau Đề tài thực hữu ích cho phát triển ngành tương lai Sau nhận đề tài chúng em nỗ lực tìm hiểu thực Song thời gian có hạn đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót định mong Thầy (Cơ) giáo bạn góp ý thêm để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! HưngYên, ngày tháng 11 năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện: Trần Duy Khánh Nguyễn Xuân Lự Nguyễn Văn Chữ Nguyễn Văn Tuyên MỤC LỤC TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lời cảm ơn Lời nói đầu Mục Lục Trang A Phần mở đầu B Phần nội dung Chương I : Tổng quan Robot có cấu trúc song song 1.1 Giới thiệu chung 10 1.2 Một số ưu nhược điểm robot song song 10 1.3 Cấu trúc robot song song 11 1.4.Ý tưởng thiết kế 25 Chương II: Tính tốn động học, động lực học, mơ miền làm việc Matlab 2.1.Tính tốn động học robot 26 2.2 Động lực học robot 27 2.3 Mô phần mềm Matlab 33 Chương III: Thiết kế khí robot song song hai bậc tự ứng dụng khắc chữ 3.1 Nội dung thiết kế 47 3.2 Xác định điều kiện cắt gọt 51 3.3 Thiết kế robot 52 C Phần kết luận Kết luận Khuyến nghị 62 62 Tài liệu tham khảo A PHẦN MỞ ĐẦU TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lý chọn đề tài Ở nước ta, Robot song song nghiên cứu vào năm 2007 nhìn chung dừng lại việc đưa mơ hình tìm thuật tốn giải tốn động học mà chưa thiết kế chế tạo Robot cụ thể Phòng điện tử Viện học đơn vị Việt Nam cho đời sản phẩm Sau năm nghiên cứu Phòng Cơ điện tử - Viện học Việt nam thiết kế chế tạo hoàn chỉnh Robot song song chân (Hexapod) dùng cho ngành kỹ thuật đại trước mắt gia cơng khí xác Phiên có tên gọi PR6-01, dùng làm giá đỡ phơi cho máy gia cơng khí bán tự động kiểu cũ Dự kiến hoàn thiện Hexapod PR6-01 đưa vào ứng dụng thực tế khoảng năm Thực tế đến nay, nhiều sở nghiên cứu ĐH Bách khoa Hà Nội , ĐH Bách khoa TP HCM, Viện học, Viện công nghệ thông tin chế tạo số Robot mẫu Trước ứng dụng nghiên cứu Robot song song Chúng em sinh viên môn điện tử trường ĐH sư phạm kỹ thuật Hưng Yên lựa chọn việc “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG HAI BẬC TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG KHẮC CHỮ ” Chúng em thực việc tính tốn, thiết kế chế tạo Mong đề tài giúp cho người chế tạo Robot song song hai bậc tự giải việc thiết kế tính tốn rút ngắn thời gian đem vào ứng dụng thực tế Mục đích nghiên cứu * Kiểm tra đánh giá tình trạng thiết kế robot song song hai bậc tự * Có phương án thiết kế ứng dụng robot song song hai bậc tự Đối tượng khách thể nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu: Tính tốn , thiết kế chế tạo mơ hình Robot song song hai bậc tự * Đối tượng sử dụng: Dùng cho tất học sinh, sinh viên học ngành kỹ thuật nói riêng cho quan tâm muốn tim hiểu nói chung * Khách thể nghiên cứu: Robot song song ứng dụng khắc chữ Giả thiết khoa học TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP * Robot song song hai bậc tự chưa sử dụng nhiều đời sống công nghiệp * Những tài liệu robot song song hai bậc tự chưa có nhiều trọn vẹn Nhiệm vụ nghiên cứu * Phân tích đặc điểm, nguyên lý hoạt động robot song song hai bậc tự * Nghiên cứu, thiết kế, tính tốn robot hai bậc tự * Kết hợp tài liệu khác có liên quan đến robot song song hai bậc tự để hoàn thành đề tài Giới hạn đề tài * Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế robot song song hai bậc tự * Do điều kiện thời gian hạn hẹp trình độ chun mơn kinh nghiệm thực tế cịn hạn chế nên thực đề tài tập trung nghiên cứu số nội dung sau : - Tính tốn động học, động lực học mơ động học vùng làm việc - Thiết kế mơ hình lý thuyết cho Robot song song hai bậc tự - Chế tạo mơ hình robot song song hai bậc tự Phương pháp nghiên cứu * Chọn phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm chủ yếu ngồi phương pháp nghiên cứu thực tiễn nghiên cứu tài liệu để đưa kết xác * Thực hiện: từ thực tiễn nghiên cứu tìm hiểu đưa cách thức thiết kế chế tạo, sửa chữa hệ thống - Bước 1: Tìm hiểu thông số lắp đặt robot - Bước 2: Chuẩn đoán phương án thiết kế lắp đặt cho robot - Bước 3: Thiết kế chế tạo mô hình robot song song hai bậc tự TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÓ CẤU TRÚC SONG SONG 1.1 Giới thiệu chung Xuất phát từ nhu cầu khả linh hoạt hóa sản xuất, cấu Robot ngày phát triển đa dạng phong phú Trong thập niên gần đây, Robot cấu trúc song song Gough Whitehall nghiên cứu năm 1962 ý ứng dụng Robot cấu trúc song song khởi động Stewart vào năm 1965 Ông người cho đời buồng (phòng) tập lái máy bay dựa cấu song song Hiện cấu song song sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Loại Robot song song điển hình gồm có bàn máy động nối với giá cố định, dẫn động theo nhiều nhánh song song hay gọi số chân Thường số chân số bậc tự do, điều khiển nguồn phát động đặt giá cố định chân Chính lý mà Robot song song gọi Robot có bệ Các cấu tác động điều khiển tải ngoài, nên cấu chấp hành song song thường có khả chịu tải lớn Do tính ưu việt Robot song song nên ngày thu hút nhiều nhà khoa học nghiên cứu, đồng thời ứng dụng ngày rộng rãi vào nhiều lĩnh vực: - Ngành Vật lý: Giá đỡ kính hiển vi, giá đỡ thiết bị đo xác - Ngành Cơ khí: Máy gia cơng khí xác, máy cơng cụ - Ngành Bưu viễn thơng : Giá đỡ Ăngten, vệ tinh địa tĩnh - Ngành chế tạo ôtô: Hệ thống thử tải lốp ôtô, buồng tập lái ôtô - Ngành quân sự: Robot song song dùng làm bệ đỡ ổn định đặt tàu thủy, cơng trình thủy, xe, máy bay, chiến xa tàu ngầm Để giữ cân cho ăngten, camera theo dõi mục tiêu, cho rada, cho thiết bị đo laser, bệ ổn định cho pháo tên lửa, buồng tập lái máy bay, xe tăng, tàu chiến 1.2 Một số ưu nhược điểm Robot song song Nhìn chung, tất lọai Robot có cấu trúc song song có nhiều ưu điểm ứng dụng nhiều lĩnh vực, mơ hình máy bay, khung đỡ kiến trúc có khớp nối điều chỉnh, máy khai thác mỏ Ưu điểm : TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Khả chịu tải cao: thành phần cấu tạo nhỏ nên khối lượng thành phần nhỏ - Độ cứng vững cao kết cấu hình học chúng: Tất lực tác động đồng thời chia sẻ cho tất chân Cấu trúc động học cách đặc biệt khớp liên kết cho phép chuyển tất lực tác dụng thành lực kéo/nén chân - Có thể thực thao tác phức tạp họat động với độ xác cao: với cấu trúc song song, sai số phụ thuộc vào sai số dọc trục cụm cấu chân riêng lẻ sai số khơng bị tích lũy - Có thể thiết kế kích thước khác - Đơn giản hóa cấu máy giảm số lượng phần tử chân khớp nối thiết kế sẵn thành cụm chi tiết tiêu chuẩn - Cung cấp khả di động cao trình làm việc có khối lượng kích thước nhỏ gọn - Các cấu chấp hành định vị - Tầm hoạt động Robot cấu song song rộng từ việc lắp ráp chi tiết cực nhỏ tới chuyển động thực chức phức tạp, đòi hỏi độ xác cao như: phay, khoan, tiện, hàn, lắp ráp - Các Robot cấu song song làm việc khơng cần bệ đỡ di chuyển tới nơi mơi trường sản xuất Chúng làm việc thuyền treo trần, tường - Giá thành Robot song song ứng dụng gia cơng khí so với máy CNC có tính tương đương Nhược điểm: Tuy nhiên Robot song song có nhược điểm định so sánh với Robot chuỗi như: - Khoảng không gian làm việc nhỏ khó thiết kế - Việc giải tốn động học, động lực học phức tạp - Có nhiều điểm suy biến (kỳ dị) không gian làm việc 1.3 Cấu trúc Robot song song 1.3.1 Cấu trúc cấu Cũng Robot thông thường, Robot song song loại Robot có cấu trúc vịng kín khâu (dạng thanh) nối với khớp động 10