bài tiểu luận đề tài tính toán thiết kế robot hàn hồ quang

Trong khuôn khổ môn học Tính toán thiết kế Robot với đề tài tài thiết kế Robot hàn đường cong trên mặt phẳng với kích thước cho trước, nhóm tin tưởng rằng với những kết quả có được từ v

TỔNG QUAN VỀ ROBOT

L ịch sử hình thành và phát tri n Robot 6 ể 1.2 M ột số định nghĩa và phân loạ i Robot công nghi p 8ệ 1.2.1 Định nghĩa Robot Công nghiệp

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc t p dạ ịch trong v kở ịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm

1921 Trong v k ch n y, Rossum và con trai cở ị ầ ủa ông ta đã chế ạ t o ra nh ng chi c máy ữ ế gần giống với con người để phục vụ con người Có lẽ đó là mộ ợi ý ban đầt g u cho các nhà sáng ch k thu t v nhế ỹ ậ ề ững cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người Đầu thập k 60, công ty M AMF (American Machine and Foundry Company) ỷ ỹ quảng cáo m t lo i máy tộ ạ ự 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 nh ng lo i thi t bữ ạ ế ị có dáng d p và m t vài chấ ộ ức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện mộ ốt s 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 th giế ới lần th hai nh m nghiên c u các v t li u phóng xứ ằ ứ ậ ệ ạ Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ b i một bở ức 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 g m có m t b kồ ộ ộ ẹp ở bên trong (t ) và hai tay cớ ầm ở bên ngoài (ch ) C hai, tay c m và b kủ ả ầ ộ ẹp, được n i v i nhau b ng mố ớ ằ ột cơ cấu sáu bậc tự do để ạ t o ra các vị trí và hướng tu ý c a Tay c m và b kỳ ủ ầ ộ ẹp Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm

Vào kho ng ả năm 1949, các máy công cụ điều khi n sể ố ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành ch t o máy bay Nhế ạ ững robot đầu tiên th c chự ất là s n i k t giự ố ế ữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khi n t xa v i khể ừ ớ ả năng lập trình của máy công cụ điều khiển s ố

Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người máy công nghi p M t trong nh ng robot công nghiệ ộ ữ ệp đầu tiên được ch t o là robot ế ạ Versatran c a công ty AMF, Mủ ỹ Cũng vào khoảng th i gian nờ ầy ở M xu t hi n loỹ ấ ệ ại robot Unimate ư1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô

Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu s n xu t robot công nghi p: Anh 1967, Thả ấ ệ ụy Điển và Nhật 1968 theo b n quy n của Mả ề ỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở Ý -

Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý Năm 1967 ở trường Đạ ọ ổi h c t ng h p Stanford (Mợ ỹ) đã chế ạ t o ra m u robot ẫ hoạt động theo mô hình “mắ tay”, có khả năng nhật- n biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí v t k p nh các c m biậ ẹ ờ ả ến 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 c cụ ủa tương lai) Robot nầy có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 KG

Có th nói, Robot là s t h p khể ự ổ ợ ả năng hoạt động linh ho t c a các ạ ủ cơ cấu điều khiển t xa vừ ới mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khi n theo ể chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát tri n cể ủa trí khôn nhân tạo, h ệ chuyên gia…

Trong những năm sau nầy, việc nâng cao tính năng hoạt động c a robot không ủ ngừng phát triển Các robot được trang bị thêm các lo i c m biạ ả ến 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 th hệ robot v i nhiế ớ ều 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 v sề ố lượng robot được s n xuả ất ở một vài nước công nghi p phát ệ triển như sau:

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 ch t o s dế ạ ử ụng l i là Nhạ ật Bản

1.2 Một số định nghĩa và phân loại Robot công nghiệp

1.2.1 Định nghĩa Robot Công nghiệp Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp):Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có th l p trình, l p lể ậ ặ ại 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 c , gá lắp theo những hành trình thay đổi đã chương ụ trình hoá nh m thằ ực hiện các nhiệm vụ công ngh khác nhau.ệ Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America):Robot là một tay máy vạn năng có th l p lể ặ ại các chương trình được thi t kế ế để di chuy n v t li u, chi ti t, d ng c ể ậ ệ ế ụ ụ hoặc các thi t bế ị 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 ậ l p trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất

Có th nói Robot công nghi p là m t máy tể ệ ộ ự động linh ho t thay th t ng phạ ế ừ ần hoặc toàn b các hoộ ạt động cơ bắp và hoạt động trí tu cệ ủa con người trong nhi u kh ề ả năng thích nghi khác nhau

Robot công nghi p có khệ ả năng chương trình hoá linh hoạt trên nhi u tr c chuyề ụ ển động, biểu th cho số bậc tự do của chúng Robot công nghiị ệp được trang bị những bàn tay máy hoặc các cơ cấu ch p hành, gi i quy t nh ng nhi m vấ ả ế ữ ệ ụ xác định trong các quá trình công ngh : ho c tr c ti p tham gia th c hiệ ặ ự ế ự ện các nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy ) ho c ph c v các quá trình công ặ ụ ụ nghệ (tháo l p chi ti t gia công, dao cắ ế ụ, đồ gá ) với nh ng thao tác c m n m, v n ữ ầ ắ ậ 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 ng linh hođộ ạt robot hoá” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản xuất thay đổi

1.2.2 Bậc tự do của Robot

Bậc tự do là s khố ả năng chuyển động c a mủ ột cơ cấu (chuyển động quay ho c tặ ịnh 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 c a nó có th tính theo công thủ ể ức:

6 i ip i n w Ở đây: n - Số khâu động; p - S kh p lo i i (i = 1, 2, ,5 : S bi ố ớ ạ ố ậc tự do b h n ch ị ạ ế). Đối với các cơ cấ có các khâu đượu c nối v i nhau bằng kh p quay hoặc t nh ớ ớ ị tiến (khớp động lo i 5) thì s b c t do b ng v i sạ ố ậ ự ằ ớ ố khâu động Đố ới cơ cấi v u h , s ở ố bậc tự do b ng tằ ổng s bố ậc tự do của các khớp động Để đị nh v và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tu ý trong không gian 3 ị ỳ chiều robot c n có 6 b c tầ ậ ự do, trong đó 3 bậ ự do để địc t nh v và 3 b c tị ậ ự do để định hướng M t số công viộ ệc đơn giản nâng hạ, sắp xếp có thể yêu cầu số bậc tự do ít hơn Các robot hàn, sơn thường yêu cầu 6 bậc tự do Trong một số trường h p c n s ợ ầ ự khéo léo, linh ho t ho c khi c n ph i tạ ặ ầ ả ối ưu hoá quỹ đạo người ta dùng robot v i s ớ ố bậc tự do lớn hơn 6.

1.2.3 Hệ toạ độ (Coordinate frames)

Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên k t v i nhau qua các ế ớ khớp (joints), t o thành mạ ột xích động học xu t phát t mấ ừ ột khâu cơ bản

(base) đứng yên Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản

Hệ tọa độ suy rộng được dẫn xuất từ hệ tọa độ chuẩn thông qua các phép tịnh tiến và xoay của các liên kết động Trong quá trình hoạt động của robot, các tọa độ suy rộng xác định cấu hình của robot thông qua các chuyển động dài hoặc chuyển động quay góc của các khớp trượt và khớp quay Các tọa độ suy rộng còn được gọi là biến khớp.

Hình 1.1 Hệ toạ độ suy r ng c a ộ ủ

Các h ệtoạ độ ắ g n trên các khâu của robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải: Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón : cái, tr và giỏ ữa theo 3 phương vuông góc nhau, n u ch n ngón cái là ế ọ phương và chiều của tr c z, thì ngón tr ụ ỏ chỉ phương, chiều của trục x và ngón giữa sẽ bi u th ể ị phương, chiều của tr c ụ y

Trong robot ta thường dùng chữ O và ch sỉ ố n để chỉ ệ h toạ độ ắ g n trên khâu thứ n Như vậy hệ toạ độ cơ bản

(Hệ toạ độ g n v i khâu cắ ớ ố định) s ẽ được ký hiệu là O ; h0 ệ toạ gắn trên độ các khâu trung gian tương ứng sẽ là O , 1

O2, , On-1, Hệ toạ độ g n trên khâu ắ chấp hành cu i ký hi u là On ố ệ

Hình 1.2 Quy tắc bàn tay phải

1.2.4 Trường công tác c a robot (Workspace or Range of motion) ủ

Phân tích và l a ch n c u trúc 13 ự ọ ấ 1 S b ố ậc tự do c n thiầ ết ?

Phương án 1: Robot 4DOF TTRR Phương án 2 : Robot 3DOF RRR

Phương án 3: Robot 3DOF RRT Phương án 4: Robot 4DOF TTRR

Phương án 5: Robot 4DOF RTRR Phương án 6: Robot

Phương án 7 : Robot 3DOF TTR Phương án 8 : Robot 3DOF RRT

2.1.3 Lựa chọn cấu trúc thiết kế

Với k t cế ấu 4, 5, 6 b c t do, Robot s ậ ự ẽtrở nên linh hoạt hơn tuy nhiên việc tính toán thiết kế và ch t o ế ạ cũng phức tạp hơn M t ph n nhu cộ ầ ầu bài toán đặt ra không c n góc ầ nghiêng của mỏ hàn tới đối tượng do đó các phương án trên sẽ làm phức tạp thêm nhiều tốn kém Để tiết kiệm về mặt kinh tế nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu của bài toán đặt ra, ta lựa chon phương án thiế ế Robot 3 bt k ậc tự do ( phương án số 8 ) có 2 khâu quay xác định v và bao quát ịtrí các điểm trên mặt phẳng, một khâu cuối chuyển động tịnh tiến để xác định tọa độ theo chiều cao mối hàn hay điều chỉnh sự vào ra linh hoạt của mỏ hàn tránh và chạm trong môi trường làm việc Do đó việc lựa án này hoàn chọn phương toàn thỏa mãn yêu c u bài toán khi c n thao tác trên mầ ầ ặt phẳng với hướng mối hàn có dạng đường cong trên mặt phẳng thẳng đứng

 Ưu điểm của phương án so với các phương án khác

Với phương án thiết kế này sẽ rất tối ưu với

- Diện tích cho khâu đế thực sự tiết kiệm

- Dễ dàng th c hi n vự ệ ới đối tượng n m trên m t phằ ặ ẳng đứng

- Xây d ng h ự ệthống điều khiển các khớp dễ dàng thuận tiện và gần như có thể độc lập

- Kết cấu đơn giản đảm bảo tính linh hoạt

Hình 2.4 Ưu điểm của phương án thiết kế so với các phương án khác

Mô hình 3D sơ bộ ủa Robot đượ c c thiết kế như sau

Hình 2.5 Mô hình3D sơ bộ ủa Robot đượ c c thiết kế như sau

Bài toán động học

3.2.2.1 Bài toán động học thuận

Với bài toán động h c thu n thì các bi n kh p ọ ậ ế ớ đã biết, yêu c u tìm v trí cầ ị ủa khâu thao tác

Các bướ c gi ả i bài toán :

 Thiết lập ma tr n tr ng thái khâu thao tác theo c u ậ ạ ấ trúc động học:

T h từ ệ ọa độ Denavit-Hartenberg và các tham số động h c ta thi t lọ ế ập được ma tr n ậ biến đổi tọa độ thuần nhất 0 An bi u di n tr ng thái khâu cuể ễ ạ ối E

 Thiết lập ma tr n tr ng thái khâu thao tác theo tậ ạ ọa độ khâu thao tác

Thiết lập ma tr n tr ng thái khâu thao tác d a trên:ậ ạ ự

 Tọa độ c a khâu thao tác: ủ

 Hướng của khâu thao tác: ta sử d ng các góc Cardan ụ o R n =

  ® ® ® ® ® Ma trận : 0 An(xE,yE,zE,a,b,h) 11 12 13

 Phương trình động học Robot

 Từ đó ta có vị trí điểm tác động cuối và hướng của khâu cuối

 Vị trí đi m tác để ộng cuối:

- Được xác định t viừ ệc so sánh hai ma trận

 Vận t c và v n tố ậ ốc góc điểm tác động cuối

- Từ đó ta có ậ ốc điểm tác độ v n t ng cuối E:

2.2.2.2 Bài toán động học ngược

Với bài toán động học ngược thì vị trí của khâu thao tác xem như đã biết, yêu c u tìm ầ giá tr c a các bi n kh p ị ủ ế ớ

Các bướ c gi ả i bài toán:

 Thiết lập ma tr n tr ng thái khâu thao tác theo c u ậ ạ ấ trúc động h c: ọ

(tương tự bài toán động học thuận)

 Thiết lập ma tr n tr ng thái khâu thao tác theo tậ ạ ọa độ khâu thao tác: ( tương tự bài toán động học thuận)

 Phương trình động học Robot

(tương tự bài toán động học thuận)

 Từ đó ta có phương trình xác định v về ị trí và phương trình xác định v ề hướng

 Phương trình xác đị về vị trí

 Phương trình xác định về hướng

- Giải các phương trình trên ta tìm được các biến kh p: ớ

2.2.3 Giải bài toán cụ thể

2.2.3.1 Bài toán động học thuận

 Bước 1: xây dựng quy luật chuyển động của các khâu của robot

 Bước 2: tính tọa độ, v n tậ ốc, vận tốc góc của điểm tác động cuối của khâu thao tác

 Bước 3: tính toán và v qu o chuyẽ ỹ đạ ển động của điểm cuối E ( đầu mũi hàn của Robot) a) Xây d ng quy lu t chuyự ậ ển động của các khâu

Quy lu t chuyậ ển động c a các khâu: ủ

 b) Tính toán tọa độ ậ, v n t c, v n tố ậ ốc góc của điểm tác động cuối

 Tọa độ ểm tác độ đi ng cuối E

Ta có ma tr n biậ ến đổ ọa độ thuầi t n nhất :

0A1 1A2 2A3 0A3 Từ phương trình động học Robot:

  ta có tọa độ điểm tác động cuối E và ma trận quay:

0R3  Vận tốc điểm tác động cuối

 Gia tốc điểm tác động cuối

 Vận tốc góc điểm tác động cuối E

  c) Tính toán, vẽ quỹ đạo của điểm E, v n t c V , vậ ố E ận tốc góc ω E , gia t c a ố E

 Vận t c dài và v n tố ậ ốc góc điểm E

2.2.3.2 Bài toán động học ngược

 Bước 1: cho quy luật chuyển động của điểm tác động cuối E ( mũi hàn của Robot )

 Bước 2: xác định quy luật chuyển động của các khâu

 Bước 3: vẽ đồ thì biểu di n quy lu t chuyễ ậ ển động c a các khâu ủ a) Cho quy lu t chuyậ ển động của điểm tác động cuối

Cho Robot thực hiện v ẽ đường tròn:

    b) Xác định quy luật chuyển động của các khâu

Thiết lập phương trình động học

 Phương trình động học robot

 Phương trình xác định vị trí, hướng o Phương trình xác định vị trí

0,32cos(q +q ) + 0.42cos(q ) - 0.35 - 0.15sin(2t) = 0 0.32sin(q +q ) + 0.42sin(q ) - 0.35 - 0.15cos(2t) = 0 q - 0.1 = 0

  c) Giải phương trình động học ta được quy luật chuyển động của các khâu như sau: d) Đồ th vận tốc và gia tị ốc của các khâu

Bài toán tĩnh học

Thông số Giá trị m1 (Kg) 10 m2 (Kg) 11 m3 (Kg) 1

- Phương pháp khảo sát oi 0

Ma trận kh o sát trong h tả ệ ọa độ khâu i

Trong đó các ma trận sóng i r được xác định từ các vector r i ci

Trong đó các ma trận sóng 0 r được xác định t ừcác vector i r r i , i ci :

2.3.2 Giải bài toán cụ thể

Coi các khâu là thanh đồng chất, tiết diện không đáng kể, khối lượng các khâu lần lượt là m1, m2, m3 Giả sử có lực tác động E=[Ex,Ey,Ez] vào khâu thao tác và moment tác dụng T.

Thông số Giá trị m1 (Kg) 10 m2 (Kg) 11 m3 (Kg) 1

 ứng dụng phần mềm Maple để tính toán ta thu được l c và momen tác d ng lên ự ụ các khâu như sau:

F32 M32  ứng dụng phần mềm Maple ta xác định được l c và momen l n nhự ớ ất tác d ng lên ụ các khâu là:

Tính toán động lực học

2.4.1 Tham số động lực học Robot

B ng tham s ng lả ố độ ực học Robot:

Joint Vị trí trọng tâm Khối lượng Ma trận momen quán tính xC yC zC Ixx Iyy Izz Ixy Iyz Izx

2.4.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động của Robot dạng thức

Ta có dạng phương trình Lagrange II: q * d T T dt q q Q

M(q): Ma tr n khậ ối lượng

Ri : Là ma tr n cosin chậ ỉ hướng c a khâu thủ ứ i so với hệ cơ sở

J , J Ti Ri : lần lượt là các ma trận Jacobian tịnh tiến và Jacobian quay được tính b ng ằ công thức:

Và phương trình Lagrange dẫn dắt đưa về dạng:

Trong đó việc tính toán ma trận C: Ma tr n ảnh hưởng lực quán tính ly tâm và ậ quán tính Coriollis

   là chỉ số Christoffel ba chỉ ố s loại m t ộ

Cách tính C còn cách nữa đó là sử ụ d ng tích Kronecker c a GS Nguyủ ễn Văn Khang tương đối dễ lập trình tính toán

Vector G(q) được suy ra từ thế năng:

2.4.3 Thiết lập phương trình Lagrange II dạng ma trận

Từ đây ta tiến hành tính toán các đại lượng đểthiết lập phương trình

- Các ma tr n Jacobian t nh ti n: ậ ị ế

- Các ma tr n Jacobian quay: ậ

- Các ma trận Tensor quán tính đố ớ ệ động ci v i h ủa khâu được cho như sau:

Vì ma tr n khậ ối lượng có tính chất đố ứi x ng nên ta s ẽchỉ ra m t n a trên c a ma tr n M ộ ử ủ ậ

- Ma trận ảnh hưởng của lực quán tính Coriolis- C

- Phương trình Động Lực Học robot:

2.5 Thiết kế hệ dẫn động Robot

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

Có r t nhi u lo i h p gi m tấ ề ạ ộ ả ốc được s d ng trong thi t k robot công nghiử ụ ế ế ệp,phụ thuộc vào yêu c u k thu t ,mầ ỹ ậ ục đích ng d ng c a robot ta có thứ ụ ủ ể chọn được m t h p ộ ộ giảm t c phù hố ợp.dưới đây là các hộp gi m t c thông d ng trong thi t kả ố ụ ế ế robot và đặc điểm ứng dụng cơ bản của chúng a) Hộp gi m tả ốc bánh răng trụ

Hình 2.6 Bộ truyền bánh răng trụ Hộp gi m tả ốc bánh răng trụ có hi u su t truy n không cao,có t sệ ấ ề ỉ ố kích thước trên t ỉ số truy n lề ớn ,độ chính xác không cao,tỉ s truy n th p, trong các robot có yêu c u kố ề ấ ầ ết cấu nhỏ , độ chính xác cao thường không s d ng Tuy nhiên vử ụ ới 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 t i tr ng r ng nên b truyả ọ ộ ộ ền bánh răng trụ ẫn đượ v c dùng ph bi n cho các tay ổ ế máy công nghi p ệ b) Hộp gi m tả ốc bánh răng hành tinh

Bộ truy n hành tinh bao gề ồm các bánh răng trung tâm,cần mang tr c,các bánh v tinh ụ ệ

Bộ truy n hành tinh có nhiề ều ưu điểm như kết cấu đơn giản,nhỏ gọn ,độ chính xác cao,hiệu su t cao,quán tính nh ,tùy vào k t c u mà có d i t s truy n t m t t i hàng ấ ỏ ế ấ ả ỷ ố ề ừ ộ ớ trăm lần c) Bộ truyền bánh răng song

Hình 2.8 B ộtruyền bánh răng song

Bộ truyền bánh răng song có nhiều ưu điểm như độ chính xác cơ khí lặp l i cao ạ momen xo n truy n lắ ề ớn,hệ ố s gi m t c cao t 50 : 1 cho t i 320 : 1, k t cả ố ừ ớ ế ấu đồng trục Loại bộ truy n này có kề ế ấu pht c ức tạp, khó ch t o nên giá thành cao tuy nhiên vế ạ ẫn được ứng dụng r ng rãi cho robot ộ

2.5.1.Tính toán hệ dẫn động

Trong bài t p l n này chúng em l a ch n lo i h p gi m tậ ớ ự ọ ạ ộ ả ốc bánh răng trụ răng thẳng cho tất cả các kh p ớ

Hệ truyền động sử dụng động cơ AC, kết nối với hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng qua khớp nối Hộp giảm tốc kết nối với trục của khớp thông qua khớp nối Tại tất cả hệ thống truyền động này, tỷ số truyền động được chọn là 4.

Hiệu suất của hệ ẫn độ d ng là: η= trong đó: hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng 1 cấp là: =0,95 hiệu suất ổ lăn : =0,99 hiệu suất khớp nối: =1

2.5.1.1 Tính chọn động cơ cho khớp 1 a Công suất làm việc

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

= = = = 0,25 kw b Công suất cần thiết trên trục động cơ

= = kw c Số vòng quay trên trục công tác

Chọn số vòng quay lớn nhất của khớp 1 là 30 d Số vòng quay trên trục động cơ

Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện:

2.5.1.2.Tính chọn động cơ cho khớp 2 a Công suất làm việc

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

= = = kw b Công suất cần thiết trên trục động cơ

= = kw c Vòng quay trên trục công tác

Chọn số vòng quay lớn nhất của khớp 2 là 30 d Số vòng quay trên trục động cơ

Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện:

2.5.1.3.Tính chọn động cơ cho khớp 3 a Công suất làm việc

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

= = = =0,013 kw b Công suất cần thiết trên trục động cơ

= = =0,014 kw b Số vòng quay trên trục công tác

Chọn số vòng quay lớn nhất của khớp 5 là 20 d Số vòng quay trên trục động cơ

Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện:

Theo catalog của hãng Samsung ta thống kê được một số loại động cơ thông dụng của hãng :

Từ bảng thông kê ta chọn được motor RSMK đáp ứng được đầy đủ yêu cầu cho 3 khớp

Ta có thông số kỹ thuật của một số động cơ thuộc dòng RSMK của Samsung là:

Theo bảng thống số kỹ thuật ta chọn motor cho các khớp lần lượt như sau: Khớp 1: RSMK-03B

2.5.3.Thiết kế bộ truyền bánh răng cho khớp 1

Chọn số vòng quay lớn nhất của khớp 2 là 30

Chọn động cơ phải thỏa mãn điều kiện:

Công su t trên các tr ấ ụ c

Công su t trên trấ ục công tác = 0,023 (kw)

Công su t trên trấ ục II = = = 0,0232 (kw)

Công su t trên trấ ục I = = = 0,025 (kw)

Tốc độ quay trên các tr c ụ

Tốc độ quay trên trục động cơ ndc = 120 (vg / ph )

Tốc độ quay trên tr c I n = n = 120 (vg / ph ) ụ 1 dc

Tốc độ quay trên tr c II n = = 30 (vg / ph ) ụ II

Mô men trên các tr c ụ

Trên trục động cơ = 9,55 = 23875 Nmm

Trên tr c II ụ = 9,55 = 7385 Nmm Trên tr c công tác ụ = 9,55 = 7322 Nmm

Bảng t ng kổ ết phần chọn động học Động cơ Trục I Trục II Công tác

Tỷ s truy n ố ề ukn = 1 ubr = 4 uct = 1

Vì hộp giảm tốc chịu công suất trung bình nên ta chỉ cần chọn vật liệu nhóm I (HB≤350) Để tăng khả năng chạy mòn ta nên chọn vật liệu bánh nhỏ có độ rắn lớn hơn bánh lớn từ 10 15HB: H1≥H2+(10…15)HB.-

Bánh lớn ( Bánh bị động )

Chế độ nhiệt luyện Tôi cải thiện Tôi cải thiện Độ rắn Độ rắn: HB 1180 Độ rắn: HB 2170

Giới hạn chảy  ch 1 580  ch 2450

2.5.3.2 Xác định ứng suất cho phép

Ta xét độ bền tiếp xúc của mặt răng làm việc và độ bền uốn chân răng thông qua ứng suất Ứng suất cho phép được xác đinh theo công thức:

   H - ng su t ti p xúc cho phép Ứ ấ ế

Z R - H s ệ ố xét đế ảnh hưởn ng của độ nhám b mề ặt răng

Z v - H s ệ ố xét đế ảnh hưởn ng của vận t c vòng,ố Z v 0,85v 0,1 (với HB ≤350)

K xH - H s ệ ố xét đế ảnh hưởn ng của kích thước bánh răng

Y R - H s ệ ố xét đế ảnh hưởn ng của độ nhám mặt lượn chân răng

Y s - H s ệ ố xét đế ảnh hưởn ng của độ nhạy vật liệu với tập trung ng su t ứ ấ

K xF - H s ệ ố xét đế ảnh hưởn ng của kích thước bánh răng

K FC - H s ệ ố xét đế ảnh hưởng đặn t tải a.Chọn sơ bộ 1

 b S H ,S F h s an toàn khi tính v ng su t ti p xúc và ng su t u n ệ ố ề ứ ấ ế ứ ấ ố

Bánh răng bị động: S H 21,1;S F 21,75 c. 0 H lim, 0 F lim ng su t ti p xúc và u n cho phép ng v i s chu ứ ấ ế ố ứ ớ ố kì cơ sở:

HB Bánh ch ng ủ độ

 d K HL ,K FL h sệ ố tuổi thọ xét đến ảnh hưởng c a th i gian ph c v và chủ ờ ụ ụ ế độ ải t trọng c a bộ truyền: ủ

Trong đó m m H , F - là b c cậ ủa đường cong mỏi khi th vử ề ng su t ti p xúc Do bánh ứ ấ ế răng có HB m H 6 và m F 6

N H 0,N F 0 - s chu kố ỳ thay đổi ứng su t khi th vấ ử ề ứng su t ti p xúc và ng suấ ế ứ ất uốn:

 đối v i t t c các lo i thép thì ớ ấ ả ạ N F 04.10 6

N N - s chu kố ỳ thay đổi ứng suất tương đương:

Do b truyộ ền chịu t i trả ọng tĩnh => N HE N FE 60 c n  t

Với : c s lố ần ăn khớp trong một vòng quay:c1 n v n t c vòng cậ ố ủa bánh răng:

 t tổng s ốgiờ làm vi c cệ ủa bánh răng:

Vậy ta có a Ứng suất tiếp xúc cho phép

Vì s dử ụng bánh răng thẳng nên   H min( H 1, H 2) 373 (MPa) b Ứng suất uốn cho phép

Cánh tay robot quay 2 chi u nên t i trề ả ọng đặt 2 chiều → K FC 0,7 0,8 HB