PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC
Phân tích mục đích ứng dụng của robot
Robot ngày càng trở nên phổ biến trong ngành gia công cơ khí, giúp tự động hóa các công việc thủ công Chúng thực hiện hiệu quả các thao tác lặp đi lặp lại và gia công hàng loạt với độ chính xác cao, giải phóng con người khỏi những công việc nhàm chán Đặc biệt trong gia công khắc, yêu cầu về độ chính xác và sự tập trung của công nhân là rất cao, điều này khiến robot trở thành giải pháp lý tưởng để thay thế con người, từ đó nâng cao năng suất lao động.
Robot sơn tường có nhiều ứng dụng trong đời sống, giúp thực hiện các công việc sơn theo những hình dạng phức tạp Mục tiêu của robot là sơn tường với độ chính xác cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong các công trình.
The article focuses on the design and implementation of robots in the context of computational thinking education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance problem-solving skills and creativity among students By exploring various methodologies and tools for robot design, the article advocates for a hands-on approach that engages learners in practical applications of technology Ultimately, it highlights the role of robotics as a catalyst for fostering critical thinking and innovation in educational settings.
Hình 1 Minh họa sản phẩm của robot
Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác
a Đối tượng thao tác, dạng thao tác
- Nhiệm vụ của robot là sơn tường và vẽ hình trên tường (tường có kích thước tối đa 1000 x 1000 mm) do đó:
- Đối tượng thao tác là bề mặt tường phẳng
Hình 2: Đối tượng thao tác
- Dạng thao tác chuyển động được theo các cung cong và thằng.
- Ta coi nền nhà đặt Robot và tường để sơn là vuông góc tuyệt đối
The article focuses on the design and implementation of a robot for educational purposes, emphasizing the importance of integrating technology into learning environments It highlights the role of robotics in enhancing problem-solving skills and fostering creativity among students The discussion includes various methodologies for teaching programming and robotics, showcasing how these skills are essential in today's digital age Furthermore, the article underscores the significance of hands-on experience in developing technical competencies, ultimately preparing students for future careers in STEM fields.
Hình 3: Khâu thao tác b Phân tích yêu cầu về vị trí
- Phải di chuyển được mọi vị trí trên bề mặt tường được phun sơn theo kích thước của tường đã đề ra ở mục a c Yêu cầu về hướng
Đối tượng làm việc là mặt phẳng, vì vậy hướng thao tác phải vuông góc với bề mặt tường, đảm bảo rằng hướng này được cố định và không thay đổi trong suốt quá trình làm việc.
Robot cần duy trì vận tốc phun sơn ổn định để đảm bảo quy trình làm việc không bị gián đoạn, trong khi không có yêu cầu cụ thể về gia tốc.
Xác định các đặc trưng kỹ thuật
Để đảm bảo yêu cầu di chuyển trên mặt phẳng, một robot cần tối thiểu 2 bậc tự do Việc sở hữu từ 3 bậc tự do trở lên sẽ mang lại sự linh hoạt hơn cho chuyển động của robot, nhưng đồng thời cũng làm tăng độ phức tạp trong thiết kế và tính toán Tuy nhiên, trong bối cảnh yêu cầu của bài toán, việc sử dụng robot 2 bậc tự do là đủ và hợp lý, do đó nhóm đã quyết định lựa chọn cấu hình này cho đề tài.
Trong bài tiểu luận về môn học Tính Toán Thiết Kế Robot, chúng ta sẽ khám phá các khía cạnh quan trọng của việc thiết kế và ứng dụng robot Một trong những yếu tố chủ chốt là vùng làm việc có thể với tới của robot, ảnh hưởng đến khả năng thực hiện nhiệm vụ của nó Việc xác định vùng làm việc này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn đảm bảo tính an toàn trong quá trình hoạt động Ngoài ra, bài tiểu luận cũng sẽ đề cập đến các phương pháp tính toán và thiết kế cần thiết để tạo ra những robot hiệu quả và linh hoạt trong các môi trường khác nhau.
Hình 4: Vùng làm việc có thể với tới của robot c Yêu cầu về tải trọng
Để đảm bảo hiệu suất phun sơn tối ưu, tải trọng ở đầu phun không nên quá nặng, nhằm tránh việc uốn cong quá mức cho phép, điều này có thể ảnh hưởng đến vị trí tương quan của đầu phun sơn so với bề mặt tường.
1.4 Các phương án thiết kế cấu trúc robot
Phương án 1: 3 bậc tự do (TRR)
Hình 5: Robot 3 bậc tự do
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of computational thinking education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance students' problem-solving skills and creativity By exploring various robotic designs, the article highlights the potential for robotics to foster critical thinking and collaboration among learners Additionally, it discusses the role of educators in facilitating hands-on experiences that encourage students to engage with technology in meaningful ways Ultimately, the article advocates for a structured approach to teaching robotics, aiming to prepare students for future technological challenges.
- Ưu điểm: Chuyển động linh hoạt tối ưu do có 2 khớp quay
- Nhược điểm: Khâu tịnh tiến cồng kềnh, tốn kém chi phí và không gian thao tác
Phương án 2: 4 bậc tự do (RRRR)
Hình 6: Robot 4 bậc tự do
- Ưu điểm: Vùng hoạt động rộng, thiết kế gọn
- Nhược điểm: Tính toán phức tạp, chi phí cao không cần thiết
Phương án 3: 2 bậc tự do (TT)
Hình 7: Robot 2 bậc tự do
- Ưu điểm: Chuyển động bao quát trong mặt phẳng, tính toán dễ dàng
Nhược điểm của thiết kế Robot 3 với cấu trúc 2 bậc tự do là độ dài và khối lượng các khâu lớn Sau khi phân tích, nhóm đã lựa chọn phương án thiết kế này, bao gồm 2 khớp tịnh tiến để thực hiện chuyển động hiệu quả.
Đề tài này tập trung vào việc thiết kế và tính toán cho robot phun sơn, với khả năng phun sơn đều trên mọi điểm của mặt phẳng tường Quá trình tính toán được thực hiện một cách đơn giản, giúp dễ dàng trong thiết kế và chế tạo robot Việc phát triển robot này không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn tiết kiệm thời gian và công sức trong các ứng dụng thực tế.
5 Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng và hệ thống thao tác
Hình 8: Sơ đồ động của robot
Hệ thống truyền chuyển động bằng thanh răng bánh răng là giải pháp tối ưu để đảm bảo độ chính xác trong quá trình di chuyển Hệ thống này giúp tránh việc đi quá hành trình chuyển động và cho phép thực hiện nhiều hành trình khác nhau một cách linh hoạt.
- Điều khiển bằng bộ điều khiển ở ngoài tác động lên robot
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D
The article focuses on the design and implementation of robots in educational settings, specifically within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance students' problem-solving skills and creativity By engaging with robotics, learners can develop a deeper understanding of programming concepts and engineering principles The article also discusses various methodologies for teaching robotics, highlighting the benefits of hands-on experience and collaborative learning Overall, it advocates for a curriculum that prioritizes robotics as a key component of modern education, preparing students for future technological challenges.
Hình 9: Mô hình 3D của robot khi phun sơn
The article focuses on the design and development of robots within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By engaging with robotics, learners can apply theoretical concepts in practical scenarios, fostering a deeper understanding of technology and its applications The article advocates for a structured approach to teaching robotics, highlighting its potential to prepare students for future challenges in a technology-driven world.
Hình 10: Các hình chiếu của robot
3 Lập hồ sơ kỹ thuật
- Robot chuyển động tịnh tiến để di chuyển đầu phun sun trên mặt phẳng thẳng đứng có kích thước 1000x1000mm
Đầu phun sơn được lắp đặt ở giai đoạn cuối cùng của quy trình, với sơn được bơm từ một bình chứa đặt dưới chân robot Hệ thống cảm biến tiệm cận được sử dụng để đo khoảng cách giữa đầu phun sơn và bề mặt tường, từ đó điều chỉnh khoảng cách phun sơn một cách chính xác.
The article focuses on the essential aspects of designing and programming robots within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating theoretical knowledge with practical applications in robotics education By exploring various methodologies and tools, the article highlights how students can develop critical problem-solving skills and enhance their understanding of technology Ultimately, it aims to inspire a new generation of innovators in the field of robotics through engaging and interactive learning experiences.
- Vận chuyển robot bằng cách điều khiển 4 động cơ có gắn bánh xe ở dưới gốc robot Có thể chuyển động ngang dọc tùy ý người điều khiển
4 Xác định các thông số đặc trưng hình học – khối lượng
Để đảm bảo robot có khả năng di chuyển trong không gian tối đa 1000x1000mm, chúng ta sẽ tăng chiều dài của khâu thêm 200mm, tạo độ dư cần thiết cho kích thước khâu Khâu 2, là khâu trung gian, chỉ cần có chiều dài vừa đủ để thực hiện chức năng của nó.
Khối lượng khâu sẽ giảm dần từ gốc lên, với khâu 2 được chọn để kiểm tra trước Sau đó, kết quả sẽ được tính toán trên phần mềm để đảm bảo phù hợp với yêu cầu của bài toán.
- Tốc độ chọn phù hợp để quá trình phun sơn đạt hiệu quả cao nhất
- Bảng thông số chiều dài, khối lượng khâu
Khâu Chiều dài khâu (mm) Khối lượng(kg)
- Bảng thông số góc quay, tốc độ các khớp
Khớp Giới hạn chuyển động Tốc độ
CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT
The article focuses on the design and implementation of robots in the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills By exploring various methodologies and technologies, the article highlights how robotics can foster creativity and critical thinking among students Additionally, it discusses the role of robotics in preparing learners for future careers in technology and engineering, making it a vital component of modern education.
1 Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit – Hartenberg Đối với các Robot công nghiệp, Denavit – Hartenberg (1995) đã đưa ra cách chọn các hệ trục tọa độ có gốc tại khớp thứ i như sau:
- Trục z i-1 được chọn dọc theo trục của khớp động thứ i
Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng và hệ thống thao tác
Hình 8: Sơ đồ động của robot
Hệ thống truyền chuyển động bằng thanh răng bánh răng được sử dụng để đảm bảo độ chính xác cao và ngăn chặn việc đi quá hành trình chuyển động Hệ thống này cho phép thực hiện nhiều hành trình qua lại một cách hiệu quả.
- Điều khiển bằng bộ điều khiển ở ngoài tác động lên robot
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D
The article focuses on the subject of designing robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating computational concepts into robotics education, highlighting how this approach fosters problem-solving skills and creativity in students By engaging in robotics projects, learners can develop critical thinking abilities and gain hands-on experience with technology The article also discusses various methodologies for teaching robotics, aiming to inspire future innovators in the field.
Hình 9: Mô hình 3D của robot khi phun sơn
The article discusses the design and implementation of robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotic education into the curriculum to enhance problem-solving skills and creativity among students By engaging with robotics, learners can develop critical thinking and technical skills that are essential in today's digital world The article also highlights various methodologies and tools that can be utilized in teaching robotics effectively, ensuring that students are well-equipped for future technological challenges.
Hình 10: Các hình chiếu của robot
3 Lập hồ sơ kỹ thuật
- Robot chuyển động tịnh tiến để di chuyển đầu phun sun trên mặt phẳng thẳng đứng có kích thước 1000x1000mm
Đầu phun sơn được lắp đặt ở giai đoạn cuối cùng của quy trình, với sơn được bơm từ một bình chứa dưới chân robot Hệ thống sử dụng cảm biến tiệm cận để đo khoảng cách giữa đầu phun và bề mặt tường, từ đó điều chỉnh khoảng cách phun sơn một cách chính xác.
The article focuses on the subject of designing robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating computational concepts into education, particularly in the context of robotics By exploring the principles of computational thinking, learners can develop problem-solving skills and enhance their understanding of technology The design and implementation of robots serve as a practical application of these concepts, fostering creativity and innovation in students Overall, the article highlights the significance of robotics education in cultivating critical thinking and technical skills essential for the future.
- Vận chuyển robot bằng cách điều khiển 4 động cơ có gắn bánh xe ở dưới gốc robot Có thể chuyển động ngang dọc tùy ý người điều khiển
4 Xác định các thông số đặc trưng hình học – khối lượng
Để đảm bảo robot hoạt động hiệu quả trong không gian 1000x1000mm, chúng ta cần tăng chiều dài của khâu thêm 200m nhằm tạo độ dư về kích thước Trong khi đó, khâu 2, với vai trò là khâu trung gian, chỉ cần có chiều dài vừa đủ để thực hiện nhiệm vụ của mình.
Khối lượng khâu sẽ giảm dần từ gốc lên, với khâu 2 được chọn để kiểm tra trước Sau đó, phần mềm sẽ tính toán các yếu tố bên trên để đảm bảo phù hợp với yêu cầu của bài toán.
- Tốc độ chọn phù hợp để quá trình phun sơn đạt hiệu quả cao nhất
- Bảng thông số chiều dài, khối lượng khâu
Khâu Chiều dài khâu (mm) Khối lượng(kg)
- Bảng thông số góc quay, tốc độ các khớp
Khớp Giới hạn chuyển động Tốc độ
CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT
The article discusses the design and implementation of a robot within the context of computational thinking education It emphasizes the importance of integrating robotics into learning environments to enhance problem-solving skills and creativity Additionally, the article outlines key methodologies for effectively teaching students how to program and control robots, fostering engagement and collaboration By incorporating hands-on activities, educators can inspire students to explore technology and develop critical thinking abilities, preparing them for future challenges in a rapidly evolving digital landscape.
1 Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit – Hartenberg Đối với các Robot công nghiệp, Denavit – Hartenberg (1995) đã đưa ra cách chọn các hệ trục tọa độ có gốc tại khớp thứ i như sau:
- Trục z i-1 được chọn dọc theo trục của khớp động thứ i
Trục x i-1 được xác định theo đường vuông góc chung giữa hai trục z i-2 và z i-1, hướng từ z i-2 sang z i-1 Nếu z i-1 cắt z i-2, trục x i-1 có thể chọn hướng tùy ý, miễn là nó vuông góc với z i-1 Trong trường hợp hai trục z i-1 và z i-2 song song, hướng của trục x i-1 có thể chọn theo pháp tuyến chung.
- Gốc tọa độ O i-1 được chọn tại khớp thứ i
- Trục y i-1 được chọn sao cho hệ (Oxyz) i-1 theo quy tắc bàn tay phải
Từ quy tắc trên ta xây dựng được các hệ tọa độ như hình 4.1:
• Các thông số đầu vào q 1 ,q 2
• Thông số cần xác định: tọa độ điểm tác động cuối E
• Ta có bảng động học Denavit-Hartenberg (DH):
The article focuses on the design and implementation of robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By exploring the principles of robotics, learners can develop a deeper understanding of technology and its applications The content highlights the role of robotics in fostering collaboration and critical thinking, making it a vital component of modern education Ultimately, the article advocates for a curriculum that includes robotics as a means to prepare students for future challenges in a technology-driven world.
Hình 11: Gắn tọa độ D-H và Robot
Vị trí của hệ tọa độ khớp (Oxyz) i đối với hệ tọa độ khớp (Oxyz) i-1 được xác định bởi bốn tham số Denavit- Hartenberg θ i , d i , a i , α i như sau:
Trong đó: a i : khoảng cách từ trục z i tới trục z i+1 dọc theo trục x i α i : góc giữa 2 trục z i và z i+1 tính theo trục x i d i : khoảng cách từ trục x i tới trục x i+1 dọc theo trục z i
Tài liệu này trình bày về môn học Tính toán thiết kế robot, tập trung vào việc xác định góc giữa hai trục xi và xi+1 theo trục zi Việc nắm vững các khái niệm cơ bản trong thiết kế robot là rất quan trọng để phát triển các ứng dụng công nghệ cao Các phương pháp tính toán chính xác sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất của robot trong các nhiệm vụ khác nhau.
Trong đó θ 1 ,θ 2 ,d 3 là các biến khớp, còn a 1 ,a 2 ,d 1 ,d 2 là hằng số
2 Bài toán động học thuận Robot Đối với bài toán động học thuận, vị trí, vận tốc, gia tốc các biến khớp xem như đã biết, cần tìm vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định.
Vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định O 0 x 0 y 0 z 0 được xác định thông qua các tọa độ thao tác, bao gồm tọa độ định vị điểm tác động cuối và hướng của khâu thao tác Để xác định vị trí này, cần tính toán các ma trận D-H.
Ma trận của phép biến đổi hệ tọa độ từ (Oxyz) i-1 sang (Oxyz) i, ký hiệu là i-1 A i, có dạng như sau: i-1 A i = [ cos θ i sin θ i 0 0 -sin θ i cos θ i 0 0 0 1 a i cos α i a i sin α i d 1 i ] Ma trận này thể hiện các thông số góc và khoảng cách trong hệ tọa độ, giúp xác định vị trí và hướng của các đối tượng trong không gian ba chiều.
THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH ROBOT
Thiết kế 3D
The article focuses on the importance of designing a robot for computational mathematics education It emphasizes the integration of robotics into the curriculum to enhance students' understanding of mathematical concepts By leveraging technology, educators can create engaging learning experiences that foster critical thinking and problem-solving skills The design and implementation of educational robots can significantly improve student motivation and participation in mathematics, making complex topics more accessible and enjoyable Overall, the article advocates for a modern approach to teaching mathematics through innovative robotic solutions.
Hình 9: Mô hình 3D của robot khi phun sơn
Lập bản vẽ 2D
The article focuses on the topic of designing robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating computational skills in education to foster creativity and problem-solving abilities By exploring the principles of robotics, students can enhance their understanding of technology and its applications The study of robotics not only promotes technical knowledge but also encourages teamwork and critical thinking Overall, the article advocates for a curriculum that incorporates robotics to prepare learners for future challenges in a technology-driven world.
Hình 10: Các hình chiếu của robot
Lập hồ sơ kỹ thuật
- Robot chuyển động tịnh tiến để di chuyển đầu phun sun trên mặt phẳng thẳng đứng có kích thước 1000x1000mm
Đầu phun sơn được lắp đặt tại khâu thao tác cuối cùng, với sơn được bơm từ một bình chứa dưới chân robot Hệ thống sử dụng cảm biến tiệm cận để đo khoảng cách giữa đầu phun sơn và bề mặt tường, giúp điều chỉnh khoảng cách phun sơn một cách chính xác.
The article focuses on the design and implementation of robots in the context of computational thinking education It emphasizes the importance of integrating robotics into learning environments to enhance problem-solving skills and creativity among students By utilizing robotics as a tool, educators can foster engagement and improve understanding of complex concepts The article highlights various methodologies and frameworks for teaching computational thinking through robotics, aiming to prepare students for future technological challenges.
- Vận chuyển robot bằng cách điều khiển 4 động cơ có gắn bánh xe ở dưới gốc robot Có thể chuyển động ngang dọc tùy ý người điều khiển
4 Xác định các thông số đặc trưng hình học – khối lượng
Để đảm bảo robot hoạt động hiệu quả trong không gian 1000x1000mm, cần tăng chiều dài khâu thêm 200m để có độ dư về kích thước Khâu 2, là khâu trung gian, chỉ cần có chiều dài vừa đủ để đáp ứng yêu cầu.
Khối lượng khâu sẽ giảm dần từ gốc lên, với khâu 2 được lựa chọn để kiểm tra trước Sau đó, việc tính toán sẽ được thực hiện trên phần mềm để đảm bảo phù hợp với yêu cầu của bài toán.
- Tốc độ chọn phù hợp để quá trình phun sơn đạt hiệu quả cao nhất
- Bảng thông số chiều dài, khối lượng khâu
Khâu Chiều dài khâu (mm) Khối lượng(kg)
- Bảng thông số góc quay, tốc độ các khớp
Khớp Giới hạn chuyển động Tốc độ
BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT
Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit – Hartenberg.14 2 Bài toán động học thuận Robot
Đối với các Robot công nghiệp, Denavit – Hartenberg (1995) đã đưa ra cách chọn các hệ trục tọa độ có gốc tại khớp thứ i như sau:
- Trục z i-1 được chọn dọc theo trục của khớp động thứ i
Trục x i-1 được xác định theo đường vuông góc chung giữa hai trục z i-2 và z i-1, hướng từ z i-2 đến z i-1 Nếu trục z i-1 cắt z i-2, hướng của trục x i-1 có thể được chọn tùy ý, miễn là nó vuông góc với z i-1 Trong trường hợp hai trục z i-1 và z i-2 song song, trục x i-1 có thể chọn hướng theo pháp tuyến chung.
- Gốc tọa độ O i-1 được chọn tại khớp thứ i
- Trục y i-1 được chọn sao cho hệ (Oxyz) i-1 theo quy tắc bàn tay phải
Từ quy tắc trên ta xây dựng được các hệ tọa độ như hình 4.1:
• Các thông số đầu vào q 1 ,q 2
• Thông số cần xác định: tọa độ điểm tác động cuối E
• Ta có bảng động học Denavit-Hartenberg (DH):
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of computational mathematics It emphasizes the importance of integrating mathematical principles into robotic design to enhance functionality and efficiency Key aspects include the application of algorithms and programming techniques that drive robotic behavior The discussion also highlights the educational significance of teaching computational thinking through robotics, fostering problem-solving skills among students Overall, the content aims to illustrate how mathematical concepts are vital in the development of advanced robotic systems.
Hình 11: Gắn tọa độ D-H và Robot
Vị trí của hệ tọa độ khớp (Oxyz) i đối với hệ tọa độ khớp (Oxyz) i-1 được xác định bởi bốn tham số Denavit- Hartenberg θ i , d i , a i , α i như sau:
Trong đó: a i : khoảng cách từ trục z i tới trục z i+1 dọc theo trục x i α i : góc giữa 2 trục z i và z i+1 tính theo trục x i d i : khoảng cách từ trục x i tới trục x i+1 dọc theo trục z i
Đề tài "Thiết kế Robot" trong môn học Tính Toán là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, liên quan đến việc áp dụng các nguyên lý toán học để phát triển và tối ưu hóa các hệ thống robot Một trong những khái niệm cơ bản trong thiết kế robot là góc giữa hai trục \(x_i\) và \(x_{i+1}\), được tính theo trục \(z_i\) Việc hiểu rõ về các yếu tố này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của robot mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập trình và điều khiển chúng trong các ứng dụng thực tế.
Trong đó θ 1 ,θ 2 ,d 3 là các biến khớp, còn a 1 ,a 2 ,d 1 ,d 2 là hằng số
2 Bài toán động học thuận Robot Đối với bài toán động học thuận, vị trí, vận tốc, gia tốc các biến khớp xem như đã biết, cần tìm vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định.
Vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định O 0 x 0 y 0 z 0 được xác định bởi các tọa độ thao tác, bao gồm tọa độ định vị điểm tác động cuối cùng và hướng của khâu thao tác Để phân tích và mô hình hóa chuyển động, cần tính toán các ma trận D-H.
Ma trận của phép biến đổi hệ tọa độ khớp (Oxyz) i-1 sang hệ tọa độ (Oxyz) i, ký hiệu là i-1 A i, được biểu diễn như sau: i-1 A i = [ cos θ_i sin θ_i 0 0 -sin θ_i cos θ_i sin α_i 0 -cos θ_i sin α_i cos α_i 0 a_i cos θ_i sin α_i d_1_i ] Ma trận này mô tả sự biến đổi giữa các hệ tọa độ trong không gian ba chiều, với các tham số θ, α, và a thể hiện các góc và khoảng cách cần thiết cho phép biến đổi.
Thay thế các giá trị trong bảng tham số Denavit – Hartenberg vào công thức 4.1, ta có được ma trận biến đổi Denavit – Hartenberg giữa các hệ trục tọa độ Cụ thể, ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D-H cho khâu 1 so với khâu 0 được xác định như sau.
+ Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D-H khâu 2 đối với khâu 1
The article focuses on the design and implementation of robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and foster creativity among students By exploring various methodologies and technologies, the content highlights how robotics can serve as a practical tool for teaching complex concepts in mathematics and science Ultimately, the article advocates for a hands-on approach to learning, where students actively engage in building and programming robots, thereby reinforcing their understanding of theoretical principles through practical application.
Ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ thao tác:
0 A 2 = 0 A 1 1 A 2 = [ 1 0 0 0 −1 0 0 0 0 1 0 0 1 a q q 1 2 1 ] (4.2) b, Xác định hướng của khâu thao tác
Ma trận 0 A 2 xác định vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định, thể hiện vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối Thông số này được biểu diễn qua các biến khớp, ký hiệu là q i, trong đó các khớp tịnh tiến được chỉ định là i từ 1 đến 2 Do đó, ma trận này được ký hiệu là 0 A 2 (q).
Ma trận 0 A 2 (q) thể hiện vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định thông qua biến khớp q i, trong khi ma trận 0 A n (t) mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác theo hệ tọa độ khâu thao tác Chúng ta sử dụng cách biểu diễn qua các góc Cardan để mô tả động học robot, với các phương trình động học được trình bày dưới dạng ma trận.
The article focuses on the essential aspects of designing and programming robots, emphasizing the importance of computational thinking in education It highlights the integration of robotics into the curriculum, fostering creativity and problem-solving skills among students By engaging with robotics, learners can enhance their understanding of technology and its applications in real-world scenarios The content underscores the significance of hands-on learning experiences that robotics provides, ultimately preparing students for future challenges in a tech-driven world.
Hướng của khâu thao tác:
So sánh hai vế của phương trình động học, ta có:
[ sin α sin cos β cos β cos ɳ +cos ɳ α sin ɳ ¿ −cos ¿ β sin ɳ − sin sin α cos β β cos α cos β ¿ ] = [ 1 0 0 0 0 1 0 −1 0 ] Đối chiếu 3 phần tử từ hai ma trận, ta nhận được:
{ sin sin sin α=0 ɳ= β=0 0 => { α=0 ɳ= β=0 0 (4.3) c, Xác định tọa độ điểm thao tác và vận tốc dài của điểm thao tác
- Từ đó ta có phương trình động học ROBOT có dạng 0 A 2 (q)= 0 A n (t) Với n=2 vì cơ cấu Robot có 2 khâu động.
- Tọa độ khâu thao tác:
- Vận tốc khâu thao tác v E = r E = [ x E , y E ,z E ] T = J TE q d, Vận tốc góc và gia tốc góc các khâu:
Do robot thiết kế theo cơ cấu TT 2 khâu tịnh tiến, suy ra vận tốc góc tại khâu 1 và khâu 2 có giá trị bằng 0:
Bài tiểu luận về môn học Tính Toán Thiết Kế Robot tập trung vào việc phân tích các khâu của robot Cụ thể, trong trường hợp nghiên cứu, vận tốc góc tại khâu 1 và khâu 2 đều bằng 0, tức là ω1 = ω2 = 0 Điều này đồng nghĩa với việc gia tốc góc tại cả hai khâu cũng có giá trị bằng 0, thể hiện qua ε1 = ε2 = 0 Nội dung này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế hoạt động của robot trong thiết kế và tính toán.
Bai toán động học ngược
Bài toán động học ngược có nhiệm vụ xác định các biến khớp q1 và q2 dựa trên điều kiện tọa độ và hướng khâu thao tác đã biết Cụ thể, trong trường hợp này, động học ngược vị trí được áp dụng để tìm ra các giá trị khớp cần thiết.
+ Thông số đầu vào : Tọa độ khâu thao tác E.
+ Thông số đầu ra : Lượng tịnh tiến q 1 , q 2
Từ bài toán thuận, ta có :
{ ¿ ¿ ¿ y z x E E E =q =q =a 1 2 => { ¿ ¿ q q 2 1 = ¿ = y z E E b, Động học ngược vận tốc và gia tốc
Với đầu vào là: { p p p ˙ ¨ = = = [ [ [ x x x ˙ ¨ E E E , y , , y y ˙ ¨ E E E ,z , , z z ˙ ¨ E E E ,α , β,η , , α , α , ˙ ¨ β, β, ¨ ˙ η η ˙ ¨ ] ] ] T T T Đầu ra cần xác định là (với vị trí đã tìm được ở bài toán động học ngược vị trí):
The article focuses on the essential aspects of designing and programming robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating theoretical knowledge with practical applications in robotics education By exploring various methodologies and techniques, students can enhance their problem-solving skills and creativity The content serves as a guide for educators and learners alike, highlighting the significance of robotics in developing critical thinking and innovation in technology.
Từ phương trình động học, ta có hệ: f = [ f f f 1 2 3 ] =0 ; Với { f 1 =a 1 −¿ f 3 =q x E ¿ 1 −z f 2 = E q 2 − y E
Thiết kế quỹ đạo chuyển động
- Khi sử dụng robot thực hiên thao tác công nghệ hoặc phục vụ cần phải thiết kế quỹ đạo chuyển động của Robot :
Quỹ đạo chuyển động của robot bao gồm các quy luật điều khiển chuyển động khi robot thực hiện thao tác Nói một cách đơn giản, đây là tập hợp các quy tắc hướng dẫn cách thức robot di chuyển trong quá trình thao tác.
+ Thiết kế chuyển động của robot là xây dựng các quy luật chuyển động thao tác của robot dưới dạng giải tích, hoặc dạng số và các chương trình.
Có hai cách thiết kế quỹ đạo chuyển động : Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian thao tác
The article focuses on the design and implementation of robots in the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By engaging with robotics, learners can develop critical thinking abilities and a deeper understanding of technology The article also highlights various methodologies for teaching robotics effectively, ensuring that students gain hands-on experience while fostering an interest in STEM fields Overall, the incorporation of robotics in education is presented as a vital step towards preparing students for future challenges in a technology-driven world.
Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian khớp
- Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác:
+ Là thiết kế quy luật chuyển động của các khâu theo chuyển động của khâu thao tác.
Chuyển động của khâu thao tác có thể được mô tả thông qua tọa độ thao tác hoặc thông qua các hệ thức ràng buộc giữa các tọa độ này.
Quỹ đạo trong không gian thao tác của robot xác định lộ trình di chuyển từ điểm A đến điểm B, đồng thời xem xét các vị trí trung gian mà robot sẽ đi qua trong quãng đường này.
+ Thiết kế quy luật chuyển động, xác định các đặc trưng về vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác.
+ Giải bài toán động học ngược xác định quy luật chuyển động của các khâu của robot.
+ Phương pháp này cho khả năng đảm bảo độ chính xác định vị khâu thao tác
- Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp:
+ Là thiết kế quy luật chuyển động cho các khâu của robot đảm bảo yêu cầu đã biết.
+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được cho
+ Quỹ đạo trong không gian khớp cho robot di chuyển từ điểm A đến điểm
B mà không quan tâm đến các vị trí trung gian trong quãng đường AB mà robot đi qua.
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance students' problem-solving skills and creativity By engaging with robotics, learners can develop critical thinking and technical abilities that are essential in today's digital world The study highlights various methodologies for teaching robotics effectively, ensuring that students gain hands-on experience while fostering a deeper understanding of technology Overall, the content advocates for a systematic approach to incorporating robotics in education, preparing students for future challenges in technology and innovation.
+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được tính toán từ bài toán động học.
Thiết kế quy luật chuyển động của robot bao gồm việc xác định vị trí, vận tốc và gia tốc của các khâu, dựa trên các đặc trưng tương ứng của khâu thao tác tại các điểm nút trên đường di chuyển.
Việc tính toán quỹ đạo cho robot trở nên đơn giản hơn, nhưng việc kiểm soát độ chính xác định vị vẫn là một thách thức lớn Để tối ưu hóa hiệu suất, chúng ta thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác sao cho điểm tác động cuối di chuyển theo đường thẳng từ điểm A đến điểm B trong vùng làm việc Điều này rất quan trọng, đặc biệt khi sơn, vì cần duy trì vận tốc ổn định trong suốt quá trình, do đó chúng ta áp dụng quy luật vận tốc hình thang.
Quy luật vận tốc hình thang gồm có 3 giai đoạn:
- Giai đoạn I: Vận tốc tăng từ 0 đến giá trị ổn định làm việc, gia tốc a 1
- Giai đoạn II: Vận tốc không đổi trong quá trình thao tác, a 2 =0
- Giai đoạn III: Vận tốc giảm dần về 0, gia tốc a 3
Hình 12: Giản đồ vận tốc theo thời gian
The article focuses on the essential aspects of designing and programming robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics education into learning environments to enhance problem-solving skills and creativity By exploring various methodologies and tools, the article highlights how students can engage with technology effectively Furthermore, it discusses the relevance of robotics in fostering critical thinking and collaboration among learners Overall, the content underscores the significance of robotics as a vital component of modern education, preparing students for future technological advancements.
PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI TĨNH YÊU CẦU LỰC/MOMEN ĐỘNG CƠ LỚN NHẤT
- Cơ cấu gắn vào Robot bao gồm các khâu nối với nhau bởi các khớp Trọng tâm được đặt vào trung điểm của từng khâu.
Bài toán yêu cầu xác định lực và mômen tác động vào các khớp của robot để duy trì trạng thái cân bằng tĩnh khi có ngoại lực tác động tại điểm E, bao gồm véc tơ lực F E,3 và mômen M E,3.
Hình 13 : Phân tích vector lực và momen cho khâu
- Để một khâu của robot ở trạng thái cân bằng thì tổng các lực và tổng các momen tác dụng lên khâu đó bằng 0 tức là , hay
The article focuses on the integration of robotics in computational mathematics education It emphasizes the importance of designing and implementing robotic systems to enhance learning experiences By incorporating robotics into the curriculum, students can develop critical thinking and problem-solving skills This approach not only engages learners but also prepares them for future technological advancements Ultimately, the goal is to create a comprehensive educational framework that combines mathematics and robotics effectively.
(2) hoặc viết dưới dạng ma trận như sau:
Vector có gốc tại điểm A và mút tại điểm B được biểu diễn trong hệ tọa độ k Tương tự, vector có gốc tại điểm C và mút tại điểm D cũng được biểu diễn trong hệ tọa độ k bất kỳ Trong các công thức (3.1.3) và (3.1.4), các ma trận đối xứng lệch được đề cập đến.
, được nhận từ các vector ,
Từ (2),(3) giải được như sau và
This article explores the essential principles of designing robots within the framework of computational mathematics It emphasizes the significance of integrating mathematical concepts into robotic design to enhance functionality and efficiency By applying these mathematical techniques, developers can create more sophisticated and reliable robotic systems The discussion highlights various methodologies that bridge the gap between theory and practical application in robotics, showcasing the vital role of mathematics in advancing technology.
+ các lực, mô men, các k r i i-1 , k r i ci
+ sử dụng ma trận D-H để chuyển đổi, tính toán giữa các hệ tọa độ :
Do robot chỉ bao gồm các khâu tịnh tiến nên ta có thể lược bỏ qua thành phần momen
TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC
Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot
T = ∑ i=1 n T i = 1 2 q ˙ T { ∑ i=1 n (J Ti T m i J Ti + J T Ri I i J Ri ) } q¿ ˙ 1 2 q ˙ T M (q ) ˙ q Đặt:
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and foster creativity among students By exploring various robotic applications, the article illustrates how hands-on experiences with technology can significantly improve learning outcomes Ultimately, it advocates for a comprehensive approach to teaching robotics, highlighting its potential to prepare students for future challenges in a technology-driven world.
⇒ d dt ( ∂ ∂T q ˙ i ) = ∑ j=1 n m ij (q) ¨ q j + ∑ j=1 n dm dt ij (q ) q ˙ j = ∑ j=1 n ∑ k=1 n ∂ m ∂ q k ij q ˙ k q ˙ l + ∑ j=1 n m ij (q) ¨ q j ∂ q ∂T i = 1 2 ∑ j=1 n ∑ k=1 n ∂ m ∂ q jk (q) i q ˙ j q ˙ k
Ta đưa vào ký hiệu:
Do M(q) là ma trận đối xứng nên m ik,k = m jk,i = m kl,i Từ đó suy ra:
∑ j=1 n m ij ( q ) q ¨ j + ∑ j=1 n ∑ k =1 n h ijk ( q ) q ˙ k q ˙ j + g i ( q ) =τ i Đặt: c ij ( q , q ˙ ) = ∑ k=1 n h ijk ( q ) q ˙ k
Như vậy phương trình vi phân chuyển động của Robot có thể viết dưới dạng ma trận như sau:
M ( q ) - là ma trận khối lượng
C ( q ,q • ) - là lực quán tính Coriolis
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of computational mathematics education It emphasizes the importance of integrating robotics into learning environments to enhance students' understanding of mathematical concepts By utilizing robotics, educators can create engaging and interactive experiences that foster critical thinking and problem-solving skills The article advocates for a curriculum that incorporates robotics as a tool for teaching mathematics, ultimately preparing students for future technological advancements.
G ( q ) - là lực quán tính li tâm
Q - là lực suy rộng của lực không thế a, Tính ma trận khối lượng
Tenso quán tính các khâu :
O1 Θ C1 = [ I I I C1 C1 C1zx xx yx I I I C1xy C1yx C1zy I I I C1xz C1yz C1zz ] I C1zz =I C1yy =0 , I C1xx = m 1 q 1 2
I C1xy = I C1yx =0 , I C1xz = I C1 zx = 0 , I C1yz = I C1zy =0
The thesis on designing robots in computational mathematics emphasizes the integration of technology and educational methodologies It explores how robotics can enhance learning experiences and foster critical thinking skills among students By incorporating robotics into the curriculum, educators can provide hands-on opportunities that encourage problem-solving and creativity The study also highlights the importance of aligning robotic design projects with educational standards to maximize their effectiveness in teaching mathematical concepts Ultimately, the research advocates for a collaborative approach in developing robotic applications that can significantly benefit the learning process in computational mathematics.
O2 Θ C2 = [ I I I C2xx C2yx C2zx I I I C2xy C2yx C2zy I I I C2xz C2yz C2zz ] I C2xx = I C2 yy =0 , I C2zz = m 2 q 2 2
I C2xy = I C2yx = 0 , I C2xz = I C2 zx = 0 , I C2yz =I C2zy =0
Ma trận Jacobi tịnh tiến các khâu :
The article focuses on the design and implementation of a robot within the context of computational mathematics education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance learning experiences By utilizing robotics, students can develop critical thinking and problem-solving skills while engaging with complex mathematical concepts The project aims to create an interactive learning environment that fosters creativity and innovation among students Overall, the incorporation of robotics into math education serves to prepare students for future technological advancements and careers in STEM fields.
Nên ta có ma trận Jacbi quay của khâu động 2
The article focuses on the design and implementation of a robot within the context of computational mathematics education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance learning outcomes By exploring various methodologies, the article illustrates how robotics can facilitate problem-solving and critical thinking skills among students Additionally, it discusses the potential for robotics to engage learners in hands-on experiences, making complex mathematical concepts more accessible and enjoyable Overall, the integration of robotics in mathematics education is presented as a transformative approach that fosters innovation and creativity in the classroom.
Nên ta có ma trận Jacbi quay của khâu động 2
Tính ma trận khối lượng
Do Robot có ba khâu động nên n=3
The article discusses the importance of integrating robotics into the curriculum of mathematics education It emphasizes how designing and programming robots can enhance students' understanding of mathematical concepts By engaging in hands-on activities, learners can develop critical thinking and problem-solving skills The article also highlights the potential of robotics to make math more interactive and enjoyable, fostering a deeper interest in the subject Overall, incorporating robotics into math education can significantly improve student outcomes and prepare them for future technological advancements.
= [ 5 4 0 m 1 0 0 ] + [ m 0 2 m 0 4 2 ] = [ 5 m 1 4 0 +m 2 m 0 4 2 ] b, Tính lực quán tính Coriolis:
Kí hiệu (k,l;j) = 1 2 ( ∂ m ∂ q kj l + ∂m ∂ q k lj − ∂m ∂q kl j ) gọi là ký hiệu Chiristoffel 3 chỉ số loại 1
Bài viết này trình bày về việc thiết kế robot trong môn học Tính toán Nó đề cập đến các phương pháp và công thức toán học cần thiết để tính toán các tham số của robot Đặc biệt, các công thức đạo hàm được sử dụng để phân tích chuyển động và lực tác động lên robot Qua đó, bài viết nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng kiến thức toán học vào việc phát triển và tối ưu hóa thiết kế robot.
C(q, q ˙ ) q =¿ [ ( ( 1,1 1,1 ;1 ;2 ) ) q q ˙ ˙ 1 1 q q ˙ ˙ 1 1 + + ( ( 1,2 1,2; ;1 2 ) ) q q ˙ ˙ 1 1 q q ˙ ˙ ˙ 2 2 + + ( ( 2,1;1 2,1;2 ) ) q q ˙ ˙ 2 2 q q ˙ ˙ 1 1 +(2,2;1) ˙ +(2,2 ;2) ˙ q q 2 2 q q ˙ ˙ 2 2 ] ¿ c, Lực quán tính li tâm:
Do robot thiết kế theo cơ cấu TT 2 khâu tịnh tiến, ta bỏ qua lực quán tính li tâm. d, Lực suy rộng của các lực không thế:
Lực suy rộng bao gồm lực ma sát khô, ma sát nhớt, lực hoạt động không thế có dạng như sau :
The article discusses the essential principles of designing robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating problem-solving skills, logical reasoning, and creativity in the process of robot design Additionally, the content highlights the role of technology in enhancing learning experiences and encourages the application of theoretical knowledge to practical scenarios By focusing on these key aspects, the article aims to provide a comprehensive understanding of how robotics can be effectively taught and implemented in educational settings.
Nhưng do robot thiết kế theo cơ cấu TT 2 khâu tịnh tiến => M i = 0
Và Q 2 = [ a 2 sin -a ( 2 2 q sin 1 + q 2 0 ( q 2 ) 1 +q a 1 sin q 2 ) 1 a 2 cos a ( 2 2 q cos 1 +q ( 2 0 2 q ) 1 + +q a 1 2 cos ) q 1 0 0 0 ] [ F F F x Z y ]
Động lực học ngược
Cho trạng thái chuyển động của robot, vị trí, vận tốc, gia tốc đã biết, cần xác định :
The article discusses the essential aspects of designing and programming robots within the framework of computational thinking It emphasizes the significance of integrating robotics education into the curriculum to enhance problem-solving skills and creativity among students By focusing on practical applications, the article highlights how robotics can serve as a powerful tool for engaging learners in STEM fields The content also addresses the importance of collaborative projects in fostering teamwork and communication skills, which are crucial in today's technology-driven world Overall, the article advocates for a comprehensive approach to robotics education that prepares students for future challenges.
THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG ROBOT
Thiết kế hệ dẫn động cho khâu
Khâu 1 chuyển động tịnh tiến nên để đạt độ chính xác cao ta chọn bộ truyền vitme đai ốc bi cho hệ dẫn động.
+ Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng vững chiều trục cao
+ Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0.9 so với vít me đai ốc trượt là 0.2 - 0.4
+ Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát ( biến đổi theo tốc độ ma sát tĩnh rất bé nên chuyển động rất êm)
+ Nhược điểm của vitme đai ốc bi là khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường ( do đặc điểm cấu tạo)
Vitme đai ốc bi có độ chính xác rất cao, nhưng việc chế tạo chúng gặp nhiều khó khăn và chi phí sản xuất cũng là một nhược điểm lớn.
- Chiều dài làm việc: S 1 = 1000 mm
The article discusses the design and implementation of robots within the context of computational thinking education It emphasizes the importance of integrating robotics into learning environments to enhance problem-solving skills and foster creativity among students By engaging with robotics, learners can develop critical thinking abilities and practical skills that are essential in today's technology-driven world The article also highlights various methodologies for teaching computational thinking through robotics, making it a valuable resource for educators looking to enrich their curriculum.
- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,2g = 1,96 m/s 2
- Hệ số ma sát trượt bề mặt: μ = 0,1.
- Tốc độ vòng động cơ: N max = 3000 vg/ph.
- Độ chính xác vị trí : ±0,1/1000mm
- Độ chính xác lặp : ±0,01mm
- Chọn trục vít me - ổ bi cho cho khâu 1
Hình 13 Kiểu lắp cố định – cố định Suy ra N = 2; m = 10,2 trong đó N, m: hai hệ số phụ thuộc kiểu lắp
3000 =6 mm Điều kiện làm việc: làm việc êm
Lực chống trượt: + khớp 1 : F a1 = μ(m 1 + m 2 )g = 14,7 (N) a) Tính toán lực dọc trục Các thành phần trong các công thức:
• Khối lượng đặt lên khâu 1: m = m 1 + m 2 = 5 + 10 = 15 (kg)
The article focuses on the subject of designing and programming robots, emphasizing the importance of computational thinking in the educational curriculum It explores various methodologies for integrating robotics into learning environments, highlighting the benefits of hands-on experience and problem-solving skills Additionally, the piece discusses the role of technology in enhancing student engagement and fostering creativity By incorporating robotics into education, students can develop critical thinking and technical skills essential for the future workforce.
Lực chống trượt không tải:
Theo khớp 1, khi chạy với v 1 000 (mm/phút):
• Lực dọc trục lớn nhất : F 1m = max(F 1 ,F 2 ) = 73,5 N b) Tính toán tải trọng động C a
= (60.3000.2500 0 ) 1/3 73,5.1,2.10 -2 = 1456,15 kgf = 14,28 (kN) c) Chiều dài trục vít me
Chiều dài trục vít-me: L 1 = S 1 = 1000 (mm) d) Chọn đường kính trục vít
- Kiểu ổ bi là cố định – di động → f = 15,1
- Tốc độ quay vòng của động cơ 3000 (rpm)
- L 1 = 1000 (mm) Đường kính ren trục vít: n =α 60 λ 2
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of computational thinking education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance students' problem-solving skills and creativity By engaging with robotics, learners can develop critical thinking abilities and a deeper understanding of technology The article advocates for a structured approach to teaching robotics, highlighting its potential to prepare students for future challenges in a tech-driven world.
Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phí chuyển động không quá quan trọng, theo đó kiểu ổ bi sẽ được chọn là:
• Ổ bi loại lưu chuyển bi bên ngoài.
Hình 14 Catalogue ổ bi FSWC của hãng PMI. e) Chọn loại trục vít me:
Từ độ cứng yêu cầu và các yếu tố: tải trọng, đường kính, chiều dài, kích cỡ ổ
Trong việc thiết kế robot, việc lựa chọn các linh kiện phù hợp là rất quan trọng Chúng ta có thể chọn series trong catalog của hãng PMI, đặc biệt là loại trục vít me PMI 25 bước 10 với mã số 1R25-10A2-FSWC-770-933-0.018 Loại trục này có thông số kỹ thuật cụ thể, giúp đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình hoạt động của robot.
Hình 15 Loại trục vít me đường kính 25 bước 10 của hãng PMI.
Dựa vào các thông số về tải trọng động, đường kính trục vít, ta chọn được ổ bi của hãng SKF:
The article focuses on the design and implementation of robots in the field of education, specifically within the curriculum of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into learning environments to enhance problem-solving skills and foster creativity among students By incorporating robotics into educational programs, educators can provide hands-on experiences that promote engagement and critical thinking The article advocates for a structured approach to teaching robotics, ensuring that students not only learn technical skills but also understand the underlying principles of computational thinking Overall, the integration of robotics into education serves as a valuable tool for preparing students for future challenges in a technology-driven world.
Hình 16 Ổ bi đỡ đường kính trong 25 – 30 mm của hãng SKF.
Thông số d (mm) D (mm) B (mm) C (kN) C 0 (kN)
The article focuses on the design and implementation of robots in the context of computational mathematics It explores the integration of robotic systems with mathematical principles, highlighting their applications in various fields The discussion emphasizes the importance of understanding computational algorithms for effective robot design Additionally, it addresses the challenges faced in robotic engineering and the solutions derived from mathematical computations Ultimately, the article underscores the significance of interdisciplinary knowledge in advancing robotic technology.
Kiểm nghiệm bền cho hệ dẫn động a) Kiểm nghiệm trục vít
+ Tốc độ quay cho phép: n 1 =f dr
1000 2 10 7 775 (vòng/ph) > 3000 (vòng/ph) + Tính tải trọng tới hạn:
→ Trục vít me khớp 1 đảm bảo yêu cầu b) Kiểm nghiệm ổ bi đỡ
Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ
Hình 17 Sơ đồ lực dọc trục
Khả năng tải động của ổ kiểm nghiệm theo công thức: C d =Q m √ L
- L - tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay
- m - là bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 3 với ổ bi
The article discusses the design and implementation of a robot within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By exploring various programming techniques and robotic components, learners can develop a deeper understanding of technology and its applications This hands-on approach not only fosters engagement but also prepares students for future challenges in a rapidly evolving digital landscape.
- Gọi L t là tuổi thọ của tính bằng giờ: chọn L t = 25000h
- n = 3000 (vg/ph) là số vòng quay của trục vít
- Xác định tải trọng động quy ước Q
- Fr, Fa là lực hướng tâm và lực dọc trục
- V là hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay →V=1
- K t là hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ Kt = 1(𝑡𝑜 < 100𝑜)
- K d là hệ số kể đến đặc tính tải trọng Va đập nhẹ: K d = 1
- X ,Y là hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục
Lực hướng tâm trong hệ thống này được giảm thiểu do khối lượng khâu tịnh tiến chủ yếu được hỗ trợ bởi rãnh mang cá Ngoài ra, với khối lượng trục vít nhỏ, lực hướng tâm tác động lên ổ bi gần như bằng 0.
• Lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra trên các ổ:
=> Vậy hầu như chỉ có lực dọc trục tác động lên ổ
- Tải trọng quy ước trên ổ khâu 1 và 2 là:
Vậy ổ bi đã chọn thỏa mãn khả năng tải động
Chọn động cơ
Lực lớn nhất tác dụng vào khâu 1 ở trạng thái tĩnh là:
The article focuses on the subject of designing robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating computational concepts into robotics education, fostering problem-solving skills, and enhancing creativity among students By exploring various methodologies for robot design, the article highlights how these practices can improve critical thinking and collaboration in learning environments The discussion also underscores the relevance of robotics in today's technology-driven world, making it an essential component of modern education.
=> Công suất ra cần để khiến cơ cấu chuyển động là :
Trong đó : η =η 1 η 2 2 η kn : Hiệu suất truyền động
Với η 1 =0,9 : Hiệu suất bộ truyền vitme đai ốc bi η 2 =0,99 : Hiệu suất ổ lăn η kn =1 : Hiệu suất khớp nối
0.9 0,99 2 1 = 50 (W) Cần chọn động cơ có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết:
=> P đc ≥ P ct = 50 W Tốc độ quay của động cơ là :
Để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và giảm thiểu phát sinh nhiệt, động cơ servo được lựa chọn nhờ vào khả năng đảm bảo tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi liên tục.
Dựa vào công suất tính toán của động cơ, chúng tôi đã chọn động cơ servo Yaskawa thuộc dòng SGMJV-01A với công suất tối đa 100W và tốc độ quay định mức 3000 vòng/phút.
The article focuses on the design and implementation of a robot within the context of computational mathematics education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance learning outcomes The study explores various methodologies for teaching mathematical concepts through hands-on robotic applications Additionally, it highlights the benefits of engaging students in practical problem-solving experiences, fostering creativity and critical thinking skills Ultimately, the article advocates for a multidisciplinary approach to education that incorporates technology and robotics to prepare students for future challenges.
Hình 18 Catalog động cơ servo loại SGMJV của hãng Yaskawa
The article focuses on the essential aspects of designing and programming robots within the context of computational thinking It emphasizes the significance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By exploring various programming techniques and methodologies, learners can develop a deeper understanding of robotics and its applications The content aims to inspire educators to adopt innovative teaching strategies that incorporate robotics, fostering a more engaging and interactive learning environment.
4 Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu của robot:
Chọn vật liệu thép cacbon có khối lượng riêng , có ứng suất cho phép σ 0 B.5(kg/mm 2 )=4,25 x10 8 (N/m 2 )
Dưới đây là ứng suất, chuyển vị của từng khâu sau khi đặt lực:
Khâu 3: Gắn đầu phun sơn khối lượng 0,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 2 N
The article focuses on the design and implementation of robots in the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By engaging with robotics, learners can develop a deeper understanding of programming and engineering concepts The article also highlights various methodologies for teaching robotics effectively, ensuring that students grasp both theoretical and practical aspects Ultimately, the integration of robotics in education prepares students for future technological advancements and fosters critical thinking abilities.
Khâu 2: Do chịu tác dụng của đầu phun sơn và khâu 3 có khối lượng 10 + 0.2 = 10,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 102N
Dựa trên mô phỏng, các ứng suất lớn nhất trên các khâu của Robot đều thấp hơn nhiều so với ứng suất cho phép, cho thấy Robot có khả năng đảm bảo độ bền cao Hơn nữa, chuyển vị của Robot cũng rất nhỏ, không đáng kể so với kích thước tổng thể của nó.
The article discusses the design and implementation of robots in the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By exploring various robotic applications, the article highlights how robotics can serve as a practical tool for teaching complex concepts in mathematics and science Ultimately, the piece advocates for a structured approach to robotics education, aiming to prepare students for future technological challenges.
Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu của robot
Chọn vật liệu thép cacbon có khối lượng riêng , có ứng suất cho phép σ 0 B.5(kg/mm 2 )=4,25 x10 8 (N/m 2 )
Dưới đây là ứng suất, chuyển vị của từng khâu sau khi đặt lực:
Khâu 3: Gắn đầu phun sơn khối lượng 0,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 2 N
The article focuses on the design and implementation of robots within the framework of computational thinking education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance problem-solving skills and foster creativity among students By engaging with robotics, learners can develop critical thinking and technical skills that are essential in today's technology-driven world The text highlights various methodologies and educational strategies for effectively teaching robotics, aiming to inspire future innovators and engineers.
Khâu 2: Do chịu tác dụng của đầu phun sơn và khâu 3 có khối lượng 10 + 0.2 = 10,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 102N
Mô phỏng cho thấy rằng các ứng suất lớn nhất trên các khâu của Robot đều thấp hơn nhiều so với ứng suất cho phép, điều này đảm bảo độ bền của Robot Hơn nữa, chuyển vị của Robot cũng rất nhỏ và không đáng kể so với kích thước tổng thể của nó.
The article discusses the importance of designing and programming robots in the field of computational thinking It emphasizes the need for students to engage in hands-on learning experiences that foster creativity and problem-solving skills By integrating robotics into the curriculum, educators can enhance students' understanding of technology and its applications The article advocates for a structured approach to teaching robotics, encouraging collaboration and critical thinking among learners Ultimately, the goal is to prepare students for future challenges in a technology-driven world.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN…………………… 1 Chọn luật điều khiển phù hợp, thiết kế mô hình điều khiển
Mô phỏng bằng Matlab
The article focuses on the design and implementation of robots in educational settings, emphasizing the importance of integrating robotics into the curriculum It highlights how robotics can enhance learning experiences, foster creativity, and develop critical thinking skills among students Additionally, the article discusses various methodologies for teaching robotics, including hands-on activities and collaborative projects, which engage students and promote teamwork By incorporating robotics into education, educators can prepare students for future technological advancements and career opportunities in STEM fields.
Mô hình khối của hệ thống trong môi trường matlabKết quả sau khi chạy hệ thống:
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of programming education It emphasizes the importance of integrating robotics into the curriculum to enhance students' problem-solving skills and creativity By engaging with robotics, learners can develop a deeper understanding of computational thinking and engineering principles The article advocates for hands-on learning experiences that foster collaboration and innovation among students, ultimately preparing them for future technological challenges.
The article focuses on the design and development of robots within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and creativity among students By exploring various methodologies and technologies, the article highlights how robotics can serve as a practical application of theoretical concepts in computer science Additionally, it discusses the potential impact of robotics education on fostering innovation and preparing learners for future challenges in a technology-driven world.
The article focuses on the course "Designing Robots" within the curriculum of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics education to enhance problem-solving skills and creativity in students The course aims to provide hands-on experience in robot design and programming, fostering critical thinking and collaboration among learners By engaging in this subject, students can develop essential skills for the future, preparing them for careers in technology and engineering fields Overall, the course serves as a vital component in modern education, equipping students with the knowledge and tools necessary for success in a rapidly evolving digital landscape.
The article focuses on the design and implementation of robots within the context of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and foster creativity among students By exploring various methodologies for teaching robotics, the article highlights how these practices can engage learners and prepare them for future technological challenges Additionally, it discusses the role of hands-on experiences in reinforcing theoretical knowledge, ultimately aiming to inspire a new generation of innovators in the field of robotics.
The article discusses the importance of integrating robotics into the curriculum of mathematics education It emphasizes how robotic design and programming enhance students' problem-solving skills and critical thinking By incorporating hands-on learning experiences, students can better grasp mathematical concepts and apply them in real-world scenarios The article advocates for educational institutions to adopt robotics as a vital component of their teaching strategies, ultimately preparing students for future technological advancements.
The article focuses on the design and implementation of robots in the context of computational mathematics It emphasizes the importance of integrating theoretical knowledge with practical applications in robotics The study aims to enhance learning outcomes by engaging students in hands-on projects that foster critical thinking and problem-solving skills By exploring the principles of robotics, the article highlights how these concepts can be effectively taught within the mathematics curriculum, ultimately preparing students for future technological advancements.
1 PGS TS Phan Bùi Khôi: Lập trình mô phỏng hệ thống điều khiển trong Matlab
2 PGS TS Phan Bùi Khôi: Bài giảng Robotic
3 Các video trên Youtube về Matlab Simulink
The article focuses on the design and implementation of robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating robotics into educational curricula to enhance problem-solving skills and foster creativity among students By exploring various robotic applications, learners can develop a deeper understanding of technology and its practical uses The content advocates for a hands-on approach to learning, encouraging students to engage with robotics as a means to enhance their computational skills and prepare for future technological challenges.
STT Thành viên Nhiệm vụ Tiến độ
- Phân tích điều kiện thao tác, công nghệ của Robot để lựa chọn cấu trúc
- Giải bài toán động lực học (thuận, nghịch), tĩnh học
- Thiết kế hệ thống dẫn động
- Giải bài toán động học (thuận, nghịch)
- Mô phỏng độ bền khâu
The article focuses on the topic of designing robots within the framework of computational thinking It emphasizes the importance of integrating computational concepts into the educational curriculum, particularly in the context of robotics By exploring various methodologies for robot design, the article aims to enhance students' problem-solving skills and creativity Furthermore, it highlights the relevance of computational thinking in fostering innovation and adaptability in technology-driven environments The discussion also addresses the potential benefits of robotics education in preparing students for future careers in STEM fields.