Khảo sát động lự họ robot ấu trú song song

75 Trang 7 VI LỜI NÓI ĐẦUô bốt cấu trúc song song Parallel robot là tổ hợp có cấu trúc ồg m một khâu động bàn máy di động được nố ới v i giá c ố định bởi một số mạch động học kín thường

TỔNG QUAN

Tổng quan về Robot

1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển của nền công nghiệp Robot

Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm đang thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hóa trong sản xuất Xu hướng phát triển các dây chuyền thiết bị tự động linh hoạt đang hình thành, thay thế dần các máy tự động "cứng" chỉ phục vụ một công việc cụ thể Trong bối cảnh thị trường liên tục thay đổi về chủng loại, kích cỡ và tính năng sản phẩm, nhu cầu ứng dụng robot để xây dựng hệ thống sản xuất tự động linh hoạt ngày càng tăng cao.

Thuật ngữ "robot" lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1922 trong tác phẩm "Russum's Universal Robot" của Karel Capek, nơi "robot" trong tiếng Séc có nghĩa là người làm tạp dịch Trong tác phẩm, nhân vật Rossum và con trai đã tạo ra những chiếc máy giống người để phục vụ con người Giấc mơ viễn tưởng của Karel Capek đã dần trở thành hiện thực với sự ra đời và phát triển không ngừng của ngành công nghiệp Robot Sự phát triển của Robot có thể được chia thành các thời kỳ, bắt đầu từ thời kỳ đầu 1947-1961.

Vào năm 1947, Raymond Goetz đã khởi xướng ý tưởng về việc sản xuất robot chép hình thế hệ đầu tiên Năm 1948, thế hệ M1 được ra mắt và liên tục được cải tiến Đến năm 1954, thế hệ M4 ra đời với những cải tiến đáng kể về cơ học và phương thức truyền động giữa phần điều khiển và tay máy.

Năm 1954, Mỹ bắt đầu một dự án lớn về hàng không, đẩy mạnh việc ứng dụng năng lượng hạt nhân Nhóm General Electric đã phát triển các hệ thống điều khiển từ xa hiệu quả, với mẫu thử nghiệm là Handyman ra mắt vào năm 1958.

Trong giai đoạn này, sự ra đời và phát triển của máy tính điện tử đã đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của robot Đồng thời, những cơ sở đầu tiên của lĩnh vực điều khiển từ xa cũng bắt đầu hình thành.

2 b) Thời kì phát triển của Robot 1962-1975

Năm 1961 đánh dấu sự ra đời của sản phẩm robot công nghiệp đầu tiên mang tên Vowtan từ công ty AMF của Mỹ Cùng năm đó, robot Unimate lần đầu tiên được sử dụng tại nhà máy General Motors Năm sau, robot Daimler Benz xuất hiện tại Đức, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp robot.

Trong những năm tiếp theo, nhiều quốc gia đã bắt đầu sản xuất và ứng dụng robot trong ngành công nghiệp với quy mô ngày càng lớn Cụ thể, Anh bắt đầu từ năm 1967, Thụy Điển từ năm 1968, Pháp từ năm 1972 và Italia từ năm 1973 Thời kỳ này, từ năm 1975, đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ robot trong sản xuất.

Kể từ năm 1975, sự phát triển của robot đã tập trung vào việc cải thiện khả năng sử dụng thông qua điều khiển bằng máy tính điện tử và việc tích hợp các cảm biến để nhận diện và xử lý môi trường làm việc.

Các nhà khoa học tại Đại học Stanford đã phát triển thành công robot lắp ráp máy bơm nước điều khiển bằng máy vi tính PDP 10, sử dụng công nghệ xử lý thông tin từ cảm biến lực và hình ảnh Đồng thời, IBM cũng chế tạo robot với cảm biến xúc giác và cảm biến lực, được điều khiển bằng máy vi tính, để lắp ráp các máy có hơn 20 cụm chi tiết.

Vào giai đoạn này, nhiều quốc gia đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo robot tổ hợp, bao gồm các tay máy được điều khiển bằng máy vi tính, được trang bị cảm biến và thiết bị giao tiếp người-máy Đến những năm 80 của thế kỷ 20, sự phát triển của tin học và vi điều khiển đã thúc đẩy mạnh mẽ ngành công nghiệp robot, cả về chất lượng lẫn số lượng.

Hiện nay, trên toàn cầu, nhiều phòng thí nghiệm và công ty sản xuất robot với trang thiết bị tiên tiến đang hoạt động Robot ngày càng thông minh và gần gũi với con người hơn, không chỉ giới hạn trong lĩnh vực công nghiệp mà còn ngày càng thâm nhập vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Trước khi nghiên cứu các vấn đề cụ thể liên quan đến robot công nghiệp, chúng ta cần thống nhất về thuật ngữ này Có nhiều tài liệu đề cập đến robot công nghiệp với các định nghĩa và cách hiểu khác nhau Một cách đơn giản, robot công nghiệp được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt, có khả năng bắt chước các chức năng lao động công nghiệp của con người Ứng dụng của robot công nghiệp rất đa dạng và ngày càng phổ biến trong nhiều lĩnh vực sản xuất.

Robot công nghiệp đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sinh hoạt, sản xuất, quân sự và giải trí Trong sản xuất, robot thay thế con người trong các công việc lặp đi lặp lại, nặng nhọc và nguy hiểm, mang lại hiệu quả vượt trội về năng suất và chất lượng sản phẩm Một số nhiệm vụ như thám hiểm đáy đại dương hay các hành tinh xa xôi chỉ có thể thực hiện bởi robot Rõ ràng, robot sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong tương lai của nhân loại.

Ngày nay, Robot công nghiệp đã phát triển rất đa dạng Có thể phân loại robot theo nhiều cách khác nhau:

- Theo vị trí công tác phân ra các loại robot cấp thoát phôi, robot vận chuyển, robot vạn năng

- Theo dạng công nghệ chuyên dụng, phân ra các loại robot sơn, robot han, robot lắp ráp

- Theo cách thức và đặc trưng điều khiển phân ra: robot điều khiển tự động, robot điều khiển bằng dạy học, robot điều khiển bằng tay

Các robot công nghiệp được phân loại dựa trên các hệ tọa độ sử dụng trong các chuyển động cơ bản, bao gồm hệ tọa độ trụ, cầu và phỏng sinh Những bộ phận cấu thành của robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các nhiệm vụ tự động hóa hiệu quả.

- Tay máy gồm các bộ phận: đế đặt cố định hoặc gắn liền với xe di động; thân; cánh tay trên; cánh tay dưới; bàn kẹp.

- Hệ thống truyền dẫn động có thể là cơ khí, thuỷ khí hoặc điện khí, là bộ phận chủ yếu tạo nên sự chuyển dịch ở các khớp động

- Hệ thống điều khiển đảm bảo sự hoạt động của robot theo các thông tin đặt trước hay nhận biết được trong quá trình làm việc.

Hệ thống cảm biến tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện và chuyển đổi thông tin liên quan đến hoạt động của robot cũng như môi trường và các đối tượng mà robot phục vụ.

Robot cấu trúc song song

1.2.1 Về cấu trúc động học của robot song song

Robot cấu trúc song song được đặc trưng bởi khâu cuối (bàn kẹp, bàn máy động) kết nối với giá cố định (bàn máy cố định) thông qua các mạch động học tạo thành vòng kín, giới hạn chuyển động của khâu cuối Mỗi mạch động học có thể trang bị các dẫn động như động cơ, xi lanh thủy lực, khí nén hoặc thủy khí, tùy thuộc vào cấu trúc cụ thể của robot Các mạch động học này, còn được gọi là chân của robot song song, nối bàn máy động với giá cố định Một số mẫu robot song song tiêu biểu bao gồm Platform Stewart và Manipulator Danhilovsky, cả hai đều có sáu bậc tự do và sáu mạch động học nối bàn máy động với giá cố định, với mỗi mạch có hai khớp cầu và một khớp tịnh tiến.

Số mạch động học và số bậc tự do của robot song song có thể khác nhau, do đó, số lượng, hình dạng và cách bố trí các khớp động học trên các mạch động học cũng có thể không đồng nhất.

Hình 1.11 Robot song song không gian Stewart – Gough

Hình 1.12 Robot song song Manipulator Danhilovsky

1.2.2 Phânloại robot cấu trúc song song

Robot cấu trúc song song có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau Dựa vào đặc tính chuyển động, robot được chia thành ba loại chính: robot song song phẳng, robot song song cầu và robot song song không gian Ngoài ra, dựa vào số bậc tự do, robot có thể có từ một đến sáu bậc tự do Các loại robot phổ biến như 3RPS, 3RRR, Maryland, Delta, và Platform Stewart cũng nằm trong các phân loại này Cuối cùng, theo cơ cấu truyền động, robot có thể được phân loại thành robot truyền động bằng điện, thủy lực, khí nén và truyền động thủy - khí kết hợp.

Các cơ cấu chấp hành của robot có thể được phân loại theo bản chất của chuyển động:

Robot song song phẳng được định nghĩa là một loại robot có cơ cấu khớp chuyển động hoàn toàn trong mặt phẳng Tất cả các khớp của cơ cấu này đều thực hiện chuyển động phẳng, như minh họa trong hình 1.4 với robot song song phẳng 3RRR.

♦ Robot song song kiểu cầu nếu trục quay của mọi khớp chuyển động đều đi qua một điểm cố định.

♦ Robot song song kiểu không gian nếu nó có ít nhất một trong các khâu chuyển động có chuyển động không gian tổng quát.

Sự lựa chọn robot làm việc tuỳ thuộc vào ứng dụng, môi trường làm việc, và các khảo sát khác b) Phân loại theo số bậc tự do

Sơ đồ phân loại robot thường dựa trên số bậc tự do, với lý tưởng là cơ cấu chấp hành có 6 bậc tự do để điều chỉnh vị trí và hướng của khâu chấp hành (bàn máy động) một cách linh hoạt trong không gian ba chiều Tuy nhiên, trong thực tế, robot song song có thể có từ một đến sáu bậc tự do, với cấu trúc từ hai đến sáu chân, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng.

Bảng dưới đây chỉ ra một cách đơn giản để phân loại robot cấu trúc song song theo số bậc tự do. f

♦f: số bậc tự do của robot song song

♦k: số chân (số mạch động học) của robot song song Từ hai chân đến sáu chân.

♦P: kí hiệu robot song song (Parallel Manipulators)

Chỉ số thứ nhất sau P là số bậc tự do.

Chỉ số thứ hai sau P là số chân của robot song song. c) Phân loại theo hệ thống truyền động

Có ba hệ thống truyền động chính cho rôbốt: điện, thuỷ lực và khí nén Các cơ cấu chấp hành thường sử dụng động cơ bước, động cơ một chiều hoặc động cơ servo vì tính dễ điều khiển và sạch sẽ Trong khi đó, thuỷ lực và khí nén thường được chọn khi cần tốc độ cao và khả năng mang tải lớn Tuy nhiên, truyền động thuỷ lực có nhược điểm là khả năng rò rỉ dầu, trong khi truyền động khí nén mang lại tính linh hoạt cao, sạch sẽ và nhanh chóng nhưng khó điều khiển do tính chất nén của không khí.

♦ Robot song song 3RRR(Revolute - Revolute - Revolute):

Hình 1.13 Robot song song phẳng 3RRR Hình 1.13 minh hoạ robot song song phẳng có cấu trúc nhánh 3RRR, ba bậc tự do.

♦ Robot song song 3RPS (Revolute - Prismatic - Spherical):

Robot song song không gian 3RPS, như minh họa trong Hình 1.14, có ba bậc tự do với ba chân gắn vào giá cố định qua các khớp quay và kết nối với bàn máy động bằng các khớp cầu Mỗi nhánh của robot bao gồm phần trên và phần dưới, liên kết với nhau bằng khớp lăng trụ, cho phép điều chỉnh chiều dài chân thông qua các dẫn động Độ dài của các chân, hay còn gọi là các biến khớp, thường được sử dụng làm thông số điều khiển Tổng thể, robot này có tám khâu, bao gồm ba khớp quay, ba khớp lăng trụ và ba khớp cầu, với ba bậc tự do.

Robot Stewat Gough là một loại robot cấu trúc song song không gian 6SPS (Spherical - Isomatic - Pr Spherical) với sáu bậc tự do Hệ thống này bao gồm sáu nhánh kết nối bệ cố định với bàn máy động thông qua các khớp cầu Mỗi nhánh được chia thành phần trên và phần dưới, liên kết với nhau bằng khớp lăng trụ Để điều chỉnh chiều dài khớp lăng trụ, có thể sử dụng trục vít hoặc xy lanh thủy lực, từ đó kiểm soát bàn máy động hiệu quả.

1.2.3 Ưu nhược điểm của robot song song a) u i m Ư đ ể

Cấu trúc đối xứng của thiết bị giúp nâng cao khả năng chịu tải, khi lực được phân bổ đồng đều ở các chân Đặc biệt, các khớp liên kết được thiết kế thông minh cho phép chuyển đổi lực tác dụng thành các lực kéo nén hiệu quả, đồng thời giảm thiểu quán tính, mang lại hiệu suất tối ưu.

Các thao tác phức tạp có thể được thực hiện với độ chính xác cao, nhờ vào cấu trúc song song mà sai số chỉ phụ thuộc vào sai số dọc trục của từng cụm cơ cấu chân riêng lẻ, đồng thời các sai số này không bị tích luỹ.

♦ Có thể thiết kế ở các kích thước khác nhau.

Đơn giản hóa cơ cấu máy và giảm số lượng phần tử bằng cách sử dụng các chân và khớp nối thiết kế sẵn, giúp tạo ra các cụm chi tiết tiêu chuẩn.

♦Cung cấp khả năng di động cao trong quá trình làm việc do có khối lượng và kích thước nhỏ gọn.

♦Các cơ cấu chấp hành đều có thể định vị trên tấm nền.

Robot cơ cấu song song có khả năng ứng dụng đa dạng, từ lắp ráp các chi tiết nhỏ đến thực hiện các chuyển động phức tạp với độ chính xác cao Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như phay, khoan, tiện, bào và lắp ráp, đáp ứng nhu cầu công nghiệp hiện đại.

Các robot song song hoạt động độc lập mà không cần bệ đỡ, cho phép chúng được triển khai linh hoạt trong mọi không gian sản xuất Chúng có khả năng làm việc trên các bề mặt như thuyền hoặc thậm chí treo trên trần và tường.

♦Giá thành của các robot song song ứng dụng trong gia công cơ khí rẻ hơn so với máy CNC có tính năng tương đương. b) Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm nói trên thì robot song song có những nhược điểm nhất định khi so sánh với robot dạng chuỗi như sau:

♦Không gian làm việc hẹp và khó chế tạo.

♦ Việc giải quyết bài động học cũng như bài toán động lực học thuận thường phức tạp.

♦Có nhiều điểm kỳ dị trong trong vùng làm việc.

♦Giá thành chế tạo đắt do cơ cấu phức tạp khó chế tạo.

1.2.4 Ứng dụng của robot song song

Robot song song được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như:

Robot có khả năng thay thế con người trong các công việc lặp đi lặp lại, giúp giảm bớt sự mệt mỏi cho người lao động Bên cạnh đó, chúng có thể nhanh chóng điều chỉnh chuyển động và thao tác công nghệ để thích ứng với sự thay đổi về mẫu mã và kích thước sản phẩm thông qua việc cập nhật phần mềm.

♦ Giảm giá thành sản phẩm do giảm được đáng kể cho chi phí cho người lao động và tăng tốc độ dây chuyền sản xuất.

Việc ứng dụng robot trong cải thiện điều kiện lao động đang ngày càng trở nên quan trọng Robot có khả năng thay thế con người làm việc trong những môi trường độc hại như bụi bặm, ẩm ướt, nóng bức, ồn ào và nơi có chất độc hóa học Điều này không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe của người lao động mà còn nâng cao hiệu quả công việc.

♦Ngành vật lý: Giá đỡ kính hiển vi, giá đỡ thiết bị đo chính xác.

♦Ngành cơ khí: Máy gia công cơ khí chính xác, máy công cụ CNC

♦Ngành bưu chính viễn thông: Giá đỡ Ăngten, vệ tinh địa tĩnh

♦Ngành chế tạo ô tô: Hệ thống thử tải lốp ô tô, buồng tập lái ô tô

Cơ sở khảo sát động học robot cấu trúc song song

1.3.1 Lựa chọn cấu trúc robot song song

Mô hình robot cấu trúc song song, như hình dưới đây, có sáu chân được bố trí đối xứng với bán kính đều trên bàn máy động và giá cố định Mỗi chân của robot bao gồm một khớp Cardan, một khớp lăng trụ và một khớp cầu, tạo nên sự linh hoạt và chính xác trong chuyển động.

Hình 1.15 Robot song song không gian sáu bậc tự do

- S bố ậc tự do được xác định theo công th c trong ph n 1.1.4 nh sau: ứ ầ ư

♦ λ = 6 : Robot làm việc trong không gian

♦ k =18: Số khớp của cơ cấu robot (6 khớp cardan, 6 khớp lăng trụ, 6 khớp cầu)

♦ f 1 =2: Số bậc tự do chuyển động của khớp cardan

♦ f 2 =1: Số bậc tự do chuyển động của khớp lăng trụ

♦ f 3 =3 : Số bậc tự do chuyển động của khớp cầu

♦ n = 13: Số khâu chuyển động của robot ( 12 khâu chân và 1 khâu bàn máy)

♦ f c =0: Không có liên kết thừa (trùng)

♦ f p =0 : Không có bậc tự do thừa

Số bậc tự do của robot:

1.3.2 Thiết lập các phương trình động học

Bài toán động học của robot cấu trúc song song nhằm xác định mối quan hệ giữa các tọa độ ra, như tọa độ của khâu cuối (bàn kẹp), và các tọa độ được điều khiển Khâu cuối, thường là bàn kẹp, là nơi gá đặt các đối tượng để thực hiện thao tác công nghệ, như chi tiết gia công hoặc dụng cụ Khi vị trí của bàn kẹp được xác định, vị trí của các đối tượng gắn liền với nó cũng sẽ được xác định dễ dàng Để thuận tiện, khâu cuối được gọi là bàn máy động, phân biệt với giá cố định, và các tọa độ định vị của bàn máy động được gọi là tọa độ ra.

Hệ thức toán học mô tả mối quan hệ động học giữa các tọa độ điều khiển và tọa độ định vị của bàn máy động, kết hợp với các dẫn động, cho phép thực hiện các thao tác chính xác và hiệu quả trong quá trình điều khiển.

1 Xây dựng các điều khiển để thực hiện dẫn động các khâu dẫn nhằm nhận được dịch chuyển của bàn máy động theo quy luật mong muốn Đây là bài toán ngược động học.

2 Ngược lại khi biết được chuyển động của các khâu dẫn ta có thể xác định được dịch chuyển của bàn máy động Đây là bài toán thuận động học.

Hệ trục tọa độ được bố trí như hình 1.18, trong đó hệ tọa độ Oxyz được gắn vào giá cố định tại điểm O000, với trục z0 là trục pháp tuyến Trục xy0 nằm trong mặt phẳng bàn máy cố định Đồng thời, hệ tọa độ Oxyzp được gắn vào bàn máy, với zp là trục pháp tuyến Các khớp nối chân robot được ký hiệu là O0i, trong khi bàn máy được ký hiệu là Opi.

Ta có hai chuỗi động học từ tâm O 0 đến khớp Opi trên mỗi mạch động học kín ứng với chân thứ củai robot

Hình 1.17 Sơ đồ các phép chuyển hệ tọa độ Trong mạch động h c thọ ứ nhất, ma tr n xáậ c định tr ng thái cạ ủa các hệ ọ t a độ

O x y z trong h ệ cơ sở O x y z 0 0 0 0 có d ng: ạ

- 0 A 0 i là ma trận chuyển hệ tọa độ cơ sở O x y z 0 0 0 0 sang O x y z 0 0 0 0 i i i i bằng phép quay quanh trục z 0 một góc αi, t nh ti n theo tr cị ế ụ x 0 i một khoảng r 1 i , theo tr cụ z 0 i m t kho ng ộ ả h 1 i

Hình 1.18: Sơ đồ chuyển hệ tọa độ từ giá cố định ra khớp Cardan

A i là ma trận chuyển hệ tọa độ O x y z 0 0 0 0 i i i i sang O x y z 1 1 1 1 i i i i bằng phép quay quanh tr c ụ x 0 i và y 0 i các góc Cardan ϕ i và ψ i

Hình 1.19: Sơ đồ chuyển hệ tọa độ của khớp Cardan

- 1 i A 2 i là ma trận chuyển hệ tọa độ cơ sở O x y z 1 1 1 1 i i i i sang O x y z pi 2 2 2 i i i bằng phép tịnh tiến dọc trục z 1 i m t ộ đoạn d i

Hình 1.20: Sơ đồ chuyển hệ tọa độ của khớp lăng trụ

Thực hiện các phép nhâ liên tiếp được ma trận n 0

Theo mạch động h c th hai, ma tr n xáọ ứ ậ c định tr ng thái cạ ủa các hệ tọa độ pi pi pi pi

O x y z trong h ệ cơ sở O x y z 0 0 0 0 có d ng: ạ

Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ cơ sở Oxyz0 sang Oxyzp được thực hiện thông qua ba phép quay cơ bản theo ba góc Cardan và ba phép tính tọa độ cơ bản theo ba trục tọa độ.

Hình 1.21: Sơ đồ chuyển hệ tọa độ từ giá cố định lên bàn máy động

0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 roty roty rotz rotz rotx rotx rotz rotz rotx rotx roty roty rot

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( y rotz roty rotz roty rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx rotz ro

Ma trận chuyển hệ tọa độ từ Oxyz đến Oxyz bằng phép quay quanh trục z một góc β, và tính toán tọa độ mới theo trục x với khoảng r2 và theo trục z với khoảng h2.

Hình 1.22: Sơ đồ chuyển hệ tọa độ từ bàn máy động ra khớp cầu

Tương tự thực hiện hai phép nhân ma trận được ma trận 0 A pi

0 0 0 1 pi pi pi pi pi pi pi pi pi pi pi pi pi c c c x c c c y

- Trong vòng động học của mỗi chân có sự trùng nhau của gốc các hệ tọa độ

O x y z và O x y z pi pi pi pi cụ thể là điểm O pi

So sánh hai ma trận 0 A 0 " i và 0 A pi ta nhận được các phương trình giàng buộc.

Như vậy ta có tất cả là 18 phương trình cho 6 chân của robot các biến khớp tương ứng là ϕ i , ψ i , d i , i = ÷ 1 6

Do đó ta có hệ phương trình động học có dạng:

X = d d ϕ ϕ ψ ψ x y z rotx roty rotz (1.14) 1.3.3 Bài toán vị trí robot cấu trúc song song a) Bài toán thuận về vị trí

Bài toán động học thuận là từ các quy luật chuyển động của các chân đã xác định cụ thể là d 1 , ,d 6 là hàm xác định theo t

Hệ phương trình có thể được viết lại như sau

28 Ở đây q đã xác định, cần xác định các giá trị của p

Giải hệ 18 phương trình đại số phi tuyến với 18 ẩn số sẽ xác định vị trí của robot b) Bài toán ngược về vị trí

Bài toán động học ngược trong robot được giải quyết khi xác định vị trí của bàn máy động, bao gồm các thông số x, y, z, rotx, roty, rotz Khi các vị trí này đã được xác định, nhiệm vụ tiếp theo là tìm ra các tham số của các khớp, bao gồm d1, d2, d3, d4, d5, d6, và các góc ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4, ϕ5, ϕ6, ψ1, ψ2, ψ3, ψ4, ψ5, ψ6.

Hệ phương trình dạng (1.18) bao gồm sáu nhóm phương trình, mỗi nhóm có ba phương trình độc lập với ba ẩn số ϕ i, ψ i, d i tương ứng với chân thứ i của robot Việc giải quyết bài toán ngược trở nên thuận lợi nhờ vào khả năng giải từng hệ ba phương trình độc lập một cách tuần tự.

1.3.4 Bài toán vận tốc robot cấu trúc song song a) Bài toán thuận về vận tốc Đạo hàm c c phương trình (á 1.15) theo thời gian ta được

Vi t (1.22ế ) dạng sau: th th p p

Do q đã xác định nên q  cũng xác định cho nên việc giải hệ phương trình là khá dàng dễ b) Bài toán ngược về vận tốc

Tượng tự bài toán thuận ta đạo hàm phương trình (1.18) và được

Vi t (1.25ế ) dạng sau: ng ng p p

1.3.5 Bài toán gia tốc robot cấu trúc song song a) Bài toán thuận về gia tốc Đạo hàm hệ phương trình vận tốc (1.21) trong bài toán thuận về vận tốc theo thời gian ta có

Hoặc có thể viết (1.2 ) dưới dạng:9 th

Với J th p được xác định bởi công thức (1.23)

(1.32) b) Bài toán ngược về gia tốc

Tương tự bài toán thuận đạo hàm phương trình (1.25)

Có thể viết (1 ) dưới dạng:33 ng p

Với J ng p được xác định bởi công thức (1.28)

CƠ SƠ LÝ THUYẾT KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC RÔ BỐT CẤU TRÚC SONG SONG

Các phương pháp khảo sát động lực học robot

2.1.1 Các phương trình Newton Euler của hệ nhiều vật -

Xét hệ gồm p vật rắn chịu r liên kết hôlônôm Số bậc tự do của hệ là f Gọi các tọa độ suy rộng tối thiểu là:

Vị trí của mỗi vật rắn được xác định bởi vector định vị khối tâm r  i = r  Ci và ma trận cosin chỉ hướng A i

Sử dụng các ký hiệu ix ix ix

Ma trận J q t T i ( , ) là ma trận chữ nhật 3xf và được gọi là ma trận Jacobi tịnh tiến.

Nếu gọi góc ϕ i là vector quay, khi đó vận tốc góc vật rắn B i có thể biểu diễn dưới dạng

Sử dụng các ký hiệu ix ix ix

Ma trận J R i ( , )q t là ma trận chữ nhật 3xf và được gọi là ma trận Jacobi quay.

Từ phương trình (2.6) ta có i i q q ω ϕ

Từ đó ta có thể xác định ma trận Jacobi quay theo công thưc sau ix ix ix

(2.10) Đạo hàm biểu thức (2.3) ta xác định được gia tốc của khối tâm vật rắn thứ i

= dt (2.12) Đạo hàm biểu thức (2.11) ta xác định được gia tốc của vật rắn thứ i i i i i i R i i R i R i i d d

Ta có phương trình vi phân chuyển động cho vật rắn thứ của hệ nhiều vậti a c i i i i i m a = f = f + f (i=1,…,p) (2.15) a c i i i i i i i i

Trong đó I i là ma trận tenxơ quán tính của vật rắn thứ i đối với khối tâm của nó trong hệ quy chiếu R 0

Thế các biểu thức (2.11), (2.13) vào các phương trình (2.15) và (2.16) ta được i i a c i T i i T i i i i i i m J q +m J q  +m a =f = f + f

Do đó ta có phương trình ma trận sau

2.1.2 Phương trình Lagrange loại ha của hệ nhiều vậti

Ta có vị trí của một chất điểm là hàm của các tọa độ suy rộng và thời gian

( , , , , ),m i i( ) r r q q == q t q q t (i = 1, ,m) (2.22) Đạo hàm hệ thức (2.22) theo thời gian t ta được :

Từ đó suy ra: dv r dq q

So sánh hai công thức ta rút ra hệ thức:

Hệ Hôlônôm bao gồm p vật rắn và có f bậc tự do, trong đó vị trí của cơ hệ được xác định bởi các tọa độ suy rộng đủ: q1, q2, , qf Nguyên lý d’Alembert-Lagrange áp dụng cho hệ p vật rắn có dạng đặc trưng.

Thế (2.29) vào biểu thức (2.28) ta được hệ thức :

Theo định nghĩa lực suy rộng ta có:

Bây giờ ta biến đổi biểu thức :

K dm dmr dmr q dt q dt q dt

2.24) và (2.27 Chú ý đến công thức ( ), biểu thức trên có dạng :

Các đạo hàm riêng theo q  i và q i của biểu thức động năng 2

Chú ý đến công thức (2.33) và (2 ) ta suy ra : 34 i i i d T T

Thế (2.31) và (2.35) vào phương trình (2.30) ta được :

Do các biến phân δ q i (i=1,…,f) độc lập với nhau nên ta có: i 0 i i d T T dt q q Q

Trong cơ học, lực suy rộng Q i được phân thành hai loại: lực có thế và lực không có thế Để tính toán lực suy rộng Q i, ta sử dụng công thức: Q i = i * i.

Trong đó Q i * là lực suy rộng ứng với các lực không thế Khi đó phương trình (2.37) có dạng: i * i i i d T T dt q q q Q

Các phương trình vi phân (3.39) được gọi là phương trình Lagrange loại hai mô tả chuyển động của các hệ nhiều vật hôlônôm.

Hệ phương trình động lực học robot cấu trúc song

Áp dụng nguyên lý phù hợp trong việc tạo động lực học của cơ hệ được biểu diễn qua hệ phương trình động học và các phương trình vi phân chuyển động.

Hệ phương trình tương thích của động lực học robot cấu trúc song song được xác định, bao gồm các phương trình vi phân đại số tuyến tính.

(2.41) Ở đây X X ,  là o hà đạ m b c nh ậ ấ t và b ậc hai theo thời gian của X

  là ma tr n quán tính ậ (2.43)

Các ph n t ầ ửψ j là hàm của các tọa độ và v n t c suy r ngậ ố ộ X,X :

=    ∂ − ∂ − ∂    (2.44) Π - th ế năng của cơ hệ

U = U U U (2.45) là vector 1x24 mà các phần tử là các lực điều khi n tể ừ các dẫn động t i cạ ác chân robot

Q = Q Q Q Q Q Q (2.46) v i ớ Q i - là l c suy r ng cự ộ ủa c c lá ực không b o toàn ả

U = U U U U U U  (2.47) là vector 1x24 mà các phầ ửn t là các lực suy r ng cộ ủa c c lá ực liên k t ế

Việc giải hệ phương tr nh độì ng lực học được th c hi n khi tíự ệ nh được các đại lượng động l c trong h (2.41) ự ệ

Khảo sát các đại lượng động lực của robot cấu trúc song song

Để khảo sát các đại lượng động lực học của robot cấu trúc song song, chúng ta nghiên cứu robot với bàn máy động, trong đó có một phần khớp cầu Chân robot được chia thành hai phần: phần ống trụ phía dưới có khớp Cardan và phần piston phía trên cũng có khớp cầu Ký hiệu của bàn máy động là p, chân dưới là 1 và chân trên là 2.

♦Khối lượng ống trụ phía dưới của các chân là: m i 1

♦Khối lượng piston phía trên của các chân là: m i 2

♦Khối lượng của bàn máy động là: mp a, Ma tr n quán tính ậ

Ma tr n quán tậ ính M X ( ) được xác định từ việc tính động năng của cơ hệ

Bi u di n t ng quát c a ma tr n quán tíể ễ ổ ủ ậ nh dướ ại d ng sau:

=+  ∑  (2.48) v i s ớ n - ố khâu động c a robot, ủ m i - khối lượng khâu th i ứ

ix ix ix iy iy iy

I i ′ là ma trận ten xơ quán tính c a khâu ủ i đối với hệ ọ t a đ độộ ng g n vắ ào khâu này

' ixx ixy ixz i iyx iyy iyz izx i zy izz

I xx là mômen quán tính của vật rắn đối với trục x của hệ động.

I yy là mômen quán tính của vật rắn đối với trục y của hệ động.

I zz là mômen quán tính của vật rắn đối với trục z của hệ động.

I I I là các mômen quán tính tích của vật rắn đối với các trục của hệ toạ độ động.

Khi hệ động là hệ trục quán tính chính trung tâm, các thành phần I xy, I yz và I xz đều bằng 0 Do đó, tenxơ quán tính I′ sẽ có dạng là một ma trận đường chéo.

Trong biểu thức (2.49) r r r ix , , iy iz là các hình chiếu của vector định vị khối tâm của vật i trong hệ tọa độ cố định.

Trong biểu thức (2.50) ω ω ω ix ' , , iy ' iz ' là hì nh chiếu vận tốc góc khâu i trong h tệ ọa độ độ ng của khâu, được xác định:

C C C i , , i T  i là các ma trận liên quan đến hướng chà ậỉ của khâu ủ i so với hệ trục tọa độ cố định, bao gồm ma trận cosin, ma trận chuyển vị và ma trận đạo hàm của nó.

Từ đó suy ra véctơ vận tốc góc:

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc chân robot

Ta có hướng và vị trí của hệ tọa độ O x y z 1 1 1 1 i i i i trong hệ tọa độ cố định

O x y z được xác định như sau

C Ci i S S Si i i S Ci i C Si i S S Ci i i r Ci i

Từ ma trận 0 A 1 i ta nhận được ma trận cosin chỉ hướng của hệ tọa độ

O x y z của các chân so với hệ tọa độ cố định O x y z 0 0 0 0 và vị trí trọng tâm của khối trụ chân dưới và piston chân trên.

C i S Ci i C S Si i i C Ci i S Si i C S Ci i i

Ta có biểu thức tính tọa độ trọng tâm của ống trụ chân trong hệ tọa độ động gắn vào khâu là

Từ đó xác định được vị trí khối tâm của ống trụ dưới trong hệ tọa độ cố định

Với piston phía trên ta có tọa độ khối tâm trong hệ tọa độ động gắn vào khâu là

Từ đó cũng tính ra được ta r C i 2

Do chuyển động tịnh tiến tương đối giữa ống phía dưới và piston phía trên, ma trận cosin chỉ hướng của chúng giống nhau, dẫn đến vận tốc góc của chúng

0 iz iy i T i i iz ix iy ix q q C C ω ω ω ω ω ω ω

Ta xác định được vận tốc góc theo các phép quay Cardan

' cos sin xi i i yi i i zi i i ω ϕ ω ω ϕ ψ ω ϕ ψ

Dạo hàm các tọa độ trọng tâm r C i 1 , r C i 2 và vận tốc góc ω i ' lần lượt theo

 Tính toán bàn máy động

Chuyển động của bàn máy động là sự chuyển động tổng quát của vật rắn trong không gian, được xác định bởi sáu thông số: x, y, z, rotx, roty, và rotz Những thông số này giúp xác định vị trí và hướng của bàn máy thông qua ma trận 0 A p.

Vị trí khối tâm của bàn máy động là p p p p

Ma trận cosin chỉ hướng của bàn máy động đối với hệ tọa độ có định

C roty C rotz C roty S rotz S roty

S rotx S roty C rotz C rotx S rotz S rotx S roty S rotz C rotx C rotz S rotx C roty p C rotx S roty C rotz S rotx S rotz C rotx S roty S rotz S rotx C rotz

Từ đó ta xác định được véctơ vận tốc góc của bàn máy động theo các góc xoay Cardan là:

C rotx roty S rotx C roty rotz

S rotx roty C rotx C roty rotz ω ω ω ω

Dạo hàm r p theo X và ω ' p theo X  ta được J Tp và J Rp

Ma trận quán tính bàn máy động

Do đó ma trận quán tính của robot như sau

= ∑ + (2.74) b, Thế năng của robot cấu trúc song song

Ta có công thức xác định thế năng của robot như sau:

♦p : Tổng số vật rắn của cơ hệ.

♦ i m : Khối lượng của vật rắn thứ i.

♦ z i : Độ cao trọng tâm của vật thứ i so với gốc tính thế năng.

Thế năng của robot bao gồm thế năng trọng trường của các bộ phận như chân và bàn máy động.

Ta chọn gốc thế năng là gốc của hệ trục tọa độ cố định O x y z 0 0 0 0

 Thế năng của các chân

 Thế năng của bàn máy động p m z g p p Π = (2.77)

Do đó có thế năng của robot là

Lực suy rộng của các lực liên kết trong cơ hệ chịu liên kết, như robot cấu trúc song song, thường được khảo sát bằng cách chọn hệ tọa độ suy rộng dư Khi áp dụng nguyên lý phù hợp, trong phương trình động lực học sẽ xuất hiện lực suy rộng của các lực liên kết Nếu coi liên kết là không ma sát (thuộc lớp liên kết lý tưởng), lực suy rộng của các lực liên kết này sẽ được biểu diễn theo một cách cụ thể.

Trong đó G T là ma trận được tính như sau

Trong đó f i (i=1 18) là các phương trình động học ta đã xây dựng được ở chương

Có các thành phần được gọi là các nhân tử Ta cần phải xác định chúng như là các ẩn số trong bài toán động lực

Giải hệ phương trình vi phân chuyển động robot song song

Sau khi hoàn tất việc tính toán biên thể ức của các đại lượng động lực học, phương trình động lực học (2.41) trở nên ổn định Các bài toán động lực học thuận và ngược sẽ được giải quyết dựa trên yêu cầu điều khiển của robot.

Bài toán động lực học robot song song sáu chân yêu cầu xác định chuyển động của robot, bao gồm vị trí, vận tốc và gia tốc góc của các khâu Để giải bài toán động lực học thuận, cần biết các lực tác động tại các khớp của chân robot Đặc biệt, cần xác định vị trí tâm bàn máy động và hướng của nó, cũng như đạo hàm theo các phương trình liên quan để đảm bảo tính chính xác trong quá trình tính toán.

Giới thiệu về liên kết trong các phân tử liên kết chưa biết có dạng pháp tuyến với các bề mặt tiếp xúc Từ đó, phương pháp nhân tử được sử dụng để biểu diễn sự tác động của lực liên kết trong dung dịch.

Hệ phương trình vi phân (2.85) bao gồm 42 phương trình, trong đó có 24 phần tử kèm theo đạo hàm của chúng và 18 phần tử λ Việc giải hệ phương trình này

Bài toán động lực học ngược là nhiệm vụ quan trọng trong việc tính toán và điều khiển chuyển động của robot Trong trường hợp quy luật chuyển động của bàn máy động của robot song song, các đại lượng như x, y, z, và các góc quay rotx, roty, rotz đã được xác định cùng với đạo hàm của chúng Giải bài toán động học ngược cho phép xác định các đại lượng này và các đạo hàm liên quan Nghiên cứu bài toán động lực học cũng xem xét các lực điều khiển và các yếu tố liên kết, nhằm tối ưu hóa quá trình điều khiển robot.

Viết l i bi u thạ ể ức U * = G * T λ , Các phương trình vi phân trong (2.41) có d ng: ạ

Như thế, hệ phương ìtr nh mô tả trạng thái động lực học c a robot có th ủ ể được vi t trong d ng tách r i cáế ạ ờ c phương trình liên k t: ế

Quá trình giải bài toán ngược được thực hiện thông qua việc giải hệ phương trình độì ng học ngược (2.88) Việc này sử dụng các kết quả từ hệ phương trình (2.87) để cho phép xác định kết quả chính xác.

49 định các lực điều khi n vể à các nhân tử liên k t ế Các bước tính toán và kết quả sẽ được trình bày trong chương 3.

TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG

Sơ đồ giải thuật tính toán

Hình 3.1: Sơ đồ thuật giải tính động lực học

Sơđồ động học Khối lượng: m1i, m2i, mp

Xp,Yp,Zp Rotx Roty Rotz…

Các chương trình tính toán

Bài viết này trình bày các chương trình tính toán động học và động lực học cho robot cấu trúc song song, tập trung vào một kích thước cụ thể của robot.

Các thông số của robot:

- Bán kính bố trí chân ở giá cố định

- Bán kính bố trí chân ở bàn máy động

- Chiều cao phần giá cố định và khớp Cardan

• Chọn gốc tọa độ cố định tại mặt phẳng chứa tâm cáckhớp Cardan

- Chiều cao phần bàn máy động và khớp cầu

• Chọn gốc tọa độ của bàn máy động tại mặt phẳng chứa tâm các khớp Cầu để đơn gian cho việc tính toán dữ liệu.

- Góc bố trí chân ở giá cố định

- Góc bố trí chân ở bàn máy động

- Khối lượng của các chân

- Khối lượng của bàn máy động mp 0kg

- Mô men quán của các chân

Jx = kgm , Jx 12 =0.4kgm 2 , Jy 11 =1.0kgm 2 , Jy 12 =1.4kgm 2

- Mô men quán của giá di động

Jxp = kgm , Jyp =2.0kgm 2 , Jzp =4.0kgm 2

-Tọa độ trọng tâm của các chân

11 0 x C = mm, y C 11 = 0 mm, z C 11 = 200 mm , x C 12 = 0 mm, y C 12 = 0 mm, z C 12 = − 200 mm

61 0 x C = mm, y C 61 = 0 mm, z C 61 = 200 mm , x C 62 = 0 mm, y C 62 = 0 mm, z C 62 = − 200 mm 3.2.1 Bài toán động học

Với trường hơp robot cấu trúc song song có các thông số như ở trên có các ma trận chuyển hệ tọa độ sau

S S C S C iAi C Sii ii S ii C Cii ii ψ ψ ϕ ψ ϕ ϕ ψ ϕ ψ ϕ ϕ ψ

0 roty rotz roty rotz roty rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx

Tọa độ của điểm Opi trong vòng động học 1

Tọa độ của điểm Opi trong vòng động học 2

589( pi i i p pi i i p pi i x C roty C rotz C C roty S rotz S X y S rotx S roty C rotz C rotx S rotz C

S rotx S roty S rotz C rotx C r S Y z C rotx S roty C rotz S rotx S rotz C

+ (rotx S roty S rotz) ( ) ( ) S rotx C rotz S( ) ( )) β i Z p

Hệ phương trình động học

S rotx S roty C rotz C rotx S rotz C

C rotx S roty C rotz S rotx S rotz C

C rotx S roty S rotz S rotx C rotz S Z β ϕ ψ β β

3.2.2 Kết quả bài toán động học

Chi tiết phần tính toán và giải phương trình được thực hiện trong chương trình tính toán Maple được trình bày trong các Phụ lục đi kèm

Dưới đây dẫn ra kết quả dưới dạng đồ thị việc giải động học ngược với quỹ đạo cho ở hình bên dưới.

Hình 3.2: Đồ thị quỹ đạo chuyển động của tâm bàn máy robot

 Vị trí tâm bàn máy

Hình 3.3: Đồ thị tọa độ tâm bàn máy

 Vân tốc tâm bàn máy

Hình 3.4: Đồ thị vận tốc tâm bàn máy

 Gia tốc tâm bàn máy

Hình 3.5: Đồ thị gia tốc tâm bàn máy

Hình 3.6: Đồ thị độ dài 6 chân

 Vận tốc chuyển động tịnh tính các chân

Hình 3.7: Đồ ị th chung v v n t c chuyề ậ ố ển động t nh tiị ến của 6 chân

 Gia tốc chuyển động tịnh tính các chân

Hình 3.8: Đồ ị th chung v gia t c chuyề ố ển động t nh tiị ến của các chân

3.2.3 Bài toán động lực học a Tính các thông số cho chân số 1

 Thông số của chân số 1:

 Ma trận chuyển hệ tọa độ

 Ma trận cosin chỉ hướng

 Đạo hàm ma trận cosin chỉ hướng

 Tọa độ trọng tâm ống dưới trong hệ tọa độ động

 Tọa độ trọng tâm ống dưới trong hệ tọa độ cố định

 Tọa độ trọng tâm piston trên trong hệ tọa độ động

 Tọa độ trọng tâm ống dưới trong hệ tọa độ cố định

 Vận tốc góc của chân

(3.26) b Tính các thông số cho các chân tiếp theo

Việc tính các thông số của của các chân tiếp theo tương tự như việc tính với chân số 1. c Tính các thông số của bàn máy động

 Ma trận chuyển hệ tọa độ

0 roty rotz roty rotz roty rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx

 Ma trận cosin chỉ hướng

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( roty rotz roty rotz roty rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx rotz rotx roty p rotx roty rotz rotx rotz rotx roty rotz rotx rotz

 Đạo hàm ma trận cosin chỉ hướng

 Tọa độ trọng tâm bàn máy động p p p p

 Vận tốc góc của chân

C rotx roty S rotx C roty rotz

S rotx roty C rotx C roty rotz ω ω ω ω

3.2.4 Kết quả bài toán động lực học

Phần tính toán và giải phương trình cho bài toán động lực học được thực hiện bằng chương trình tính toán Maple, với chi tiết được trình bày trong các phụ lục kèm theo.

Dưới đây là một số kết quả về bài toán động lực học người được trình bày dưới dạng đồ thị Khi giải bài toán thu n thậ ì m i chớ ỉ bi t l c, chúng ta áp dụng lế ự ực đã được xác định từ bài toán ngược Việc tích phân phương trình vi phân chuyển động cho kết quả gần giống như những gì đã đạt được từ bài toán ngược.

 Lực đẩy trong các xi lanh của các chân

Mô phỏng hoạt động

3.3.1 Sơ đồ khối các modul và chương trình

Tính toán và mô phỏng robot được thức hiện theo sơ đồ sau

Hình 3.10: Sơ đồ khối các chương trình mô phỏng robot song song

SolidWorks là phần mềm chuyên dụng để thiết kế mô hình 3D, cho phép xuất ra định dạng file stl, định dạng phổ biến cho dữ liệu mô hình 3D Chương trình tự động nạp các file stl cho từng chi tiết của robot, giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế.

Maple là một môi trường tính toán mạnh mẽ, cho phép người dùng thiết lập các hệ tọa độ và giải quyết các phương trình Kết quả được xuất ra dưới dạng các file txt, giúp dễ dàng lưu trữ và chia sẻ thông tin.

OpenGL là công cụ hiệu quả để tái hiện mô hình 3D, cho phép chương trình sử dụng các kết quả tính toán từ Maple để điều khiển các mô hình 3D Điều này giúp thể hiện chuyển động của robot cùng với các hiệu ứng đi kèm một cách sinh động.

AutoCAD là phần mềm thiết kế 2D và 3D, cho phép người dùng tạo ra các quỹ đạo chuyển động cho bàn máy động Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp gói công cụ ObjectArx để hiệu chỉnh và tối ưu hóa các quỹ đạo này.

Robot Simulator là phần mềm được thiết kế để sử dụng các mô hình từ SolidWorks, kết hợp với dữ liệu tính toán từ Maple Chương trình này sử dụng gói hỗ trợ đồ họa để mô phỏng hoạt động của robot, bao gồm việc hiển thị các biểu đồ chuyển vị, vận tốc, gia tốc, lực và moment.

3.3.2 Thiết kế mô hình 3D a Chương trình phần mềm SolidWorks

SolidWorks, sản phẩm nổi tiếng của Dassault System, là phần mềm thiết kế 3D phổ biến trong các lĩnh vực như xây dựng, kiến trúc và cơ khí Với công nghệ đồ họa máy tính tiên tiến, SolidWorks cho phép người dùng tạo ra các mô hình 3D chi tiết và lắp ráp chúng thành các bộ phận máy hoàn chỉnh Phần mềm này không chỉ hỗ trợ kiểm tra động học mà còn cung cấp thông tin về vật liệu, khẳng định vị thế của nó là một trong những phần mềm thiết kế uy tín nhất trên thế giới.

Phần mềm SolidWorks hỗ trợ nhiều ứng dụng nổi tiếng khác hoạt động trực tiếp trong môi trường của nó, đồng thời cho phép xuất ra các file dữ liệu.

SolidWorks cung cấp 67 định dạng chuẩn, giúp người dùng khai thác mô hình trong các phần mềm phân tích như ANSYS, ADAMS, và Pro Casting Với sự phát triển mạnh mẽ của SolidWorks, nhiều phần mềm CAD/CAM đã bổ sung các modul nhận dạng trực tiếp file dữ liệu SolidWorks Người dùng có thể thao tác trên các tài liệu bao gồm mô hình chi tiết (Part), mô hình lắp ghép (Assembly), và mô hình bản vẽ (Drawing).

Hình 3.12: Các loại tài liệu trong SolidWorks

Mô hình chi tiết Part giúp người dùng dễ dàng tạo ra các khối chi tiết như giá robot, cánh tay, chân và giá di động từ các bản phác thảo Người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh kích thước và hình dáng của các khối này, mang lại sự linh hoạt trong thiết kế.

Trong một bản Sketch người dùng dễ dàng đưa vào các đối tượng 2D như đường thẳng (line), đường tròn (circle).

Từ các bản sketch dế dàng tạo các hình khối ba chiều và hoàn thiện chi tiết của mình

Mô hình lắp giáp – Assembly giúp người dùng dễ dàng tạo ra các bộ phận máy móc và robot từ nhiều chi tiết khác nhau Nó áp dụng các quy luật lắp ghép như lắp ghép đồng phẳng, đồng tâm và vuông góc, mang lại sự tiện lợi trong quá trình lắp ráp.

Mô hình bản vẽ Drawing cho phép người dùng dễ dàng tạo ra các bản vẽ hình chiếu cho chi tiết, bộ phận máy móc và robot, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn bản vẽ đa dạng.

68 b Thiết kế các bộ phận của robot song song bằng solid SolidWorks

Hình 3.13: Hình vẽ 3D và bản vẽ chi tiết giá cố định

Hình 3.14: Hình vẽ 3D và bản vẽ chi tiết bàn máy di động

Hình 3.15: Hình vẽ khớp Cardan

Hình 3.16: Hình vẽ khớp cầu

Hình 3.17: Bản vẽ chi tiêt khớp cầu

Hình 3.18: Hình vẽ 3D và bản vẽ chi tiết khớp lăng trụ c Xuất dữ liệu trong SolidWorks cho chương trình mô phỏng

SolidWork cho phép xuất dữ liệu mô hình ra nhiều định dạng file khác nhau và có nhiều mức tùy chọn khác nhau.

Trong chương trình mô phỏng robot này giới thiệu kiểu xuất dữ liệu ra định dạng ﬁle STL

Trong các chương trình mô phỏng, file stl có thể được đọc trực tiếp; tuy nhiên, trong chương trình mô phỏng robot, tác giả đã chuyển đổi định dạng stl thành xstl Quá trình này cắt bỏ các thông tin không cần thiết, giúp đơn giản hóa và tăng tốc độ nạp dữ liệu.

3.3.3 Xử lý quỹ đạo đường cong phức tạp

Các đường cong với phương trình cho phép nạp trực tiếp các giá trị tọa độ x, y, z hoặc các hướng rotx, roty, rotz có thể được sử dụng để giải quyết các bài toán động học và động học ngược một cách hiệu quả.

Trong thực tế, các đường cong thường được biểu diễn dưới dạng các đường cong đặc biệt hoặc không xác định tọa độ x, y, x, rotx, roty, rotz Do đó, những giá trị này thường được xác định thông qua các phần mềm và lập trình số hóa.

Dưới đây mô tả phần mềm AutoCad với công cụ ObjectArx dễ dàng xử lý và số hóa các đường cong, mặt cong được. a Phần mềm Autocad

Tiêu đề	Khảo Sát Động Lực Học Robot Cấu Trúc Song Song
Tác giả	Nguyễn Xuân Hồng
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ Học Kỹ Thuật
Thể loại	Luận Văn Thạc Sỹ
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	10,11 MB