Đang tải... (xem toàn văn)
Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Kỹ thuật ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Sinh viên thực hiện: Đinh Đứ c Anh Lớp CĐT2- K55 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................................. 3 PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP ..................................................................... 4 1.1. SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP (IR: INDUSTRIAL ROBOT) ............................................................................................................... 4 1.2. ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT ........................................ 5 1.3. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP ................................. 6 1.3.1. Định nghĩa robot công nghiệp.......................................................................................... 6 1.3.2. Bậc tự do của robot (DOF: Degrees Of Freedom) ........................................................... 7 1.3.3. Hệ toạ độ (Coordinate frames) ......................................................................................... 7 1.3.4. Trường công tác của robot (Workspace or Range of motion) ......................................... 8 1.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP .................................................... 9 1.4.1. Các thành phần chính của robot công nghiệp ................................................................ 10 1.4.2. Kết cấu của tay máy ....................................................................................................... 10 1.5. PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP .............................................................................. 11 1.5.1. Phân loại theo kết cấu .................................................................................................... 11 1.5.2. Phân loại theo hệ thống truyền động.............................................................................. 11 1.5.3. Phân loại theo ứng dụng................................................................................................. 11 1.5.4. Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển ............................. 11 PHẦN II: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D ROBOT RR ......................................................................... 13 2.1 MÔ HÌNH 3D CỦA ROBOT PHẲNG HAI BẬC TỰ DO ................................................. 13 PHẦN III: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ NGƯỢC ROBOT ...................................... 16 3.1 ĐẶT HỆ TỌA ĐỘ ................................................................................................................ 16 3.2 CÁC XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ĐỘNG HỌC CỦA BẢNG DH .................................... 17 3.3 THIẾT LẬP BỘ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC DENAVIT – HARTENBERG ....................... 17 3.4 THIẾT LẬP CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT ............................................. 19 3.5 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN ...................................................................................... 21 3.5 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯỢC ....................................................................................... 27 PHẦN IV : BÀI TOÁN TĨNH HỌC .............................................................................................. 31 4.1 TÍNH LỰC DẪN ĐỘNG TẠI CÁC KHỚP ĐẢM BẢO CÂN BẰNG TĨNH ..................... 31 4.2 XÉT KHÂU TÁC ĐỘNG CUỐI.......................................................................................... 32 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Sinh viên thực hiện: Đinh Đứ c Anh Lớp CĐT2- K55 2 4.3 XÉT KHÂU THỨ 1: ........................................................................................................... 34 PHẦN V: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC ................................................................................ 37 5.1 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC ............................................................................... 37 PHẦN VI: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ................................................................... 41 6.1 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO THEO KHÔNG GIAN KHỚP ........................................................ 41 6.2 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO THEO KHÔNG GIAN LÀM VIỆC ................................................ 46 6.2.1 Quỹ đạo của điểm tác động cuối theo đường thẳng từ A đến B trong t (s) ................... 46 6.2.2 Thiết kế quỹ đạo tác động tác động cuối di chuyển theo đường tròn từ A đế n B trong tc(s) lấy AB làm đường kính.................................................................................................... 48 PHẦN VII : ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG ROBOT .................................................................. 51 7.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG KHÔNG GIAN KHỚP .............................................. 51 7.1.1. Hệ thống điều khiển phản hồi ........................................................................................ 51 7.1.2 Thiết kế cho robot RR .................................................................................................... 53 7.1.3 Sử dụng phương trình động lực học mô phỏng điều khiển trong simulink: .................. 54 7.2 SỬ DỤNG MÔ HÌNH XUẤT RA TỪ SOLIDWORKS ...................................................... 58 PHẦN VIII MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT BẰNG ............................................ 63 PHẦN MỀM VISUAL STUDIO VÀ THƯ VIỆN OPENGL......................................................... 63 8.1.Thiết kế 3D ............................................................................................................................ 63 8.2 Mô phỏng hoạt động của robot. ............................................................................................. 63 PHẦN IX: KẾT LUẬN ................................................................................................................... 66 PHẦN X :CÁC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ CÁC BẢN VẼ ...... 67 Phần XI : TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 81 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Sinh viên thực hiện: Đinh Đứ c Anh Lớp CĐT2- K55 3 LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa có vai trò đặc biệt quan trọng. Nhằm nâng cao nâng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, cải thiện điều kiện lao động, nâng cao năng suất lao động..đặt ra là hệ thống sản xuất phải có tính linh hoạt cao.Robot công nghiệp, đặ c biệt là những tay máy robot là bô phận quan trọng để tạo ra những hệ thống đó. Tay máy Robot đã có mặt trong sản xuất từ nhiều năm trước, ngày nay tay máy Robot đã dùng ở nhiều lĩnh vực sản xuất, xuất phát từ nh ững ưu điểm mà tay máy Robot đó và đúc kết lại trong quá trình sản xu ất làm việc, tay máy có những tính năng mà con người không thể có được, khả năng làm việc ổn định, có thể làm việc trong môi trường độc hại…..Do đó việc đầu tư nghiêc cứu, chế tạo ra những loại tay máy Robot phục vụ cho công cuộc tự động hóa sản xuất là rất cần thiết cho hiện tại và tương lai. ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ giúp chúng em làm quen và tìm hiểu kĩ hơn với những vấn đề cốt lõi và cơ bản nhất về robot và rất có ích cho chúng em sau này. Qua đó chúng em có thể tìm hiểu sâu hơn và tìm hiểu được cách tiế p cận và giải quyết các vấn đề của môn học. Đồng thời qua làm đồ án cũng hình thành thêm các kĩ năng làm việc,lập kế hoạch,viết báo cáo……rất có ích cho sau này. Trong quá trình làm đồ án có rất nhiều vấn đề đặt ra mà trong phạm vi khả năng của em còn hạn chế có thể chưa giải quyết triệt để được, em rất mong được cô chỉ bảo và hướng dẫn thêm. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Sinh viên thực hiện: Đinh Đứ c Anh Lớp CĐT2- K55 4 PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1. SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆ P (IR: INDUSTRIAL ROBOT) 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. 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 (1900) 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), Ý (1973). . . Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Sinh viên thực hiện: Đinh Đứ c Anh Lớp CĐT2- K55 5 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 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. Một vài số liệu về số lượng robot được sản xuất ở một vài nước công nghiệp phát triển như sau: Bảng 1: số lượng sản xuất robot ở các nước công nghiệp 1.2. ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt. Nước SX Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998 Nhật 66.118 29.756 67000 Mỹ 4.237 7.634 11000 Đức 5.845 5.125 8.600 Ý 2.500 2.408 4000 Pháp 1.448 1.197 2000 Anh 510 1086 1500 Hàn Quốc 1000 1200 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Sinh viên thực hiện: Đinh Đứ c Anh Lớp CĐT2- K55 6 Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ vào những khả năng to lớn của robot như : làm việc không biết mệt mỏi, rất dễ dàng chuyển nghề một cách thành thạo, chịu được phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” được cả từ trường và “nghe” được cả siêu âm ... Robot được dùng thay thế con người trong các trường hợp trên hoặc thực hiện các công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt mõi, nhầm lẫn. Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm . . . Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với Robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hoá cao, mức độ linh hoạt cao . . . ở đây các máy và robot được điều khiển bằng cùng một hệ thống chương trình. Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, sử dụng trong quốc phòng, trong chinh phục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội . . . Rõ ràng là khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt hơn khả năng của con người; do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc hại. Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong dây chuyền tự động, nếu có một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người. 1.3. CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.3.1. Định nghĩa robot công nghiệp Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp): Robot công nghiệp là 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: 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. ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Sinh viên thực hiện: Đinh Đứ c Anh Lớp CĐT2- K55 7 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 độn...
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP (IR: INDUSTRIAL ROBOT) 1.2 ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT 1.3 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.3.1 Định nghĩa robot công nghiệp 1.3.2 Bậc tự robot (DOF: Degrees Of Freedom) 1.3.3 Hệ toạ độ (Coordinate frames) 1.3.4 Trường công tác robot (Workspace or Range of motion) 1.3 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.4.1 Các thành phần robot cơng nghiệp 10 1.4.2 Kết cấu tay máy 10 1.5 PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP 11 1.5.1 Phân loại theo kết cấu 11 1.5.2 Phân loại theo hệ thống truyền động 11 1.5.3 Phân loại theo ứng dụng 11 1.5.4 Phân loại theo cách thức đặc trưng phương pháp điều khiển 11 PHẦN II: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D ROBOT RR 13 2.1 MƠ HÌNH 3D CỦA ROBOT PHẲNG HAI BẬC TỰ DO 13 PHẦN III: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ NGƯỢC ROBOT 16 3.1 ĐẶT HỆ TỌA ĐỘ 16 3.2 CÁC XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ĐỘNG HỌC CỦA BẢNG DH 17 3.3 THIẾT LẬP BỘ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC DENAVIT – HARTENBERG 17 3.4 THIẾT LẬP CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT 19 3.5 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN 21 3.5 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯỢC 27 PHẦN IV : BÀI TOÁN TĨNH HỌC 31 4.1 TÍNH LỰC DẪN ĐỘNG TẠI CÁC KHỚP ĐẢM BẢO CÂN BẰNG TĨNH 31 4.2 XÉT KHÂU TÁC ĐỘNG CUỐI 32 Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa 4.3 XÉT KHÂU THỨ 1: 34 PHẦN V: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC 37 5.1 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC 37 PHẦN VI: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG 41 6.1 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO THEO KHÔNG GIAN KHỚP 41 6.2 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO THEO KHÔNG GIAN LÀM VIỆC 46 6.2.1 Quỹ đạo điểm tác động cuối theo đường thẳng từ A đến B t (s) 46 6.2.2 Thiết kế quỹ đạo tác động tác động cuối di chuyển theo đường tròn từ A đến B tc(s) lấy AB làm đường kính 48 PHẦN VII : ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG ROBOT 51 7.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG KHÔNG GIAN KHỚP 51 7.1.1 Hệ thống điều khiển phản hồi 51 7.1.2 Thiết kế cho robot RR 53 7.1.3 Sử dụng phương trình động lực học mơ điều khiển simulink: 54 7.2 SỬ DỤNG MƠ HÌNH XUẤT RA TỪ SOLIDWORKS 58 PHẦN VIII MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT BẰNG 63 PHẦN MỀM VISUAL STUDIO VÀ THƯ VIỆN OPENGL 63 8.1.Thiết kế 3D 63 8.2 Mô hoạt động robot 63 PHẦN IX: KẾT LUẬN 66 PHẦN X :CÁC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ CÁC BẢN VẼ 67 Phần XI : TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa LỜI NÓI ĐẦU Trong nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa có vai trị đặc biệt quan trọng Nhằm nâng cao nâng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, cải thiện điều kiện lao động, nâng cao suất lao động đặt hệ thống sản xuất phải có tính linh hoạt cao.Robot cơng nghiệp, đặc biệt tay máy robot bô phận quan trọng để tạo hệ thống Tay máy Robot có mặt sản xuất từ nhiều năm trước, ngày tay máy Robot dùng nhiều lĩnh vực sản xuất, xuất phát từ ưu điểm mà tay máy Robot đúc kết lại q trình sản xuất làm việc, tay máy có tính mà người khơng thể có được, khả làm việc ổn định, làm việc mơi trường độc hại… Do việc đầu tư nghiêc cứu, chế tạo loại tay máy Robot phục vụ cho cơng tự động hóa sản xuất cần thiết cho tương lai ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ giúp chúng em làm quen tìm hiểu kĩ với vấn đề cốt lõi robot có ích cho chúng em sau Qua chúng em tìm hiểu sâu tìm hiểu cách tiếp cận giải vấn đề môn học Đồng thời qua làm đồ án hình thành thêm kĩ làm việc,lập kế hoạch,viết báo cáo……rất có ích cho sau Trong q trình làm đồ án có nhiều vấn đề đặt mà phạm vi khả em cịn hạn chế chưa giải triệt để được, em mong cô bảo hướng dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CƠNG NGHIỆP 1.1 SƠ LƯỢC Q TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP (IR: INDUSTRIAL ROBOT) Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa công việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Trong kịch nầy, Rossum trai ông ta chế tạo máy gần giống với người để phục vụ người Có lẽ gợi ý ban đầu cho nhà sáng chế kỹ thuật cấu, máy móc bắt chước hoạt động bắp người Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot cơng nghiệp) cho loại thiết bị có dáng dấp vài chức tay người điều khiển tự động để thực số thao tác sản xuất Về mặt kỹ thuật, robot cơng nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật đời sớm cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool) Các cấu điều khiển từ xa (hay thiết bị kiểu chủ-tớ) phát triển mạnh chiến tranh giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu vật liệu phóng xạ Người thao tác tách biệt khỏi khu vực phóng xạ tường có vài cửa quan sát để nhìn thấy cơng việc bên Các cấu điều khiển từ xa thay cho cánh tay người thao tác; gồm có kẹp bên (tớ) hai tay cầm bên (chủ) Cả hai, tay cầm kẹp, nối với cấu sáu bậc tự để tạo vị trí hướng tuỳ ý Tay cầm kẹp Cơ cấu dùng để điều khiển kẹp theo chuyển động tay cầm Vào khoảng năm 1949, máy công cụ điều khiển số đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công chi tiết ngành chế tạo máy bay Những robot thực chất nối kết khâu khí cấu điều khiển từ xa với khả lập trình máy công cụ điều khiển số Một Robot Công nghiệp chế tạo Robot Versatran công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian nầy Mỹ xuất loại robot Unimate (1900) dùng kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh (1967), Thụy Điển Nhật (1968) theo quyền Mỹ, CHLB Đức (1971), Pháp (1972), Ý (1973) Tính làm việc robot ngày nâng cao, khả Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa nhận biết xử lý Năm 1967 trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) chế tạo mẫu robot hoạt động theo mơ hình “mắt-tay”, có khả nhận biết định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ cảm biến Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa loại robot điều khiển máy vi tính, gọi robot T3 (The Tomorrow Tool: Cơng cụ tương lai) Robot nầy nâng vật có khối lượng đến 40 KG Có thể nói, Robot tổ hợp khả hoạt động linh hoạt cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày phong phú hệ thống điều khiển theo chương trình số kỹ thuật chế tạo cảm biến, cơng nghệ lập trình phát triển trí khơn nhân tạo, hệ chun gia… Trong năm sau nầy, việc nâng cao tính hoạt động robot không ngừng phát triển Các robot trang bị thêm loại cảm biến khác để nhận biết môi trường chung quanh, với thành tựu to lớn lĩnh vực Tin học - Điện tử tạo hệ robot với nhiều tính đăc biệt, Số lượng robot ngày gia tăng, giá thành ngày giảm Nhờ vậy, robot công nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền sản xuất đại Một vài số liệu số lượng robot sản xuất vài nước công nghiệp phát triển sau: Bảng 1: số lượng sản xuất robot nước công nghiệp Nước SX Năm Năm Năm Nhật 1990 1994 1998 66.118 29.756 67000 Mỹ 4.237 7.634 11000 Đức 5.845 5.125 8.600 Ý 2.500 2.408 4000 Pháp 1.448 1.197 2000 Anh 510 1086 1500 Hàn Quốc 1000 1200 1.2 ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT Từ đời robot công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu sản xuất tăng lên rõ rệt Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Mục tiêu ứng dụng robot cơng nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động Đạt mục tiêu nhờ vào khả to lớn robot : làm việc mệt mỏi, dễ dàng chuyển nghề cách thành thạo, chịu phóng xạ môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” từ trường “nghe” siêu âm Robot dùng thay người trường hợp thực công việc không nặng nhọc đơn điệu, dễ gây mệt mõi, nhầm lẫn Trong ngành khí, robot sử dụng nhiều công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm Ngày xuất nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm máy CNC với Robot công nghiệp, dây chuyền đạt mức tự động hố cao, mức độ linh hoạt cao máy robot điều khiển hệ thống chương trình Ngồi phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot sử dụng việc khai thác thềm lục địa đại dương, y học, sử dụng quốc phòng, chinh phục vũ trụ, công nghiệp nguyên tử, lĩnh vực xã hội Rõ ràng khả làm việc robot số điều kiện vượt khả người; phương tiện hữu hiệu để tự động hố, nâng cao suất lao động, giảm nhẹ cho người công việc nặng nhọc độc hại Nhược điểm lớn robot chưa linh hoạt người, dây chuyền tự động, có robot bị hỏng làm ngừng hoạt động dây chuyền, robot hoạt động giám sát người 1.3 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.3.1 Định nghĩa robot công nghiệp Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp): Robot công nghiệp cấu chuyển động tự động lập trình, lặp lại chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục toạ độ; có khả định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất: chi tiết, dao cụ, gá lắp… theo hành trình thay đổi chương trình hố nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America): Robot tay máy vạn lặp lại chương trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ thiết bị chuyên dùng thông qua chương trình chuyển động thay đổi để hồn thành nhiệm vụ khác Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga): Robot công nghiệp máy tự động, đặt cố định di động được, liên kết tay máy hệ thống điều khiển theo chương trình, lập trình lại để hồn thành chức vận động điều khiển trình sản xuất Có thể nói Robot cơng nghiệp máy tự động linh hoạt thay phần toàn hoạt động bắp hoạt động trí tuệ người nhiều khả thích nghi khác Robot cơng nghiệp có khả chương trình hố linh hoạt nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự chúng Robot công nghiệp trang bị bàn tay máy cấu chấp hành, giải nhiệm vụ xác định q trình cơng nghệ : trực tiếp tham gia thực nguyên cơng (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khn đúc, lắp ráp máy ) phục vụ q trình cơng nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá ) với thao tác cầm nắm, vận chuyển trao đổi đối tượng với trạm công nghệ, hệ thống máy tự động linh hoạt, gọi “Hệ thống tự động linh hoạt robot hố” cho phép thích ứng nhanh thao tác đơn giản nhiệm vụ sản xuất thay đổi 1.3.2 Bậc tự robot (DOF: Degrees Of Freedom) Bậc tự số khả chuyển động cấu (chuyển động quay tịnh tiến) Để dịch chuyển vật thể không gian, cấu chấp hành robot phải đạt số bậc tự Nói chung hệ robot cấu hở, bậc tự tính theo công thức: w 6n ipi i 1 Ở đây: n - Số khâu động; pi - Số khớp loại i (i = 1, 2, ,5 : Số bậc tự bị hạn chế) Đối với cấu có khâu nối với khớp quay tịnh tiến (khớp động loại 5) số bậc tự với số khâu động Đối với cấu hở, số bậc tự tổng số bậc tự khớp động Để định vị định hướng khâu chấp hành cuối cách tuỳ ý khơng gian chiều robot cần có bậc tự do, bậc tự để định vị bậc tự để định hướng Một số công việc đơn giản nâng hạ, xếp u cầu số bậc tự Các robot hàn, sơn thường yêu cầu bậc tự Trong số trường hợp cần khéo léo, linh hoạt cần phải tối ưu hoá quỹ đạo người ta dùng robot với số bậc tự lớn 1.3.3 Hệ toạ độ (Coordinate frames) Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với qua khớp (joints), tạo thành xích động học xuất phát từ khâu Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa (base) đứng yên Hệ toạ độ gắn với khâu gọi hệ toạ độ (hay hệ toạ độ chuẩn) Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với khâu động gọi hệ toạ độ suy rộng Trong thời điểm hoạt động, toạ độ suy rộng xác định cấu hình robot chuyển dịch dài chuyển dịch góc khớp tịnh tiến khớp quay Các toạ độ suy rộng gọi biến khớp (Hình 1.1) Các hệ toạ độ gắn khâu robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải: Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út áp út vào lòng bàn tay, xoè ngón : cái, trỏ theo phương vng góc nhau, chọn ngón phương chiều trục z, ngón trỏ phương, chiều trục x ngón biểu thị phương, chiều trục y (hình 1.2) Trong robot ta thường dùng chữ O số n để hệ toạ độ gắn khâu thứ n Như hệ toạ độ (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) ký hiệu O0; hệ toạ độ gắn khâu trung gian tương ứng O1, O2, , On-1, Hệ toạ độ gắn khâu chấp hành cuối ký hiệu On 1.3.4 Trường công tác robot (Workspace or Range of motion) Trường công tác (hay vùng làm việc, khơng gian cơng tác) robot tồn thể tích quét khâu chấp hành cuối robot thực tất chuyển động Trường công tác bị ràng buộc thông số hình học robot ràng buộc học khớp; ví dụ, khớp Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa quay có chuyển động nhỏ góc 3600 Người ta thường dùng hai hình chiếu để mơ tả trường cơng tác robot (hình 1.3) 1.3 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP Hình Sơ đồ khối Robot công nghiệp Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa 1.4.1 Các thành phần robot công nghiệp Một robot công nghiệp thường bao gồm thành phần : cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, cảm biến, điều khiển , thiết bị dạy học, máy tính phần mềm lập trình nên coi thành phần hệ thống robot Cánh tay robot (tay máy) kết cấu khí gồm khâu liên kết với khớp động để tạo nên chuyển động robot Nguồn động lực động điện (một chiều động bước), hệ thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động Dụng cụ thao tác gắn khâu cuối robot, dụng cụ robot có thể có nhiều kiểu khác như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng công cụ làm việc mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn Thiết bị dạy-hoc (Teach-Pendant) dùng để dạy cho robot thao tác cần thiết theo yêu cầu trình làm việc, sau robot tự lặp lại động tác dạy để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học) Các phần mềm để lập trình chương trình điều khiển robot cài đặt máy tính, dùng điều khiển robot thông qua điều khiển (Controller) Bộ điều khiển gọi Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), thường kết nối với máy tính Một mođun điều khiển cịn có cổng Vào - Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái thân, xác định vị trí đối tượng làm việc dị tìm khác; điều khiển băng tải cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với robot 1.4.2 Kết cấu tay máy Như nói trên, tay máy thành phần quan trọng, định khả Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 10 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa làm việc robot Các kết cấu nhiều tay máy theo cấu tạo chức tay người; nhiên ngày nay, tay máy thiết kế đa dạng, nhiều cánh tay robot có hình dáng khác xa cánh tay người Trong thiết kế sử dụng tay máy, cần quan tâm đến thơng số hình - động học, thông số liên quan đến khả làm việc robot như: tầm với (hay trường công tác), số bậc tự (thể khéo léo linh hoạt robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp Các khâu robot thường thực hai chuyển động bản: • Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z không gian Descarde, thơng thường tạo nên hình khối • Chuyển động xoay theo trục x, y, z khơng gian • Các chuyển động thường ký hiệu T (Translation) P (Prismatic) 1.5 PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.5.1 Phân loại theo kết cấu Theo kết cấu tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề các, Kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA trình bày 1.5.2 Phân loại theo hệ thống truyền động Có dạng truyền động phổ biến là: Hệ truyền động điện: Thường dùng động điện chiều (DC: Direct Current) động bước (step motor) Loại truyền động nầy dễ điều khiển, kết cấu gọn Hệ truyền động thuỷ lực: đạt cơng suất cao, đáp ứng điều kiện làm việc nặng Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu cồng kềnh, tồn độ phi tuyến lớn khó xử lý điều khiển Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ không cần dẫn ngược lại phải gắn liền với trung tâm tạo khí nén Hệ nầy làm việc với cơng suất trung bình nhỏ, xác, thường thích hợp với robot hoạt động theo chương trình định sẳn với thao tác đơn giản “nhấc lên - đặt xuống” (Pick and Place or PTP: Point To Point) 1.5.3 Phân loại theo ứng dụng Dựa vào ứng dụng robot sản xuất có Robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot chuyển phôi v.v 1.5.4 Phân loại theo cách thức đặc trưng phương pháp điều khiển Có robot điều khiển hở (mạch điều khiển khơng có quan hệ phản hồi), Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 11 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Robot điều khiển kín (hay điều khiển servo): sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ xác mức độ linh hoạt điều khiển Ngồi cịn có cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm mục đích nghiên cứu Sơ đồ điều khiển : Hình 1.5 Sơ đồ điều khiển hở Hình 1.6 sơ đồ điều khiển kín Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 12 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa PHẦN II: THIẾT KẾ MƠ HÌNH 3D ROBOT RR Sử dụng phần mềm thiết kế 3D Solidwork 2.1 MƠ HÌNH 3D CỦA ROBOT PHẲNG HAI BẬC TỰ DO Thiết kế khí khâu đế khâu: Khâu đế : Hình 2.1 Khâu đế Khâu 1: Khâu Hình 2.2:khâu Hình2 Khâu 13 Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Các chi tiết khác: Hình 2.4 Bánh khâu 1,2 Hình 2.5 Then Hình 2.6 Nắp hộp bánh Hình 2.7 Trục bánh Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 14 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Hình 2.8 Khớp bánh Hình 2.9 Khớp bánh Cơ cấu phẳng hai bậc tự RR đc thiết kế sau: Hình 2.10 Mơ hình 3D ROBOT phẳng hai bậc tự (chi tiết thơng số xem thêm phần phụ lục phía cuối) Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 15 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa PHẦN III: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ NGƯỢC ROBOT 3.1 ĐẶT HỆ TỌA ĐỘ Hình 3.1 hệ trục tọa độ robot Theo Denavit – Hartenberg (1955) quy ước hệ tọa độ Decard gắn vào khâu tay máy Robot sau: * Trục 𝑧𝑖 chọn dọc theo trục khớp thứ (i+1) Hướng phép quay phép tịnh tiến chọn tùy ý * Trục 𝑥𝑖 xác định dọc theo đường vng góc chung trục khớp động thứ i (i+ 1), hướng từ khớp động thứ i tới trục ( i+1) * Trục 𝑦𝑖 xác định theo quy tắc bàn tay phải Từ quy tắc ta xây dựng tọa độ khảo sát (Hình 2.1) Hệ tọa độ 𝑂0𝑥0𝑦0𝑧0: Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 16 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Gốc tọa độ đặt tâm khớp động thứ Trục 𝑂0𝑧0 dọc theo hướng trục khớp động thứ hướng từ Trục 𝑂0𝑥0 có phương vng góc với 𝑧0 ta chọn vị trí nằm ngang Trục 𝑂0𝑦0 xác định theo quy tắc bàn tay phải Hệ tọa độ 𝑂1𝑥1𝑦1𝑧1: Gốc tọa độ đặt tâm khớp động thứ Trục 𝑂1𝑧1 có phương hướng theo trục khớp động thứ vng góc với mặt phẳng hình vã có chiều hướng từ rong ngồi (như hình vẽ) Trục 𝑂1𝑥1có phương nằm đường vng góc chung trục 𝑂0𝑧0 𝑂1𝑧1 𝑂0𝑧0 // 𝑂1𝑧1 nên ta chọn 𝑂1𝑥1 có hướng dọc theo khâu hình vẽ Trục 𝑂1𝑦1 xác định theo quy tắc bàn tay phải Hệ tọa độ 𝑂2𝑥2𝑦2𝑧2: Gốc tọa độ đặt đầu khâu thứ Trục 𝑂2𝑧2 có phương // với 𝑂1𝑧1 có chiều hướng từ ngồi Trục 𝑂2𝑥2 có phương nằm đường vng góc chung trục 𝑂1𝑧1 𝑂2𝑧2 ta chọn phương dọc theo trục khâu Trục 𝑂2𝑦2 xác định theo quy tắc bàn tay phải 3.2 CÁC XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ĐỘNG HỌC CỦA BẢNG DH Vị trí hệ tọa độ khớp (𝑂𝑥𝑦𝑧)𝑖 hệ tọa độ khớp (𝑂𝑥𝑦𝑧)𝑖−1 xác định tham số 𝜃𝑖, 𝑑𝑖, 𝛼𝑖, 𝑎𝑖 sau: 𝜃𝑖 : góc quay quanh trục 𝑧𝑖−1 để trục 𝑥𝑖−1 trùng với trục 𝑥′𝑖 (𝑥𝑖//𝑥′𝑖) 𝑑𝑖 : dịch chuyển tịnh tiế dọc trục 𝑧𝑖−1 để gốc tọa độ 𝑂𝑖−1 chuyể đến 𝑂′𝑖 giao điểm trục 𝑥𝑖 trục 𝑧𝑖−1 𝑎𝑖 : dịch chuyển dọc trục 𝑥𝑖 để điểm 𝑂′𝑖 chuyển đến điểm 𝑂𝑖 𝛼𝑖 : góc quay quanh trục 𝑥𝑖 cho trục 𝑧′𝑖−1(𝑧′𝑖−1// 𝑧𝑖−1) trùng với trục 𝑧𝑖 3.3 THIẾT LẬP BỘ THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC DENAVIT – HARTENBERG Với cách thành lập hệ tọa độ ta xác định tham số động học robot sau: Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 17 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa Bảng 3.1 bảng DH thông số động học robot RR khâu 𝜃𝑖 𝑑𝑖 𝑎𝑖 𝛼𝑖 𝜃1 a1 𝜃2 a2 Trong 1 ,2 biến khớp , a1 , a2 số Và X=[x1,x2,]T véc tơ biểu diễn vị trí bàn kẹp hệ cố định q=[q1,q2] với q1 = 1, q2 = góc xoay biến khớp với giới hạn góc quay q1 : 7 , q2 2 : 2 ta có vùng không gian 66 33 làm việc Robot sau: Hình 3.2 Khơng gian làm việc Robot - Dạng tổng quát ma trận Denavit-Hartenberg cho khâu Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 18 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa cos θ i sin θi cos αi sin θi sin αi cos θi sin θi cosθi cos αi sin αi cosθi sin θi i-1Ai= 0 sin αi cos αi di 0 1 Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 1: cos q1 sinq1 a1.cos q1 sin q1 cos q1 a1.sin q1 A1 3.1 0 0 0 0 1 Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 2: cos q2 sin q2 a2.cos q2 sin q2 cos q2 a2.sin q2 A2 3.2 0 0 0 0 1 3.4 THIẾT LẬP CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT Từ ma trận (2.1) (2.2) ta xác định ma trận biến đổi tọa độ khâu so với trục hệ tọa độ cố định 𝑂0𝑥0𝑦0𝑧0 : cos(q1q2 ) sin(q1 q2 ) a1.cos q1 a2.cos(q1 q2 ) 0 sin(q1 q2 ) cos(q1 q2 ) a1.sin q1 a2.sin(q1 q2 ) A2 A1 A2 (3.3) 0 0 0 - Ma trận A2 cho ta biết hướng vị trí khâu thao tác hệ tọa độ cố định hay nói cách khác vị trí điểm tác động cuối hướng hệ tọa độ động gắn vào khâu điểm tác động cuối hệ tọa độ cố định Vì cịn biểu diễn qua thông số biến khớp ta tạm gọi qi Trong tốn cụ thể khớp xoay θi, với i=1÷2 Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 19 Lớp CĐT2- K55 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:ThS Mạc Thị Thoa - Khi đó, ma trận (2.3) kí hiệu thành A2 (q) Sử dụng góc Cardan xác định hướng vật rắn Ta gọi xE , yE , zE , , , giá trị mơ tả trực tiếp vị trí hướng EX2Y2Z2 so với hệ tọa độ O0Z0Y0Z0 Trong đó: xE , yE , zE tọa độ điểm E [𝛼, 𝛽, 𝜂] góc quay Cardan EX2Y2Z2 so với hệ tọa độ O0Z0Y0Z0 Do tọa độ thao tác hàm thời gian Nên ta biểu diễn: Rn (t) rE (t) An (t) T (3.4) 0 1 Với: AE ma trận Cardan mô ta hướng EX2Y2Z2 so với hệ tọa độ O0Z0Y0Z0 rE vectơ mơ tả vị trí điểm tác động cuối hệ tọa độ O0Z0Y0Z0 rE (t) xE (t), yE (t), zE (t)T (3.5) cos cos cos sin sin Rn RCD sin sin cos cos sin sin sin sin cos cos sin cos (3.6) cos sin cos sin sin cos sin sin sin cos cos cos - Do ma trận A2 (q) biểu diễn vị trí hướng khâu thao tác hệ tọa độ cố định thông qua biến khớp qi (Ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học) Cịn ma trận AE (t) mơ tả vị trí hướng khâu thao tác thơng qua hệ tọa độ khâu thao tác Ở ta chọn cách biểu diễn thơng qua góc Cardan Từ ta có PT động học ROBOT có dạng: A2 (q) 0 An (t) Với n = cấu ROBOT có khâu A2 (q) 0 A2 (t) (3.7) - Từ hệ thức (3.3), (3.4), (3.5),(3.6), (3.7) Ta xây dựng hệ phương trình độc lập sau: Sinh viên thực hiện: Đinh Đức Anh 20 Lớp CĐT2- K55