Nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền tự động sản xuất hiện đại.Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng trong các lĩnh vực cơ khí, điện tử, tin học t
ĐỖ VIỆT HƯNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐỖ VIỆT HƯNG CƠ HỌC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ROBOT HÀN ALMEGA AII THAO TÁC TRONG KHÔNG GIAN ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CƠ HỌC KỸ THUẬT KHOÁ 2008-2010 HÀ NỘI – 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131808991000000 MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU ………………………………………………………………………… DANH MỤC HÌNH ẢNH ……………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan robot 1.1.1 Robot 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Robot hàn 11 1.1.4 Bậc tự robot 20 1.2 Cơ sở lý thuyết khảo sát động học robot 21 1.2.1 Tọa độ nhất, ma trận biến đổi tọa độ 22 1.2.2 Phương pháp Denavit – Hartenberg 24 1.2.3 Tính ma trận truyền Denavit – Hartenberg cho khâu 28 1.2.4 Tính trực tiếp ma trạng thái khâu cuối 29 1.2.5 Thiết lập hệ phương trình động học robot 31 1.3 Phương trình động học robot hàn ALMEGA AII 32 1.3.1 Cấu trúc động học, phương pháp xây dựng hệ tọa độ khâu 32 1.3.2 Dây chuyền động học, tính ma trận xác định trạng thái khâu cuối theo biến khớp 41 1.3.3 Mơ hình hóa mối hàn 42 1.3.4 Phương trình động học robot hàn 46 CHƯƠNG 56 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT HÀN THAO TÁC CÔNG NGHỆ TRÊN ĐỐI TƯỢNG ĐỘNG 56 2.1 Mô tả đồ gá di động mang đối tượng công nghệ 56 2.2 Thiết lập phương trình động học robot hàn ALMEGA AII thao tác không gian động 57 2.2.1 Bài toán 57 2.2.3 Bài toán 66 CHƯƠNG 67 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT 67 3.1 Giải thuật tính tốn 67 3.1.1 Phương pháp Newton-Raphson 67 3.1.2 Lập trình ngôn ngữ Maple 68 3.2 Mô số kết tính tốn 73 3.2.1 Bài toán 73 3.2.2 Bài toán 77 3.2.3 Bài toán 78 3.2.3 Bài toán 82 3.3 Mô hoạt động robot 84 3.3.1 Các bước cụ thể việc mô robot 85 3.3.2 Cấu trúc chương trình 89 -1- 3.3.3 Mô quỹ đạo chuyển động 92 PHỤ LỤC ………………………………………………………………………………… KẾT LUẬN ……………………………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………………… -2- CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan robot 1.1.1 Robot Thuật ngữ “robot” lần xuất năm 1922 tác phẩm “Rossum’s Unisersal Robot” Karel Capek Hơn 20 năm, sau ước mơ viễn tưởng Kerel Capek bắt đầu thực Ngay sau chiến tranh giới thứ 2, Hoa Kì xuất cánh tay máy chép hình điều khiển từ xa Vào năm 50 bên cạnh tay máy chép hình khí đó, xuất loại tay máy chép hình thuỷ lực điện từ, tay máy Minotaur I tay máy Handyman General Electric Năm 1954 George C Devol thiết kế thiết bị có tên “cơ cấu lề dùng để chuyển hàng theo chương trình ” Đến năm 1956 Devol với Joseph F Engelber, kỹ sư trẻ công nghiệp hàng không tạo loại robot công nghiệp năm 1959 Chiếc robot công nghiệp đưa vào ứng dụng đầu tiên, năm 1961, nhà máy ô tô General Motors Trenton, New Jersey Hoa Kì Năm 1967 Nhật Bản nhập robot công nghiệp từ công ty AMF Hoa kỳ Đến năm 1990 có 40 cơng ty Nhật Bản, có cơng ty khổng lồ công ty Hitachi công ty Mitsubishi đưa thị trường quốc tế nhiều loại robot tiếng Từ năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính robot ý đến nhiều lắp đặt thêm cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc Tại trường đại học tổng hợp Stanford người ta tạo loại robot lắp ráp tự động điều khiển máy vi tính sở xử lý thông tin từ cảm biến lực thị giác Từ năm 80, vào năm 90, áp dụng rộng rãi tiến kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp gia tăng, -3- giá thành giảm rõ rệt, tính có nhiều tính vượt bậc Nhờ robot cơng nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền tự động sản xuất đại Ngày với phát triển không ngừng lĩnh vực khí, điện tử, tin học tích hợp lĩnh vực điện tử phát triển coi ngành mũi nhọn q trình đại hóa cơng nghiệp hóa đất nước Sản phẩm điện tử nhiều robot thể tất lĩnh vực khí, điện tử, tin học Khả làm việc robot có nhiều ưu điểm: Chất lượng độ xác cao, hiệu kinh tế cao, làm việc môi trường độc hại mà người làm được, cơng việc mà địi hỏi phải cẩn thận khơng nhầm lẫn, thao tác nhẹ nhàng, tinh tế xác nên cần có thợ tay nghề cao phải làm việc căng thẳng suốt ngày robot có khả thay hoàn toàn So với lúc đời, ngày cơng nghệ robot có bước phát triển vượt bậc Đặc biệt vào năm 60 kỷ trước, với góp mặt máy tính Ở giai đoạn đầu người ta quan tâm đến việc tạo cấu tay máy nhiều bậc tự do, trang bị cảm biến để thực cơng việc phức tạp Ngày có cải tiến quan trọng kết cấu phận chấp hành, tăng độ tin cậy phận điều khiển, tăng mức thuận tiện dễ dàng lập trình Tăng cường khả nhận biết xử lý tín hiệu từ mơi trường làm việc để mở rộng phạm vi ứng dụng cho robot Trong tương lai số lượng lao động thay ngày nhiều mặt giá thành robot ngày giảm mặt hàng vi điện tử liên tục giảm giá đồng thời chất lượng liên tục tăng Mặt khác chi phí lương khoản phụ cấp cho người lao động ngày tăng Robot ngày vạn để làm nhiều việc dây chuyền Công đoạn lắp ráp thường chiếm tỷ lệ cao so với tổng thời gian sản xuất toàn dây chuyền Cơng việc lại địi hỏi phải cẩn thận, nhẹ nhàng tinh tế xác Nên cơng nhân cần phải thợ có tay nghề cao làm việc đơn điệu, căng thẳng Robot có mặt nhiều cơng đoạn lắp ráp phức tạp -4- thừa hưởng kĩ thuật cảm biến, kĩ thuật tin học với ngơn ngữ lập trình bậc cao Kỹ thuật robot bước áp dụng kết nghiên cứu trí khơn nhân tạo đưa vào ứng dụng công nghiệp Cải tiến bổ xung modul cảm biến modul phần mềm phù hợp cải tiến thơng minh hoá nhiều loại robot Điều quan trọng cấu chấp hành robot phải hoạt động xác Robot nói chung hệ tự động linh hoạt gồm có hệ thống: - Hệ thống dẫn động - Hệ thống điều khiển - Hệ thống cảm biến, camera quan sát thiết bị khác trang bị thêm nhằm phục vụ mục đích riêng robot Về học: Robot hệ nhiều vật ghép lại với khớp, có sáu loại khớp thấp loại khớp cao thường dùng cấu máy robot: • Khớp quay (Revolute Joint-R): Cho phép hai thành phần khớp chuyển động quay tương theo trục xác định dạng hình học khớp Khớp quay hạn chế khả chuyển động tương đối hai thành phần khớp Khớp quay cịn gọi khớp lề Hình 1.1 • Khớp lăng trụ (Prismatic-P) : Cho phép hai thành phần khớp trượt với theo trục xác định dạng hình học khớp Do khớp lăng trụ hạn chế khả chuyển động tương đối hai thành phần khớp Khớp lăng trụ gọi khớp tịnh tiến -5- Hình 1.2 • Khớp trụ (Cylindrical Joint-C): Cho phép hai thành phần khớp có hai chuyển động độc lập, gồm chuyển động quay quanh trục chuyển động tịnh tiến dọc theo trục quay Do khớp trụ hạn chế khả chuyển động hai thành phần khớp Hình 1.3 • Khớp ren (Helical Joint-H): Cho phép hai thành phần khớp chuyển động quay quanh trục đồng thời tịnh tiến theo trục quay Tuy nhiên chuyển động tịnh tiến phụ thuộc chuyển động quay bước vít Do khớp ren hạn chế khả chuyển động hai thành phần khớp Hình 1.4 -6- • Khớp cầu (Spherical Joint-S): Cho phép hai thành phần khớp thực chuyển động quay hai khâu quanh tâm cầu theo tất hướng Do khớp cầu hạn chế ba khả chuyển động hai thành phần khớp Hình 1.5 • Khớp phẳng (Plane Joint-P): Cho phép hai thành phần khớp chuyển động tịnh tiến theo hai trục mặt tiếp xúc khả quay quanh trục vng góc với mặt phẳng tiếp xúc Do khớp phẳng hạn chế ba khả chuyển động hai thành phần khớp Hình 1.6 • Khớp bánh phẳng (Gear Pair-G): Hai bánh ăn khớp, cho phép bánh lăn trượt với bánh điểm tiếp xúc hai bánh ăn khớp Do khớp bánh phẳng hạn chế khả chuyển động -7- Hình 1.7 • Khớp cam phẳng (Cam Pair - Cp): khớp tạo chuyển động tiếp xúc hai cam Khớp hạn chế bốn khả chuyển động Một số loại Robot bản: Hình 1.8 Robot Scara bậc tự Hình 1.9 Robot ROBOTIKA Nga -8- Hình 1.10 Lynx Robotic Arm Hình 1.11 Robot mini làm việc cống ngầm Hình 1.12 Robotic Palletizer - Model A1600 Hình 1.13 Robot phịng thí nghiệm 1.1.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại robot, sau vài nguyên tắc phân loại thông dụng: a Phân loại theo số bậc tự trường công tác Phương pháp phân loại lấy hai hình thức chuyển động nguyên thuỷ làm chuẩn -9-