Báo cáo môn học kỹ thuật robot

Mục đích của việc xác định không gian làm việc của robot là để thiết kế, lựa chọn và điều khiển robot phù hợp với các ứng dụng cụ thể.. Phối hợp chuyển động của nhiều robot hoặc giữa rob

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINHKHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO MÔN HỌC Nguyễn Thái Khánh DuyNguyễn Văn TrungHuỳnh Ngọc Quỳnh Như

TP.HỒ CHÍ MINH –

II Kết cấu cơ khí

2.1 Chọn cánh tay của robot Cấu trúc của cánh tay robot Không gian làm việc của robot

I Tổng quanMục tiêu.

Robot là những thiết bị tự động có khả năng thực hiện các tác vụ theo lệnh hoặc chương trình được lập trình sẵn Robot có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, như công nghiệp, y tế, giáo dục, giải trí Để thiết kế, lập trình, điều khiển và tối ưu hóa các hệ thống robot, cần có kiến thức và kỹ năng về kỹ thuật robot Môn học kỹ thuật robot cung cấp cho sinh viên các kiến thức và kỹ năng về cấu hình cơ cấu robot, động học và động lực học robot, thiết kế quỹ đạo chuyển động, cấu Mục tiêu của môn học là giúp sinh viên nắm bắt được phương pháp tiếp cận, phương pháp đặt và giải quyết các vấn đề nghiên cứu về đối tượng robot đã và đang được tiến hành Nhưng để hiểu rỏ hơn về robot thì nhóm chúng tôi đã đề ra những mục tiêu cần đạt được trong bài tập lớn môn học Kỹ thuật robot này.

Phân tích kết cấu của robot là một quá trình nghiên cứu về cấu trúc, chuyển động và lực tác động lên các bộ phận của robot Mục đích của phân tích kết cấu của robot là để thiết kế, tối ưu hóa và kiểm tra hiệu suất của robot trong các ứng dụng khác nhau.

Xác định không gian làm việc Không gian làm việc của robot là vùng giới hạn mà robot có thể thực hiện các thao tác vận hành với một bộ phận đầu cuối cụ thể Mục đích của việc xác định không gian làm việc của robot là để thiết kế, lựa chọn và điều khiển robot phù hợp với các ứng dụng cụ thể Việc xác định không gian làm việc của robot cũng giúp đảm bảo an toàn cho người và vật trong quá trình robot hoạt động.

Thông số kỹ thuật của robot Mục đích của việc cung cấp thông số kỹ thuật của robot là để giúp người dùng lựa chọn, so sánh và sử dụng robot một cách hiệu quả

Xác định phép quay thông số quay để Thiết kế, lựa chọn và điều khiển robot phù hợp với các ứng dụng cụ thể Quay một véc tơ hoặc một vật rắn từ một hệ tọa độ sang một hệ tọa độ khác Tính toán các tham số động học và động lực học của robot Phối hợp chuyển động của nhiều robot hoặc giữa robot và môi trường

Động học thuận Phép quay của robot có tác dụng để Thiết kế, lựa chọn và điều khiển robot phù hợp với các ứng dụng cụ thể Quay một véc tơ hoặc một vật rắn từ một hệ tọa độ sang một hệ tọa độ khác Tính toán các tham số động học và động lực học của

Động học nghịch, mục đích của nó là xác định các biến khớp của robot khi biết vị trí và hướng của khâu tác động cuối của robot

Khái niệm robot.

Robot là một loại máy có thể thực hiện các công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình Robot có thể mô phỏng toàn bộ hoặc một phần hoạt động của con người, như di chuyển, nâng, xử lý Robot cũng có thể có hình dạng giống con người hoặc động vật, hoặc có hình dạng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng cụ thể.

Robot được thiết kế và chế tạo bởi một ngành khoa học liên ngành gọi là Robotics Robotics nghiên cứu về cấu trúc, chức năng, điều khiển và ứng dụng của robot trong các lĩnh vực khác nhau của xã hội loài người, như nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng và dân sinh Robotics kết hợp các kiến thức và kỹ năng từ các ngành khoa học khác nhau, như cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin.

Robot có nhiều loại khác nhau, phụ thuộc vào cấu trúc, chức năng, khả năng và ứng dụng của chúng Một số loại robot phổ biến là:

Cánh tay robot công nghiệp là một sản phẩm cấu thành từ công nghiệp cơ khí chính xác, công nghệ máy tính và trí tuệ nhân tạo (AI) Dưới sự kiểm soát của máy tính công nghiệp, cánh tay robot sẽ hoạt động chính xác và linh hoạt tương tự như chức năng của một cánh tay con người bằng cách dựa trên cơ chế khớp ngón, ngón để có thể di chuyển dọc theo trục hoặc có thể xoay theo một số hướng nhất định Nhờ những ưu điểm vượt trội này, các cỗ máy cơ khí này đang ngày càng được ứng dụng và mang lại nhiều lợi ích vượt trội cho nhiều lĩnh vực khác nhau Những cánh tay robot này sẽ thay thế bàn tay của con người trong các công đoạn lắp ráp, sửa chữa, thay thế linh kiện từ siêu nhỏ đến siêu lớn trong nhà máy Cơ chế hoạt động của chúng dựa trên liên kết giữa bộ lập trình điều khiển và các khớp nối chuyển động Theo đó, bộ phận điều khiển chủ động truyền hiệu lệnh đến các khớp nối cho phép cánh tay chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động xoay (như trong một robot có khớp nối).

Robot di động: là robot có khả năng di chuyển trong không gian bằng các bánh xe, chân, bánh răng,… Robot di động thường được sử dụng trong các ngành vận tải, kho bãi, nông nghiệp,

Robot bay: là robot có khả năng bay trong không khí bằng các cánh quạt, động cơ phản lực Robot bay thường được sử dụng trong các ngành quân sự, giám sát, nghiên cứu Robot hút bụi: là robot có hình dạng đĩa tròn, có khả năng tự động hút bụi và lau nhà Robot hút bụi thường được sử dụng trong các hộ gia đình, văn phòng, khách sạn.

Robot hình người: là robot có hình dạng giống con người, có khả năng giao tiếp, biểu cảm và học hỏi Robot hình người thường được sử dụng trong các ngành giáo dục, y tế, giải trí…

Ứng dụng của robot:

Lắp ráp các bộ phận nhỏ thành các đơn vị lớn hơn là một phần quan trọng của quá trình sản xuất Trước đây, sự kết hợp giữa sự khéo léo, tầm nhìn và trí thông minh của con người là cách duy nhất có thể thực hiện được việc lắp ráp như vậy Những tiến bộ gần đây trong công nghệ đã giúp robot có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ này

Robot chọn và đặt Đây có lẽ là ứng dụng phổ biến nhất của robot trong sản xuất Các robot này có thể tải và dỡ các máy chế biến, lấy các bộ phận từ một dây chuyền và đưa chúng vào thùng chứa hoặc thùng vận chuyển, và sắp xếp các bộ phận từ ngẫu nhiên sang định dạng có thứ tự Loại rô bốt này thường được sử dụng khi số lượng biến ít Ví dụ, cùng một loại bộ phận đi xuống một dây chuyền lắp ráp và nó cần được đặt vào khay, hoặc xếp chồng lên nhau hoặc theo thứ tự Bởi vì nhiều đối tượng được xử lý được giữ nhỏ, Công cụ cuối cánh tay (EoAT) đơn giản hơn Trong môi trường sản xuất, các đối tượng được chọn và đặt có kích thước, hình dạng, kết cấu và trọng lượng được xác định trước Do đó, loại tay nắm mà rô bốt cần sử dụng có thể được tối ưu hóa cho một vật dụng cụ thể và lực kẹp của rô bốt có thể dễ dàng xác định hơn Các kho hàng và trung tâm phân phối cần chọn các mặt hàng đã chọn từ các kệ và đặt chúng vào các thùng vận chuyển để hoàn thành đơn đặt hàng Cho đến gần đây, điều này yêu cầu mọi người phải tìm các mặt hàng, nhặt chúng và thực hiện việc đặt Những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo(AI) và thị

giác máy tính, cùng với các loại máy gắp mới, hiện đang biến việc chọn đơn hàng hoàn toàn tự động trở thành hiện thực.

Gia công và cắt Trong môi trường sản xuất hoặc cửa hàng máy công cụ, có nhiều hoạt động lặp đi lặp lại và có thể được tự động hóa bằng cách sử dụng rô bốt Robot phay: Cắt vật liệu ra khỏi mảnh “trống” và tạo hình thành một bộ phận hoàn thiện bằng máy phay là một trong những hoạt động công nghiệp thiết yếu và phổ biến nhất Máy phay ngày càng trở nên tự động hóa hơn với sự ra đời của CNC (điều khiển số bằng máy tính) vào những năm 1960 Robot khoan: Khoan bằng rô bốt mang lại độ chính xác cao hơn và khả năng lặp lại lớn hơn so với khoan thủ công Thông lượng được tăng lên và công nhân được giải phóng để tập trung vào công việc bổ ích hơn Robot cắt laser: Đối với nhiều ứng dụng, cắt laser có thể đại diện cho một giải pháp ưu việt hơn cắt cơ khí Cắt bằng tia laser cung cấp khả năng vật liệu bị cong vênh ít hơn và độ chính xác có thể được cải thiện vì chùm tia laser thực hiện việc cắt không bị mờ khi sử dụng Ngoài ra còn có các robot cắt plasma, cắt tia nước,

Robot hàn hồ quang Hàn hồ quang nối các mảnh kim loại lại với nhau bằng cách sử dụng điện để đốt nóng kim loại đến điểm nóng chảy của chúng Khi các kim loại nóng chảy nguội đi, chúng được liên kết vĩnh viễn và mối nối này kín khí Hàn hồ quang rất linh hoạt, cho phép các tấm phẳng, ống và thanh được nối với nhau và mối hàn có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào dọc theo bề mặt của phôi Ngoài ra, hàn hồ quang có thể được sử dụng với nhiều loại kim loại, bao gồm đồng, nhôm và hợp kim của đồng Hàn hồ quang có thể được thực hiện ngoài trời, ngược lại với hàn MIG Bởi vì quá trình này liên quan đến nhiệt độ cao, thợ hàn phải đeo kính bảo vệ mắt, găng tay đặc biệt và đồ bảo hộ khác.

Dọn dẹp và vệ sinh Duy trì các cơ sở công nghiệp sạch sẽ có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng sản phẩm, cũng như sự an toàn và vệ sinh của những người làm việc ở đó Quá trình làm sạch thường lặp đi lặp lại và không mấy thú vị Do đó, robot ngày càng được sử dụng nhiều hơn cho các ứng dụng làm sạch Các robot được sử dụng bao gồm: robot làm sạch, robot khử trùng, máy hút,

Hậu cần và Lưu trữ Robot kho hàng Các robot hoạt động trong nhà kho hoặc trung tâm phân phối có thể được sử dụng để tự động hóa nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm chọn đơn hàng, đóng gói, phân loại, dán nhãn và vận chuyển Tính đến năm 2021, ước tính có hơn 80% kho hàng không sử dụng tự động hóa hoặc robot Điều này dự kiến sẽ thay đổi khá nhanh Xe có hướng dẫn tự động (AGV) và Robot di động tự động (AMR) là một trong những loại robot phát triển nhanh nhất để vận chuyển hàng hóa trong nhà kho hoặc trung tâm phân phối Robot giao hàng Robot giao hàng có sẵn trên thị trường với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau và cho các chức năng khác nhau Một số robot giao hàng được thiết kế để giao thức ăn trong môi trường thành phố và trông giống như những chiếc xe đẩy có bánh xe.

Kiểm tra & Kiểm soát Chất lượng Một số vấn đề về kiểm soát chất lượng là sinh tử, bởi vì một bộ phận bị lỗi, hoặc một bộ phận được lắp đặt không chính xác, có thể gây ra tình huống nguy hiểm đến tính mạng Sự kiểm tra của con người thường chỉ chính xác 80% Kiểm tra bằng robot có thể chính xác 100% Khi được kết hợp với cánh tay robot sáu trục trong môi trường nhà máy, một máy ảnh có thể được định vị để xem các bộ phận từ bất kỳ góc độ mong muốn nào Sự tồn tại của các vết nứt, phép đo kích thước và tính đồng nhất của lớp phủ chỉ là một số đặc tính có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng robot thị giác.

2 Kết cấu cơ khí.2.1 Chọn cánh tay robot:

ABB là một Tập đoàn kỹ thuật dẫn đầu trên toàn cầu đang đẩy mạnh sự chuyển đổi trong xã hội và trong các ngành công nghiệp nhằm đạt được một tương lai bền vững và hiệu quả hơn Thông qua các giải pháp kết nối phần mềm với danh mục đầu tư bao gồm thiết bị điện, robot, tự động hóa và truyền động, ABB vượt qua mọi ranh giới của công nghệ và thúc đẩy hiệu suất lên tầm cao mới Với lịch sử xuất sắc kéo dài hơn 130 năm, thành công của ABB được gìn giữ và củng cố bởi đội ngũ bao gồm 110.000 nhân viên năng lực tại hơn 100 quốc gia trên toàn thế giới ABB được thành lập tại Việt Nam vào năm 1993 và hiện có 5 cơ sở trên toàn quốc phục vụ thị trường trong nước và quốc tế Trong hành trình 27 năm phát triển tại Việt Nam, ABB đã đồng hành với sự phát triển của

quốc thông qua hàng loạt dự án trọng điểm, đồng thời đã cung cấp hệ thống điện và tự động hóa cho nhiều nhà máy, công trình công nghiệp quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế Việt Nam.

ABB chuyên về sản xuất robot công nghiệp, hệ thống tự động hóa và các giải pháp liên quan đến ngành công nghiệp sản xuất Các sản phẩm và dịch vụ của họ bao gồm các loại robot công nghiệp dùng trong ngành ô tô, sản xuất hàng tiêu dùng, y tế, công nghiệp hàng không và nhiều ngành công nghiệp khác.

Trong những dòng robot của ABB, Robot IRB 2600 là một robot công nghiệp được thiết kế gọn nhẹ, nhanh và mạnh và được phát triển đặc biệt cho các tác vụ tốc độ cao với tải trọng nặng, có thể được điều chỉnh linh hoạt cho nhiệm vụ cụ thể của nó bằng các khung tăng cường có độ cao khác nhau Nó được sử dụng cho nhiều ứng dụng như hàn hồ quang, xử lý vật liệu, chăm sóc máy móc, hàn laser, chọn và đặt vật liệu Nó có thể được lắp đặt trên sàn, tường, kệ, nghiêng hoặc ngược Do đó, nhóm xin chọn robot 2600 để tiến hành tính toán.

2.2 Cấu trúc của cánh tay robot:

1 The Shoulder (Phần vai) 2 Lower Arm (Cánh tay dưới)

Base frame (Khung đế): Khung đế là nền của robot Nó được vặn vào đế lắp Các giao diện hệ thống điện và hệ thống cung cấp năng lượng (phụ kiện) được đặt trong khung đế Khung đế và trụ quay được kết nối thông qua bộ bánh răng của trục 1 Ống mềm dùng cho hệ thống điện và hệ thống cung cấp năng lượng được đặt trong khung đế.

của cánh tay robot là phần nối giữa bắp tay và khuỷu tay của robot Nó cho phép cánh tay robot quay theo chiều ngang hoặc dọc, tùy thuộc vào loại khớp nối được sử dụng Shoulder của cánh tay robot có thể được so sánh với khớp vai của con người, nơi mà cánh tay có thể xoay ở nhiều hướng khác nhau.

Cánh tay dưới của robot là một phần của cánh tay robot kéo dài từ khuỷu tay đến cổ tay Nó còn được gọi là cẳng tay hoặc liên kết xa của cánh tay robot Cánh tay dưới của robot có thể có bậc tự do khác nhau, tùy thuộc vào loại và thiết kế của

của robot là một phần của cánh tay robot kéo dài từ vai đến khuỷu tay Nó còn được gọi là liên kết gần hoặc liên kết trên của cánh tay robot Cánh tay trên của robot có thể có bậc tự do khác nhau, tùy thuộc vào loại và thiết kế của cánh

Wrist (Khớp nối): Khớp nối được gắn chặt vào cánh tay thông qua một bộ bánh răng và động cơ và được điều khiển bởi những bộ phận này Các bộ phận chính của khớp nối là khung xoay, động cơ trục 6 và bộ bánh răng tương ứng Bộ phận mô tơ bao gồm một động cơ servo AC không chổi than với phanh đĩa đơn nam châm vĩnh cửu và bộ phân giải trục rỗng, cả hai đều được tích hợp Phanh đĩa đơn nam châm vĩnh cửu thực hiện chức năng giữ khí động cơ servo ở trạng thái nghỉ và góp phần hãm trục 6 trong trường hợp phanh ngắn mạch.

2.3 Không gian làm việc của robot:

TrụcLoại chuyển độngPhạm vi, giới hạnTốc độ

Nhiệt độ môi trường xung quanh thích hợp

3 Xác định phép quay, thông số quay.

3.1 Thông số quay, ma trận xoay.

Dựa vào bảng DH và công thức (*):

ma trận chuyển vị của robot như

-Góc 𝜃3 được xác định như sau: Lấy (2) chia (1) ta được:

tan(𝜃2+ 𝜃3)= −Z + 445 −900s(𝜃2)X c(𝜃1)+ Y s(𝜃 ) − 900𝑐(𝜃1 2) – 150

𝜃3=atan2( −Z + 445 −900s(𝜃2)X c(𝜃1)+ Y s(𝜃1) − 900𝑐(𝜃2) – 150 )- 𝜃2