DESIGN AND CALCULATIONS FOR INDUSTRIAL ROBOTIC ARM - Full 10 điểm

PHENIKAA UNIVERSITY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING AND MECHATRONICS PROJECT OF MECHATRONICS SYSTEMS DESIGN "DESIGN AND CALCULATIONS FOR INDUSTRIAL ROBOTIC ARM " STUDENTS: STUDENTS 1: 19010184 NGUYỄN VĂN KHÁNH CHIẾN STUDENTS 2: 19010194 BÙI NHẬT MINH STUDENTS 3: 19010200 PHAN XUÂN TẦN ADVISOR: KHỔNG MINH THÁNG 6 NĂM 2023 Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 2 PROJECT OF MECHATRONICS SYSTEM DESIGN REPORT Team Nguyễn Văn Khánh Chiến - 19010184 Bùi Nhật Minh - 19010194 Phan Xuân Tần – 19010200 Advisor Khổng Minh Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 3 Tóm tắt nội dung Th ờ i đ ạ i 4 0 hi ệ n nay , công ngh ệ robot đã phát tri ể n và t ạ o ra nh ữ ng thay đ ổ i l ớ n trong cu ộ c s ố ng c ủ a con ngư ờ i Trong lĩnh v ự c đóng gói s ả n ph ẩ m công nghi ệ p, máy t ự đ ộ ng đã và đang đư ợ c s ử d ụ ng đ ể thay th ế s ứ c con ngư ờ i trong các công vi ệ c đơn gi ả n và l ặ p đi l ặ p l ạ i V i ệ c s ử d ụ ng robot trong các công vi ệ c nhàm chán không ch ỉ có l ợ i ích trong lĩnh v ự c kinh t ế mà còn mang l ạ i nhi ề u l ợ i ích v ề s ứ c kh ỏ e và an toàn lao đ ộ ng cho con ngư ờ i V ớ i s ự phát tri ể n c ủ a tay máy robot, chúng ta có th ể s ử d ụ ng nh ữ ng thi ế t b ị này trong các công vi ệ c nhàm chán như lau chùi, quét d ọ n, v ệ sinh và th ậ m chí là tr ồ ng cây Các tay máy robot có kh ả năng th ự c hi ệ n các nhi ệ m v ụ chính xác và hi ệ u qu ả hơn con ngư ờ i, giúp ti ế t ki ệ m th ờ i gian và năng lư ợ ng Nó cũng giúp gi ả m thi ể u nguy c ơ ch ấ n thương lao đ ộ ng cho con ngư ờ i trong quá trình th ự c hi ệ n các công vi ệ c nhàm chán Đ ặ c bi ệ t, vi ệ c s ử d ụ ng robot trong các công vi ệ c nhàm chán còn giúp cho con ngư ờ i có th ể t ậ p trung vào nh ữ ng công vi ệ c ph ứ c t ạ p và yêu c ầ u nhi ề u trí óc hơn Tuy nhiên, vi ệ c áp d ụ ng robot trong các công vi ệ c nhàm chán cũng g ặ p ph ả i m ộ t s ố thách th ứ c nh ấ t đ ị nh Đó là vi ệ c ph ả i thi ế t k ế và l ậ p trình các tay máy robot sao cho phù h ợ p v ớ i t ừ ng công vi ệ c c ụ th ể và đ ả m b ả o tính an toàn cho con ngư ờ i Đ ồ ng th ờ i, vi ệ c gi ả m thi ể u chi phí đ ầ u tư và v ậ n hành c ủ a robot cũng là m ộ t v ấ n đ ề c ầ n đư ợ c gi ả i quy ế t Nh ậ n th ấ y nh ữ ng thi ế u sót trên nhóm đã quy ế t đ ị nh l ấ y ý tư ở ng v ề tay máy robot công nghi ệ p đ ề làm đ ề tài cho môn h ọ c này C ụ th ể là tính toán và thi ế t k ế mô ph ỏ ng l ự c trên cánh ta y robot dành cho công vi ệ c g ắ p hoa qu ả vào thùng đóng gói Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 4 Abstract "In the current era of Industry 4 0, robotic technology has advanced and brought about significant changes in human life In the field of industrial product packaging, automated machines h ave been and are being used to replace human labor in simple and repetitive tasks The use of robots in monotonous jobs not only brings economic benefits but also provides numerous advantages in terms of human health and safety With the development of rob otic arms, we can employ these devices in mundane tasks such as cleaning, sweeping, sanitation, and even gardening Robotic arms possess the capability to execute tasks with greater accuracy and efficiency than humans, saving time and energy They also hel p minimize the risk of occupational injuries for humans during the process of performing monotonous tasks Moreover, utilizing robots in monotonous jobs allows humans to focus on complex tasks that require greater mental engagement However, the applicatio n of robots in monotonous jobs also encounters certain challenges It involves designing and programming robotic arms to suit specific tasks while ensuring safety for humans Simultaneously, reducing the investment and operational costs of robots is anothe r issue that needs to be addressed Realizing the shortcomings, our team has decided to choose the idea of an industrial robot arm as the topic for this course project Specifically, it involves the computation and design simulation of the force on the rob ot arm for the task of picking fruits and pla cing them into packaging boxes Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 5 Mục lục TÓM TẮT NỘI DUNG 3 ABSTRACT 4 MỤC LỤC 5 DANH SÁCH HÌNH ẢNH 7 DANH SÁCH BẢNG 8 1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ 9 1 1 Đ Ặ T V Ấ N Đ Ề 9 1 2 X ÁC Đ Ị NH V Ấ N Đ Ề 10 2 KHẢO SÁT THÔNG TI N 11 2 1 G I Ả I PHÁP / S Ả N PH Ẩ M ĐANG CÓ TRÊN TH Ị TRƯ Ờ NG 11 2 2 T Ư LI Ệ U KHOA H Ọ C 11 3 M Ụ C TIÊU 12 3 1 M Ụ C TIÊU T Ổ NG QUÁT 12 3 2 M Ụ C TIÊU CHI TI Ế T 12 4 GI Ả I PHÁP Đ Ề XU Ấ T 13 4 1 M Ô T Ả GI Ả I PHÁP / THI Ế T K Ế 13 4 1 1 Sơ đ ồ kh ố i 13 4 1 2 Mô t ả ch ứ c năng 15 4 1 3 C ụ m chi ti ế t và thi ế t b ị 15 4 2 G I Ớ I H Ạ N C Ủ A GI Ả I PHÁP / S Ả N PH Ẩ M 17 4 3 P HƯƠNG PHÁP TI Ế P C Ậ N VÀ PHƯƠNG TH Ứ C TRI Ể N KHAI 17 5 PHÂN TÍCH CÁC TÁC Đ Ộ NG/ Ả NH HƯ Ở NG 18 5 1 T ÍNH KH Ả THI V Ề CÔNG NGH Ệ 18 5 2 T ÍNH KH Ả THI V Ề KINH T Ế 18 5 3 T ÁC Đ Ộ NG XÃ H Ộ I 18 5 4 T ÁC Đ Ộ NG V Ề HO Ạ T Đ Ộ NG 19 5 5 T ÁC Đ Ộ NG V Ề MÔI TRƯ Ờ NG 19 5 6 T IÊU CHU Ẩ N Đ Ạ O Đ Ứ C 19 6 K Ế HO Ạ CH TH Ự C HI Ệ N HÀNG TU Ầ N 20 6 1 T HÀNH VIÊN 20 6 2 K Ế HO Ạ CH VÀ TI Ế N TRÌNH 21 7 TI Ế N TRÌNH D Ự ÁN 22 Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 6 7 1 L Ị CH S Ử HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRI Ể N R OBOT 22 7 1 1 B ậ c t ự do c ủ a Robot 24 7 1 2 C ấ u trúc cơ b ả n c ủ a Robot công nghi ệ p 26 7 1 3 K ế t c ấ u c ủ a tay máy 27 7 1 4 Phân lo ạ i Robot công nghi ệ p 27 7 1 5 Các ứ ng d ụ ng c ủ a Robot 28 7 2 Đ Ộ NG H Ọ C THU Ậ N , Đ Ộ NG H Ọ C NGƯ Ợ C 29 7 2 1 Phương trình đ ộ ng h ọ c thu ậ n 29 7 3 T ÍNH TOÁN / PHÂN TÍCH / THI Ế T K Ế 43 7 3 1 Sơ đ ồ l ự c tác d ụ ng lên các tr ụ c 50 7 3 2 Sơ đ ồ l ự c tác d ụ ng lên t ừ ng tr ụ c 51 7 3 3 Giá tr ị l ự c t ừ các chi ti ế t, b ộ truy ề n tác d ụ ng lên tr ụ c 51 7 4 T HI Ế T K Ế SƠ B Ộ TR Ụ C 52 7 4 1 Ch ọ n v ậ t li ệ u ch ế t ạ o tr ụ c 52 7 4 2 Tính sơ b ộ đư ờ ng kính tr ụ c I và II 52 7 5 C H Ỉ TIÊU TÍNH TOÁN TR Ụ C 53 7 6 T ÍNH VÀ CH Ọ N ĐƯ Ờ NG KÍNH CÁC ĐO Ạ N TR Ụ C TRÊN CÁC TR Ụ C 54 7 6 1 Tính thi ế t k ế tr ụ c I 54 7 6 2 Tính thi ế t k ế tr ụ c II 61 7 7 T Ạ I THI Ế T DI Ệ N L Ắ P PULI : 68 7 8 Q UY Ế T Đ Ị NH L Ạ I L Ầ N CU Ố I CÁC TI Ế T DI Ệ N TR Ụ C VÀ V Ẽ K Ế T C Ấ U TR Ụ C 69 7 8 1 Đ ố i v ớ i tr ụ c I 69 7 8 2 Đ ố i v ớ i tr ụ c II 69 7 9 TÍNH CH Ọ N Ổ LĂN 70 7 9 1 C H Ỉ TIÊU TÍNH TOÁN Ổ LĂN 70 7 9 2 C H Ọ N LO Ạ I Ổ LĂN CHO TR Ụ C I VÀ II 70 8 K Ế T QU Ả VÀ TH Ả O LU Ậ N 98 9 PHÂN TÍCH R Ủ I RO 101 10 BÁO CÁO V Ề TÀI CHÍNH VÀ KINH T Ế 105 11 K Ế T LU Ậ N 105 12 TIÊU CHU Ẩ N 105 13 TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 105 14 PH Ụ L Ụ C 106 Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 7 Danh sách hình ảnh Hình 1: Sơ đ ồ kh ố i thành ph ầ n cánh tay robot 13 Hình 2: H ệ th ố ng x ế p qu ả 14 Hình 3: C ụ m chi ti ế t 15 Hình 4: Đ ộ ng cơ bư ớ c 16 Hình 5: Ổ bi 16 Hình 6: Đai răng 16 Hình 7: Vòng phanh 16 Hình 8: Xilanh 16 Hình 9: Gripper 16 Hình 10: H ệ t ọ a đ ộ tay máy 25 Hình 11: Quy t ắ c bàn tay ph ả i 25 Hình 12: Bi ể n di ễ n thao tác c ủ a robot 26 Hình 13: C ấ u trúc cơ b ả n c ủ a robot công nghi ệ p 27 Hình 14: Xây d ự ng h ệ t ọ a đ ộ thanh n ố i 29 Hình 15: H ệ tr ụ c t ọ a đ ộ 32 Hình 16: Đ ộ ng h ọ c ngư ợ c tay máy Scara 34 Hình 17: H ình 3D tr ụ c I và tr ụ c II 50 Hình 18: Bi ể u di ễ n l ự c trên tr ụ c I và tr ụ c II 50 Hình 19: Bi ể u di ễ n l ự c trên tr ụ c I 51 Hình 20: Bi ể u di ễ n l ự c trên tr ụ c II 51 Hình 21: Tính thi ế t k ế tr ụ c I 54 Hình 22: Bi ể u đ ồ Momen và k ế t c ấ u tr ụ c I 55 Hình 23: Tính thi ế t k ế tr ụ c II 62 Hình 24: Bi ể u đ ồ Momen và k ế t c ấ u tr ụ c II 63 Hình 25: D ạ ng ổ lăn 70 Hình 26: Qu ỹ đ ạ o chuy ể n đ ộ ng c ủ a đi ể m cu ố i 75 Hình 27: Đ ồ th ị v ậ n t ố c đi ể m cu ố i 76 Hình 28: Đ ồ th ị gia t ố c đi ể m cu ố i 77 Hình 29: Quy lu ậ t chuy ể n đ ộ ng c ủ a khâu tác đ ộ ng cu ố i 78 Hình 30: Quy lu ậ t chuy ể n đ ộ ng c ủ a các khâu 79 Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 8 Danh sách bảng B ả ng 1: Thông tin thành viên 20 B ả ng 2: K ế ho ạ ch và ti ế n trình th ự c hi ệ n 21 B ả ng 3: B ả ng s ố li ệ u s ố lư ợ ng robot ở m ộ t vài nư ớ c công nghi ệ p phát tr i ể n 23 B ả ng 4: B ả ng thông s ố DH 32 B ả ng 5: Các đi ể m cho trư ớ c và k ế t qu ả c ủ a bài toán đ ộ ng h ọ c ngư ợ c 35 B ả ng 6: C ấ p chính xác ổ lăn 70 B ả ng 7: Thông s ố ổ l ăn tr ụ c I 71 Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 9 1 Đặt vấn đề và xác định vấn đề 1 1 Đặt vấn đề Từ thời xa xưa tổ tiên ông cha ta luôn luôn muốn các công việc trở nên đơn gian và hạn chế can thiệt bởi tác động của con người Chính vì thế các cuộc cách mạng khoa học c ông nghệ đã nổ ra rất sớm từ cuối thế kỉ XVIII với sản phẩm đầu tiên là đầu máy hoiw nước T iếp đó các cuộc cách mạng 2 0 3 0 4 0 lần lượt nổ ra điển hình là các sản phẩm máy in, động cơ đốt trong, kĩ thuật số và cuối cùng là sản xuất thông minh Hiệ n nay thời công nghệ 4 0 đang phát triển rầm rộ, cùng với đó robot cũng không kép cạnh xâm lấn ngà y một nhiều và đặc biệt trong các ngành công nghiệp hiện đại Trong các nhà máy và xư ở ng s ả n xu ấ t th ự c ph ẩ m, vi ệ c x ế p hoa qu ả trên băng chuy ề n vào thùng là m ộ t trong nh ữ ng công vi ệ c đơn gi ả n và ph ả i l ặ p l ạ i trong su ố t qu ả trình làm vi ệ c quá trình làm vi ệ c Đ ể th ự c hi ệ n công vi ệ c này, nhân viên ph ả i đ ứ ng ở m ộ t v ị trí c ố đ ị nh và liên t ụ c x ế p các lo ạ i hoa qu ả vào t ừ ng thùng Công vi ệ c này đòi h ỏ i s ự t ậ p trung cao và s ự chính xác, vì vi ệ c đưa nh ữ ng lo ạ i hoa qu ả sai vào thùng s ẽ ả nh hư ở ng đ ế n ch ấ t lư ợ ng s ả n ph ẩ m Tuy nhiên, công vi ệ c này cũng có nh ữ ng h ạ n ch ế và như ợ c đi ể m Trong m ộ t s ố trư ờ ng h ợ p, vi ệ c x ế p hoa qu ả này có th ể gây m ệ t m ỏ i và căng th ẳ ng cho nhân viên Đ ặ c bi ệ t là khi công vi ệ c đư ợ c th ự c hi ệ n trong môi trư ờ ng ồ n ào và nhi ề u b ụ i b ẩ n, có th ể gây h ạ i cho s ứ c kh ỏ e c ủ a nhân viên trong th ờ i gian dài C ộ ng v ớ i vi ệ c l ặ p l ạ i cùng m ộ t đ ộ ng tác nhi ề u l ầ n, công vi ệ c này có th ể gây ra các v ấ n đ ề v ề cơ xương kh ớ p cho nhân viên Hơn n ữ a, vi ệ c làm vi ệ c v ớ i các băng chuy ề n cũng có nguy cơ tai n ạ n lao đ ộ ng N ế u không có quy trình an toàn và các bi ệ n pháp b ả o v ệ t ố t, nhân viên có th ể b ị thương t ậ t ho ặ c th ậ m chí là t ử vong Các v ậ t th ể c ứ ng, s ắ c nh ọ n có th ể rơi vào tay ho ặ c chân c ủ a nhân viên trong khi h ọ đang làm vi ệ c, gây ra ch ấ n thương ho ặ c thương tích Đ ặ t v ấ n đ ề : T hi ế t k ế tay máy robot đ ể g ắ p táo và đưa đ ế n v ị trí quy đ ị nh Mô t ả v ấ n đ ề : Trong quy trình s ả n xu ấ t và đóng gói táo, vi ệ c g ắ p và đưa táo đ ế n v ị trí quy đ ị nh là m ộ t công đo ạ n quan tr ọ ng Quá trình này đòi h ỏ i tay máy robot ph ả i có kh ả năng chính xác và nh ẹ nhàng đ ể g ắ p và v ậ n chuy ể n táo m ộ t cách an toàn và hi ệ u qu ả Đ ồ ng th ờ i, tay máy robot c ầ n có kh ả năng đ ị nh v ị và đưa táo đ ế n v ị trí quy đ ị nh trong quy trình đóng gói V ấ n đ ề c ầ n gi ả i quy ế t: V ấ n đ ề c ầ n gi ả i quy ế t là thi ế t k ế m ộ t tay máy robot đáng tin c ậ y đ ể g ắ p táo và đưa chúng đ ế n v ị trí quy đ ị nh trong quy trình đóng gói C ầ n tìm ra m ộ t c ấ u trúc và h ệ th ố ng đi ề u khi ể n cho tay máy robot sao cho nó có th ể : 1 G ắ p táo: Tay máy robot c ầ n có kh ả năng g ắ p táo m ộ t cách chính xác và nh ẹ nhàng đ ể tránh làm h ỏ ng s ả n ph ẩ m Có th ể s ử d ụ ng các công ngh ệ c ả m bi ế n hình d ạ ng và l ự c đ ể xác đ ị nh v ị trí và đ ộ bám ch ắ c ch ắ n khi g ắ p táo Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 10 2 V ậ n chuy ể n táo: Tay máy robot c ầ n có kh ả năng v ậ n chuy ể n táo t ừ ngu ồ n cung c ấ p đ ế n v ị trí quy đ ị nh m ộ t cách chính xác và nh ẹ nhàng đ ể tránh t ổ n h ạ i táo Đi ề u này có th ể đòi h ỏ i s ử d ụ ng các h ệ th ố ng truy ề n đ ộ ng và c ả m bi ế n v ậ n t ố c đ ể đi ề u khi ể n t ố c đ ộ và đ ộ chính xác c ủ a vi ệ c v ậ n chuy ể n 3 Đ ị nh v ị và đưa đ ế n v ị trí quy đ ị nh: Tay máy robot c ầ n có kh ả năng đ ị nh v ị và đưa táo đ ế n v ị trí quy đ ị nh trong quy trình đóng gói Có th ể s ử d ụ ng h ệ th ố ng đ ị nh v ị và đi ề u khi ể n chính xác đ ể đ ả m b ả o táo đư ợ c đ ặ t đúng v ị trí trong h ộ p ho ặ c băng chuy ề n 4 Đ ả m b ả o an toàn: Tay máy robot c ầ n đư ợ c thi ế t k ế v ớ i các bi ệ n pháp an toàn như c ả m bi ế n va ch ạ m đ ể tránh v a ch ạ m v ớ i con ngư ờ i ho ặ c các v ậ t th ể khác trong quá trình làm vi ệ c 5 D ễ dàng tích h ợ p và v ậ n hành: Tay máy robot c ầ n đư ợ c thi ế t k ế đ ể d ễ dàng tích h ợ p vào h ệ th ố ng s ả n xu ấ t hi ệ n có và có th ể đư ợ c đi ề u khi ể n và v ậ n hành m ộ t cách d ễ dàng V ấ n đ ề này có th ể đư ợ c gi ả i quy ế t b ằ ng cách nghiên c ứ u và áp d ụ ng các công ngh ệ tiên ti ế n như h ọ c máy, th ị giác máy tính, h ệ th ố ng đi ề u khi ể n linh ho ạ t và k ỹ thu ậ t đ ị nh v ị C ầ n đ ả m b ả o r ằ ng tay máy robot có đ ộ nh ạ y c ả m và đ ộ chính xác cao đ ể đáp ứ ng yêu c ầ u đ ặ t táo vào v ị trí quy đ ị nh m ộ t cách chính xác và nh ấ t quán 1 2 Xác định vấn đề Đ ố i v ớ i m ộ t công vi ệ c như x ế p hoa qu ả trên băng chuy ề n, vi ệ c th ự c hi ệ n công vi ệ c này liên t ụ c trong m ộ t kho ả ng th ờ i gian dài có th ể gây ra s ự m ệ t m ỏ i và nhàm chán đ ố i v ớ i nhân viên Ngoài ra, vi ệ c làm vi ệ c liên t ụ c trong m ộ t môi trư ờ ng đ ầ y nguy hi ể m có th ể d ẫ n đ ế n các tai n ạ n lao đ ộ ng nghiêm tr ọ ng Vì v ậ y, vi ệ c tìm gi ả i pháp cho các công vi ệ c nhàm chán và nguy hi ể m như v ậ y là vô cùng quan tr ọ ng V ấ n đ ề quan tr ọ ng nh ấ t là ph ả i t ạ o ra các h ệ t h ố ng máy móc đ ể thay th ế hoàn toàn con ngư ờ i Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 11 2 Khảo sát thông tin 2 1 Giải pháp/sản phẩm đang có trên thị trường Đ ể gi ả i quy ế t nh ữ ng v ấ n đ ề này, nhi ề u nhà s ả n xu ấ t và k ỹ sư đã nghiên c ứ u và phát tri ể n các gi ả i pháp t ự đ ộ ng hóa đ ể thay th ế con ngư ờ i tron g công vi ệ c x ế p hoa qu ả trên băng chuy ề n Thay vì ph ả i có nhân viên đ ứ ng và làm vi ệ c trong m ộ t th ờ i gian dài, các thi ế t b ị t ự đ ộ ng hóa có th ể th ự c hi ệ n công vi ệ c này m ộ t cách nhanh chóng và chính xác hơn Các máy móc này có th ể đư ợ c l ắ p đ ặ t trên băng chuy ề n đ ể giúp x ế p hoa qu ả vào thùng m ộ t cách chính xác và nhanh hơn Đi ề u này không ch ỉ gi ả m b ớ t s ự nhàm chán và m ệ t m ỏ i cho nhân viên, mà còn tăng hi ệ u su ấ t s ả n xu ấ t và đ ả m b ả o ch ấ t lư ợ ng s ả n ph ẩ m Bên c ạ nh đó, vi ệ c s ử d ụ ng các thi ế t b ị t ự đ ộ ng hóa còn gi ả m t hi ể u nguy cơ tai n ạ n lao đ ộ ng V ớ i các c ả m bi ế n và h ệ th ố ng an toàn đư ợ c tích h ợ p trong thi ế t b ị , các tai n ạ n có th ể đư ợ c tránh đư ợ c ho ặ c gi ả m thi ể u đáng k ể Đi ề u này cũng giúp tăng cư ờ ng s ự an toàn và b ả o v ệ cho nhân viên trong quá trình s ả n xu ấ t Tuy nhi ên, vi ệ c áp d ụ ng các cơ c ấ u t ự đ ộ ng đòi h ỏ i m ộ t s ố chi phí đ ầ u tư ban đ ầ u đ ể mua thi ế t b ị và đào t ạ o nhân viên s ử d ụ ng Ngoài ra, c ầ n có s ự nghiên c ứ u và thi ế t k ế k ỹ lư ỡ ng đ ể đ ả m b ả o thi ế t b ị ho ạ t đ ộ ng t ố t và đáp ứ ng đư ợ c yêu c ầ u c ủ a công vi ệ c Đ ồ ng th ờ i, vi ệ c thay th ế con ngư ờ i b ằ ng máy móc cũng có th ể gây tác đ ộ ng đ ế n vi ệ c t ạ o ra vi ệ c làm cho ngư ờ i lao đ ộ ng, đ ặ c bi ệ t là đ ố i v ớ i nh ữ ng ngư ờ i làm công vi ệ c x ế p hoa qu ả trên băng chuy ề n 2 2 Tư liệu khoa học Theo thống kê, năm 2022 trên cả nước có hơn 7700 vụ tai nạn lao động liên quan đến sản xuất [1] Con s ố này bao g ồ m c ả khu v ự c có quan h ệ lao đ ộ ng và khu v ự c ngư ờ i lao đ ộ ng làm vi ệ c không theo h ợ p đ ồ ng lao đ ộ ng C ụ th ể , s ố v ụ tai n ạ n lao đ ộ ng ch ế t ngư ờ i là 720 v ụ , gi ả m 29 v ụ tương ứ ng 3,87% so năm 2021 S ố ngư ờ i ch ế t vì tai n ạ n lao đ ộ ng là 754 ngư ờ i, gi ả m 32 ngư ờ i Tuy nhiên, s ố ngư ờ i b ị thương n ặ ng do tai n ạ n lao đ ộ ng l ạ i tăng 162 ngư ờ i, lên t ớ i 1 647 ngư ờ i, tăng 10,9% so năm 2021 Thi ệ t h ạ i do tai n ạ n lao đ ộ ng gây ra là 14000 t ỉ đ ồ ng [2] Theo T ổ ch ứ c Lao đ ộ ng Qu ố c t ế (ILO), m ỗ i năm trên toàn th ế gi ớ i có kho ả ng 2,78 tri ệ u ngư ờ i ch ế t ho ặ c b ị thương tích n ặ ng do tai n ạ n lao đ ộ ng Trong s ố đó, kho ả ng 340 tri ệ u trư ờ ng h ợ p tai n ạ n lao đ ộ ng d ẫ n đ ế n ngh ỉ làm vi ệ c ít nh ấ t 4 ngày ho ặ c nhi ề u hơn [3] Tính đ ế n năm 2020, ILO cho bi ế t chi phí tai n ạ n lao đ ộ ng trên toàn th ế gi ớ i đ ạ t kho ả ng 3,94% GDP th ế gi ớ i, tương đương v ớ i 7,5 nghìn t ỷ USD S ố ti ề n này bao g ồ m các chi phí liên quan đ ế n chi phí y t ế , b ả o hi ể m, ph ụ c h ồ i và th ấ t thu năng su ấ t c ủ a ngư ờ i lao đ ộ ng [4] Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 12 3 M ụ c ti êu 3 1 Mục tiêu tổng quát Phân tích đi ề u ki ệ n làm vi ệ c c ủ a robot Nghiên c ứ u các bài toán cơ h ọ c và đi ề u khi ể n robot Nghiên c ứ u h ệ th ố ng đi ề u khi ể n (gi ớ i h ạ n driver đ ộ ng cơ,encoder) Thi ế t k ế giao di ệ n đi ề u khi ể n trên matlab Vi ế t chương trình đi ề u khi ể n robot và xây d ự ng giao di ệ n đi ề u khi ể n trên matlab Ch ế t ạ o và tích h ợ p h ệ th ố ng(dành cho đ ồ án t ố t nghi ệ p ) 3 2 Mục tiêu chi tiết  Tính toán và thi ế t k ế tay máy robot SCARA trong h ệ th ố ng Picking - Packing cho dây chuy ề n x ế p hoa qu ả  Áp d ụ ng ki ế n th ứ c đã đư ợ c h ọ c vào môn h ọ c đ ồ án thi ế t k ế h ệ th ố ng cơ đi ệ n t ử  Thi ế t k ế và mô ph ỏ ng ho ạ t đ ộ ng robot SCARA 3 b ậ c t ự do  Áp dụng kiến thức khoa học kỹ thuật cơ bản để phân tích, thiết kế hệ thống cơ điện tử  Thực hiện được quy trình tính toán, thiết kế, mô phỏng và điều khiển các hệ cơ điện tử  Áp dụng kiến thức khoa học kỹ thuật cơ bản để thiết lập, phân tích và tính toán hệ thống cơ điện tử  Vận dụng kiến thức cơ sở ngành để xây dựng hệ điều khiển và cơ khí cho hệ thống cơ điện tử  Phân tích kết quả tính toán, mô phỏng, điều khiển và đo lường hệ thống cơ điện tử  Thực hiện được quy trình thiết lập bài toán thiết kế hệ thống cơ điện tử  Tham gia tích cực vào hoạt động của nhóm thực hiện đồ án và thể hiện đóng góp của cá nhân trong quá trình thực hiện đồ án môn học  Xây dựng quy trình triển khai thiết kế, chế tạo hệ thống cơ điện tử phù hợp với yêu cầu đồ án Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 13 4 Gi ả i pháp đ ề xu ấ t 4 1 Mô tả giải pháp/thiết kế S ử d ụ ng tay máy thay th ế con ngư ờ i là m ộ t gi ả i pháp tiên ti ế n đ ể gi ả m thi ể u tình tr ạ ng s ử d ụ ng lao đ ộ ng trong môi trư ờ ng đ ộ c h ạ i M ộ t gi ả i pháp đư ợ c nhóm đưa ra là s ử d ụ ng tay may robot k ế t h ợ p v ớ i các h ệ th ố ng băng chuy ề n t ạ o thành m ộ t h ệ th ố ng săp x ế p t ự đ ộ ng t ừ đó gi ả i quy ế t cong vi ệ c mà không c ầ n s ự can thi ệ p c ủ a con ngư ờ i Gi ả i pháp đư ợ c nhóm đưa ra là thi ế t k ế m ộ t h ệ th ố ng g ồ m 2 băng chuy ề n k ế t h ợ p v ớ i m ộ t tay máy robot scara Nhi ệ m v ụ c ủ a băng chuy ề n 1 là v ậ n chu ể n s ả n ph ẩ m t ừ thùng ch ứ a đ ế n tay máy theo m ộ t hàng đư ợ c s ắ p x ế p ,nhi ệ m v ụ băng chu ề n 2 là v ậ n chuy ể n h ộ p đóng gói đ ế n v ị trí đ ặ t và đưa đ ế n máy đ óng gói ,Nhi ệ m v ụ c ủ a tay máy Scara là khi có tín hi ệ u có s ả n ph ẩ m và h ộ p thì th ự c hi ệ n g ắ p s ả n ph ẩ m t ừ t ừ băng chuy ề n 1 và s ắ p x ế p vào 6 v ị trí c ủ a h ộ p 4 1 1 Sơ đồ khối Dưới đây là sơ đồ khối đơn giản mô tả các thành phần cơ bản của một cánh tay robot 3 bậc tự do hộ trợ gắp táo vào đúng vị trí quy định: Hình 1 : Sơ đ ồ kh ố i thành ph ầ n cánh tay robot Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 14 Giải thích sơ đồ khối: - Robotic Arm: Đây là phần chính của cánh tay robot, bao gồm các khớp và liên kết giữa chúng để tạo ra 3 bậc tự do Nó điều khiển chuyển động của cánh tay và định vị vị trí của nó trong không gian 3D - Gripper: Đây là phần chịu trách nhiệm gắp táo Nó có thể là một cơ cấu kẹp hoặc công cụ đặc biệt được thiết kế để nắm chặt táo một cách an toàn và đồng thời duy trì độ nhạy cảm - Actuators: Đây là các bộ truyền động hoặc động cơ điều khiển chuyển động của cánh tay robot Chúng cung cấp sức mạnh và động lực cho cánh tay robot di chuyển và thực hiện các hành động như gắp và đặt - Controllers: Đây là các bộ điều khiển và vi xử lý màu sắc hướng dẫn hoạt động của cánh tay robot Chúng có thể bao gồm các vi xử lý nhúng hoặc máy tính để điều khiển chính xác chuyển động và hành vi của cánh tay robot dựa trên các tín hiệu từ cảm biến và lệnh điều khiển Mô hình phác thảo hệ thống xếp hoa quả Hình 2 : H ệ th ố ng x ế p qu ả Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 15 4 1 2 Mô tả chức năng Giải thích mô hình hệ thống: - Supply Source: Đây là nguồn cung cấp hoa quả, có thể là một hệ thống chuyền tải hoặc một vị trí cố định chứa các loại hoa quả cần xếp g ói - Conveyor: Đây là băng chuyền để vận chuyển hoa quả từ nguồn cung cấp đến vị trí xếp gói Nó có thể được thiết kế để di chuyển liên tục hoặc dừng lại tại một số vị trí cụ thể - Robotic Arm: Đây là cánh tay robot 3 bậc tự do được sử dụng để gắp hoa qu ả từ băng chuyền và đặt chúng vào vị trí xếp gói - Gripper: Đây là phần cuối cùng của cánh tay robot, có chức năng gắp và giữ hoa quả một cách an toàn trong quá trình xếp gói - Packaging Station: Đây là vị trí nơi hoa quả được xếp gói vào các hộp hoặc ba o bì khác Có thể có các thiết bị và công cụ hỗ trợ để thực hiện quá trình xếp gói Chức năng của hệ thống xếp hoa quả là thay thế 1 công nhân đảm nhiệm chức năng xếp hoa quả vào thùng 4 1 3 Cụm chi tiết và thiết bị Hình 3 : C ụ m chi ti ế t Hình 4 : Đ ộ ng cơ bư ớ c Hình 5 : Ổ bi Hình 6 : Đai răng Hình 7 : Vòng phanh Hình 8 : Xilanh Hình 9 : Gripper 4 2 Giới hạn của giải pháp/sản phẩm Có các giới hạn sau: 1, Không gắp được sản phẩm quá lớn hoặc quá bé 2, Giới hạn không gian làm việc 3, Không sắp xếp được đều về các mặt của sản phẩm 4, Độ chính xác của tay máy ảnh hưởng đến quá trình gắp quả 4 3 Phương pháp tiếp cận và phương th ức triển khai // Mô tả sơ bộ về cách thức thiết kế và phương pháp tiếp cận VD: Giai đoạn 1: Thực hiện tạo nhóm là lên ý tưởng của bài toán tìm giảng viên hướng dẫn Giai đoạn 2: Liên hệ giảng viên phù hợp với ý tưởng chon ban đầu Giai đoạn 3: Phân tích c ác nhiệm vụ vần thiết, phân chia nhiệm vụ Giai đoạn 4: Nghiên cứu các bài toán liên quan đến đề tài Giai đoạn 5: Thực hiện báo cáo và tham khảo thêm ý kiến giảng viên hướng dẫn Giai đoạn 6: Tổng hợp các báo cáo thành viên trong nhóm và viết báo cáo lớn Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 18 5 Phân tích các tác đ ộ ng/ ả nh hư ở ng 5 1 Tính khả thi về công nghệ Giảng viên hưỡng dẫn đã và đang dạy một số môn và cũng có hướng dẫn đề tài có liên qua Các thành viên đã từng học qua một số môn liên quan đến sản phẩm như Kí thuật robot công nghiệp, Lập trìn h mô phỏng robot và các hệ cơ điện tử 5 2 Tính khả thi về kinh tế  Chi phí v ậ t li ệ u: Ch ọ n v ậ t li ệ u phù h ợ p cho các thành ph ầ n cơ khí c ủ a tay máy robot có th ể ả nh hư ở ng đ ế n chi phí V ậ t li ệ u có s ẵ n và ph ổ bi ế n như thép, nhôm, có th ể có chi phí th ấ p hơn so v ớ i các v ậ t li ệ u đ ặ c bi ệ t  Chi phí linh ki ệ n và đ ộ ng cơ: Có s ự l ự a ch ọ n t ừ các nhà s ả n xu ấ t và nhà cung c ấ p khác nhau, v ớ i m ứ c giá và hi ệ u su ấ t khác nhau  Chi phí gia công: Đ ố i v ớ i m ộ t s ố thành ph ầ n ph ứ c t ạ p, c ầ n ph ả i s ử d ụ ng các quy trình gia công đ ặ c bi ệ t ho ặ c d ị ch v ụ gia công t ừ bên th ứ ba, đi ề u này có th ể tăng chi phí s ả n xu ấ t  Chi phí đi ề u khi ể n và đi ệ n t ử : Các b ộ vi x ử lý, bo m ạ ch, b ộ đi ề u khi ể n và các linh ki ệ n đi ệ n t ử khác có th ể có giá thành khác nhau  Chi phí ph ầ n m ề m: N ế u có yêu c ầ u ph ầ n m ề m ph ứ c t ạ p đ ể đi ề u khi ể n tay máy robot, chi phí phát tri ể n và tri ể n khai ph ầ n m ề m cũng c ầ n đư ợ c xem xét  Chi phí b ả o trì và s ử a ch ữ a: Đ ả m b ả o r ằ ng tay máy robot d ễ b ả o trì và có s ẵ n các linh ki ệ n thay th ế có th ể giúp gi ả m chi phí sau này  Chi phí v ậ n hành: Năng lư ợ ng tiêu th ụ và lao đ ộ ng, cũng là m ộ t y ế u t ố chi phí quan tr ọ ng c ầ n xem xét C ả i thi ệ n hi ệ u su ấ t năng lư ợ ng và đơn gi ả n hoá qua trình v ậ n hành có th ể giúp gi ả m chi phí v ậ n hành 5 3 Tác động xã hội Thiết kế cánh tay robot có ảnh hưởng lớn đến xã hội từ nhiều khía cạnh khác nhau: 1 Tạo việc làm: Thiết kế và sử dụng cánh tay robot trong các ngành công nghiệp có thể tạo ra cơ hội việc làm mới trong lĩnh vực này Đồng thời, cánh tay robot có thể giúp nâng cao hiệu suất và năng suất làm việc, giảm sự phụ thu ộc vào lao động người và mở ra cơ hội cho các công việc khác phù hợp với khả năng và kỹ năng của con người 2 Nâng cao hiệu suất và chất lượng: Cánh tay robot có khả năng thực hiện các tác vụ một cách chính xác, liên tục và không mệt mỏi Điều này giúp tă ng cường hiệu suất và chất lượng sản xuất trong các ngành công nghiệp, từ đó tạo ra sản phẩm tốt hơn và đáp ứng nhu cầu của xã hội Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 19 3 Giảm nguy cơ làm việc nguy hiểm: Trong các môi trường công nghiệp nguy hiểm, việc sử dụng cánh tay robot có thể giảm nguy cơ làm việc cho con người Cánh tay robot có thể thực hiện các tác vụ nguy hiểm, như làm việc với chất độc, vật nặng, nhiệt độ cao hay các tác vụ mà có thể gây nguy hiểm đến sức khỏe và an toàn của con người 4 Tiết kiệm tài nguyên: Cánh tay robot có thể được thiết kế để làm việc hiệu quả hơn và tiết kiệm tài nguyên như năng lượng, nguyên liệu và không gian làm việc Điều này đóng góp vào bảo vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên, giúp xã hội tiến bộ hướng đến sự phát triển bền vững 5 Thay đổi trong c ông việc: Sự phổ biến của cánh tay robot có thể tạo ra những thay đổi trong công việc và yêu cầu của lao động Một số công việc truyền thống có thể bị thay thế hoặc thay đổi để phù hợp với sự tự động hóa, trong khi những công việc mới xuất hiện trong lĩnh vực robot hỗ trợ 5 4 Tác động về hoạt động Cánh tay robot có vai trò quan tr ọ ng trong quy trình đóng gói th ự c ph ẩ m nói chung và hoa qu ả nói riêng Nó v ừ a làm tăng năng xu ấ t v ừ a làm tăng đ ọ chính xác c ủ a dây truy ề n đóng gói th ự c ph ẩ m 5 5 T ác động về môi tr ường  Tiêu th ụ năng lư ợ ng: Tay máy robot c ầ n tiêu th ụ năng lư ợ ng đ ể ho ạ t đ ộ ng Năng lư ợ ng tiêu th ụ có th ể góp ph ầ n vào tiêu th ụ tài nguyên và khí th ả i nhà kính Thi ế t k ế tay máy robot hi ệ u qu ả v ề năng lư ợ ng và s ử d ụ ng các công ngh ệ ti ế t ki ệ m năng lư ợ ng có t h ể gi ả m tác đ ộ ng tiêu c ự c lên môi trư ờ ng  Tác đ ộ ng đ ế n vi ệ c làm: S ự t ự đ ộ ng hóa và s ử d ụ ng tay máy robot có th ể ả nh hư ở ng đ ế n vi ệ c làm và công vi ệ c c ủ a con ngư ờ i M ộ t ph ầ n công nhân có th ể b ị thay th ế b ở i tay máy robot, d ẫ n đ ế n m ấ t vi ệ c làm  Tác đ ộ ng xã h ộ i: S ự phát tri ể n và s ử d ụ ng tay máy robot có th ể t ạ o ra các tác đ ộ ng xã h ộ i, bao g ồ m thay đ ổ i trong phân ph ố i công vi ệ c, phân t ầ ng xã h ộ i và kinh t ế , cũng như tác đ ộ ng đ ế n an ninh vi ệ c làm và tình hình kinh t ế  Tương tác con ngư ờ i - robot: S ử d ụ ng tay máy robot có th ể tác đ ộ ng đ ế n tương tác gi ữ a con ngư ờ i và robot trong môi trư ờ ng lao đ ộ ng và xã h ộ i 5 6 Tiêu chuẩn đạo đức Đạo đức kỹ thuật là một phần quan trọng trong giáo dục kỹ thuật và cũng như trong các hoạt động nghề chuyên nghiệp khác Để trở thành k ỹ sư Cơ điện tử với kiến thức chuyên môn cũng như thỏa mãn tiêu chuẩn nghề nghiệp về đạo đức, nhóm đề tài đã tham khảo các tiêu chuẩn đạo đức theo Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (The American Society of Mechanical Engineers) Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 20 6 K ế ho ạ ch th ự c hi ệ n hàng tu ầ n 6 1 Thành viên // Vai trò của các thành viên trong việc THỰC HIỆN và VIẾT báo cáo B ả ng 1 : Thông tin thành viên Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 21 6 2 Kế hoạch và tiến trình B ả ng 2 : K ế ho ạ ch và ti ế n trình th ự c hi ệ n Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 22 7 Ti ế n trình d ự án 7 1 Lịch sử hình thành và phát triển Robot Thu ậ t ng ữ “Robot” xu ấ t phát t ừ ti ế ng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa là công vi ệ c t ạ p d ị ch trong v ở k ị ch Rossum’s Universal Robots c ủ a Karel Capek, vào năm 1921 Trong v ở k ị ch n ầ y, Rossum và con trai c ủ a ông ta đã c h ế t ạ o ra nh ữ ng chi ế c máy g ầ n gi ố ng v ớ i con ngư ờ i đ ể ph ụ c v ụ con ngư ờ i Có l ẽ đó là m ộ t g ợ i ý ban đ ầ u cho các nhà sáng ch ế k ỹ thu ậ t v ề nh ữ ng cơ c ấ u, máy móc b ắ t chư ớ c các ho ạ t đ ộ ng cơ b ắ p c ủ a con ngư ờ i Đ ầ u th ậ p k ỷ 60, công ty M ỹ AMF (American Machine and Foundry Company) qu ả ng cáo m ộ t lo ạ i máy t ự đ ộ ng v ạ n năng và g ọ i là “Ngư ờ i máy công nghi ệ p” (Industrial Robot) Ngày nay ngư ờ i ta đ ặ t tên ngư ờ i máy công nghi ệ p (hay robot công nghi ệ p) cho nh ữ ng lo ạ i thi ế t b ị có dáng d ấ p và m ộ t vài ch ứ c năng như tay ngư ờ i đư ợ c đi ề u khi ể n t ự đ ộ ng đ ể th ự c hi ệ n m ộ t s ố thao tác s ả n xu ấ t V ề m ặ t k ỹ thu ậ t, nh ữ ng robot công nghi ệ p ngày nay, có ngu ồ n g ố c t ừ hai lĩnh v ự c k ỹ thu ậ t ra đ ờ i s ớ m hơn đó là các cơ c ấ u đi ề u khi ể n t ừ xa (Teleoperators) và các máy công c ụ đi ề u khi ể n s ố (NC - Nu merically Controlled machine tool) Các cơ c ấ u đi ề u khi ể n t ừ xa (hay các thi ế t b ị ki ể u ch ủ - t ớ ) đã phát tri ể n m ạ nh trong chi ế n tranh th ế gi ớ i l ầ n th ứ hai nh ằ m nghiên c ứ u các v ậ t li ệ u phóng x ạ Ngư ờ i thao tác đư ợ c tách bi ệ t kh ỏ i khu v ự c phóng x ạ b ở i m ộ t b ứ c tư ờ ng có m ộ t ho ặ c vài c ử a quan sát đ ể có th ể nhìn th ấ y đư ợ c công vi ệ c bên trong Các cơ c ấ u đi ề u khi ể n t ừ xa thay th ế cho cánh tay c ủ a ngư ờ i thao tác; nó g ồ m có m ộ t b ộ k ẹ p ở bên trong (t ớ ) và hai tay c ầ m ở bên ngoài (ch ủ ) C ả hai, tay c ầ m và b ộ k ẹ p, đư ợ c n ố i v ớ i nhau b ằ ng m ộ t cơ c ấ u sáu b ậ c t ự do đ ể t ạ o ra các v ị trí và hư ớ ng tu ỳ ý c ủ a Tay c ầ m và b ộ k ẹ p Cơ c ấ u dùng đ ể đi ề u khi ể n b ộ k ẹ p theo chuy ể n đ ộ ng c ủ a tay c ầ m Vào kho ả ng năm 1949, các máy công c ụ đi ề u khi ể n s ố ra đ ờ i, nh ằ m đáp ứ ng yêu c ầ u gia công các chi ti ế t trong ngành ch ế t ạ o máy bay Nh ữ ng robot đ ầ u tiên th ự c ch ấ t là s ự n ố i k ế t gi ữ a các khâu cơ khí c ủ a cơ c ấ u đi ề u khi ể n t ừ xa v ớ i kh ả năng l ậ p trình c ủ a máy công c ụ đi ề u khi ể n s ố Dư ớ i đây chúng ta s ẽ đi ể m qua m ộ t s ố th ờ i đi ể m l ị ch s ử phát tri ể n c ủ a ngư ờ i máy công nghi ệ p M ộ t trong nh ữ ng robot công nghi ệ p đ ầ u tiên đư ợ c ch ế t ạ o là robot Versatran c ủ a công ty AMF, M ỹ Cũng vào kho ả ng th ờ i gian n ầ y ở M ỹ xu ấ t hi ệ n lo ạ i robot Unimate ư1900 đư ợ c dùng đ ầ u tiên trong k ỹ ngh ệ ôtô Ti ế p theo M ỹ , các nư ớ c khác b ắ t đ ầ u s ả n xu ấ t robot công nghi ệ p: Anh 1967, Th ụ y Đi ể n và Nh ậ t 1968 theo b ả n quy ề n c ủ a M ỹ ; CHLB Đ ứ c - 1971; Pháp - 1972; ở Ý - 1973 Tính năng làm vi ệ c c ủ a robot ngày càng đư ợ c nâng cao, nh ấ t là kh ả năng nh ậ n bi ế t và x ử lý Năm 1967 ở trư ờ ng Đ ạ i h ọ c t ổ ng h ợ p Stanford (M ỹ ) đã ch ế t ạ o ra m ẫ u robot ho ạ t đ ộ ng theo mô hình “m ắ t - tay”, có kh ả năng nh ậ n bi ế t và đ ị nh hư ớ ng bàn k ẹ p theo v ị trí v ậ t k ẹ p nh ờ các c ả m bi ế n Năm 1974 Công ty M ỹ Cincinnati đưa ra lo ạ i robot đư ợ c đi ề u khi ể n Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 23 b ằ ng máy vi tính, g ọ i là robot T 3 (The Tomorrow Tool: Công c ụ c ủ a tương lai) Robot n ầ y có th ể nâng đư ợ c v ậ t có kh ố i lư ợ ng đ ế n 40 KG Có th ể nói, Robot là s ự t ổ h ợ p kh ả năng ho ạ t đ ộ ng linh ho ạ t c ủ a các cơ c ấ u đi ề u khi ể n t ừ xa v ớ i m ứ c đ ộ “tri th ứ c” ngày càng phong phú c ủ a h ệ th ố ng đi ề u kh i ể n theo chương trình s ố cũng như k ỹ thu ậ t ch ế t ạ o các b ộ c ả m bi ế n, công ngh ệ l ậ p trình và các phát tri ể n c ủ a trí khôn nhân t ạ o, h ệ chuyên gia… Trong nh ữ ng năm sau n ầ y, vi ệ c nâng cao tính năng ho ạ t đ ộ ng c ủ a robot không ng ừ ng phát tri ể n Các robot đư ợ c tran g b ị thêm các lo ạ i c ả m bi ế n khác nhau đ ể nh ậ n bi ế t môi trư ờ ng chung quanh, cùng v ớ i nh ữ ng thành t ự u to l ớ n trong lĩnh v ự c Tin h ọ c - Đi ệ n t ử đã t ạ o ra các th ế h ệ robot v ớ i nhi ề u tính năng đăc bi ệ t, S ố lư ợ ng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng gi ả m Nh ờ v ậ y, robot công nghi ệ p đã có v ị trí quan tr ọ ng trong các dây chuy ề n s ả n xu ấ t hi ệ n đ ạ i B ả ng 3 : B ả ng s ố li ệ u s ố lư ợ ng robot ở m ộ t vài nư ớ c công nghi ệ p phát tri ể n Nư ớ c SX Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998 Nh ậ t 66 118 29 756 67000 M ỹ 4 237 7 634 11000 Đ ứ c 5 845 5 125 8 600 Ý 2 500 2 408 4000 Pháp 1 448 1 197 2000 Anh 510 1086 1500 Hàn Qu ố c 1000 1200 M ỹ là nư ớ c đ ầ u tiên phát minh ra Robot nhưng nư ớ c phát tri ể n cao nh ấ t trong lĩnh v ự c nghiên c ứ u ch ế t ạ o s ử d ụ ng l ạ i là Nh ậ t B ả n M ộ t s ố đ ị nh nghĩa và phân lo ạ i Robot công nghi ệ p Đ ị nh nghĩa Robot Công nghi ệ p Đ ị nh nghĩa theo tiêu chu ẩ n AFNOR (Pháp): Robot công nghi ệ p là m ộ t cơ c ấ u chuy ể n đ ộ ng t ự đ ộ ng có th ể l ậ p trình, l ặ p l ạ i các chương trình, t ổ ng h ợ p các chương trình đ ặ t ra trên cá c tr ụ c to ạ đ ộ ; có kh ả năng đ ị nh v ị , đ ị nh hư ớ ng, di chuy ể n các đ ố i tư ợ ng v ậ t ch ấ t: Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 24 chi ti ế t, dao c ụ , gá l ắ p theo nh ữ ng hành trình thay đ ổ i đã chương trình hoá nh ằ m th ự c hi ệ n các nhi ệ m v ụ công ngh ệ khác nhau Đ ị nh nghĩa theo RIA (Robot institute of Am erica): Robot là m ộ t tay máy v ạ n năng có th ể l ặ p l ạ i các chương trình đư ợ c thi ế t k ế đ ể di chuy ể n v ậ t li ệ u, chi ti ế t, d ụ ng c ụ ho ặ c các thi ế t b ị chuyên dùng thông qua các chương trình chuy ể n đ ộ ng có th ể thay đ ổ i đ ể hoàn thành các nhi ệ m v ụ khác nhau Đ ị nh ngh ĩ a theo GOCT 25686 - 85 (Nga): Robot công nghi ệ p là m ộ t máy t ự đ ộ ng, đư ợ c đ ặ t c ố đ ị nh ho ặ c di đ ộ ng đư ợ c, liên k ế t gi ữ a m ộ t tay máy và m ộ t h ệ th ố ng đi ề u khi ể n theo chương trình, có th ể l ậ p trình l ạ i đ ể hoàn thành các ch ứ c năng v ậ n đ ộ ng và đi ề u khi ể n trong quá trình s ả n xu ấ t Có th ể nói Robot công nghi ệ p là m ộ t máy t ự đ ộ ng linh ho ạ t thay th ế t ừ ng ph ầ n ho ặ c toàn b ộ các ho ạ t đ ộ ng cơ b ắ p và ho ạ t đ ộ ng trí tu ệ c ủ a con ngư ờ i trong nhi ề u kh ả năng thích nghi khác nhau Robot công nghi ệ p có kh ả năng chương trình hoá lin h ho ạ t trên nhi ề u tr ụ c chuy ể n đ ộ ng, bi ể u th ị cho s ố b ậ c t ự do c ủ a chúng Robot công nghi ệ p đư ợ c trang b ị nh ữ ng bàn tay máy ho ặ c các cơ c ấ u ch ấ p hành, gi ả i quy ế t nh ữ ng nhi ệ m v ụ xác đ ị nh trong các quá trình công ngh ệ : ho ặ c tr ự c ti ế p tham gia th ự c hi ệ n các n guyên công (sơn, hàn, phun ph ủ , rót kim lo ạ i vào khuôn đúc, l ắ p ráp máy ) ho ặ c ph ụ c v ụ các quá trình công ngh ệ (tháo l ắ p chi ti ế t gia công, dao c ụ , đ ồ gá ) v ớ i nh ữ ng thao tác c ầ m n ắ m, v ậ n chuy ể n và trao đ ổ i các đ ố i tư ợ ng v ớ i các tr ạ m công ngh ệ , t rong m ộ t h ệ th ố ng máy t ự đ ộ ng linh ho ạ t, đư ợ c g ọ i là “H ệ th ố ng t ự đ ộ ng linh ho ạ t robot hoá” cho phép thích ứ ng nhanh và thao tác đơn gi ả n khi nhi ệ m v ụ s ả n xu ấ t thay đ ổ i 7 1 1 Bậc tự do của Robot B ậ c t ự do là s ố kh ả năng chuy ể n đ ộ ng c ủ a m ộ t cơ c ấ u (chuy ể n đ ộ ng quay ho ặ c t ị nh ti ế n) Đ ể d ị ch chuy ể n đư ợ c m ộ t v ậ t th ể trong không gian, cơ c ấ u ch ấ p hành c ủ a robot ph ả i đ ạ t đư ợ c m ộ t s ố b ậ c t ự do Nói chung cơ h ệ c ủ a robot là m ộ t cơ c ấ u h ở , do đó b ậ c t ự do c ủ a nó có th ể tính theo công th ứ c: 5 1 w 6 i i n ip     Ở đây: n - S ố khâu đ ộ ng; p i - S ố kh ớ p lo ạ i i (i = 1, 2, ,5 : S ố b ậ c t ự do b ị h ạ n ch ế ) Đ ố i v ớ i các cơ c ấ u có các khâu đư ợ c n ố i v ớ i nhau b ằ ng kh ớ p quay ho ặ c t ị nh ti ế n (kh ớ p đ ộ ng lo ạ i 5) thì s ố b ậ c t ự do b ằ ng v ớ i s ố khâu đ ộ ng Đ ố i v ớ i cơ c ấ u h ở , s ố b ậ c t ự do b ằ ng t ổ ng s ố b ậ c t ự do c ủ a các kh ớ p đ ộ ng Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 25 Đ ể đ ị nh v ị và đ ị nh hư ớ ng khâu ch ấ p hành cu ố i m ộ t cách tu ỳ ý trong không gian 3 chi ề u robot c ầ n có 6 b ậ c t ự do, trong đó 3 b ậ c t ự do đ ể đ ị nh v ị và 3 b ậ c t ự do đ ể đ ị nh hư ớ ng M ộ t s ố công vi ệ c đơn gi ả n nâng h ạ , s ắ p x ế p có th ể yêu c ầ u s ố b ậ c t ự do ít hơn Các robot hàn, sơn thư ờ ng yêu c ầ u 6 b ậ c t ự do Trong m ộ t s ố trư ờ ng h ợ p c ầ n s ự khéo léo, linh ho ạ t ho ặ c khi c ầ n ph ả i t ố i ưu hoá qu ỹ đ ạ o ngư ờ i ta dùng robot v ớ i s ố b ậ c t ự do l ớ n hơn 6 H ệ to ạ đ ộ (Coordina te frames) M ỗ i robot thư ờ ng bao g ồ m nhi ề u khâu (links) liên k ế t v ớ i nhau qua các kh ớ p (joints), t ạ o thành m ộ t xích đ ộ ng h ọ c xu ấ t phát t ừ m ộ t khâu cơ b ả n (base) đ ứ ng yên H ệ to ạ đ ộ g ắ n v ớ i khâu cơ b ả n g ọ i là h ệ to ạ đ ộ cơ b ả n (hay h ệ to ạ đ ộ chu ẩ n) Các h ệ to ạ đ ộ trung gian khác g ắ n v ớ i các khâu đ ộ ng g ọ i là h ệ to ạ đ ộ suy r ộ ng Trong t ừ ng th ờ i đi ể m ho ạ t đ ộ ng, các to ạ đ ộ suy r ộ ng xác đ ị nh c ấ u hình c ủ a robot b ằ ng các chuy ể n d ị ch dài ho ặ c các chuy ể n d ị ch góc c ủ a các kh ớ p t ị nh ti ế n ho ặ c kh ớ p quay Các to ạ đ ộ suy r ộ ng còn đư ợ c g ọ i là bi ế n kh ớ p Các h ệ to ạ đ ộ g ắ n trên các khâu c ủ a robot ph ả i tuân theo qui t ắ c bàn tay ph ả i: Dùng tay ph ả i, n ắ m hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón: cái, tr ỏ và gi ữ a theo 3 phương vuông góc nhau, n ế u ch ọ n ngón cái là phương và chi ề u c ủ a tr ụ c z, thì ngón tr ỏ ch ỉ phương, chi ề u c ủ a tr ụ c x và ngón gi ữ a s ẽ bi ể u th ị phương, chi ề u c ủ a tr ụ c y Trong robot ta thư ờ ng dùng ch ữ O và ch ỉ s ố n đ ể ch ỉ h ệ to ạ đ ộ g ắ n trên khâu th ứ n Như v ậ y h ệ to ạ đ ộ cơ b ả n (H ệ to ạ đ ộ g ắ n v ớ i khâu c ố đ ị nh) s ẽ đư ợ c ký hi ệ u là O 0 ; h ệ to ạ đ ộ g ắ n trên các khâu trung gian tương ứ ng s ẽ là O 1 , O 2 , , On - 1, H ệ to ạ đ ộ g ắ n trên khâu ch ấ p hành cu ố i ký hi ệ u là On Hình 10 : H ệ t ọ a đ ộ tay máy Hình 11 : Quy t ắ c bàn tay ph ả i Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 26 Trư ờ ng công tác c ủ a robot (Workspace or Range of motion) Trư ờ ng công tác (hay vùng làm vi ệ c, không gian công tác) c ủ a robot là toàn b ộ th ể tích đư ợ c quét b ở i khâu ch ấ p hành cu ố i khi robot th ự c hi ệ n t ấ t c ả các chuy ể n đ ộ ng có th ể Trư ờ ng công tác b ị ràng bu ộ c b ở i các thông s ố hình h ọ c c ủ a robot cũng như các ràng bu ộ c cơ h ọ c c ủ a các kh ớ p; ví d ụ , m ộ t kh ớ p quay có chuy ể n đ ộ ng nh ỏ hơn m ộ t góc 360 0 Ngư ờ i ta thư ờ ng dùng hai hình chi ế u đ ể mô t ả trư ờ ng công tác c ủ a m ộ t robot ( hình 1 3) Hình 12 : Bi ể n di ễ n thao tác c ủ a robot 7 1 2 Cấu trúc cơ bản của Robot công nghiệp Các thành ph ầ n chính c ủ a Robot công nghi ệ p M ộ t robot công nghi ệ p thư ờ ng bao g ồ m các thành ph ầ n chính như : cánh tay robot, ngu ồ n đ ộ ng l ự c, d ụ ng c ụ g ắ n lên khâu ch ấ p hàn h cu ố i, các c ả m bi ế n, b ộ đi ề u khi ể n, thi ế t b ị d ạ y h ọ c, máy tính các ph ầ n m ề m l ậ p trình cũng nên đư ợ c coi là m ộ t thành ph ầ n c ủ a h ệ th ố ng robot Cánh tay robot (tay máy) là k ế t c ấ u cơ khí g ồ m các khâu liên k ế t v ớ i nhau b ằ ng các kh ớ p đ ộ ng đ ể có th ể t ạ o nê n nh ữ ng chuy ể n đ ộ ng cơ b ả n c ủ a robot Ngu ồ n đ ộ ng l ự c là các đ ộ ng cơ đi ệ n (m ộ t chi ề u ho ặ c đ ộ ng cơ bư ớ c), các h ệ th ố ng xy lanh khí nén, thu ỷ l ự c đ ể t ạ o đ ộ ng l ự c cho tay máy ho ạ t đ ộ ng D ụ ng c ụ thao tác đư ợ c g ắ n trên khâu cu ố i c ủ a robot, d ụ ng c ụ c ủ a robot có t h ể có nhi ề u ki ể u khác nhau như: d ạ ng bàn tay đ ể n ắ m b ắ t đ ố i tư ợ ng ho ặ c các công c ụ làm vi ệ c như m ỏ hàn, đá mài, đ ầ u phun sơn Thi ế t b ị d ạ y - hoc (Teach - Pendant) dùng đ ể d ạ y cho robot các thao tác c ầ n thi ế t theo yêu c ầ u c ủ a quá trình làm vi ệ c, sau đó robot t ự l ặ p l ạ i các đ ộ ng tác đã đư ợ c d ạ y đ ể làm vi ệ c (phương pháp l ậ p trình ki ể u d ạ y h ọ c) Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 27 Các ph ầ n m ề m đ ể l ậ p trình và các chương trình đi ề u khi ể n robot đư ợ c cài đ ặ t trên máy tính, dùng đi ề u khi ể n robot thông qua b ộ đi ề u khi ể n (Controller) B ộ đi ề u khi ể n còn đư ợ c g ọ i là Mođun đi ề u khi ể n (hay Unit, Driver), nó thư ờ ng đư ợ c k ế t n ố i v ớ i máy tính M ộ t mođun đi ề u khi ể n có th ể còn có các c ổ ng Vào - Ra (I/O port) đ ể làm vi ệ c v ớ i nhi ề u thi ế t b ị khác nhau như các c ả m bi ế n giúp robot nh ậ n bi ế t tr ạ ng thái c ủ a b ả n thân, xá c đ ị nh v ị trí c ủ a đ ố i tư ợ ng làm vi ệ c ho ặ c các dò tìm khác; đi ề u khi ể n các băng t ả i ho ặ c cơ c ấ u c ấ p phôi ho ạ t đ ộ ng ph ố i h ợ p v ớ i robot 7 1 3 Kết cấu của tay máy Như đã nói trên, tay máy là thành ph ầ n quan tr ọ ng, nó quy ế t đ ị nh kh ả năng làm vi ệ c c ủ a robot Các k ế t c ấ u c ủ a nhi ề u tay máy đư ợ c ph ỏ ng theo c ấ u t ạ o và ch ứ c năng c ủ a tay ngư ờ i; tuy nhiên ngày nay, tay máy đư ợ c thi ế t k ế r ấ t đa d ạ ng, nhi ề u cánh tay robot có hình dáng r ấ t khác xa cánh tay ngư ờ i Trong thi ế t k ế và s ử d ụ ng tay máy, chúng ta c ầ n quan tâ m đ ế n các thông s ố hình - đ ộ ng h ọ c, là nh ữ ng thông s ố liên quan đ ế n kh ả năng làm vi ệ c c ủ a robot như: t ầ m v ớ i (hay trư ờ ng công tác), s ố b ậ c t ự do (th ể hi ệ n s ự khéo léo linh ho ạ t c ủ a robot), đ ộ c ứ ng v ữ ng, t ả i tr ọ ng v ậ t nâng, l ự c k ẹ p Các khâu c ủ a robot thư ờ ng th ự c hi ệ n hai chuy ể n đ ộ ng cơ b ả n: Chuy ể n đ ộ ng t ị nh ti ế n theo hư ớ ng x, y, z trong không gian Descarde, thông thư ờ ng t ạ o nên các hình kh ố i Chuy ể n đ ộ ng xoay theo các tr ụ c x, y, z trong không gian Các chuy ể n đ ộ ng này thư ờ ng ký hi ệ u là T (Translation) h o ặ c P (Prismatic) 7 1 4 Phân loại Robot công nghiệp Robot công nghi ệ p r ấ t phong phú đa d ạ ng, có th ể đư ợ c phân lo ạ i theo các cách sau: Phân lo ạ i theo k ế t c ấ u Theo k ế t c ấ u c ủ a tay máy ngư ờ i ta phân thành robot ki ể u to ạ đ ộ Đ ề các, Ki ể u to ạ đ ộ tr ụ , ki ể u to ạ đ ộ c ầ u, ki ể u to ạ đ ộ góc, robot ki ể u SCARA như đã trình bày ở trên Hình 13 : C ấ u trúc cơ b ả n c ủ a robot công nghi ệ p Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 28 Phân lo ạ i theo h ệ th ố ng truy ề n đ ộ ng Có các d ạ ng truy ề n đ ộ ng ph ổ bi ế n là: H ệ truy ề n đ ộ ng đi ệ n: Thư ờ ng dùng các đ ộ ng cơ đi ệ n 1 chi ề u (DC: Direct Current) ho ặ c các đ ộ ng cơ bư ớ c (step motor) Lo ạ i truy ề n đ ộ ng n ầ y d ễ đi ề u khi ể n, k ế t c ấ u g ọ n H ệ truy ề n đ ộ ng thu ỷ l ự c: có th ể đ ạ t đư ợ c công su ấ t cao, đáp ứ n nh ữ ng đi ề u ki ệ n làm vi ệ c n ặ ng Tuy nhiên h ệ th ố ng thu ỷ l ự c thư ờ ng có k ế t c ấ u c ồ ng k ề nh, t ồ n t ạ i đ ộ phi tuy ế n l ớ n khó x ử lý khi đi ề u khi ể n H ệ tr uy ề n đ ộ ng khí nén: có k ế t c ấ u g ọ n nh ẹ hơn do không c ầ n d ẫ n ngư ợ c nhưng l ạ i ph ả i g ắ n li ề n v ớ i trung tâm t ạ o ra khí nén H ệ n ầ y làm vi ệ c v ớ i công su ấ t trung bình và nh ỏ , kém chính xác, thư ờ ng ch ỉ thích h ợ p v ớ i cácrobot ho ạ t đ ộ ng theo chương trình đ ị nh s ẳ n v ớ i các thao tác đơn gi ả n “nh ấ c lên - đ ặ t xu ố ng” (Pick and Place or PTP: Point To Point) Phân lo ạ i theo ứ ng d ụ ng D ự a vào ứ ng d ụ ng c ủ a robot trong s ả n xu ấ t có Robot sơn, robot hàn, robot l ắ p ráp, robot chuy ể n phôi v v Phân lo ạ i theo cách th ứ c và đ ặ c trưn g c ủ a phương pháp đi ề u khi ể n Robot đi ề u khi ể n kín (hay đi ề u khi ể n servo): s ử d ụ ng c ả m bi ế n, m ạ ch ph ả n h ồ i đ ể tăng đ ộ chính xác và m ứ c đ ộ linh ho ạ t khi đi ề u khi ể n 7 1 5 Các ứng dụng của Robot T ừ khi m ớ i ra đ ờ i robot công nghi ệ p đư ợ c áp d ụ ng trong nhi ề u lĩn h v ự c dư ớ i góc đ ộ thay th ế s ứ c ngư ờ i Nh ờ v ậ y các dây chuy ề n s ả n xu ấ t đư ợ c t ổ ch ứ c l ạ i, năng su ấ t và hi ệ u qu ả s ả n xu ấ t tăng lên rõ r ệ t M ụ c tiêu ứ ng d ụ ng robot công nghi ệ p nh ằ m góp ph ầ n nâng cao năng su ấ t dây chuy ề n công ngh ệ , gi ả m giá thành, nâng cao ch ấ t lư ợ ng và kh ả năng c ạ nh tranh c ủ a s ả n ph ẩ m đ ồ ng th ờ i c ả i thi ệ n đi ề u ki ệ n lao đ ộ ng Đ ạ t đư ợ c các m ụ c tiêu trên là nh ờ vào nh ữ ng kh ả năng to l ớ n c ủ a robot như: làm vi ệ c không bi ế t m ệ t m ỏ i, r ấ t d ễ dàng chuy ể n ngh ề m ộ t cách thành th ạ o, ch ị u đư ợ c phóng x ạ và cá c môi trư ờ ng làm vi ệ c đ ộ c h ạ i, nhi ệ t đ ộ cao, “c ả m th ấ y” đư ợ c c ả t ừ trư ờ ng và “nghe” đư ợ c c ả siêu âm Robot đư ợ c dùng thay th ế con ngư ờ i trong các trư ờ ng h ợ p trên ho ặ c th ự c hi ệ n các công vi ệ c tuy không n ặ ng nh ọ c nhưng đơn đi ệ u, d ễ gây m ệ t mõi, nh ầ m l ẫ n Trong ngành cơ khí, robot đư ợ c s ử d ụ ng nhi ề u trong công ngh ệ đúc, công ngh ệ hàn, c ắ t kim lo ạ i, sơn, phun ph ủ kim lo ạ i, tháo l ắ p v ậ n chuy ể n phôi, l ắ p ráp s ả n ph ẩ m Ngày nay đã xu ấ t hi ệ n nhi ề u dây chuy ề n s ả n xu ấ t t ự đ ộ ng g ồ m các máy CNC v ớ i Robot công ng hi ệ p, các dây chuy ề n đó đ ạ t m ứ c t ự đ ộ ng hoá cao, m ứ c đ ộ linh ho ạ t cao ở đây các máy và robot đư ợ c đi ề u khi ể n b ằ ng cùng m ộ t h ệ th ố ng chương trình Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 29 Ngoài các phân xư ở ng, nhà máy, k ỹ thu ậ t robot cũng đư ợ c s ử d ụ ng trong vi ệ c khai thác th ề m l ụ c đ ị a và đ ạ i dương, trong y h ọ c, s ử d ụ ng trong qu ố c phòng, trong chinh ph ụ c vũ tr ụ , trong công nghi ệ p nguyên t ử , trong các lĩnh v ự c xã h ộ i Rõ ràng là kh ả năng làm vi ệ c c ủ a robot trong m ộ t s ố đi ề u ki ệ n vư ợ t hơn kh ả năng c ủ a con ngư ờ i; do đó nó là phương ti ệ n h ữ u h i ệ u đ ể t ự đ ộ ng hoá, nâng cao năng su ấ t lao đ ộ ng, gi ả m nh ẹ cho con ngư ờ i nh ữ ng công vi ệ c n ặ ng nh ọ c và đ ộ c h ạ i Như ợ c đi ể m l ớ n nh ấ t c ủ a robot là chưa linh ho ạ t như con ngư ờ i, trong dây chuy ề n t ự đ ộ ng, n ế u có m ộ t robot b ị h ỏ ng có th ể làm ng ừ ng ho ạ t đ ộ ng c ủ a c ả dây chuy ề n, cho nên robot v ẫ n luôn ho ạ t đ ộ ng dư ớ i s ự giám sát c ủ a con ngư ờ i 7 2 Động học thuận, động học ngược 7 2 1 Phương trình đ ộ ng h ọ c thu ậ n Đ ộ ng h ọ c robot là bài toán nghiên c ứ u chuy ể n đ ộ ng c ủ a robot mà không quan tâm đ ế n tính ch ấ t v ề l ự c tương tác cũng như v ề kh ố i lư ợ ng mà ch ỉ xét đ ế n c ấ u trúc hình h ọ c c ủ a robot M ụ c đích c ủ a bài toán đ ộ ng h ọ c thu ậ n là xác đ ị nh v ị trí c ủ a khâu tác đ ộ ng cu ố i c ủ a Robot khi bi ế t các bi ế n kh ớ p c ủ a Robot Các bư ớ c th ự c hi ệ n bài toán đ ộ ng h ọ c thu ậ n cho tay máy: Bư ớ c 1: Xá c đ ị nh s ố kh ớ p và s ố thanh n ố i Bư ớ c 2: G ắ n lên các thanh n ố i t ừ 0 đ ế n n các h ệ tr ụ c t ọ a đ ộ Ví d ụ : Thanh n ố i i (i = 0 ÷ n) g ắ n h ệ tr ụ c i i i i O , X , Y , Z Hình 14 : Xây d ự ng h ệ t ọ a đ ộ thanh n ố i i q : là g óc quay c ủ a thanh n ố i th ứ i, Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 30 i d : là đ ộ l ệ ch khâu, i a : là đ ộ dài đư ờ ng vuông góc chung gi ữ a i 1 Z  và i Z , i  : là góc v ặ n c ủ a thanh n ố i Cách xá c đ ị nh tr ụ c i Z : là tr ụ c mà xung quanh nó kh ớ p th ứ i+1 quay ho ặ c d ọ c theo nó kh ớ p (i = 1÷ n - 1) t ị nh ti ế n 0 Z : tr ụ c mà xung quanh nó kh ớ p 1quay, 0 O : tâm h ệ tr ụ c t ọ a đ ộ quy chi ế u, ch ọ n m ộ t đi ể m c ố đ ị nh trên đ ế Robot, 1 Z : tr ụ c mà xung quanh nó kh ớ p 2 quay ho ặ c kh ớ p t ị nh ti ế n, n 1 Z  : tr ụ c mà xung quanh nó kh ớ p n quay, n Z : trùng phương v ớ i n 1 Z  Cách xác đ ị nh tr ụ c X i : Tr ụ c X thư ờ ng đư ợ c đ ặ t d ọ c theo pháp tuy ế n chung và hư ớ ng t ừ kh ớ p i đ ế n i+1 Trong trư ờ ng h ợ p các tr ụ c kh ớ p c ắ t nhau thì tr ụ c X ch ọ n theo tích vectơ Z i - 1 x Z i Cách xác đ ị nh tr ụ c Y i : Xác đ ị nh theo quy t ắ c bàn tay ph ả i Bư ớ c 3: Xác đ ị nh các bi ế n kh ớ p Kh ớ p quay tương ứ ng v ớ i bi ế n kh ớ p quay q, Kh ớ p t ị nh ti ế n tương ứ ng v ớ i bi ế n kh ớ p t ị nh ti ế n d Bư ớ c 4: Xác đ ị nh quan h ệ gi ữ a hai khung t ọ a đ ộ i và i - 1 H ệ tr ụ c t ọ a đ ộ i và h ệ tr ụ c t ọ a đ ộ i - 1 gi ữ a hai khâu n ố i ti ế p nhau có quan h ệ v ớ i nhau b ằ ng p hép bi ế n đ ổ i đ ồ ng nh ấ t, theo trình t ự sau: - Quay xung quanh tr ụ c Z i - 1 m ộ t góc  i sao cho tr ụ c X i - 1 trùng v ớ i phương c ủ a tr ụ c X i , - T ị nh ti ế n d ọ c theo tr ụ c Z i - 1 m ộ t đo ạ n d i đ ể g ố c khung t ọ a đ ộ m ớ i trùng chân pháp tuy ế n chung tr ụ c i - 1 và i, (X i - 1  X i ), - T ị nh ti ế n d ọ c theo tr ụ c X i - 1 m ộ t đo ạ n a i , (O i - 1  O i ), - Quay xung quanh tr ụ c X i - 1 m ộ t góc α i sao cho tr ụ c Z i - 1 trùng v ớ i tr ụ c Z i Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 31 Các phép bi ế n đ ổ i trên đư ợ c th ự c hi ệ n so v ớ i khung t ọ a đ ộ hi ệ n t ạ i, do đó phép bi ế n đ ổ i t ổ ng h ợ p đư ợ c xác đ ị nh như sau : z z x x Rot (q ans (d) ans (a)Rot ( )Tr Tr α ) i A = ( 2 14) i z z x x i 1 i i i i i i i i i i A Rot ( )Trans (d)Trans (a)Rot ( ) c s 0 0 1 0 0 0 1 0 0 a 1 0 0 0 s c 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 c s 0 0 0 1 0 0 0 1 d 0 0 1 0 0 s c 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 cos sin cos sin sin a co                                                                       s sin cos cos cos sin a sin 0 sin cos d 0 0 0 1                       ( 2 15 ) Denavit J & Hartenberg R S đã g ọ i bi ế n đ ổ i đ ồ ng nh ấ t là ma tr ậ n A, mô t ả b ở i phép quay và phép t ị nh ti ế n tương đ ố i gi ữ a h ệ t ọ a đ ộ c ủ a hai khâu liên ti ế p Denavit J & Hartenberg R S đ ề xu ấ t dùng ma tr ậ n thu ầ n nh ấ t 4x4 đ ể mô t ả quan h ệ gi ữ a 2 khâu liên ti ế p trong cơ c ấ u không gian Pieper D L đã dùng ma tr ậ n thu ầ n nh ấ t 4x4 trong nghiên c ứ u Robot Trong bài toán đ ộ ng h ọ c Robot đ ị nh lu ậ t Denavi t Hartenber đóng vai trò r ấ t quan tr ọ ng Đ ị nh lu ậ t này cho chúng ta cách xác đ ị nh các h ệ tr ụ c to ạ đ ộ đ ặ t lên các kh ớ p và t ừ đó xác đ ị nh đư ợ c v ị trí c ủ a các thanh n ố i và khâu tác đ ộ ng cu ố i trong các h ệ tr ụ c to ạ đ ộ Bư ớ c 5: Xác đ ị nh phương trình đ ộ ng h ọ c th u ậ n cho tay máy Ma tr ậ n đ ồ ng nh ấ t mô t ả hư ớ ng và v ị trí c ủ a Robot trong h ệ t ọ a đ ộ {O} n x x x x y y y y o 0 1 2 n 1 1 2 3 n z z z z T n o a p n o a p A A A A n o a p 0 0 0 1                  Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics 32 Đ ể gi ả i bài toán: Hình 15 : H ệ tr ụ c t ọ a đ ộ G ọ i các Joint 1, Joint 2, Joint 3 l ầ n lư ợ t là các bi ế n t ọ a đ ộ suy r ộ ng q 1 , q 2 , q 3 B ả ng 4 : B ả ng thông s ố DH Khâu

KHẢO SÁT THÔNG TIN

G IẢI PHÁP / SẢN PHẨM ĐANG CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG

Để giải quyết những vấn đề này, nhiều nhà sản xuất và kỹ sư đã nghiên cứu và phát triển các giải pháp tự động hóa để thay thế con người trong công việc xếp hoa quả trên băng chuyền Thay vì phải có nhân viên đứng và làm việc trong một thời gian dài, các thiết bị tự động hóa có thể thực hiện công việc này một cách nhanh chóng và chính xác hơn Các máy móc này có thể được lắp đặt trên băng chuyền để giúp xếp hoa quả vào thùng một cách chính xác và nhanh hơn Điều này không chỉ giảm bớt sự nhàm chán và mệt mỏi cho nhân viên, mà còn tăng hiệu suất sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm

Bên cạnh đó, việc sử dụng các thiết bị tự động hóa còn giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động Với các cảm biến và hệ thống an toàn được tích hợp trong thiết bị, các tai nạn có thể được tránh được hoặc giảm thiểu đáng kể Điều này cũng giúp tăng cường sự an toàn và bảo vệ cho nhân viên trong quá trình sản xuất

Tuy nhiên, việc áp dụng các cơ cấu tự động đòi hỏi một số chi phí đầu tư ban đầu để mua thiết bị và đào tạo nhân viên sử dụng Ngoài ra, cần có sự nghiên cứu và thiết kế kỹ lưỡng để đảm bảo thiết bị hoạt động tốt và đáp ứng được yêu cầu của công việc Đồng thời, việc thay thế con người bằng máy móc cũng có thể gây tác động đến việc tạo ra việc làm cho người lao động, đặc biệt là đối với những người làm công việc xếp hoa quả trên băng chuyền.

T Ư LIỆU KHOA HỌC

Theo thống kê, năm 2022 trên cả nước có hơn 7700 vụ tai nạn lao động liên quan đến sản xuất [1]

Con số này bao gồm cả khu vực có quan hệ lao động và khu vực người lao động làm việc không theo hợp đồng lao động Cụ thể, số vụ tai nạn lao động chết người là 720 vụ, giảm 29 vụ tương ứng 3,87% so năm 2021 Số người chết vì tai nạn lao động là 754 người, giảm 32 người Tuy nhiên, số người bị thương nặng do tai nạn lao động lại tăng 162 người, lên tới 1.647 người, tăng 10,9% so năm 2021

Thiệt hại do tai nạn lao động gây ra là 14000 tỉ đồng [2]

Theo Tổ chức Lao động Quốc tế (ILO), mỗi năm trên toàn thế giới có khoảng 2,78 triệu người chết hoặc bị thương tích nặng do tai nạn lao động Trong số đó, khoảng 340 triệu trường hợp tai nạn lao động dẫn đến nghỉ làm việc ít nhất 4 ngày hoặc nhiều hơn.[3]

Tính đến năm 2020, ILO cho biết chi phí tai nạn lao động trên toàn thế giới đạt khoảng 3,94% GDP thế giới, tương đương với 7,5 nghìn tỷ USD Số tiền này bao gồm các chi phí liên quan đến chi phí y tế, bảo hiểm, phục hồi và thất thu năng suất của người lao động.[4]

Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics

MỤC TIÊU

M ỤC TIÊU TỔNG QUÁT

Phân tích điều kiện làm việc của robot

Nghiên cứu các bài toán cơ học và điều khiển robot

Nghiên cứu hệ thống điều khiển (giới hạn driver động cơ,encoder)

Thiết kế giao diện điều khiển trên matlab

Viết chương trình điều khiển robot và xây dựng giao diện điều khiển trên matlab Chế tạo và tích hợp hệ thống(dành cho đồ án tốt nghiệp ).

M ỤC TIÊU CHI TIẾT

 Tính toán và thiết kế tay máy robot SCARA trong hệ thống Picking - Packing cho dây chuyền xếp hoa quả

 Áp dụng kiến thức đã được học vào môn học đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

 Thiết kế và mô phỏng hoạt động robot SCARA 3 bậc tự do

 Áp dụng kiến thức khoa học kỹ thuật cơ bản để phân tích, thiết kế hệ thống cơ điện tử

 Thực hiện được quy trình tính toán, thiết kế, mô phỏng và điều khiển các hệ cơ điện tử

 Áp dụng kiến thức khoa học kỹ thuật cơ bản để thiết lập, phân tích và tính toán hệ thống cơ điện tử

 Vận dụng kiến thức cơ sở ngành để xây dựng hệ điều khiển và cơ khí cho hệ thống cơ điện tử

 Phân tích kết quả tính toán, mô phỏng, điều khiển và đo lường hệ thống cơ điện tử

 Thực hiện được quy trình thiết lập bài toán thiết kế hệ thống cơ điện tử

 Tham gia tích cực vào hoạt động của nhóm thực hiện đồ án và thể hiện đóng góp của cá nhân trong quá trình thực hiện đồ án môn học

 Xây dựng quy trình triển khai thiết kế, chế tạo hệ thống cơ điện tử phù hợp với yêu cầu đồ án

GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT

M Ô TẢ GIẢI PHÁP / THIẾT KẾ

Sử dụng tay máy thay thế con người là một giải pháp tiên tiến để giảm thiểu tình trạng sử dụng lao động trong môi trường độc hại Một giải pháp được nhóm đưa ra là sử dụng tay may robot kết hợp với các hệ thống băng chuyền tạo thành một hệ thống săp xếp tự động từ đó giải quyết cong việc mà không cần sự can thiệp của con người

Giải pháp được nhóm đưa ra là thiết kế một hệ thống gồm 2 băng chuyền kết hợp với một tay máy robot scara Nhiệm vụ của băng chuyền 1 là vận chuển sản phẩm từ thùng chứa đến tay máy theo một hàng được sắp xếp ,nhiệm vụ băng chuền 2 là vận chuyển hộp đóng gói đến vị trí đặt và đưa đến máy đóng gói ,Nhiệm vụ của tay máy Scara là khi có tín hiệu có sản phẩm và hộp thì thực hiện gắp sản phẩm từ từ băng chuyền 1 và sắp xếp vào 6 vị trí của hộp

Dưới đây là sơ đồ khối đơn giản mô tả các thành phần cơ bản của một cánh tay robot

3 bậc tự do hộ trợ gắp táo vào đúng vị trí quy định:

Hình 1: Sơ đồ khối thành phần cánh tay robot

Giải thích sơ đồ khối:

- Robotic Arm: Đây là phần chính của cánh tay robot, bao gồm các khớp và liên kết giữa chúng để tạo ra 3 bậc tự do Nó điều khiển chuyển động của cánh tay và định vị vị trí của nó trong không gian 3D

- Gripper: Đây là phần chịu trách nhiệm gắp táo Nó có thể là một cơ cấu kẹp hoặc công cụ đặc biệt được thiết kế để nắm chặt táo một cách an toàn và đồng thời duy trì độ nhạy cảm

- Actuators: Đây là các bộ truyền động hoặc động cơ điều khiển chuyển động của cánh tay robot Chúng cung cấp sức mạnh và động lực cho cánh tay robot di chuyển và thực hiện các hành động như gắp và đặt

- Controllers: Đây là các bộ điều khiển và vi xử lý màu sắc hướng dẫn hoạt động của cánh tay robot Chúng có thể bao gồm các vi xử lý nhúng hoặc máy tính để điều khiển chính xác chuyển động và hành vi của cánh tay robot dựa trên các tín hiệu từ cảm biến và lệnh điều khiển

Mô hình phác thảo hệ thống xếp hoa quả

Hình 2: Hệ thống xếp quả

Giải thích mô hình hệ thống:

- Supply Source: Đây là nguồn cung cấp hoa quả, có thể là một hệ thống chuyền tải hoặc một vị trí cố định chứa các loại hoa quả cần xếp gói

- Conveyor: Đây là băng chuyền để vận chuyển hoa quả từ nguồn cung cấp đến vị trí xếp gói Nó có thể được thiết kế để di chuyển liên tục hoặc dừng lại tại một số vị trí cụ thể

- Robotic Arm: Đây là cánh tay robot 3 bậc tự do được sử dụng để gắp hoa quả từ băng chuyền và đặt chúng vào vị trí xếp gói

- Gripper: Đây là phần cuối cùng của cánh tay robot, có chức năng gắp và giữ hoa quả một cách an toàn trong quá trình xếp gói

- Packaging Station: Đây là vị trí nơi hoa quả được xếp gói vào các hộp hoặc bao bì khác Có thể có các thiết bị và công cụ hỗ trợ để thực hiện quá trình xếp gói

Chức năng của hệ thống xếp hoa quả là thay thế 1 công nhân đảm nhiệm chức năng xếp hoa quả vào thùng

4.1.3 Cụm chi tiết và thiết bị

Có các giới hạn sau:

1, Không gắp được sản phẩm quá lớn hoặc quá bé

2, Giới hạn không gian làm việc

3, Không sắp xếp được đều về các mặt của sản phẩm

4, Độ chính xác của tay máy ảnh hưởng đến quá trình gắp quả

4.3 Phương pháp tiếp cận và phương thức triển khai

// Mô tả sơ bộ về cách thức thiết kế và phương pháp tiếp cận VD:

Giai đoạn 1: Thực hiện tạo nhóm là lên ý tưởng của bài toán tìm giảng viên hướng dẫn

Giai đoạn 2: Liên hệ giảng viên phù hợp với ý tưởng chon ban đầu

Giai đoạn 3: Phân tích các nhiệm vụ vần thiết, phân chia nhiệm vụ

Giai đoạn 4: Nghiên cứu các bài toán liên quan đến đề tài

Giai đoạn 5: Thực hiện báo cáo và tham khảo thêm ý kiến giảng viên hướng dẫn Giai đoạn 6: Tổng hợp các báo cáo thành viên trong nhóm và viết báo cáo lớn

P HƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG THỨC TRIỂN KHAI

// Mô tả sơ bộ về cách thức thiết kế và phương pháp tiếp cận VD:

Giai đoạn 1: Thực hiện tạo nhóm là lên ý tưởng của bài toán tìm giảng viên hướng dẫn

Giai đoạn 2: Liên hệ giảng viên phù hợp với ý tưởng chon ban đầu

Giai đoạn 3: Phân tích các nhiệm vụ vần thiết, phân chia nhiệm vụ

Giai đoạn 4: Nghiên cứu các bài toán liên quan đến đề tài

Giai đoạn 5: Thực hiện báo cáo và tham khảo thêm ý kiến giảng viên hướng dẫn Giai đoạn 6: Tổng hợp các báo cáo thành viên trong nhóm và viết báo cáo lớn

PHÂN TÍCH CÁC TÁC ĐỘNG/ẢNH HƯỞNG

T ÍNH KHẢ THI VỀ CÔNG NGHỆ

Giảng viên hưỡng dẫn đã và đang dạy một số môn và cũng có hướng dẫn đề tài có liên qua

Các thành viên đã từng học qua một số môn liên quan đến sản phẩm như Kí thuật robot công nghiệp, Lập trình mô phỏng robot và các hệ cơ điện tử

T ÍNH KHẢ THI VỀ KINH TẾ

 Chi phí vật liệu: Chọn vật liệu phù hợp cho các thành phần cơ khí của tay máy robot có thể ảnh hưởng đến chi phí Vật liệu có sẵn và phổ biến như thép, nhôm, có thể có chi phí thấp hơn so với các vật liệu đặc biệt

 Chi phí linh kiện và động cơ: Có sự lựa chọn từ các nhà sản xuất và nhà cung cấp khác nhau, với mức giá và hiệu suất khác nhau

 Chi phí gia công: Đối với một số thành phần phức tạp, cần phải sử dụng các quy trình gia công đặc biệt hoặc dịch vụ gia công từ bên thứ ba, điều này có thể tăng chi phí sản xuất

 Chi phí điều khiển và điện tử: Các bộ vi xử lý, bo mạch, bộ điều khiển và các linh kiện điện tử khác có thể có giá thành khác nhau

 Chi phí phần mềm: Nếu có yêu cầu phần mềm phức tạp để điều khiển tay máy robot, chi phí phát triển và triển khai phần mềm cũng cần được xem xét

 Chi phí bảo trì và sửa chữa: Đảm bảo rằng tay máy robot dễ bảo trì và có sẵn các linh kiện thay thế có thể giúp giảm chi phí sau này

 Chi phí vận hành: Năng lượng tiêu thụ và lao động, cũng là một yếu tố chi phí quan trọng cần xem xét Cải thiện hiệu suất năng lượng và đơn giản hoá qua trình vận hành có thể giúp giảm chi phí vận hành.

T ÁC ĐỘNG XÃ HỘI

Thiết kế cánh tay robot có ảnh hưởng lớn đến xã hội từ nhiều khía cạnh khác nhau:

1 Tạo việc làm: Thiết kế và sử dụng cánh tay robot trong các ngành công nghiệp có thể tạo ra cơ hội việc làm mới trong lĩnh vực này Đồng thời, cánh tay robot có thể giúp nâng cao hiệu suất và năng suất làm việc, giảm sự phụ thuộc vào lao động người và mở ra cơ hội cho các công việc khác phù hợp với khả năng và kỹ năng của con người

2 Nâng cao hiệu suất và chất lượng: Cánh tay robot có khả năng thực hiện các tác vụ một cách chính xác, liên tục và không mệt mỏi Điều này giúp tăng cường hiệu suất và chất lượng sản xuất trong các ngành công nghiệp, từ đó tạo ra sản phẩm tốt hơn và đáp ứng nhu cầu của xã hội

3 Giảm nguy cơ làm việc nguy hiểm: Trong các môi trường công nghiệp nguy hiểm, việc sử dụng cánh tay robot có thể giảm nguy cơ làm việc cho con người Cánh tay robot có thể thực hiện các tác vụ nguy hiểm, như làm việc với chất độc, vật nặng, nhiệt độ cao hay các tác vụ mà có thể gây nguy hiểm đến sức khỏe và an toàn của con người

4 Tiết kiệm tài nguyên: Cánh tay robot có thể được thiết kế để làm việc hiệu quả hơn và tiết kiệm tài nguyên như năng lượng, nguyên liệu và không gian làm việc Điều này đóng góp vào bảo vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên, giúp xã hội tiến bộ hướng đến sự phát triển bền vững

5 Thay đổi trong công việc: Sự phổ biến của cánh tay robot có thể tạo ra những thay đổi trong công việc và yêu cầu của lao động Một số công việc truyền thống có thể bị thay thế hoặc thay đổi để phù hợp với sự tự động hóa, trong khi những công việc mới xuất hiện trong lĩnh vực robot hỗ trợ.

T ÁC ĐỘNG VỀ HOẠT ĐỘNG

Cánh tay robot có vai trò quan trọng trong quy trình đóng gói thực phẩm nói chung và hoa quả nói riêng Nó vừa làm tăng năng xuất vừa làm tăng đọ chính xác của dây truyền đóng gói thực phẩm

T ÁC ĐỘNG VỀ MÔI TRƯỜNG

 Tiêu thụ năng lượng: Tay máy robot cần tiêu thụ năng lượng để hoạt động Năng lượng tiêu thụ có thể góp phần vào tiêu thụ tài nguyên và khí thải nhà kính Thiết kế tay máy robot hiệu quả về năng lượng và sử dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng có thể giảm tác động tiêu cực lên môi trường

 Tác động đến việc làm: Sự tự động hóa và sử dụng tay máy robot có thể ảnh hưởng đến việc làm và công việc của con người Một phần công nhân có thể bị thay thế bởi tay máy robot, dẫn đến mất việc làm

 Tác động xã hội: Sự phát triển và sử dụng tay máy robot có thể tạo ra các tác động xã hội, bao gồm thay đổi trong phân phối công việc, phân tầng xã hội và kinh tế, cũng như tác động đến an ninh việc làm và tình hình kinh tế

 Tương tác con người-robot: Sử dụng tay máy robot có thể tác động đến tương tác giữa con người và robot trong môi trường lao động và xã hội.

T IÊU CHUẨN ĐẠO ĐỨC

Đạo đức kỹ thuật là một phần quan trọng trong giáo dục kỹ thuật và cũng như trong các hoạt động nghề chuyên nghiệp khác Để trở thành kỹ sư Cơ điện tử với kiến thức chuyên môn cũng như thỏa mãn tiêu chuẩn nghề nghiệp về đạo đức, nhóm đề tài đã tham khảo các tiêu chuẩn đạo đức theo Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (The American Society of Mechanical Engineers)

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN HÀNG TUẦN

T HÀNH VIÊN

// Vai trò của các thành viên trong việc THỰC HIỆN và VIẾT báo cáo

Bảng 1: Thông tin thành viên

K Ế HOẠCH VÀ TIẾN TRÌNH

Bảng 2: Kế hoạch và tiến trình thực hiện

TIẾN TRÌNH DỰ ÁN

L ỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN R OBOT

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921 Trong vở kịch nầy, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất

Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool)

Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong Các cơ cấu điều khiển từ xa thay thế cho cánh tay của người thao tác; nó gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ) Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tuỳ ý của Tay cầm và bộ kẹp Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm

Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay Những robot đầu tiên thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số

Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người máy công nghiệp Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian nầy ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate ư1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô

Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh 1967, Thụy Điển và Nhật 1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở Ý - 1973

Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển

Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics bằng máy vi tính, gọi là robot T3 (The Tomorrow Tool: Công cụ của tương lai) Robot nầy có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 KG

Có thể nói, Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia…

Trong những năm sau nầy, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot không ngừng phát triển Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau để nhận biết môi trường chung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực Tin học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ robot với nhiều tính năng đăc biệt, Số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm Nhờ vậy, robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại

Bảng 3: Bảng số liệu số lượng robot ở một vài nước công nghiệp phát triển

Nước SX Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998

Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra Robot nhưng nước phát triển cao nhất trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo sử dụng lại là Nhật Bản

Một số định nghĩa và phân loại Robot công nghiệp Định nghĩa Robot Công nghiệp Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp): Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất:

Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics chi tiết, dao cụ, gá lắp theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America): Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga): Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất

Có thể nói Robot công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từng phần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong nhiều khả năng thích nghi khác nhau

Robot công nghiệp có khả năng chương trình hoá linh hoạt trên nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng Robot công nghiệp được trang bị những bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giải quyết những nhiệm vụ xác định trong các quá trình công nghệ : hoặc trực tiếp tham gia thực hiện các nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy ) hoặc phục vụ các quá trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá ) với những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công nghệ, trong một hệ thống máy tự động linh hoạt, được gọi là “Hệ thống tự động linh hoạt robot hoá” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản xuất thay đổi

7.1.1 Bậc tự do của Robot

Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc tịnh tiến) Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do Nói chung cơ hệ của robot là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể tính theo công thức:

   Ở đây: n - Số khâu động; pi - Số khớp loại i (i = 1, 2, ,5 : Số bậc tự do bị hạn chế) Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnh tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động Đối với cơ cấu hở, số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động

Đ ỘNG HỌC THUẬN , ĐỘNG HỌC NGƯỢC

7.2.1 Phương trình động học thuận Động học robot là bài toán nghiên cứu chuyển động của robot mà không quan tâm đến tính chất về lực tương tác cũng như về khối lượng mà chỉ xét đến cấu trúc hình học của robot Mục đích của bài toán động học thuận là xác định vị trí của khâu tác động cuối của Robot khi biết các biến khớp của Robot

Các bước thực hiện bài toán động học thuận cho tay máy:

Bước 1: Xác định số khớp và số thanh nối

Bước 2: Gắn lên các thanh nối từ 0 đến n các hệ trục tọa độ

Ví dụ: Thanh nối i (i = 0 ÷ n) gắn hệ trục O i , X , Y , Z i i i

Hình 14: Xây dựng hệ tọa độ thanh nối qi: là góc quay của thanh nối thứ i, d i: là độ lệch khâu, a i: là độ dài đường vuông góc chung giữaZ i 1  vàZ i ,

i: là góc vặn của thanh nối

Cách xác định trụcZ i : là trục mà xung quanh nó khớp thứ i+1 quay hoặc dọc theo nó khớp (i = 1÷ n-1) tịnh tiến

Z 0: trục mà xung quanh nó khớp 1quay,

O 0: tâm hệ trục tọa độ quy chiếu, chọn một điểm cố định trên đế Robot,

Z 1: trục mà xung quanh nó khớp 2 quay hoặc khớp tịnh tiến,

Z n 1  : trục mà xung quanh nó khớp n quay,

Cách xác định trục Xi: Trục X thường được đặt dọc theo pháp tuyến chung và hướng từ khớp i đến i+1 Trong trường hợp các trục khớp cắt nhau thì trục X chọn theo tích vectơ

Cách xác định trục Yi:

Xác định theo quy tắc bàn tay phải

Bước 3: Xác định các biến khớp

Khớp quay tương ứng với biến khớp quay q,

Khớp tịnh tiến tương ứng với biến khớp tịnh tiến d

Bước 4: Xác định quan hệ giữa hai khung tọa độ i và i-1

Hệ trục tọa độ i và hệ trục tọa độ i-1 giữa hai khâu nối tiếp nhau có quan hệ với nhau bằng phép biến đổi đồng nhất, theo trình tự sau:

- Quay xung quanh trục Zi-1 một góc i sao cho trục Xi-1 trùng với phương của trục Xi,

- Tịnh tiến dọc theo trục Zi-1 một đoạn di để gốc khung tọa độ mới trùng chân pháp tuyến chung trục i-1 và i, (Xi-1 Xi),

- Tịnh tiến dọc theo trục Xi-1 một đoạn ai, (Oi-1 Oi),

- Quay xung quanh trục Xi-1 một góc αi sao cho trục Zi-1 trùng với trục Zi

Các phép biến đổi trên được thực hiện so với khung tọa độ hiện tại, do đó phép biến đổi tổng hợp được xác định như sau : z z x x

0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 cos sin cos sin sin a co

      s sin cos cos cos sin a sin

Denavit J.& Hartenberg R.S đã gọi biến đổi đồng nhất là ma trận A, mô tả bởi phép quay và phép tịnh tiến tương đối giữa hệ tọa độ của hai khâu liên tiếp Denavit J.&

Hartenberg R.S đề xuất dùng ma trận thuần nhất 4x4 để mô tả quan hệ giữa 2 khâu liên tiếp trong cơ cấu không gian Pieper D.L đã dùng ma trận thuần nhất 4x4 trong nghiên cứu Robot Trong bài toán động học Robot định luật Denavit Hartenber đóng vai trò rất quan trọng Định luật này cho chúng ta cách xác định các hệ trục toạ độ đặt lên các khớp và từ đó xác định được vị trí của các thanh nối và khâu tác động cuối trong các hệ trục toạ độ

Bước 5: Xác định phương trình động học thuận cho tay máy

Ma trận đồng nhất mô tả hướng và vị trí của Robot trong hệ tọa độ {O} n x x x x y y y y o 0 1 2 n 1

Hình 15: Hệ trục tọa độ

Gọi các Joint 1, Joint 2, Joint 3 lần lượt là các biến tọa độ suy rộng q1, q2, q3

Bảng 4: Bảng thông số DH

𝐻 𝑖 𝑖−1 = [ cos(𝜃 𝑖 ) − sin(𝜃 𝑖 ) ∗ cos(𝛼 𝑖 ) sin 𝜃 𝑖 ∗ sin 𝛼 𝑖 𝑎 𝑖 ∗ cos 𝜃 𝑖 sin(𝜃 𝑖 ) cos 𝜃 𝑖 ∗ cos 𝛼 𝑖 − cos 𝜃 𝑖 ∗ sin 𝛼 𝑖 𝑎 𝑖 ∗ sin 𝜃 𝑖 0

Thay các tham số động học vào ma trận tổng quát 𝐻 𝑖 𝑖−1 ta được các ma trận biến đổi thuần nhất giữa các hệ tọa độ:

𝐻 1 0 = [ cos(𝑞 1 ) − sin(𝑞 1 ) 0 𝑙 1 ∗ cos 𝑞 1 sin(𝑞 1 ) cos 𝑞 1 0 𝑙 1 ∗ sin 𝑞 1 0

𝐻 2 1 = [ cos(𝑞 2 ) sin(𝑞 2 ) 0 𝑙 2 ∗ cos 𝑞 2 sin(𝑞 2 ) −cos(𝑞 2 ) 0 𝑙 2 ∗ sin 𝑞 2 0

Từ các ma trận trên ta có:

𝐷 3 0 = [ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) sin(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0 𝑙 1 ∗ cos 𝑞 1 + 𝑙 2 ∗ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) sin(𝑞 1 + 𝑞 2 ) − cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0 𝑙 1 ∗ sin 𝑞 1 + 𝑙 2 ∗ sin(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0

Các phương trình xác định điểm P là:

7.2.2 Bài toán động học ngược

Theo bài toán động học thuận ta có:

⇒ 𝑦 _𝑃 2 = (l 1 ∗ sin q 1 ) 2 + [l 2 ∗ sin(q 1 + q 2 )] 2 + 2 ∗ l 1 ∗ sin q 1 ∗ l 2 ∗ sin(q 1 + q 2 ) ⇒ 𝑥 _𝑃 2 + 𝑦 _𝑃 2 = l 1 2 + l 2 2 + 2 ∗ l 1 ∗ l 2 ∗ cos q 2

Xét trên mặt phẳng x0y0 như hình 1 ta có:

Hình 16: Động học ngược tay máy Scara

𝑙 1 + 𝑙 2 ∗ cos 𝑞2) Như vậy ta có hệ phương trình:

𝑞 3 = −𝑧 𝑃 Để tìm nghiệm thì phải cho các khớp nằm trong phạm vi làm việc :

Bảng 5: Các điểm cho trước và kết quả của bài toán động học ngược Điểm Giá trị các biến khớp Giá trị tọa độ các điểm

Tại vị trí xuất phát của tay máy: q = q 1s (rad) , q̇ = q̇ 1s (rad/s) Tại vị trí kết thúc của tay máy: q = q 1f (rad) , q̇ = q̇ 1f (rad/s) Thời gian dịch chuyển của tay máy từ vị trí xuất phát đến vị trí kết thúc là t (s)

Chọn quy luật chuyển động của khớp q1 có dạng đa thức bậc 3 theo thời gian:

{𝑞(𝑡) = 𝑎 3 ∗ 𝑡 3 + 𝑎 2 ∗ 𝑡 2 + 𝑎 1 ∗ 𝑡 + 𝑎 0 𝑞̇(𝑡) = 3 ∗ 𝑎 3 ∗ 𝑡 2 + 2 ∗ 𝑎 2 ∗ 𝑡 + 𝑎 1 Tại thời điểm xuất phát (t = 0 ) ta có:

{𝑞(𝑡 = 0) = 𝑎 3 ∗ 0 + 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 ∗ 0 + 𝑎 0 = 𝑞 1𝑠 𝑞̇(𝑡 = 0) = 3 ∗ 𝑎 3 ∗ 0 + 2 ∗ 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 = 𝑞̇ 1𝑠 Tại thời điểm xuất phát (t = t ) ta có:

Ta có 4 hệ phương trình bốn ẩn a3; a2; a1;a0

{𝑞(𝑡) = 𝑎 3 ∗ 𝑡 3 + 𝑎 2 ∗ 𝑡 2 + 𝑎 1 ∗ 𝑡 + 𝑎 0 𝑞̇(𝑡) = 3 ∗ 𝑎 3 ∗ 𝑡 2 + 2 ∗ 𝑎 2 ∗ 𝑡 + 𝑎 1 Tại thời điểm xuất phát ( t = 0 ) ta có:

{𝑞(𝑡 = 0) = 𝑎 3 ∗ 0 + 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 ∗ 0 + 𝑎 0 = 𝑞 2𝑠 𝑞̇(𝑡 = 0) = 3 ∗ 𝑎 3 ∗ 0 + 2 ∗ 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 = 𝑞̇ 2𝑠 Tại thời điểm xuất phát ( t = t ) ta có:

Ta có 4 hệ phương trình bốn ẩn a3; a2;a1;a0

Tại thời điểm xuất phát ( t = t ) ta có:

Cho tay máy robot scara Tay máy di chuyển từ A đến B trong khoảng thời gian t=5s

; tại A, B robot đứng yên Tại A: 𝑞 1 = −2.1546 (𝑟𝑎𝑑) , 𝑞 2 = 1.4896 (𝑟𝑎𝑑) , 𝑞 3 −35 (𝑚𝑚) tại B 𝑞 1 = 1.3027(𝑟𝑎𝑑), 𝑞 2 = 0.5861 (𝑟𝑎𝑑) , 𝑞 3 = −35 (𝑚𝑚)

Tìm quy luật chuyển động của các khớp 𝑞 1 , 𝑞 2 , 𝑞 3 ?

Tại vị trí xuất phát của tay máy: q 1s = −2.1546 (rad) , q̇ 1s = 0 (rad/s) Tại vị trí kết thúc của tay máy: q 1f = 1.3027 (rad) , q̇ 1f = 0 (rad/s)

{𝑞(𝑡 = 0) = 𝑎 3 ∗ 0 + 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 ∗ 0 + 𝑎 0 = −2.1546 𝑞̇(𝑡 = 0) = 3 ∗ 𝑎 3 ∗ 0 + 2 ∗ 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 = 0 Tại thời điểm xuất phát ( t = 5) ta có:

Suy ra được quy luật chuyển động khớp 𝑞 1 :

Tại vị trí xuất phát của tay máy: q 2s = 1.4896(rad) , q̇ 2s = 0 (rad/s) Tại vị trí kết thúc của tay máy: q 2f = 0.5361 (rad) , q̇ 2f = 0 (rad/s) Chọn quy luật chuyển động của khớp q2 có dạng đa thức bậc 3 theo thời gian:

{𝑞(𝑡 = 0) = 𝑎 3 ∗ 0 + 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 ∗ 0 + 𝑎 0 = 1.4896 𝑞̇(𝑡 = 0) = 3 ∗ 𝑎 3 ∗ 0 + 2 ∗ 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 = 0 Tại thời điểm xuất phát ( t = 5 ) ta có:

Tại vị trí xuất phát của tay máy: q 3s = −35(mm) , q̇ 3s = 0 (mm/s) Tại vị trí kết thúc của tay máy: q 3f = −35 (mm) , q̇ 3f = 0 (mm/s) Chọn quy luật chuyển động của khớp q3 có dạng đa thức bậc 3 theo thời gian:

{𝑞(𝑡 = 0) = 𝑎 3 ∗ 0 + 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 ∗ 0 + 𝑎 0 = −35 𝑞̇(𝑡 = 0) = 3 ∗ 𝑎 3 ∗ 0 + 2 ∗ 𝑎 2 ∗ 0 + 𝑎 1 = 0 Tại thời điểm xuất phát ( t = 5 ) ta có:

T ÍNH TOÁN / PHÂN TÍCH / THIẾT KẾ

Thiết kế hệ dẫn động Robot

Giới thiệu một số hệ dẫn động hay dùng trong robot công nghiệp

Có rất nhiều loại hộp giảm tốc được sử dụng trong thiết kế robot công nghiệp,phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật ,mục đích ứng dụng của robot ta có thể chọn được một hộp giảm tốc phù hợp.dưới đây là các hộp giảm tốc thông dụng trong thiết kế robot và đặc điểm ứng dụng cơ bản của chúng

Hộp giảm tốc bánh răng trụ

Hình 2.6 Bộ truyền bánh răng trụ

Hộp giảm tốc bánh răng trụ có hiệu suất truyền không cao,có tỉ số kích thước trên tỉ số truyền lớn ,độ chính xác không cao,tỉ số truyền thấp, trong các robot có yêu cầu kết cấu nhỏ , độ chính xác cao thường không sử dụng Tuy nhiên với ưu điểm kết cấu cơ khí đơn giản,giá thành rẻ và phổ biến trên thị trường có khả năng làm việc với phạm vi vận tốc và tải trọng rộng nên bộ truyền bánh răng trụ vẫn được dùng phổ biến cho các tay máy công nghiệp

Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh

Hình 2.7 Bộ truyền hành tinh

Bộ truyền hành tinh bao gồm các bánh răng trung tâm,cần mang trục,các bánh vệ tinh Bộ truyền hành tinh có nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản,nhỏ gọn ,độ chính xác cao,hiệu suất cao,quán tính nhỏ,tùy vào kết cấu mà có dải tỷ số truyền từ một tới hàng trăm lần

Bộ truyền bánh răng song

Hình 2.8 Bộ truyền bánh răng song

Bộ truyền bánh răng song có nhiều ưu điểm như độ chính xác cơ khí lặp lại cao momen xoắn truyền lớn,hệ số giảm tốc cao từ 50 : 1 cho tới 320 : 1, kết cấu đồng trục Loại bộ truyền này có kết cấu phức tạp, khó chế tạo nên giá thành cao tuy nhiên vẫn được ứng dụng rộng rãi cho robot

Tính toán hệ dẫn động

Trong bài tập lớn này chúng em lựa chọn loại truyền dộng đai răng 2 cấp cho tất cả các khớp

Hệ dẫn động thiết kế gồm 1 động cơ step nối với bộ truyền đai rang 2 cấp qua 1 puli răng nối với trục của khớp Ở tất cả các hệ dẫn động của các khớp ta đều chọn tỉ số chuyền là 4 ta có sb br 16 u  u 

Hiệu suất của hệ dẫn động là:

    trong đó: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 1 cấp là: =0,95 hiệu suất ổ lăn :

Tra từ bảng 2.3 tr 19 sách trịnh chất tập 1

2.5.1.1 Tính chọn động cơ cho khớp 1

Từ phương trình mômen theo thời gian đã xác lập phần tĩnh học ta tìm được mômen lớn nhất M1 =1,1 lấy làm tròn

Công suất cần thiết trên trục động cơ

Số vòng quay trên trục công tác

Chọn số vòng quay lớn nhất của khớp 1 là 30

Số vòng quay trên trục động cơ

Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện:

Tính chọn động cơ cho khớp 2

Từ phương trình mômen theo thời gian đã xác lập phần tĩnh học ta tìm được mômen lớn nhất

Công suất cần thiết trên trục động cơ

Vòng quay trên trục công tác

Chọn số vòng quay lớn nhất của khớp 2 là 30

Số vòng quay trên trục động cơ

Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện:

Theo catalog của hãng Stepperonline ta chọn được loại động cơ cần thiết: nema-23 với một số thông số cơ bản sau: Đặc điểm kỹ thuật điện

Mã sản phẩm của nhà sản xuất: 23HE22-2804S

Mô-men xoắn giữ: 1,26 Nm(178,4oz.in)

Dòng định mức/pha: 2,8 A Điện trở pha: 0,9 ohms ± 10% Điện cảm: 2,5 mH ± 20%(1KHz) Đặc điểm kỹ thuật vật lý

Kích thước khung hình: 57 x 57 mm

Chiều dài cơ thể: 56 mm Đường kính trục: Φ6,35 mm

Chiều dài cắt chữ D: 15 mm

Số lượng khách hàng tiềm năng: 4

BLK GRN MÀU ĐỎ BLU

Thông số chi tiết được giưới thiêu ở phần điện

Thiết kế bộ truyền đai răng cho khớp 1

Công suất trên các trục

Công suất trên trục công tác = 3,72.10 −3 (kw)

Công suất trên trục trung gian 1 = = = 3,75.10 −3 (kw) Công suất trên trục I = = = 4.10 −3 (kw)

Tốc độ quay trên các trục

Tốc độ quay trên trục động cơ ndc = 480 (vg / ph )

Tốc độ quay trên trục trung gian1 n1 = ndc = 120 (vg / ph ) Tốc độ quay trên trục công tác n II = = 30 (vg / ph )

Momen xoắn trên trục động cơ:

Momen xoắn trên trục II

   n     Động cơ Trục I Trục II Công tác

Tỷ số truyền ukn = 1 ubr = 4 uct = 1

7.3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên các trục

Hình 17: Hình 3D trục I và trục II

Hình 18: Biểu diễn lực trên trục I và trục II

7.3.2 Sơ đồ lực tác dụng lên từng trục

Hình 19: Biểu diễn lực trên trục I

Hình 20: Biểu diễn lực trên trục II

7.3.3 Giá trị lực từ các chi tiết, bộ truyền tác dụng lên trục

Trên mỗi bánh răng có 2 thành phần lực:

Các lực vòng, lực hướng tâm của bộ truyền đai răng trong hộp:

Lực hướng tâm luôn hướng theo bánh còn lại Áp dụng công thức 10.1, T184, [1], ta có:

T HIẾT KẾ SƠ BỘ TRỤC

7.4.1 Chọn vật liệu chế tạo trục Ở các chi tiết quan trọng, hộp giảm tốc, hộp tốc độ khi chịu tải trọng trung bình, thường dùng thép 45 đem đi thường hóa hoặc tôi cải thiện, hoặc thép 40X để chế tạo trục

Ta chọn thép C45 tôi cải thiện có: σb = 750 Mpa, σch = 450 Mpa và ứng suất xoắn cho phép: [τ] = 15…30 Mpa

7.4.2 Tính sơ bộ đường kính trục I và II

Với: P1 = 3,75.10 −3 kW, n1 = 120 vg/ph, T1 = 298,4 Nmm

Dùng công thức 10.9, T188, [1]: Ta có:

Với: P2 = 3,72.10 −3 kW, n2 = 30 vg/ph, T2 = 1184,2 Nmm

Dùng công thức 10.9, T188, [1]: Ta có:

C HỈ TIÊU TÍNH TOÁN TRỤC

Ứng suất uốn 𝜎 u do các lực F x ∕ F y hay M x ∕ M y gây ra Ứng suất xoắn 𝜏 do momen xoắn T gây ra

T ÍNH VÀ CHỌN ĐƯỜNG KÍNH CÁC ĐOẠN TRỤC TRÊN CÁC TRỤC

Hình 21: Tính thiết kế trục I a) Tính phản lực

Giả sử phương chiều lực tác dụng như hình vẽ

Lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục:

⟺ 𝐹 𝑥1 = −𝐹 𝑥2 = 24 𝑁 Vậy 𝐹 𝑥1 , cùng chiều với chiều chọn ban đầu

Vậy 𝐹 𝑥2 , ngược chiều với chiều chọn ban đầu

⟺ 𝐹 𝑦1 = −45,15𝑁 Vậy 𝐹 𝑦1 , cùng chiều với chiều chọn ban đầu

Vậy 𝐹 𝑦2 , ngược chiều với chiều chọn ban đầu b) Vẽ biểu đồ momen

Hình 22: Biểu đồ Momen và kết cấu trục I c) Tính momen uốn, momen tương đương và đường kính các đoạn trục

Mômem uốn tổng 𝑀 𝑗 và mômem tương đương 𝑀 tdj ứng với các tiết diện j được tính theo công thức:

𝑀 𝑗 , M tdj , d 𝑗 - lần lượt là mômem uốn tổng, mômem tương đương, đường kính trục tại các tiết diện j trên chiều dài trục

𝑀 yj , M xj - mômen uốn trong mặt phẳng yOx và xOz tại các tiết diện thứ j

[σ]- mômem uốn cho phép chế tạo trục, tra bảng 10.5, [1] có [σ] = 63 (MPa)

- Tiết diện tại puli răng 1-3 :

- Tiết diện tại puli răng 1-4 :

Ta chọn đường kính trục theo tiêu chuẩn để đảm bảo điều kiện lắp ghép, vậy ta chọn được:

Với đường kính chỗ lắp then tiết diện puli 1-3 d = 20(mm) tra Bảng 9.1a (trang173)

 Kích thước tiết diện then: b = 6, h = 6

Với đường kính chỗ lắp then tiết diện puli 1-4 d = 10 tra Bảng 9.1a (trang173) [1] ta được:

 Chiều dài then theo tiết diện chứa Puli 1-3:

Chiều dài then theo tiết diện chứa Puli 1-4:

 Kiểm tra độ bền của then: theo công thức 9.1 và 9.2 trang 173 [1] Điều kiện kiểm nghiệm: {𝜎 𝑑 = 2𝑇 d.l 𝑡 (h-t 1 ) ≤ [𝜎 𝑑 ]

𝜎 𝑑 [𝜎 𝑑 ] - Ứng suất dập và ứng suất dập cho phép: [𝜎 𝑑 ] = 100 (MPa)

𝜏 𝑐 [𝜏 𝑐 ] - Ứng suất cắt và ứng suất cắt cho phép: [𝜏 𝑐 ] = 40 60 (MPa)

 Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then của bánh răng nhỏ Thay số vào 2 công thức trên ta được :

=> Thoả mãn điều kiện dập và điều kiện cắt trên mặt tiếp xúc giữa then với mayơ và trục Vậy chọn then đảm bảo yêu cầu

 Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then của Puli 1-4 Thay số vào 2 công thức trên ta được :

=> Thoả mãn điều kiện dập và điều kiện cắt trên mặt tiếp xúc giữa then với mayơ và trục Vậy chọn then đảm bảo yêu cầu e) Tính kiểm nghiệm độ bền

Với 𝜎 −1 và 𝜏 −1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng và theo bảng 10.7 tr.197 [1] ta có : 𝛹 𝜎 = 0,1 (𝑀𝑃𝑎), 𝛹 𝜏 = 0,05 (𝑀𝑃𝑎)

Các trục trong hộp giảm tốc đều quay, ứng suất thay đổi theo chu kì đối xứng, ta có:

2.d 𝑗 (trục có một rãnh then)

Trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động, ta có:

Với 𝑊 0𝑗 và 𝑤 𝑗 là mô men cản xoắn và cản uốn tại thiết diện thứ j của trục

Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm của trục:

Dựa vào biểu đồ mômem uốn và mômem xoắn trên trục Ӏ ta thấy các tiết diện nguy hiểm là tiết diện lắp bánh răng 3 và tiết diện lắp ổ lăn 1 Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm đó thỏa mãn điều kiện sau: s = 𝑠 𝜎 s 𝜏

[𝑠] là hệ số an toàn cho phép, [𝑠] = 1,5 … 2,5

𝑠 𝜎 , 𝑠 𝜏 là hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp hoặc ứng suất tiếp, được tính theo công thức sau:

Hệ số an toàn tính riêng về ứng suất uốn là: 𝑠 σj = 𝜎 -1

Hệ số an toàn tính riêng về ứng suất xoắn là: 𝑠 τj = 𝜏 -1

𝜎 −1 , 𝜏 −1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng

𝜎 𝑎 𝑗 , 𝜏 𝑎 𝑗 và 𝛿 𝑚 𝑗 , 𝜏 𝑚 𝑗 là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện xét

Chọn sơ bộ kiểu lắp H6 theo bảng 10.11 tr.198 [1] ta có:

𝐾 𝜎𝑑𝑗 , K 𝜏dj là các hệ số được xác định theo công thức:

𝐾 𝑥 , 𝐾 𝑦 lần lượt là hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt về hệ số tăng bền bề mặt Tra bảng 10.8, trang 197 [1] ta được: 𝐾 𝑥 = 1,1 ; 𝐾 𝑦 = 1

Tại thiết diện lắp ổ lăn 1-0:

Các thông số như sau: Đường kính thiết diện: 10 mm b x h: 0

2×194 = 0,78 (𝑀𝑃𝑎) Kiểm nghiệm hệ số an toàn s:

Thỏa mãn điều kiện về hệ số an toàn

Tại thiết diện lắp bánh răng 1-3:

Ta có các thông số sau: Đường kính thiết diện: 20 mm

Chiều sâu rãnh then trên trục 𝑡 1 : 3,5 mm

Ta tính được các kết quả tính toán sau:

Vậy thỏa mãn điều kiện về hệ số an toàn

7.6.2 Tính thiết kế trục II a) Tính phản lực

Giả sử phương chiều lực tác dụng như hình vẽ

Hình 23: Tính thiết kế trục II

=> 𝐹 𝑦3 cùng chiều với chiều chọn ban đầu

=> 𝐹 𝑥3 cùng chiều với chiều chọn ban đầu b) Vẽ biểu đồ momen

Hình 24: Biểu đồ Momen và kết cấu trục II c) Tính momen uốn, momen tương đương và đường kính trục

Mômem uốn tổng 𝑀 𝑗 và mômem tương đương 𝑀 tdj ứng với các tiết diện j được tính theo công thức:

𝑀 𝑗 , M tdj , d 𝑗 - lần lượt là mômem uốn tổng, mômem tương đương, đường kính trục tại các tiết diện j trên chiều dài trục

𝑀 yj , M xj - mômen uốn trong mặt phẳng yOx và xOz tại các tiết diện thứ j

- Tại tiết diện công tác :

Ta chọn đường kính trục theo tiêu chuẩn để đảm bảo điều kiện lắp ghép, vậy ta chọn được:

Với đường kính chỗ lắp then tiết diện đĩa xích d = 20 (mm) tra Bảng 9.1a (trang173) [1] ta được:

 Chiều dài then theo tiết diện chứa puli:

 Kiểm tra độ bền của then: theo công thức 9.1 và 9.2 trang 173 [1] Điều kiện kiểm nghiệm: {𝜎 𝑑 = d.l 2𝑇 2 ′

𝜎 𝑑 [𝜎 𝑑 ] - Ứng suất dập và ứng suất dập cho phép ; [𝜎 𝑑 ] = 100 (MPa)

𝜏 𝑐 [𝜏 𝑐 ] - Ứng suất cắt và ứng suất cắt cho phép ; [𝜏 𝑐 ] = 40 60 (MPa)

 Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then của bánh răng lớn Thay số vào 2 công thức trên ta được :

=> Thoả mãn điều kiện dập và điều kiện cắt trên mặt tiếp xúc giữa then với mayơ và trục Vậy chọn then đảm bảo yêu cầu

 Kiểm tra độ bền dập trên mặt tiếp xúc giữa trục và then của đĩa xích Thay số vào

2 công thức trên ta được :

=> Thoả mãn điều kiện dập và điều kiện cắt trên mặt tiếp xúc giữa then với mayơ và trục Vậy chọn then đảm bảo yêu cầu e) Tính kiểm nghiệm độ bền

𝜏 −1 = 0.58 𝜎 −1 = 0.58 × 327 = 186.66(𝑀𝑃𝑎) Với và là giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kỳ đối xứng.Các trục trong hộp giảm tốc đều quay, ứng suất thay đổi theo chu kì xứng, ta có: và ; với (trục có một rãnh then)

Trục quay một chiều nên ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động, ta có:

Với là mômem cản xoắn và cản uốn tại thiết diện thứ j của trục

Xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm của trục:

Dựa vào biểu đồ mômem uốn và mômem xoắn trên trục IӀ ta thấy các tiết diện nguy hiểm là tiết diện lắp bánh răng B và tiết diện lắp ổ lăn A Kết cấu trục vừa thiết kế đảm bảo độ bền mỏi nếu hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm đó thỏa mãn điều kiện sau:

- hệ số an toàn cho,

- hệ số an toàn chỉ xét riêng cho trường hợp ứng suất pháp hoặc ứng suất tiếp, được tính theo công thức sau:

Hệ số an toàn tính riêng về ứng suất uốn là: ;

Hệ số an toàn tính riêng về ứng suất xoắn là:

- giới hạn mỏi uốn và xoắn ứng với chu kì đối xứng và - biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện xét

Chọn sơ bộ kiểu lắp h6 theo bảng 10.11 (trang 198) [1] ta có: Ứng suất uốn biên: ; Ứng suất xoắn biên:

- hệ số bề mặt tra bảng 10.7 (trang 197) [1] với 𝜎 𝑏 = 750(𝑀𝑃𝑎) là các hệ số được xác định theo công thức:

  lần lượt là hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt về hệ số tăng bền bề mặt Tra bảng 10.8 (trang 197) [1] ta được:

Tại thiết diện lắp ổ lăn 2-0:

Ta có các thông số như sau: Đường kính thiết diện : 20mm b x h : 0 x 0 mm

2×3067.96= 7.93 (𝑀𝑃𝑎) Kiểm nghiệm hệ số an toàn s:

Thỏa mãn điều kiện về hệ số an toàn

T ẠI THIẾT DIỆN LẮP PULI

2 × 3981.12 = 6.11 (𝑀𝑃𝑎) Kiểm nghiệm hệ số an toàn s:

Vậy thỏa mãn điều kiện và hệ số an toàn

Q UYẾT ĐỊNH LẠI LẦN CUỐI CÁC TIẾT DIỆN TRỤC VÀ VẼ KẾT CẤU TRỤC

 Đường kính trục tại các tiết diện:

TÍNH CHỌN Ổ LĂN

7.9.1 Chỉ tiêu tính toán ổ lăn Đối với các ổ vòng quay chậm n < 1 (v/ph) được tính theo chỉ tiêu tải tĩnh: C 0 < [C 0 ] Đối với các ổ có số vòng quay lớn n > 1 (v/ph) được tính theo chỉ tiêu mỏi : C < [C] Trong đó:

C 0 là hệ số tải trọng tĩnh của ổ

[C 0 ] là hệ số tải trọng tĩnh cho phép của ổ hay hệ số khả năng tải tĩnh của ổ

C là hệ số tải trọng động của ổ

[C] là hệ số tải trọng động cho phép của ổ hay hệ số khả năng tải động của ổ

7.9.2 Chọn loại ổ lăn cho trục I và II

Chọn cấp chính xác của ổ

Chọn cấp chính xác của ổ lăn là tùy thuộc vào yêu cầu đặt ra khi thiết kế máy, chẳng hạn theo tiêu chuẩn về độ đảo hướng tâm và độ đảo dọc trục của trục, tiêu chuẩn về dao động,… Đối với hộp giảm tốc, hộp tốc độ và những kết cấu khác trong nghành chế tạo máy chúng ta thường dùng ổ lăn cấp chính xác 0

Bảng 6: Cấp chính xác ổ lăn

Cấp chính xác Độ đảo hướng tâm (μm)) Giá thành tương đối

Với tải trọng nhỏ và chỉ có lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ một dãy cho các gối đỡ 0 và 1

Dựa vào kết cấu trục trên và đường kính ngõng trục 𝑑 0 = 𝑑 1 = 20, từ bảng P2.7 (Trang 255) [1] ta chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ nhẹ:

Bảng 7: Thông số ổ lăn trục I

Tính kiểm nghiệm khả năng tải động

- Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, đối với ổ bi: m = 3

- Tuổi thọ của ổ lăn: L ( triệu vòng)

(với máy làm việc 1 ca, không sử dụng hết tải, động cơ điện tiêu chuẩn, hộp giảm tốc, động cơ máy bay thì: 𝐿 ℎ = (10 .25) × 10 3 giờ)

- Tải trọng động quy ước: Q (kN)

Vì không có tải trọng dọc trục nên 𝐹 𝑎 = 𝑌 = 0, vậy công thức được viết lại như sau:

Hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục: X =1, Y=0

Hệ số kể đến vòng quay: V=1

Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ: 𝑘 𝑡 = 1 (𝑡 ≤ 100℃)

Hệ số kể đến đặc tính tải trọng Theo bảng 11.3 ta có 𝑘 𝑑 = 1 (tải trọng va đập nhẹ)

- Tải trọng hướng tâm và tải trọng dọc trục: 𝐹 𝑟 , 𝐹 𝑎 = 0

Kiểm nghiệm ở ổ chịu tải lớn hơn nên ta chọn 𝐹 𝑟 = 𝐹 ∑ 1 = 51,1𝑁

=> Loại ổ lăn đã chọn được đảm bảo khả năng tải động

Tính kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Theo công thức 11.19 ,Trang 221, [1], 𝐹 𝑎 = 0, ta có tải trọng tính toán:

Với ổ bi đỡ 1 dãy ta chọn 𝑋 0 = 0.6 (tra bảng 11.6, trang 221, [1])

Chọn 𝑄 = 𝑄 1 để kiểm tra vì 𝑄 1 > 𝑄 0 ,

=> Loại ổ lăn này thỏa mãn khả năng tải tĩnh

] (2.9) Vậy (2.9) là tọa độ điểm thao tác của robot

Gọi vận tốc điểm thao tác cuối là:

Gọi gia tóc của điểm thao tác cuối là 𝑎 𝑃

Vận tốc góc và gia tốc góc:

𝐷 3 0 = [ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) sin(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0 𝑙 1 ∗ cos 𝑞 1 + 𝑙 2 ∗ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) sin(𝑞 1 + 𝑞 2 ) − cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0 𝑙 1 ∗ sin 𝑞 1 + 𝑙 2 ∗ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0

Từ đó rút trận cosin chỉ hướng của điểm tác động cuối:

𝐷 2 0 = [ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) sin(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0 𝑙 1 ∗ cos 𝑞 1 + 𝑙 2 ∗ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) sin(𝑞 1 + 𝑞 2 ) − cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0 𝑙 1 ∗ sin 𝑞 1 + 𝑙 2 ∗ cos(𝑞 1 + 𝑞 2 ) 0

Từ ta có trận cosin chỉ hướng của điểm tác động cuối:

𝐷 1 0 = [ cos(𝑞 1 ) − sin(𝑞 1 ) 0 𝑙 1 ∗ cos 𝑞 1 sin(𝑞 1 ) cos(𝑞 1 ) 0 𝑙 1 ∗ sin 𝑞 1 0

Từ ta có trận cosin chỉ hướng của điểm tác động cuối:

Quy luật chuyển động của các khâu:

Gia tốc tác động điểm cuối:

Hình 26: Quỹ đạo chuyển động của điểm cuối

Hình 27: Đồ thị vận tốc điểm cuối

Hình 28: Đồ thị gia tốc điểm cuối

Cho quy luật chuyển động của điểm tác động cuối

Cho Robot thực hiện vẽ đường xoắn ốc:

Hình 29: Quy luật chuyển động của khâu tác động cuối

`Phương trình xác định vị trí:

Hình 30: Quy luật chuyển động của các khâu

7.10.1 Giới thiệu về mạch STM32

Kit STM32F407 Discovery với vi điều khiển hiệu suất cao STM32F407VGT6, cho phép người dùng dễ dàng phát triển các ứng dụng xử lý tín hiệu số (hình ảnh, video…)

Nó bao gồm một công cụ ST-LINK tích hợp sẵn trên bảng mạch giúp nạp chương trình, gỡ lỗi nhanh chóng

Sử dụng vi điều khiển STM32F411VET6 có :

Bộ nhớ : 512 KB Flash, 128 KB RAM

Tích hợp mạch nạp và gỡ lỗi ST-LINK / V2 Điện áp cung cấp : thông qua cổng USB hoặc từ nguồn điện 5 V bên ngoài

L3GD20: cảm biến chuyển động ST MEMS có con quay hồi chuyển đầu ra kỹ thuật số 3 trục

LSM303DLHC: Hệ thống ST MEMS-in-package có bộ cảm biến gia tốc tuyến tính số 3D và cảm biến từ tính kỹ thuật số 3D

MP45DT02: Cảm biến âm thanh ST MEMS, microphone kỹ thuật số đa hướng CS43L22, DAC âm thanh với trình điều khiển loa tích hợp lớp D

LD1 (đỏ) cho nguồn điện 3,3 V

LD2 (đỏ / lục) cho giao tiếp USB

Hai đèn led USB OTG

Hai nút nhấn (reset và lập trình)

Các chân header mở rộng cho tất cả các I / O LQFP100 để kết nối với các cảm biến, các thiết bị ngoại vi khác

Hổ trợ đầy đủ thư viện và các chương trình mẫu giúp các bạn dễ dàng sử dụng

 Flash Memory: STM32 Discovery thường được trang bị bộ nhớ Flash để lưu trữ mã chương trình Bộ nhớ Flash trong STM32 Discovery có thể có dung lượng từ vài KB đến vài MB, tùy thuộc vào loại vi điều khiển cụ thể

 SRAM (Static Random Access Memory): Bộ nhớ SRAM được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trong quá trình thực thi chương trình STM32 Discovery có một khối SRAM tích hợp trên chip với dung lượng từ vài KB đến vài trăm KB

 Các phân vùng bộ nhớ khác: Ngoài Flash và SRAM, STM32 Discovery cũng có thể có các phân vùng bộ nhớ khác như EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) hoặc bộ nhớ hỗ trợ để lưu trữ dữ liệu không thể bị mất khi nguồn điện tắt

7.10.4 Các chân đầu vào và đầu ra

Hình 32: Sơ đồ chân STM32F4

STM32F4 có hai header “đực” P1 và P2, cả hai header đều được kết nối với cổng A,

C, D, E & H, được sử dụng cho các chức năng khác

Bo mạch có các chân nguồn trên bo mạch để cấp nguồn cho các cảm biến hoặc mạch bên ngoài Đầu vào nguồn cấp: STM32F4 có nhiều chân cấp nguồn, tất cả các chân đều có thể được sử dụng nguồn điện 5V để cấp nguồn cho thiết bị Sử dụng các chân cắm cấp nguồn cho toàn bộ thiết bị, nhưng đầu vào cấp nguồn qua USB sẽ không thể kích hoạt tất cả các module của thiết bị Tất cả chân đầu vào cấp nguồn được cung cấp bên dưới: Trong header P1:

VDD – Chân 22 Đầu ra cấp nguồn: Các mức điện áp khác nhau luôn là yêu cầu hoạt động đối với mọi thiết bị và để đáp ứng yêu cầu này, cần có bộ điều chỉnh điện áp bên trong

Nó có hai chân nguồn một là 5V và chân thứ hai là 3V3 Chân 5V được kết nối trực tiếp với đầu vào nguồn và 3V3 được kết nối thông qua bộ điều chỉnh điện áp Cả hai chân đều nằm trong tiêu đề P2:

Mass: Trong trường hợp có nhiều thiết bị bên ngoài, chân nối đất (mass) là yêu cầu cơ bản đối với mỗi thiết bị để làm điểm mass chung Bảng mạch có nhiều chân nối đất ở cả hai header có thể được sử dụng riêng lẻ Tất cả chúng đều được kết nối bên trong và được liệt kê bên dưới:

GND – Chân 1, Chân 2, Chân 5, Chân 23, Chân 49, Chân 50

GND – Chân 1, Chân 2, Chân 49, Chân 50

Bảng mạch không có bộ giao động thạch anh bên trong tạo xung clock Nhưng nó có bốn chân cấp xung clock từ bên ngoài, hai chân được sử dụng cho bộ thạch anh 32KHz và hai chân còn lại được sử dụng cho thạch anh có tần số cao

Bộ dao động thạch anh có thể được sử dụng lên đến 50MHz nhưng trên 25MHz, bảng mạch sẽ hoạt động khó khăn với tần số đó Các chân kết nối thạch anh này có thể được sử dụng như GPIO, vì vậy nó phải được viết trong code về cách sử dụng bộ dao động Cả hai bộ dao động không thể được sử dụng cùng một lúc và cả hai đều nằm ở header P2

Có sáu cổng (A, B, C, D, E, H) trong thiết bị và tất cả đều có một điện trở kéo bên trong và có thể được sử dụng cho chức năng I/O Các chân này cũng hỗ trợ một số chức năng khác và có thể được điều khiển bằng cách lập trình Tất cả các chân I / O được cung cấp bên dưới:

Có nhiều giao thức nối tiếp trong STM32F4 và USART là một trong số đó do tính phổ biến và dễ dàng sử dụng USART chỉ sử dụng hai dây và phần còn lại của giao thức phụ thuộc vào bộ điều khiển

Trong STM32F4, tất cả các giao tiếp USART đều giống nhau nhưng mỗi giao tiếp phải được khởi tạo trong chương trình để tránh xung đột dữ liệu Tất cả các chân

USART của STM32F4 được cung cấp bên dưới:

PHÂN TÍCH RỦI RO

Các quy trình phân tích rủi ro thường được phân chia thành hai nhóm, phân tích định lượng và phân tích định tính Có thể nhận thấy rằng phân tích định tính sẽ giúp đưa ra những thông tin cụ thể và chi tiết cho bài toán đặt ra Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp này đòi hỏi có những hàm toán học và tối ưu phức tạp, cũng như các phần mềm tính toán chuyên dụng Do đó, các phân tích định lượng là chưa phù hợp và không cần thiết trong trường hợp này

Các phân tích rủi ro định tính có nhiều ưu điểm như tiện lợi, nhanh chóng và đưa ra những phân tích nhanh gọn, không cần những hàm toán học và những phần mềm phức tạp Do đó, đây là kỹ thuật được lựa chọn để thực hiện các phân tích rủi ro trong bài toán này

Quy trình phân tích rủi ro định tính bao gồm các bước sau (thể hiện trong Hình 9.1): Xác định các yếu tố rủi ro;

Lựa chọn thang đo xác suất;

Thiết lập ma trận tham chiếu rủi ro;

Xác định điểm rủi ro và ma trận rủi ro;

Hình 9.1 Lưu đồ quy trình thực hiện phân tích rủi ro định tính cho “Thiết bị kiểm tra dây đai an toàn”

Xác định các yếu tố rủi ro

Thực hiện các thao tác không chính xác

Quá tải khi làm việc Đứt dây đai

Bảng 9.1 Các yếu tố rủi ro cho “Thiết bị kiểm tra dây đai an toàn” được đánh số ký hiệu từ R1 tới R18

Ri Yếu tố rủi ro

R1 Sử dụng thiết bị không đúng cách

R2 Sử dụng thiết bị bởi người không được phép

R3 Thực hiện các bài kiểm tra không chính xác

R4 Không tuân theo hướng dẫn sử dụng thiết bị

R7 Vị trí làm việc không thuận tiện

R8 Sử dụng thiết bị chưa được hiệu chuẩn

R10 Mức độ tin cậy thấp

R12 Nhiệt độ không phù hợp

R14 Đặt thiết bị trong không gian quá nhỏ

R15 Đặt thiết bị trong không gian được chiếu sáng kém

R16 Phương pháp làm việc không hoàn chỉnh

R17 Không tuân thủ thứ tự hoạt động

R18 Tác dụng của không phù hợp lực lên vật liệu

Lựa chọn thang đo xác suất và thang đo tác động

Sau khi các yếu tố rủi ro được xác định, quy trình tiếp theo là lựa chọn thang đo xác suất và thang đo tác động Thang đo xác suất được hiểu là Khả năng xảy ra rủi ro do yếu là một yếu tố rủi ro có khả năng

Thực hiện các thao tác không chính xác 6 tháng một lần

Quá tải khi làm việc một năm một lần Đứt dây đai 6 tháng một lần

Bảng 9.2 Lựa chọn thang đo xác suất Đánh giá xác suất định tính Đánh giá xác suất định lượng Điểm xác suất

Rất cao (rất có thể xảy ra) 3 tháng một lần 5

Cao (có thể xảy ra) 6 tháng một lần 4

Vừa phải Mỗi năm một lần 3

Thấp (không chắc) 3 năm một lần 2

Rất thấp (rất khó xảy ra) Hơn 3 năm 1

Bên cạnh đó, thang đo tác động cũng được lựa chọn Thang đo tác động được miêu tả là tác động xảy ra đối với thiết bị khi yếu tố rủi ro xem xét xảy ra Cần chú ý rằng một yếu tố rủi ro có khả năng xảy ra cao, nhưng chưa chắc đã có những tác động lớn tới thiết bị, và ngược lại Bảng 9.3 thể hiện lựa chọn thang đo tác động trong trường hợp này

Bảng 9.3 Lựa chọn thang đo tác động Đánh giá tác động định tính Đánh giá tác động định lượng Điểm tác động

Rất cao Số lượng bài kiểm tra không hợp lệ lớn hơn 20% 20

Cao Số lượng bài kiểm tra không hợp lệ từ 10 đến 20% 10

Vừa phải Số lượng bài kiểm tra không hợp lệ từ 5 đến 10% 5

Thấp Số lượng bài kiểm tra không hợp lệ từ 2 đến 5% 2

Rất thấp Các thử nghiệm không hợp lệ thấp hơn 1% 1

TIÊU CHUẨN

Tiêu chuẩn ISO ASTM, ANSI, ASME, ASHRAE, TS-EN hoặc TCVN đều được

TCVN 11078:2015 hoàn toàn tương đương với ISO 16625:2013: quy định về các nhóm puly

TCVN 12554:2019 hoàn toàn tương đương ISO 12044:2014: quy định về ổ lăn - ổ bi đỡ chặn một dãy – kích thước cạnh vát cho phía không chặn của vòng ngoài

TCVN 4241:1986 thay thế TCVN 2541:1978 và TCVN 1038:1971

Bu lông lục giác chìm đầu trụ Din 912

Bu lông lục giác chìm đầu cầu Din 7380

Bu lông lục giác chìm đầu bằng Din 7991

Tiêu đề	Design And Calculations For Industrial Robotic Arm
Tác giả	Nguyễn Văn Khánh Chiến, Bùi Nhật Minh, Phan Xuân Tần
Người hướng dẫn	Khổng Minh
Trường học	Phenikaa University
Chuyên ngành	Mechatronics
Thể loại	Project
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	108
Dung lượng	4,13 MB