đề tài tính toán thiết kết robot gắp vật

Trong khuôn khổ môn học Đồ án Hệ thống Cơ điện tử với đề tài tài thiết kếRobot Gắp vật theo đường thăng trên mặt phẳng với kích thước cho trước, em tintưởng rằng với những kết quả có đượ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢIKhoa Cơ khí

Bộ môn: Kỹ thuật cơ điện tử

Học kỳ: 1Giai đoạn: 1+2Năm học: 2022-2023

ĐỀ BÀI TIỂU LUẬN: ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬNgày … /… /……

Trưởng bộ môn(Ký, ghi rõ họ tên)

TS Nguyễn Huy Thế

Người ra đề(Ký, ghi rõ họ tên)

Mã đề:

Sinh viên nhận đề:Cù Thanh Tùng

Lớp: 61CĐT1MSSV: 1951201811

Chữ ký sinh viên:

Tên đề tài TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT GẮP VẬT KIỂU TRR: Yêu cầu

Dạng robot: TRR

Quỹ đạo làm việc: di chuyển trên đường thẳng ứng với hai điểm A và BKhối lượng: 2kg

+) Tọa độ điểm A (400,300,100)+) Toa độ điểm B (250,550,300)

1

Nội dung thực hiện:

1 Phân tích lựa chọn cấu trúc1.1 Số bậc tự do cần thiết

1.2 Phân tích một số cấu trúc thỏa mãn và lựa chọn phương án thiết kế2 Bài toán động học

2.1 Thiết lập phương trình quỹ đạo theo yêu cầu

2.2 Tính toán vận tốc, vẽ quỹ đạo chuyển động điểm thao tác2.3 Xác định quy luật chuyển động của các khâu

3 Thiết kế 3D

3.1 Tạo bản vẽ lắp tổng thể của robot3.2 Tạo bản vẽ chi tiết một số khâu của robot3.3 Mô phỏng lắp ráp và chuyển động của robot4 Bài toán động lực học

4.1 Xác định các tham số động lực học

4.2 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot4.3 Giải bài toán động lực học thuận và ngược

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan rằng Đồ án hệ thống cơ điện tử với đề tài“ Thiết kế Robotgắp vật kiểu TRR” là nghiên cứu độc lập của em với sự hỗ trợ từ giảng viên hướngdẫn ThS Nguyễn Tiến Thịnh

Em xin cam đoan toàn bộ số liệu là kết quả nghiên cứu, tính toán hoàn toàntrung thực, không sao chép từ bất kì một công trình nghiên cứu khác nào Nhữngtài liệu trích dẫn đều đã được ghi rõ nguồn gốc.

Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có bất kỳ sự sao chép, gian dối kếtquả nào trong bản báo cáo đồ án này.

Sinh viên thực hiện Cù Thanh Tùng

3

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Tiến Thịnh cảm ơn thầy vì nhữngđóng góp qua những bài giảng và những hướng dẫn trong quá trình trao đổi ở cácbuổi gặp mặt Những góp ý, sửa chữa của thầy sẽ phần nào giúp em tự tin hơntrong cách thức tiếp cận với nền công nghiệp hiện nay bởi mặc dù đã có những sựchuẩn bị của em hoặc cũng có thể kiến thức em mang đến trong đồ án này còn mộtsố sai sót và chưa đúng Em rất mong có được sự bổ sung, sửa chữa đó Em chânthành cảm ơn và chúc thầy thật nhiều sức khoẻ!

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CẤU TRÚC 10

Phần I: Giới thiệu về tính ứng dụng của robot trong công nghiệp và cuộc sống 10

1.1 Giới thiệu 10

1.2 Robot gắp vật là gì, các loại robot gắp vật chủ yếu 12

1.3 Ứng dụng của robot trong công nghiệp 15

Phần II: Lựa chọn mô hình hoá cấu trúc robot 17

a Phân loại theo số bậc tự do 17

b Phân loại theo cấu trúc động học 18

c Tình nghiên cứu phát triển robot ở Việt Nam 19

d Lựa chọn phương án thiết kế 19

Phương án thiết kế 22

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 23

2.1 Bài toán động học thuận robot 23

2.2 Thiết lập phương trình quỹ đạo theo yêu cầu 28

2.3 Bài toán động học ngược robot 30

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ 3D ROBOT 38

4.2 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot 45

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐỘNG ROBOT 50

5.1 Bàn tay kẹp Robot 50

5.2 Động cơ cho khớp quay thứ 3 51

5.3 Động cơ cho khớp quay thứ 2 535

5.4 Động cơ cho khớp tịnh tiến 54

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 59

Hình 21: Tọa độ các khớp 23

Hình 22: Đồ thị quỹ đạo điểm E 27

Hình 23: Đồ thị vận tốc điểm E 27

Hình 24: Đồ thị gia tốc điểm E 28

Hình 25: Thiết lạp quỹ đạo robot 28

Hình 26: Đồ thị các toạ độ suy rộng 32

Hình 27: Đồ thị toạ độ suy rộng q theo thời gian 331Hình 28: Đồ thị toạ độ suy rộng q theo thời gian 332Hình 29: Đồ thị toạ độ suy rộng q theo thời gian 343Hình 30: Đồ thị vận tốc suy rộng theo thời gian 34

Hình 31: Đồ thị gia tốc suy rộng theo thời gian 35

Hình 44: Momen quán tính khối khâu tịnh tiến 43

Hình 45: Momen quán tính khối khâu 2 44

Hình 46: Momen quán tính khối khâu 3 45

Hình 47: Tay kẹp HFZ25 50

Hình 48: Động cơ step M1233031 53

Hình 49: Động cơ step M1233061 54

LỜI MỞ ĐẦU

Nền khoa học kỹ thuật ngày nay đang phát triển rất mạnh mẽ, dẫn tới nhữngthay đổi lớn lao trong sản xuất Đó là sự thay đổi lực lượng sản xuất trong mọinghành nghề bằng việc thay sức lao động của người bằng máy móc nhằm đảm bảotăng năng suất lao động, sản lượng cũng như chất lượng sản phẩm Do đó việc sửdụng các tay máy hay còn gọi là robot công nghiệp vào trong sản xuất đang rấtđược ưa chuộng bởi vì chúng đáp ứng được các yêu cầu trên Như chúng ta đã biếtrobot có rất nhiều ưu điểm đặc biệt là chất lượng và độ chính xác, ngoài ra cònphải kể đến hiệu quả kinh tế cao, có thể làm việc trong môi trường độc hại mà conngười không thểlàm được, các công việc yêu cầu cẩn thận không được nhầm lẫn,thao tác nhẹ nhàng tinh tế đòi hỏi trình độ của thợ bậc cao, và quan trọng là Robotkhông bị căng thẳng như con người nên có thể làm việc suốt cả ngày.

Có thể nói rằng robot mang tới cho cuộc sống con người một cuộc sốngmới, một cách trải nghiệm cuộc sống và đôi khi còn là người bạn Những hãngrobot(RB) từ các nước nổi tiếng trên thế giới từ Đức, Nhật bản, Nga, Mỹ ngày mộtkhẳng định sự hiện diện của RB là phần không thiếu trong cuộc sống hiện nay vàtương lai của phía trước Nó xuất hiện ở tất cả các lĩnh vực từ khoa học vĩ mô chotới vi mô và ngày một đa dạng

Trong khuôn khổ môn học Đồ án Hệ thống Cơ điện tử với đề tài tài thiết kếRobot Gắp vật theo đường thăng trên mặt phẳng với kích thước cho trước, em tintưởng rằng với những kết quả có được từ việc tìm hiểu và tính toán trong bài tiểuluận này sẽ là bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều hơn nữa những ýtưởng trong tương lai về tính toán và thiết kế các loại Robot công nghiệp.

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CẤU TRÚCPhần I: Giới thiệu về tính ứng dụng của robot trong công nghiệp và cuộc sống

1.1 Giới thiệu

Thuật ngữ“Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa làcông việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vàonăm 1921 Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra nhữngchiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người Có lẽ đó là một gợi ýban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước cáchoạt động cơ bắp của con người.

Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and FoundryCompany) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là“Người máy côngnghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hayrobot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng nhưtay 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 hailĩnh 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 triểnmạnh 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 mộthoặc vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong Các cơ cấuđiều khiển từ xa thay thế cho cánh tay của người thao tác, nó gồm có một bộ kẹp ởbên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ) Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, đượcnối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tuỳ ý củatay cầm và bộ kẹp Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của taycầm.

Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đápứng 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 vớikhả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.

Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năngnhận biết và xử lý Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạora mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và địnhhướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến Năm 1974 Công ty MỹCincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3 (TheTomorrow Tool: Công cụ của tương lai) Robot này có thể nâng được vật có khốilượng đến 40 KG.

Định nghĩa theo từ điển New World College

“Robot là một kết cấu cơ khí có hình dạng bất kì, được xây dựng để thực hiệnnhững công việc bằng tay của con người”.

Các định nghĩa sau này bao gồm các cánh tay cơ khí, các máy móc điều khiểnsố, các máy móc di chuyển theo kiểu bước đi và mô phỏng hình dáng con người.Các robot công nghiệp ngày này chỉ thực hiện một phần công việc của con người.

Các robot ban đầu thường được gọi là các tay máy (Manipulator).Định nghĩa theo hiệp hội robot công nghiệp Nhật Bản

Định nghĩa này mang tính khái quát nhất của tất cả các định nghĩa được sửdụng Nó bao gồm tất cá các thiết bị tay máy và có thể xem khi định nghĩa mộtrobot sau này.

“Robot là một máy, cơ cấu thường gồm một số bộ phận phân đoạn được nốivới phân đoạn khác bằng khớp quay hay khớp trượt nhằm mục đích để gắp hay dichuyển các đối tượng, thường có một số bậc tự do Nó có thể điều khiển bởi mộtnguồn kích hoạt, một hệ thống điện tử có thể lập trình được hay một hệ thống logicnào đó”.

Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp)

“Robot là một cơ cấu chuyển đội tự động có thể chương trình hóa, lặp lại cácchương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên sườn các trục tọa độ, có khảnăng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất (chi tiết, dụng cụ gá11

lắp.v.v.) theo những hành trình thay đổi đã chương trình hóa nhằm thực hiện cácnhiệm vụ công nghệ khác nhau.”

Định nghĩa theo hiệp hội robot công nghiệp Hoa Kì

“Robot là một tay máy có nhiều chức năng có thể lập trình, được thiết kế đểdi chuyển vật liệu, các phần tử, linh kiện, các dụng cụ và thiết bị đặc biệt thông quaviệc thay đổi các chương trình hoạt động đã được lập để thực hiện các nhiệm vụkhác nhau.”

Định nghĩa theo hiệp hội robot Anh

“Robot công nghiệp là một thiết bị có thể được lập trình lại, được thiết kế đểthực hiện hai nhiệm vụ cầm nắm và vận chuyển các phần tử, linh kiện, các dụng cụhoặc các công cụ chế tạo đặc biệt thông qua việc thay đổi các chương trình hoạtđộng đã được thiết lập để thực hiện các tác vụ gia công khác nhau.”

Định nghĩa GOST (Nga)

“Robot là một máy tự động liên kết giữa một tay máy và một cụm điều khiểnchương trình hóa, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sựđiều khiển có thể thay thế những chức năng tương tự con người.”

Như vậy, qua các định nghĩa trên, ta có thể hiểu đơn giản robot công nghiệplà một loại thiết bị được thiết kế và chế tạo để phục vụ một số hoạt động trong quátrình sản xuất, thông qua các chương trình được thiết lập sẵn, và có thể thay đổi tùyvào mục đích sử dụng.

1.2 Robot gắp vật là gì, các loại robot gắp vật chủ yếu.

Robot gắp vật chịu trách nhiệm tăng tốc quá trình nhặt các bộ phận hoặc vậtphẩm Và đặt các bộ phận đó ở các vị trí khác nhau đã được lập trình từ trước.Nhờ robot gắp vật, doanh nghiệp đã tăng tốc độ sản xuất một cách rõ rệt Đồngthời, chúng còn giúp người lao động xử lý các công việc lặp đi lặp lại để họ tậptrung vào những công việc phức tạp hơn.

Các loại robot gắp vật phổ biến

Có một số loại robot gắp vật phổ biến bao gồm:

- Cánh tay robot, khớp nối

Nhắc đến robot gắp vật phổ biến nhất hiện nay, thì chắc chắn ta không thể bỏqua cánh tay robot công nghiệp Cánh tay robot thường có 4,…., 6, trục tương ứngvới mỗi chức năng và nhiệm vụ làm việc khác nhau.

Hình 1: Robot gắp vật- Robot Delta

Robot Delta được thiết kế tính năng gắp vật theo nhóm Không chỉ thế, Deltacòn có thể đặt sản phẩm vào đúng mẫu lắp ráp theo như đã lập trình trước một cáchvô cùng chính xác Do đó, robot này giúp doanh nghiệp sản xuất cải thiện hiệu suấtcủa nó rất nhiều Cho tới thời điểm hiện tại, robot Delta được nâng cấp rất hiện đạikhi chúng tích hợp công nghệ thị giác tiên tiến Chúng có thể phân biệt các hìnhdạng, màu sắc và kích thước khác nhau Hầu hết robot Delta là cánh tay robot 4trục và 6 trục Cùng với một khung chắc chắn để nâng đỡ các động cơ nặng Ngoàira, còn có nhiều thanh liên kết nối với khung và khớp tay robot giúp chúng hoạtđộng linh hoạt và nhanh chóng.

13

Hình 2: Robot delta- Robot đa trục dùng vít me hoặc dây đai

Robot đa trục còn được gọi là robot Gantry Nó đi kèm với ba khớp lăng trụvà trục trùng với tọa độ Cartesian Chúng dễ lập trình, dễ sử dụng và có không gianlàm việc hình khối Do tốc độ cao, chúng là một trong những robot chọn và đặtcông nghiệp nổi tiếng nhất, ứng dụng trong dây truyền cánh tay robot mang tính tựđộng hóa cao.

Hình 3: Robot đa trục- Robot cộng tác

Robot hợp tác an toàn cho con người và do đó, có thể chia sẻ không gian làmviệc Cảm biến an toàn, an toàn tính năng, các cạnh tròn, tốc độ và giới hạn giúpchúng an toàn cho con người xung quanh Họ có thể làm các công việc đơn giảnnhư lựa chọn và đặt hoặc các công việc phức tạp như phân loại vật liệu với các tảitrọng khác nhau.

Hình 4: Robot cộng tác- Robot scara

Với tầm nhìn biến đổi cảm biến hiện đại giúp xác định và sắp xếp các đốitượng, đây là một trong những loại robot chọn và đặt tiến trình nhất Robot này đạttốc độ cao nhờ vào lớp vỏ không gian làm việc kiểu mái che độc đáo của họ

Hình 5: Robot scada1.3 Ứng dụng của robot trong công nghiệp

Robot gắp vật được sử dụng phổ biến và đóng vai trò vô cùng quan trọngtrong các hoạt động sản xuất lẫn ngoài sản xuất Có thể kể đến:

- Chọn thùng

Trên thực tế là sẽ có rất nhiều bộ phận cần ráp vào sản phẩm để tạo thành mộtsản phẩm hoàn chỉnh Do đó, sẽ cần rất nhiều thùng chứa bộ phận khác nhau Và15

để chọn và gắp đúng bộ phận chính xác Chính xác cả về hình dạng, màu sắc, kíchthước, người ta đã trang bị cho robot gắp vật này hệ thống thị giác tiên tiến.

Với hệ thống này cho dù thùng chứa có nhiều bộ phận được để lộn xộn, robotvẫn có thể phân biệt, chọn lựa và gắp tốt Các sản phẩm sau khi được lắp xong sẽđược gửi đến khu vực khác để lắp ráp và đóng gói.

- Lắp ráp

Hoạt động lắp ráp sản phẩm là một trong những khâu chính trong quy trìnhsản xuất Robot trong khâu này sẽ chịu trách nhiệm lấy bộ phận từ một vị trí và lắpráp chúng theo sơ đồ thiết lập từ trước Robot sẽ lấy một bộ phận đang di chuyểntrên băng truyền và lắp bộ phận đó vào một phần khác của vật phẩm Vật phẩm saukhi được ghép nối xong sẽ được đặt lại băng tải để di chuyển đến khu vực lắp ráptiếp theo.

- Đóng gói

Đóng gói là một khâu quan trọng trong một quy trình sản xuất cơ bản Tất cảthành phẩm sẽ được robot gắp vật đóng gói kỹ càng, chính xác và nhanh chóng vàocác thùng hàng trước khi được mang lên xe di chuyển đến nơi khác.

- Kiểm tra

Khâu cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là khâu kiểm tra Ở khâunày, robot sẽ chịu trách nhiệm phát hiện các sản phẩm có lỗi bất thường Nếu sảnphẩm nào xảy ra lỗi Robot sẽ đặt chúng vào thùng riêng đã được chỉ định sẵn.

17

Hình 7: Robot 3 bậc tự do

Trong hình 7 là mô hình robot 3 bậc tự do gồm 1 bậc tự do tịnh tiến và 2 bậctự do quay.

Công thức tính số bậc tự do của cơ cấu

Đối với robot là dạng chuỗi động hở như robot sacra đang xét thì số bậc tự docó thể tính theo công thức sau:

W= 6n – ∑

i p (2.1)Trong đó: n là số khâu động

b Phân loại theo cấu trúc động học

Một robot được gọi là robot tuần tự hay robot chuỗi hở nếu cấu trúc động họccủa chúng có dạng một chuỗi động học hở, gọi là robot song song nếu cấu trúcđộng học của chúng có dạng một chuỗi đóng và gọi là robot hỗn hợp nếu nó baogồm hai loại chuỗi hở và chuỗi đóng

Hình 8: Robot song song

Nhìn nhận một cách tổng quát thì robot song song có nhiều ưu điểm vì chúngcó độ cứng vững cao hơn, khả năng tải cao hơn, nhưng không gian làm việc nhỏhơn và cấu trúc phức tạp hơn Tuy nhiên trong các đơn vị công nghiệp lắp ráp, hànxì, đúc, thường sử dụng các robot chuỗi động hở vì khả năng vận hành linh hoạtvà thiết kế đơn giản.

Hình 9: Robot hàn chuỗi hở

Như trong hình mô tả về robot hàn chuỗi hở, nó có thể tùy ý thao tác các hoạtđộng trong một không gian làm việc rộng và điều chỉnh được hướng và vị trí củamũi hàn.

c Tình nghiên cứu phát triển robot ở Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bước tiến đáng kểtrong 25 năm vừa qua Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơbản và nghiên cứu ứng dụng về robot như Trung tâm Tự động hoá, Đại học BáchKhoa Hà Nội, Viện điện tử, Tin học, Tự động hoá thuộc Bộ Công nghệp, Đại học19

Bách khoa TP.HCM, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuậtQuân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN Bên cạnhđó còn phải kể đến Công ty Cổ phần robot TOSY, doanh nghiệp thiết kết và chếttạo robot Việt Nam có nhiều sản phẩm ấn tượng trên trường quốc tế.

Song song với chế tạo robot thì các công trình nghiên cứu khoa học về robotđược công bố của các nhà khoa học Việt Nam rất đa dạng và theo sát được cáchướng nghiên cứu của thế giới Các nghiên cứu về robot ở Việt Nam liên quannhiều đến các vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tincảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển và phát triển trí thông minh cho robot Cácnghiên cứu về động học và động lực học robot được các khoa cơ khí, chế tạo máyở các trường đại học và các viện nghiên cứu về cơ học, chế tạo máy, cơ khí quantâm cả trong dân sự và quân sự.

d Lựa chọn phương án thiết kế Một số thiết kế sơ bộ

Một số thiết kế khác

Hình 14: Robot 4DOF TTRR Hình 15: Robot 3DOF RTR

Hình 16: Robot 4DOF TTRR Hình 17: Robot 3DOF TTR

Hình 18: Robot 3DOF TTR Hình 19: Robot 3DOF RRTLựa chọn phương án thiét kế

21

Với kết cấu 4, 5, 6 bậc tự do, robot sẽ trở lên linh hoạt hơn, sự di chuyển củarobot sẽ chuyển động uyển chuyển hơn nhưng đồng thời việc tính toán và thiết kếsẽ phức tạp hơn do đó chi phí cũng rất lớn

Để tiết kiệm về mặt kinh tế nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu của bài toánđặt ra, ta lựa chon phương án robot 3 bậc tự do TRR, robot có 1 khâu tịnh tiến và 2khâu quay xác định vị trí một điểm trên mặt phẳng và khâu cuối chuyển động quayđể xác định tọa độ theo chiều cao Do đó việc lựa chọn phương án này hoàn toànthỏa mãn yêu cầu bài toán khi cần thao tác trên mặt phẳng.

Phương án thiết kế

Hình 20: Robot 3 khâu TRR

23

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT2.1 Bài toán động học thuận robot

Với không gian làm việc là 600x800x400(mm) l1=190mm=0,19m, l =280mm=0,28m, l23=220mm=0,20m.

Hình 21: Tọa độ các khớp

Bảng 1: Bảng tham số động học Craig của robot

Trong đó:q1, q , q2 là các biến khớp l1,l ,l2 3 là chiều dài khâu 1, 2, 3

Các ma trận Craig địa phương:

Các ma trận Craig toàn cục:

Có

Toạ độ điểm E trong hệ quy chiếu đối với khâu:

Toạ độ vị trí điểm thao tác E trong hệ quy chiếu cố định:

25

Cho trước các quy luật chuyển động của các khâu, vẽ đồ thị quỹ đạo, vận tốc,gia tốc điểm thao tác robot

Chọn quy luật chuyển động của các khâu:

Toạ độ điểm E theo biến t là:

Vận tốc của điểm thao tác cuối

Đạo hàm theo thời gian t toạ độ điểm E trong hệ quy chiếu cố định ta đượcvận tốc điểm thao tác E

Gia tốc của điểm thao tác cuối:

Đạo hàm theo thời gian t vận tốc điểm E trong hệ quy chiếu cố định tađược gia tốc điểm thao tác E

Từ các ma trận Craig ta có các ma trận cô sin chỉ hướng của các khâu so với hệquy chiếu cố định:

Vận tốc góc điểm thao tác cuối E:

27

Đồ thị gia tốc, vận tốc và quỹ đạo chuyển động:

Hình 22: Đồ thị quỹ đạo điểm E

Hình 23: Đồ thị vận tốc điểm E

Hình 24: Đồ thị gia tốc điểm E2.2 Thiết lập phương trình quỹ đạo theo yêu cầu

Hình 25: Thiết lạp quỹ đạo robotThiết lập phương trình quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu:

29B(xB, y , z )B B

A(xA, y , z )A Av

Quãng đường khâu thao tác di chuyển là:

Thay vào (2) ta được:

Phương trình chuyển động của điểm E: (3).

Quỹ đạo chuyển động của điểm E trên đoạn AB:2.3 Bài toán động học ngược robot

Tọa độ điểm thao tác E phụ thuộc vào các tọa độ suy rộng trong hệ quy chiếu cố định có dạng:

Phương trình xác định vị trí E trên đoạn AB:

Tính toán nghiệm đầu: Tại vị trí A(400,300,100) thay vào phương trình (3) ta có:

31

Thay t = 0 vào (4):

Nghiệm đầu:

Mối quan hệ điểm thao tác E trong không gian khớp và không gian thao tác:

Trong phương trình trên ta đã biết, ,đã biết từ phương trìnhquỹ đạo tìm,

Đạo hàm phương trình (5) theo thời gian:

Ta có biểu thức xác định vecto vận tốc suy rộng:

(5)Tiếp tục đạo hàm phương trình (5) theo thời gian ta được:

Ta có biểu thức xác định vecto gia tốc suy rộng:

Giải phương trình động học ta được quy luật chuyển động của các khâu nhưsau với đồ thị như sau:

33