đề tài tính toán thiết kế mô hình robot fíng dụng gắp chi tiết đúc từ máy công nghệ đưa ra vị trí tháo khuôn

Nền khoa học kỹ thuật ngày căng phát triển mạnh mẽ dẫn tới thay đổi lớn trong sản xuất.Sựthay đổilựclượngsảnxuấttrongmọingành nghề,sựthaythếhoạtđộngchân tay của con người bằng máy móc, r

Chúng ta đang sống trong thời đại nền công nghiệp 4.0 - nền công nghiệp sảnxuấthàngloạtvớisựtrợgiúpcủa robot,máytựđộngdướisựđiềukhiểncủa máytính Nền khoahọc kỹ thuật ngày căng phát triển mạnh mẽ dẫn tới thay đổi lớn trong sản xuất.Sựthayđổilựclượngsảnxuấttrongmọingành nghề,sựthaythếhoạtđộngchân tay của con ngườibằng máy móc, robot

Robot có được vị trí như vậy là nhờ chúng có những ưu điểm đặc biệt về chất lượng,độchinhxácvà tínhkinhtế.Robotcóthểlàmviệckhôngbịảnhhưởngbởinhữngyếu tố chủquan, khách quan như có thể làm việc không biết mệt mỏi, làm việc trong môitrườngônhiễm,độchại,làmviệc nơicónhiệtđộ/ápsuấtcao,làmviệc nơinguy hiểm,

… không những vậy nhờ những thiết kế cơ khí chính xác và những thuật toán điềukhiển mà robot có khả năng làm những công việc yêu cầu độ cẩn thận, tinh tế,làmv i ệ c c h í n h x á c k h ô n g c ó s ự n h ầ m l ẫ n n h ư c o n n g ư ờ i

Tay máy Robotđ ã cómặt trongsảnxuấttừnhiềunăm trước,ngày nay taymáyRobot đãdùng ở nhiều lĩnh vực sản xuất, xuất phát từ những ưu điểm mà tay máy Robot đó vàđúc kết lại trong quá trình sản xuất làm việc, tay máy có những tính năng mà conngườikhôngthểcóđược,khảnănglàmviệcổnđịnh,cóthểlàmviệctrongmôitrường độc hại,v.v…Do đó việc đầu tư nghiên cfíu, chế tạo ra những tay máy Robot phục vụ cho côngcuộc tự động hóa sản xuất là rất cần thiết cho hiện tại và tương lai

Ngàynayviệcdùngrobotfíngdụngtrongngànhcôngnghiệpcơkhínặnglàmộttrong những nhucầu rất cần thiết , việc di chuyển một cách khéo léo và chính xác là điều khó khăn đốivới con người, chính vì thế mà việc nghiên cfíu chế tạo ra một thiết bị như cánh tayrobot để làm được việc đó có ý nghĩa rất lớn

Việc tìm hiểunghiên cfíuRobot trong khuônkhổ mônhọcTính toán thiết kế robotsẽ

làcơsở đểchúng emtính toán,thiếtkế cũng nhưđiềukhiển cácloại Robottrong công nghiệpphục vụ sản xuất Cụ thể, ở đây chúng em chọn đề tài tính toán, thiết kế mô hình Robotfíng dụng gắp chi tiết đúc từ máy công nghệ đưa ra vị trí tháo khuôn

I/PhântíchmụcđíchfíngdụngcủaRobot:

Trong ngành công nghiệp sản xuất cơ khí nặng, Công nghệ Đúc là công nghệchế tạo sản phẩm bằng phương pháp rót vật liệu ở dạng chảy lỏng vào khuôn để tạo rasản phẩm có hình dạng theo khuôn mẫu Đa phần công nghệ đúc thực hiện với các vậtliệukim loại.Việc gắp chitiết đúc từ máy côngnghệ đưa ra vịtrítháo khuônlà những côngviệc lặp đi lặp lại rất đơn giản và nhàm chán, nếu sfí dụng công nhân trực tiếp làmviệcnày thìnăng suấtđạt được khôngcao, đồngthời gây căng thẳngmệtmỏi, ảnh hưởng đếnchất lượng và tiến độcông việc Ngoài ra việc áp dụng khoa họccông nghệ sfí dụngrobot thay thế con người trong công việc này đang là xu thế, robot làm việc không biếtmệt mỏi, không bị ảnh hưởng bởi tâm lí và ít bị tác động bởi môi trường, năng suất cao,

độ chính xác tin cậy cao, tính ra giá trị lợi nhuận thu về thì sfí dụng robot rẻ hơnlaođộngconngườirất nhiều Dovậy, nhóm chúngem quyết định sẽ thiếtkếmộtmôhìnhrobotđểfíngdụngtrongviệcgắpchitiếtđúctừmáycôngnghệđưara vị trí tháokhuôn

IV/ Các phương án thiết kế cấu trúc Robot, cấu trúc các khâu khớp, phân tích, chọn phương án thực hiện:

Dựa vào yêu cầu kỹ thuật thao tác nhóm chúng em lên ý tưởng Robot dự định thiết kế

sẽ là robot 3bậc tự do RRT,RTT,TTT,TRT

Dự định thiết kế tay gắp chi tiết đúc sẽ là hệ thống kẹp và nhấc lên vuông góc với bề mặt chfía các chi tiết đúc và di chuyển theo chiều tịnh tiến.

4.1 CácphươngánthiếtkếcấutrúcRobot:

Khâu3:300mm

ĐỘNG

I/Khảosátđộnghọcthuận, khảosátđộnghọcngược:

1.1 ĐặthệtrụctọađộtheoDenavit–Hartenberg

Đối với các robot công nghiệp, Denavit – Hartenberg (1995) đã đưa ra cách chọn các

hệ trục tọa độ có gốc tại khớp thfí i như sau:

- Trụczi-1đượcchọndọctheotrụccủakhớpđộngthfíi

- Trục xi-1được chọn dọc theo đường vuông góc chung của 2 trục zi-2và zi-1, hướng

đi từ trục zi-2sang zi-1 Nếu trục zi-1cắt trục zi-2thì hướng của trục x

i-1đượcchọntùyý,miễnlàvuônggócvớizi-1.Khi2t r ụ c zi-1vàzi-2songsongvới nhau, trục

xi-1có thể chọn hướng theo pháp tuyến chung nào cũng được

- GốctọađộOi-1đượcchọntạigiaođiểmcủatrụcxi-1vàtrụczi-1

- Trụcyi-1đượcchọnsaochohệ(Oxyz)i-1làhệquychiếuthuận

Chú ý :

- Đối với hệ tọa độ (Oxyz)0theo quy ước trên ta mới chỉ chọn được trục z0, còntrục x0chưa có trong quy ước trên Ta có thể chọn trục x0được chọn một cáchtùy ý, miễn là x0vuông góc với z0

- Đối với hệ tọa độ (Oxyz)n, do không có khớp n+1, nên theo quy ước ta khôngxác định được trục zn Trục znkhông được xác định duy nhất, trong khi trục xnlạiđược chọn theo pháp tuyến của trục zn-1.Trong trường hợp này, nếu khớpl à

k h ớ p q u a y t a c ó t h ể c h ọ n t r ụ c znsong song với trục zn-1.Ngoài ra ta

có thể chọn tùy ý sao cho hợp lý

- Khikhớpthfíilàkhớptịnhtiến,vềnguyêntắctacóthểchọntrụcz

i-1mộtcáchtùyý.Ngườitathườngchọntrụczi-1dọctheotrụccủakhớptịnhtiếnnày

Từquytắctrêntaxâydựngđượccáchệtọađộnhưhìnhvẽ:

- ai :dịchchuyểndọctrụcđ ể điểmc h u y ể n đếnđiểm

- αi :gócquay quanh trụcs a o c h o t r ụ c ()trùngvớitrục

Hình2.2.CácthamsốD e n a v i t –Hartenberg

Nhưvậytừcáchệtọađộđãxâydựngởtrên,tacócácthamsốDHnhưsau:

Bảng2.1.CácthamsốDenavit–Hartenberg

sθi -cosαisinθi sinαisinθi a icosθi �

�sinθ cosαcosθ -sinαcosθ asinθ�

thaotác 3

TínhcácmatrậnDH

Đặtcosq1=C1,sinq1=S1,cosq2=C2,sinq2=S2,cos(q1+q2)=C12,cos(q2+q3)=C23,

vàthaycácgiátrịtrongbảngthôngsốDHvàocôngthfíc(2.1)vàt a đượccácmatrận biến đổi DH giữa các hệ trục tọa độ như sau:

�cos(q1(t)+q2(t)) sin(q1(t)+q2(t)) 0 a2cos(q1(t)+q2(t))+a1cos(q1(t))�

�sin(q(t)+q(t)) cos(q(t)+q(t)) 0 as i n ( q(t)+q( t))+as i n ( q(t))�

0A=0A.1A= � 1 2 1 2 2 1 2 1 1 �

2 1 2

0

(Oxyz)i+3bằng cách quay liên tiếp quanh các trục của hệ tọa độ động, cụ thể là:

- Quay(Oxyz)igócαq uan h trụcxi.Hệ(Oxyz)i(Oxyz)i+1

- Quay(Oxyz)i+1gócβquanhtrụcy

i+1.Hệ(Oxyz)i+1(Oxyz)i+2

- Quay(Oxyz)i+2gócηquanhtrụczi+2.Hệ(Oxyz)i+2(Oxyz))i+3

MatrậnquayCardanbiểudiểnhướngcủahêtọađộđộng(Oxyz)i+3sovớihệtọađộ cố định

(Oxyz)Ilà tích của ba ma trận quay thành phần cơ bản, được tính

theocôngthfícsau:

R =�sinαsinβcosη+cosαsinη -sinαsinβsinη+cosαcosη -sinαcosβ� (2.7)

ω%13� ω%�

i i i �21 22 23�

%32

1 1 1

�1 1

❹C1 2 S1

2

(q&1+q&2)S12 -(q&1+q&2)

-aC(q&+ q&)2

❹2 1 2 12 11 1 11 1 212 1 2

& ❹ (&&)2+a( &q&+&q&)C -aq&2S+aC&q&

Chocáchằngsố:d1=600mm,a1=500mm,a2=400mm,d2=10mm

❹y2 =a

2S 2 +a2S 2 +2aS a S

Thiếtkếquỹđạochuyểnđộnglàxâydựngquyluậtchuyểnđộngchocáckhâucủa robotđảmbảothỏamãnyêucầuvềvịtrí,hướng,hoặcthỏamãncả vịtrívàhướngcủa

i 0 0 i 0 0

i c c

i c

c

khâuthaotáctrongkhônggiantheothờigian.Mụctiêulàtạorabộthamsốđầuvào cho hệ thống điều khiển chuyển động để đảm bảo Robot thực hiện theo quỹ đạo đã được lập trình.Cóhaikỹthuậtthiếtkếquỹđạochínhlà:

a Đềbài

Đối với Robot,tachọnnội dung thiếtkế quỹ đạonhưsau: Chọnhai điểmA,B bất

kìtrongkhônggianlàmviệc,biếttọađộ(x E ,y E ,z E),hướngcủakhâuthaotácηvàthời

gianlàm việct c.Yêu cầuxây dựng hàm phụthuộc thờigian củacác biếnkhớp và đạohàmbậcnhấtcủachúng,saochothỏamãnđiềukiện:điểmtácđộngcuốiđitfiđiểmA đến điểm B

trong thời giant c, vận tốc tại điểmAvà điểm B đều bằng 0

Hình2.11.Đồthịvịtrí,vậntốcvàgiatốckhớp1theothờigian

Hình2.12 Đồthịvịtrí,vậntốcvàgiatốckhớp2theothờigian

Hình2.13 Đồthịvịtrí,vậntốcvàgiatốckhớp3theothờigian

2.3.Thiếtkếquỹđạotrongkhônggianthaotác Thiết kế

quỹ đạo trong không gian thao tác

Trong trường hợp chuyển động liên tục trên đường dịch chuyển, kỹ thuật thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác hay được sfí dụng

Với điểm A có tọa độA(x 0 ,y 0 ,z 0 ) và điểm B(x c ,y c ,z c), ta có phương trình đườngthẳng trong không gian thao tác :

CHƯƠNGIII:BÀITOÁNTĨNHHỌC

Coicáckhâulàthanhđồngchất,tiếtdiệnngangkhôngđangkể,khốilượngcác khâu lần lượt là m0, m1= 16(kg), m2= 8(kg), m3= 10(kg) Cho các lực và momen tác dụng vào khâu thao tác E là:

0 4,3 =❹0 0

:L ự ctácdụngtfikhâuisangkhâui+1

:Mômenlựctácdụngtfikhâuisangkhâui+1

:MatrậnsóngcủavectơcógốctạiO

imúttại

Oi-1

:Matrậnsóngcủavectơcógốc tạiOi

múttại

Ci

:Trọnglựctácdụnglênkhâui

i

R i

❹❹ q&

❹

ωx

❹ q&

suy rộng của các lực không thế (4.9)

Coicáckhâulàđồngchất,tiếtdiệnđều,khiđótrọngtâmcáckhâusẽnằmởgiữakhâuTficôngthfíc(4.3)taxácđịnhđượcvịtríkhốitâmkhâu1tronghệtọađộcốđịnh:

& ❹ && & ❹

m12 m13❹3

5310148

•MatrậnCoriolisC(q,q&)