đồ án môn học robot công nghiệp đề tài cánh tay robot

Robot công nghiệp lànhững thiết bị cơ khí được lập trình để tái tạo các chuyển động và thao tác của conngười, đặc biệt là trong các môi trường làm việc nguy hiểm hoặc yêu cầu độ chính xá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌCROBOT CÔNG NGHIỆP

GVHD: Ths Trương Ngọc Bảo

SVTH : Vi Quốc Linh – 2051050139 Nguyễn Xuân Nam – 2051050147 Đỗ Đức Trung – 2051050218 Phạm Thanh Lâm – 2051050138

TPHCM , ngày 15 tháng 4 năm 2023

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1.LÝ THUYẾT ROBOT CÔNG NGHIỆP 5

1.1 Sơ lược về sự phát triển của robot 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Lịch sử phát triển của Robot 5

1.2 Vai trò của robot công nghiệp 7

1.3 Ứng dụng của Robot công nghiệp trong các lĩnh vực 8

1.4 Các robot công nghiệp phổ biến 9

1.5 Cấu tạo chung của robot công nghiệp 9

1.6 Một số loại cánh tay robot phổ biến 10

1.6.1 Robot kiểu tọa độ Đề các 10

1.6.2 Robot kiểu tọa độ 10

1.6.3 Robot kiểu tọa độ cầu 11

1.6.4 Robot kiểu toạ độ góc (Hệ toạ độ phỏng sinh): 11

1.6.5 Robot kiểu SCARA: 12

1.7 Phân loại robot công nghiệp 12

1.8 Mô hình toán: (phương trình động học) 13

1.8.1 Lựa chọn cánh tay robot 13

CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 15

2.1 Giới thiệu về phần mềm 15

2.1.1 Khả năng thiết kế mô hình 3D hoàn hảo 15

2.1.2 Tính năng lắp ráp các chi tiết 15

2.1.3 Xuất bản vẽ trên phần mềm solidworks 15

2.1.4 Tính năng gia công trên Solidworks 15

2.1.5 Phân tích động lực học trên Solidworks 15

2.4 Phạm vi hoạt động 222.5 Nguyên lý hoạt động 22

KẾT LUẬN 23

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại Cách mạng Công nghiệp lần thứ 4, với sự tiến bộ liên tục của khoahọc và kỹ thuật, máy móc đang dần thay thế vai trò của con người trong nhiều lĩnhvực Sự phát triển đặc biệt của robot công nghiệp đã khiến cho người ta không khỏitrầm trồ trước sự linh hoạt và hiệu suất vượt trội của chúng Robot công nghiệp lànhững thiết bị cơ khí được lập trình để tái tạo các chuyển động và thao tác của conngười, đặc biệt là trong các môi trường làm việc nguy hiểm hoặc yêu cầu độ chính xácvà sức mạnh cao hơn Chúng bao gồm nhiều loại, từ robot đứng yên đến robot di độngcó khả năng cung ứng nguyên vật liệu Với ưu điểm đó, nhóm của chúng tôi đã lậptrình cho một robot công nghiệp có 5 bậc tự do, và thấy rõ sự tuyệt vời mà chúngmang lại Tuy nhiên, để phát triển tiềm năng của robot, chúng ta cần phải liên tục họctập và nâng cao kiến thức, kỹ năng để có thể hiểu rõ hơn về chúng và khai thác tối đasức mạnh của khoa học kỹ thuật tại Việt Nam

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT ROBOT CÔNG NGHIỆP

1.1 Sơ lược về sự phát triển của robot1.1.1 Khái niệm

Tiếp đến, bạn đọc hãy cùng Uniduc phân tích khái niệm Robot trên 2 khía cạnh:lý thuyết và cấu tạo kỹ thuật nha

Về mặt lý thuyết, Robot có thể được hiểu là: một loại máy được lập trình sẵn cácchương trình hoạt động trên các bo vi mạch điện tử hoặc được điều khiển bởi hệthống máy tính, để từ đó chúng có thể thực hiện những công việc nhất định mộtcách tự động, không có sự tham gia của con người Về mặt cấu tạo kỹ thuật,Robot là một hệ thống cơ khí điện tử, hoàn toàn được làm ra dưới chất xám, tưduy và bàn tay con người Do đó, chúng có đặc điểm là: ảo và nhân tạo Từ“Robot” được cấu tạo từ phần mềm lập trình hoạt động và hệ thống cơ khí Trênthế giới, có rất nhiều loại Robot với đa dạng công dụng và hình dáng Sự khácnhau này xuất phát từ mức độ tự động của hệ thống cơ khí – điện tử của chúng

1.1.2 Lịch sử phát triển của Robot

Những mốc thời gian quan trọng trong lịch sử phát triển Robot

Có phải bạn đọc đang rất tò mò về lịch sử Robot đúng không? Không để bạn chờlâu nữa, Uniduc sẽ tóm tắt toàn bộ lịch sử phát triển của hệ thống cơ khí – điện tử tựđộng hóa này ở trong bảng dưới đây để bạn đọc tiện theo dõi nha!

1 09/10/1922 – Đây là giai đoạn ra đời của thuật ngữ “Robot” Thuật ngữ

này được nghĩ ra bởi một nhà soạn kịch người Tiệp thời bấy giờ Ông ước mơ vềmột cỗ máy tự động hóa, có thể giúp cải thiện cuộc sống của con người.2 1948 – Tay máy đôi, hay còn gọi là ( master-slave manipulator) ra đời

bởi nhà sáng chế là Goertz.3 1954 – Máy đôi sử dụng động cơ servo ra đời có chức năng nhận biết lực

tác động lên khâu cuối bởi nhà sáng chế là Goertz

4 1956 – Nhà sáng chế Generall Mills chế tạo thành công cánh tay

robot hoạt động thám hiểm đại dương thành công.

5 1968 – Nhà sáng chế: R.S Mosher đến từ General Electric chế tạo cỗ

máy biết đi bằng 4 chân ra đờiChức năng: Hệ thống vận hành bởi động cơ đốt trong và mỗi chân vận hành bởi một hệ thống servo thủy lực

6 1969 – Robot tự hành nhờ nhận dạng hình ảnh ra đời ở Đại học Stanford.7 1970 – Robot Tự Hành Lunokohod thành công ra đời Lunokohod dùng

để thám hiểm bề mặt mặt Trăng

8 1973 – KUKA robot group sản xuất robot công nghiệp 6 bậc tự do.

9 1984 – Robot biết chơi đàn organ Wabot-2 ra đời.

10 1994 – Robot hỗ trợ phẫu thuật Cyberknife ra đời.

11 1999 – Robot thú cưng hình chó được Honda sản xuất.

12 2000 – Sản xuất thành công Robot hình người ASIMO.

13 2002 – iRobot sản xuất robot hút bụi đầu tiên.

14 2011 – Robot hình người Robonaut 2 được sản xuất và sử dụng trên tàu

con thoi phóng lên vũ trụ

15 2017 – Robot hình người Sophia là robot đầu tiên được cấp quyền công

dân

1.2 Vai trò của robot công nghiệp

Robot đã và đang là 1 phần không thể thiếu trong sản xuất Sau đây là những vaitrò, lợi ích của Robot trong công nghiệp

 Tăng năng suất làm việc:Điều đầu tiên quan trọng nhất đối với 1 công ty, doanh nghiệp sản xuất đó là sảnlượng Sản lượng ảnh hưởng đến thu nhập của toàn công ty Việc sử dụng cácloại cánh tay Robot trong công nghiệp giúp nâng cao năng suất kéo theo sảnlượng tăng rất nhiều Các thiết bị Robot có thể hoạt động liên tục mà không cầnnghỉ ngơi So với con người chúng chính xác và bền bỉ hơn Năng suất qua đóđược nâng cao rõ rệt

 Giảm chi phí nhân công: Các ứng dụng của Robot công nghiệp còn giúp nhàđầu tư giảm chi phí nhân công Nhà đầu tư sẽ bỏ ra 1 số vốn nhất định vàomua cánh tay Robot Khi đó sẽ không cần phải thuê ít nhất 3 nhân công laođộng Vì Robot có thể làm việc liên tục đến khi công việc hoàn thành Còn đốivới con người phải có thời gian nghỉ ngơi Chưa kể đến việc Robot làm việcđược lâu năm và gần như không phải thay thế

 Nâng cao chất lượng: Con người trong công việc cũng như đời sống gần nhưkhông thể không tránh khỏi sai sót Chỉ hạn chế bằng việc đánh giá sai sótnhiều hay ít Nhưng đối với Robot sai sót được giảm đến mức tối đa Vì chúngđã được lập trình thiết lập rất kỹ trước khi đưa vào sản xuất Để có 1 conRobot như ngày nay, các nhà chế tạo đã phải cho các ứng dụng của mình chạyqua phần mềm mô phỏng robot hàng trăm hàng nghìn lần Việc này giúpRobot hoạt động chính xác, tăng chất lượng khi sản xuất

 Nâng cao an toàn lao động: Robot công nghiệp cũng là 1 giải pháp nâng caoan toàn lao động Những công việc đòi hỏi sức khỏe, hay nguy hiểm Robotđều có thể hoàn thành thay con người Đối với những kỹ sư điều khiển Robot,họ cũng được bảo vệ bởi các tấm nhựa xung quanh (Tấm Cover) Và được bảovệ bởi chính những Robot Các Sensor tiệm cận, quang, hay hồng ngoại luônđược ON khi có bất thường sẽ ngắt toàn bộ thiết bị

1.3 Ứng dụng của Robot công nghiệp trong các lĩnh vực.

 Sản xuất: Robot công nghiệp đã trở thành một phần không thể thiếu của

ngành sản xuất hiện đại, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như ô tô,điện tử, thực phẩm, y tế, vv Robot có thể thực hiện các tác vụ lặp đi lặp lạinhư hàn, khoan, cắt, lắp ráp, kiểm tra chất lượng và đóng gói sản phẩm mộtcách nhanh chóng và chính xác hơn con người

 Dịch vụ: Robot công nghiệp có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ như

lau dọn, phục vụ khách hàng và bảo trì thiết bị Ví dụ, robot hút bụi có thể tựđộng di chuyển và làm sạch các khu vực trong các tòa nhà lớn, trong khi robotphục vụ khách hàng có thể giúp đáp ứng nhu cầu của khách hàng tại các quầydịch vụ tự động

 Y tế: Robot công nghiệp có thể được sử dụng để hỗ trợ trong các hoạt động y

tế như phẫu thuật, phân tích dữ liệu và cung cấp dịch vụ chăm sóc cho bệnhnhân Ví dụ, robot phẫu thuật có thể giúp giảm thiểu rủi ro và tăng tính chínhxác trong các ca phẫu thuật khó khăn

 Nông nghiệp: Robot công nghiệp có thể được sử dụng để giảm thiểu sự phụ

thuộc vào lao động và tăng năng suất trong ngành nông nghiệp Ví dụ, robotcó thể được sử dụng để tưới nước, thu hoạch, sơn cấy, và thực hiện các hoạtđộng khác liên quan đến canh tác và chăm sóc cây trồng

 Hàng không vũ trụ: Robot công nghiệp có thể được sử dụng để thực hiện các

hoạt động trong không gian như làm vệ sinh và bảo trì các thiết bị trên các vệtinh và trạm không gian

1.4 Các robot công nghiệp phổ biến.

 Robot hàn: sử dụng trong sản xuất các sản phẩm hàn như ô tô, tàu, máy bay

và các sản phẩm kim loại khác

 Robot gắp: được sử dụng trong các nhà máy sản xuất hàng hóa để gắp và vận

chuyển sản phẩm từ một vị trí đến vị trí khác

 Robot sơn: sử dụng trong sản xuất các sản phẩm như xe hơi, máy tính, thiết bị

điện tử và các sản phẩm khác để phun sơn

 Robot gia công: sử dụng trong quá trình gia công các bộ phận kim loại, nhựa

và gỗ

 Robot đóng gói: được sử dụng trong các nhà máy sản xuất để đóng gói sản

phẩm

 Robot kiểm tra: sử dụng trong quá trình kiểm tra sản phẩm và kiểm tra chất

lượng trong quá trình sản xuất

 Robot phục vụ: được sử dụng trong các nhà hàng, khách sạn và quán cà phê

để phục vụ khách hàng

 Robot y tế: sử dụng trong các bệnh viện và phòng thí nghiệm để hỗ trợ cho các

quá trình y tế và nghiên cứu khoa học

1.5 Cấu tạo chung của robot công nghiệp

Các thành phần cơ bản của cánh tay robot bao gồm:

 Tay máy: Là các cơ cấu cơ khí bao gồm khung xương của toàn bộ cánh

 Tay robot và các động cơ thực thi nhiệm vụ Thành phần này chịu trách nhiệm

làm việc chính

 Nguồn cung cấp: Nguồn cùng cấp có thể là điện, thủy lực, khí nén cung cập

cho cơ cấu làm việc

 Bộ điều khiển: Bộ điều khiển có nhiệm vụ điều khiển mọi quá trình hoạt động

của cánh tay máy

Các thành phần chính của một robot công nghiêp

1.6 Một số loại cánh tay robot phổ biến1.6.1 Robot kiểu tọa độ Đề các

Robot kiểu toạ độ Đề các : là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theophương của các trục hệ toạ độ gốc (cấu hình T.T.T) Trường công tác có dạng khối chữnhật Do kết cấu đơn giản, loại tay máy nầy có độ cứng vững cao, độ chính xác cơ khídễ đảm bảo vì vậy nó thuờng dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặtphẳng

1.6.2 Robot kiểu tọa độ

Robot kiểu toạ độ trụ : Vùng làm việc của robot có dạng hình trụ rỗng Thườngkhớp thứ nhất chuyển động quay Ví dụ robot 3 bậc tự do, cấu hình R.T.T như hình 2.Có nhiều robot kiểu toạ độ trụ như : robot Versatran của hãng AMF (Hoa Kỳ)

1.6.3 Robot kiểu tọa độ cầu

Robot kiểu toạ độ cầu : Vùng làm việc của robot có dạng hình cầu thường độcứng vững của loại robot nầy thấp hơn so với hai loại trên Ví dụ robot 3 bậc tự do, cấuhình R.RR hoặc R.R.T làm việc theo kiểu toạ độ cầu (hình 3)

1.6.4 Robot kiểu toạ độ góc (Hệ toạ độ phỏng sinh):

Đây là kiểu robot được dùng nhiều hơn cả Ba chuyển động đầu tiên là cácchuyển động quay, trục quay thứ nhất vuông góc với hai trục kia Các chuyển độngđịnh hướng khác cũng là các chuyển động quay Vùng làm việc của tay máy nầy gầngiống một phần khối 8 cầu Tất cả các khâu đều nằm trong mặt phẳng thẳng đứng nêncác tính toán cơ bản là bài toán phẳng Ưu điểm nổi bật của các loại robot hoạt độngtheo hệ toạ độ góc là gọn nhẹ, tức là có vùng làm việc tương đối lớn so với kích cở củabản thân robot, độ linh hoạt cao Các robot hoạt động theo hệ toạ độ góc như : RobotPUMA của hãng Unimation - Nokia (Hoa Kỳ - Phần Lan), IRb-6, IRb-60 (Thụy Điển),Toshiba, Mitsubishi, Mazak (Nhật Bản) V.V Ví dụ một robot hoạt động theo hệ toạđộ góc (Hệ toạ độ phỏng sinh), có cấu hình RRR.RRR:

1.6.5 Robot kiểu SCARA:

Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học Yamanashi (Nhật Bản) làmột kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quá trình sản xuất Tên gọiSCARA là viết tắt của "Selective Compliant Articulated Robot Arm" : Tay máy mềmdẽo tuỳ ý Loại robot nầy thường dùng trong công việc lắp ráp nên SCARA đôi khiđược giải thích là từ viết tắt của "Selective Compliance Assembly Robot Arm" Bakhóp đầu tiên của kiểu Robot này có cấu hình R.R.T, các trục khớp đều theo phươngthẳng đứng Sơ đồ của robot SCARA như hình 5

1.7 Phân loại robot công nghiệp

Robot công nghiệp rất phong phú đa dạng, có thể được phân loại theo các cáchsau:

 Phân loại theo kết cấu: Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robotkiểu toạ độ Đề các, kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểuSCARA như đã trình bày ở trên

 Phân loại theo hệ thống truyền động:  Hệ truyền động điện: Thường dùng các động cơ điện 1 chiều (DC: Direct

Current) hoặc các động cơ bước (step motor) Loại truyền động nầy dễ điềukhiển, kết cấu gọn

 Hệ truyền động thuỷ lực: có thể đạt được công suất cao, đáp ứng nhữngđiều kiện làm việc nặng Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấucồng kềnh, tồn tại độ phi tuyến lớn khó xử lý khi điều khiển

 Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngượcnhưng lại phải gắn liền với trung tâm taọ ra khí nén

 Phân loại theo ứng dụng: Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất có

Robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot chuyển phôi

 Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển: Có

robot điều khiển hở (mạch điều khiển không có các quan hệ phản hồi), Robotđiều khiển kín (hay điều khiển servo): Sử dụng cảm biến, mạch phản hồi đểtăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển

Ngoài ra còn có thể có các cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm và mục đíchnghiên cứu

1.8 Mô hình toán: (phương trình động học)1.8.1 Lựa chọn cánh tay robot

Dựa vào yêu cầu, mong muốn học hỏi, nâng cao kỹ năng và nắm vững kiến thứcvề môn học nhóm đã tiến hành lựa chọn đề tài lắp ráp mô hình cánh tay robot với 4bậc tự do

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

2.1 Giới thiệu về phần mềm2.1.1 Khả năng thiết kế mô hình 3D hoàn hảo

Đây là một trong những tính năng khá nỗi bật của phần mềm solidworks Thôngquan việc thiết kê các các biên dạng 2D bạn sẽ dựng được các khối 3D theo yêu cầu

2.1.2 Tính năng lắp ráp các chi tiết

Các chi tiết 3D sau khi thiết kế xong có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộphận máy hoặc một máy hoàn chỉnh Xây dựng các đường dẫn thể hiện quy trình lắpghép

2.1.3 Xuất bản vẽ trên phần mềm solidworks

Phần mềm Solidworks cho phép ta tạo các hình chiếu vuông góc các chi tiết hoặccác bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kíchthước

2.1.4 Tính năng gia công trên Solidworks

Để dùng được chức năng này, chúng ta phải sử dụng một modul nữa củasolidworks là Solidcam Đây là modul Cam của Solid, nó được tách ra để bán riêng.Có điều kiện thì tải về dùng, nó chạy ngay trên giao diện của solidworks, việc sử dụngcủa SolidCam quả thật vô cùng thân thiện, và dễ sử dụng

2.1.5 Phân tích động lực học trên Solidworks

SolidWorks Simulation cung cấp các công cụ mô phỏng để kiểm tra và cải thiệnchất lượng bản thiết kế của bạn Các thuộc tính vật liệu, mối ghép, quan hệ hình họcđược định 15 nghĩa trong suốt quá trình thiết kế được cập nhật đầy đủ trong mô phỏng.Các sản phẩm được kiểm tra về độ bền, về hệ số an toàn và được phân tích động họcđầy đủ