Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàng

Trong sản xuất hàng loạt lớnthì những robot làm việc trong những hệ thống được tự động hoá hoàn toàn: chúngcó khả năng đo đạc, khoan, cắt chính xác các thiết bị được gia công và còn có k

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TR ONG ĐẠI HỌC BACH KHOA

TRAN VAN LINH

THIET KE CHE TAO ROBOT BOC XEP HANG

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tao MayMã số: 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỎ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRAN VĂN LINH MSHV: 12040469Ngày, tháng, năm sinh: 30/06/ 1989 Nơi sinh: Phú YênChuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Mã số : 605204

I TÊN DE TÀI: THIET KE CHE TAO ROBOT BÓC XÉP HÀNGIl NHIEM VU VA NOI DUNG: Dé thực hiện nhiệm vụ thiết kế chế tao Robot bốc xếphang, thì luận văn sẽ trình bày 5 nội dung như sau:

- Thiết lập và phân tích bài toán động học thuận và ngược cho cơ câu- Tinh toán thiết kế và chế tạo mô hình robot

- Thiết lập hệ thống điều khiển và đánh gia thực nghiệm độ chính xác của cơ câu.

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 20/06/2014v CAN BOH ONG DAN: TS PHAM CÔNG BANG

Tp HCM, ngay tháng 07 năm 2014

CAN BOH ONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

(Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký)

TS Phạm Công Băng

TR ONG KHOA CƠ KHÍ

(Họ tên va chữ ky)

PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc

Lời cảm ơn

Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạytrong chương trình Cao học Chế Tạo Máy của trường Đại hoc Bách Khoa Tp HồChí Minh Những người đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức hữu ích trongngành Công Nghệ Chế Tạo Máy, làm cơ sở cho tôi thực hiện tốt luận văn thiết kếchế tạo Robot bốc xếp hàng

Đề đạt được kết quả như trình bày trong luận văn nảy, tôi xin chân thành cảmơn TS Phạm Công Bang, thay đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi rất nhiễu trong

thời gian thực hiện luận văn.

Sau cùng tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Trung Tâm Nghiên Cứu TriểnKhai đã hỗ trợ kinh phí và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian

làm luận văn.

Vì thời gian có hạn và chưa có được nhiều kinh nghiệm nghiên cứu khoa họcnên luận văn có thể còn nhiều thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến góp ý của quýThây/Cô và các anh chị học viên

Tôi xin chân thành cảm on!

Robot công nghiệp ngày càng được sử dụng pho biến trong các công ty sảnxuất Sự xuất hiện của nó đã thay thế cho con người thực hiện các công việc nặngnhọc, nguy hiểm và độc hại như: phun sơn, hàn, bốc xếp hàng lên pallet, Trongđó, công việc bốc xếp hàng lên pallet là một công việc nặng nhọc và hầu hết cáccông ty sản xuất đều có công đoạn này Do đó, trong luận văn này sẽ nghiên cứuthiết kế chế tạo robot bốc xếp hàng Với cơ cầu robot có 4 bậc tự do và điều khiểnbăng vi xử lý, có khả năng thực hiện công việc gắp sản phẩm ở đầu ra của dâychuyên sản xuất và sắp xếp lên pallet theo nhiều kiểu khác nhau Dau gap sản phẩmcó thé thay thé được nhiều dạng co cấu gap khác nhau, dé ứng dụng trong các dây

chuyền sản xuât những dạng sản phâm khác nhau.

ABSTRACT

Industrial robots are increasingly widely used in the production company Theappearance of it was replaced humans perform heavy work, dangerous and toxic,such as paint spraying, welding, stacking products onto pallet, In particular,work of stacking products onto pallet is a heavy job and most companiesmanufacture always have this step Therefore, in this thesis will research designfabricate Robotic palletizer With the structure of the robot has 4 degrees offreedom and controlled by microprocessors, capable of performing the pick upproducts at the output of the production line and onto pallets arranged in manydifferent ways Head pick products can replace many different types of structuralpick up, for application in the production lines of various types of products.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và chưa đượccông bô trong bât cứ công trình nào khác Các sô liệu, kêt quả nêu trong luận văn làtrung thực.

CHUONG 1 GIỚI THIỆU DE TÀI NGHIÊN CỨU -. 5- +5c+>xsc+scvs: |

1.1 Giới thiệu chung c1 0 1 nh l

1.2 Mô hình sắp xếp thành phẩm tự động bang robot bốc xếp hang 31.3 Tính cấp thiết của dé tain ccc 5c ST 1112111 5151111115111 10101010 111101 0111 1 kg e 41.4 Những nghiên cứu về robot bốc xếp hàng ở ngoài nước -s «5c: 51.5 Những nghiên cứu về robot bốc xếp hàng ở trong nước - s5: 10

1.6 Mục tiêu và nhiệm vụ thực hiện luận văn .- - << <<< << <2 I11.7 Phạm vi thực hiện của luận văn c5 << S33 css 12

1.8 Bố cục luận vănn Gv 12111 TH TH ng TH TH nh Hưng ng 131.9 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn - ¿55 c2 <czkczkccrecsecez 13CHUONG 2: PHAN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CƠ CÂU -©cc c7 142.1 Phân tích và lựa chọn kết cẤu G- c2 E125 E 1 98 3 11 98 15123 1 vn gen 142.2 Xây dựng mối quan hệ giữa các khâu - 55252 2 E22 ££2£zErezszzrcee 222.2.1 Thiết kế co cau ràng buộc phương trục xoay dau gap hang - 222.2.2 Thiết lập mối quan hệ kích thước giữa các khâu của robot - 232.2.3 Xác định ràng buộc chuyển động giữa các khâu trong cơ cau robot 242.3 Kết luận G1 12 HT HT HH HT TH HT TH TH TH TH ngơ 25CHUONG 3: PHAN TICH ĐỘNG HOC 5c ccccsrtsrertersrerrrree 263.1 Thiết lập bài toán động học thuận cho robot cccSSS vs 263.2 Thiết lập bài toán động học ngược cho rObO( + sss + ssssss2 343.3 (Cai 0n 37CHUONG 4: THIẾT KE CƠ KPHÍ 56-522 2£tExvExerxerterrrrrterverrrrree 384.1 Xác định kích thước của các khâu trong robot bốc xếp hàng -. 384.2 Thiết kế mô hình chế tao robot c- -:- G2 E29 E98 E382 E323 SE sec: 404.3 Xác định áp lực tại các khớp truyền động của rOobof -«« «<< c3 46

4.4 Tính và chọn động CƠ -c-c S301 1 v9 911 1 vn ng nh vế 53

4.4.1 Xác định thời gian thực hiện các bước bốc xếp hàng - 5-5: 53

4.4.2 Xác định vận tốc của các khâu truyền động -. - 5-2 2 2 +2 +<+<csc+2 544.4.4 Xác định công suất động €Ơ - +: + 2 212321 EE 1112111 51111111 11511111 re 56

4.4.5 Chon dOng CO 04): ŸTAAỖŨẮẲẮIẲẮẲỔIAIẢẦẮẦẮẶẮẦẶ 56

4.5 KKẾT WAN eee cceccccccsescecscscssescscsesesscscscsesssscscscsesesssscscsesessscscsesssssscscscsesssecsesesssess 59CHUONG 5: THIẾT LAP HE THONG DIEU KHIỂN - 2 55555: 605.1 Thiép lập hệ thống điều khiến robot trên Matlab eceseeeeeeeee 605.1.1 Chuyển đối dữ liệu ¿- ¿E12 1212115151111 11 1111 8111010111101 ri 605.1.2 Mô phỏng điều khiến robot trên Matlab 5+ 2 55522 2 z££E+z£z£z£zezsd 635.2 Thiết bị điều khiỂn ¿5c 22% 2E 212121 121 1 E2 11511111 1111111011111 645.2.1Mạch điều khiến chính - 5 55% S2 S22 SE S2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrrrrrrveo 645.2.2 Công tắc hành trìnhh <5 E2 E28 E5 15125 5 5 51132111 5111111111111 11 11 xe 665.3 Sơ đồ mạch điện - -G c + c St S113 53158158 11 13 13 11 H1 H1 HH HH ng rệt 675.4 Luu đồ giải thuật điều khiến csccescecseessecssessssssestscsseseseeseeeans 675.5 Ket LUA 68CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM ¿ 2 +52 2222222 2s2e sec 726.1 Kiểm tra chuyển động theo phương ngang 5-2 + 2 252222 z£zzzzzzczcee 726.1.1 Quy trình thu thập số liệu theo phương ngang -. 5-5552 2 +5 +<+<£scs2 726.1.2 Thu thập số liệu kiểm tra trục ngang . ¿2 5+2 2 S2 2E +2£z£z£zezszzczcee 746.2 Kiểm tra chuyển động theo phương đứng - +2 2 + 5522 +2 z£+e+szzcz c2 75

6.2.1 Quy trình thu thập giữ liệu theo phương đứng << << << << <<<<<<+2 75

6.2.2 Thu thập số liệu kiểm tra trục 90501 — -Ã1lÃ11T 766.3 Két LAI 077 cscscscescscscsessscecsesessessscsescsesscscscsessvscscsesssssscsescsessecsesesssess 77CHƯƠNG 7: TONG KẾTT 5 SE SE 2E 5 1515525 5 511111 1 51111115050 111111 re 787.1 Kết (oUF ae F216 100, 272721577 - 787.2 Những van dé còn hạn chỀ - ¿+ 5S 2 E225 5 53321 1 5 51121 51 E111 re, 78TÀI LIEU THAM KHHẢO G6256 9195191 98 9813 91 11 H1 123 1x no 79

Hình 1.2: Robot sắp xếp hang - E522 SE 191191211121 01 2111111 re 2Hình 1.3: Một số dạng thành phẩm trong dây chuyên sản xuất 2Hình 1.4: Hệ thống bốc xếp hang thủ công trong nhà máy phân đạm Phú Mỹ 3Hình 1.5: Mô hình bốc xếp sản phẩm - ¿2 2+ 2E+E2E2E2E2E2E 2E £EEErkrrerrsred 4Hình 1.6: Công nhân bốc xếp hàng trong công ty cô phần dinh dưỡng Hồng Hà 4Hình 1.7: Robot bốc xếp hàng tự động ¿- ¿5c 2222 2* 121 2E rkrrrrrrred 5Hình 1.8: Mô hình robot bốc xếp hàng FUJI - ACE -¿ 5-2252 sc+csze+essssd 7

Hình 1.9: Không gian làm việc của model EC-201 - «<< << 2s seeees 7Hình 1.10: Mô hình robot và không gian làm việc của robot IRB 460 8

Hình 1.11: Mô hình robot bốc xếp hàng A 1600 ID 2-52 555s 525225 10Hình 1.12: Không gian làm việc của robot bốc xếp hàng A 1600111 10

Hình 1.13: Cánh tay robot TOSY TI, TI A620-30 ooo eeseseeeeeeeeeeeeererees II

Hình 1.14: Ảnh minh hoa dạng thành phẩm và kiểu sắp xếp 12Hình 2.1: Các dạng sắp xếp thành phẩm co bản trong sản xuất 14Hình 2.2: Thành phâm không bị nghiên hoặc bị chèn ép trong quá trình bốc xếp 15Hình 2.3: Thành phẩm bị nghiên và bị ép lên pallet khi sắp xếp 15

Hình 2.4: Robot 4 bac tự do đang ở VỊ tri ( ccc c1 SH vn ng reu 16

Hình 2.5: Ảnh hưởng của biến khớp @ và @3 đến phương của dau gap hàng 17Hình 2.6: Robot bốc xếp hàng 4 bậc tự do và một cơ cầu ràng buộc phương trụcxoay đầu gap thành phẩm :- ¿+55 SẺ SE E2 E311 321212111 E1 Exrrrrred 17Hình 2.7: Cơ cau robot bốc xếp hàng có 4 bậc tự do là khớp xoay 18Hình 2.8: Cơ cau robot bốc xếp hàng có 4 bậc tự do là khớp xoay kết hop với 1 cocau ràng buộc hình bình hành ABKLI ¿: 2 2 2 2 2 £+£+E+E+E+x+EEcezezecscee 19Hình 2.9: Co cau robot bốc xếp hàng 4 bậc tự do có 2 khớp xoay và 2 khớp tinh tién

"M (ii 20

Hình 2.10: Minh hoa cơ cau ràng buộc phương của khâu cuối robot 22Hình 2.11: Minh họa van dé can chứng minh (C’ = C) cho cơ cấu robot 23

Hình 2.12: Mô hình thể hiện mối quan hệ vi trí của các điểm trong cơ cầu robot 24

Hình 3.1: Mô hình robot hoàn chỉnh cc ccc ceccesccceeceeccesccesceceecesecescceseceeceseces 27

Hình 3.2: Minh họa mối quan hệ của hệ trục tọa độ {Q} trong hệ trục tọa độ {0}

(6 FT oss AO)0,0) 1 irễi.i:.:-.ẳẳ: 27

Hình 3.3: Mô hình robot được rút gon để xác định hướng đầu gắp ¬ 30

Hình 3.4: Hệ trục tọa độ đặt trên robot theo quy ước Denavit — Hartenberg 30Hình 3.5: Minh họa các giá tri thu được từ phương trình (3.8) 32

Hình 3.6: Minh hoa vị trí cơ cau robot theo một số trường hợp trong bảng 3.3 33Hình 3.7:Minh họa yêu cau điều khiến robot sắp xếp sản phẩm lên pallet theo 2D 34Hình 3.8: Minh hoa vị trí cơ cau robot tương ứng với các vị trí ( Xp, “yp, Zp, B) 35Hình 3.9: Minh họa vị trí cơ cấu robot theo trường hợp | trong bang 3.4 36Hình 4.1: Minh họa tầm với của rOboOt - s22 E13 S513 E1 5153 E1 ven 38Hình 4.2: Minh hoa d,, d, theo vi trí tầm với của robot o.cecescesscesceceeseeseesseeseeseesees 39

Hình 4.3: Mô hình robot 3D CAD Ặ G G QQQ ng 40

Hinh 4.4: Tam dé nh 4I

Hình 4.5: Khung rObOI(L Ăn 1 n9 nen 42Hình 4.6: Con trượt ngang - c «x0 00 re 42Hình 4.7: Con trượt dung - 5 << s01 00 re 43

Hình 4.8: Các khâu mở rộng và thu nhỏ tầm với làm việc của robot AAHình 4.9: Các khâu ràng buộc phương trục xoay dau gap hàng của robot 45

Hình 4.10: Khâu CDE 2G << 5 + 1.0 01 0v re 46

Hình 4.11: Đầu gap hang - 5c S 1111212121111 11 111kg 46Hình 4.12: Cơ cau robot ứng với vị trí có tầm với lớn nhất - 47Hình 4.13: Cơ cau ràng buộc phương trục quay dau gap hang 46Hình 4.14: Cơ cau mở rộng tầm với . ¿-¿ ¿+ +2 + SE 2E £E 2E rr re 48Hình 4.15: Các thành phan lực tác dụng lên từng khâu -. 46Hình 4.16: Các thành phan lực tác dụng lên khâu CDE- -. - 49Hình 4.17: Các thành phan lực tác dụng lên khâu EF - 5555555: 49Hình 4.18: Các thành phan lực tác dụng lên khâu BFG 5-5-5: 50Hình 4.19: Các thành phan lực tác dụng lên khâu GH -: 5555: 50

Hình 4.22: Các thành phan lực tác dụng lên khâu IL -+ 55555: 52Hình 4.23: Các thành phan lực tác dụng lên khâu AK -: 5-5-5: 52Hình 4.24: Các thành phan lực tác dụng lên khung -: 5-5555: 34Hình 4.25: Động cơ truyền động DC SerVO - 55+ S2 2 E23 2£ EcEcsrzrrce 56

Hình 4.26: DCS3T-26 DC Servo motor dTIV€T ẶẶẶẶS S135 552522 57

Hình 4.27: Động cơ bước KH560M2B005để truyền động tại khớp quay O 57Hình 4.28: Động cơ bước 39HS02 để truyền động tại khớp quay đầu gắp hàng D 58

Hình 4.29: Step Driver IDM5Š6 HH ng 58

Hình 4.30: Mô hình thực té của rObOt 6 6s S5E S3 SE 5125 1E ven 59Hình 5.1: Mô hình tobot bốc xếp hàng 3D - ¿2 5+ 2 2222222222 ve 61Hình 5.2: Sơ đồ kết nối giữa các khâu của robot trong Matlab - 61Hình 5.3: Khối liên kết Revolute và PrismatiC c-ccccccccerrerrrre 61Hình 5.4: Khối tin hiệu truyền động và lưu giá tri vi trí chuyển động 62Hình 5.5: khối thu thập dữ liệu 2-2252 52 S2 222 £EEvEeEeErkrkrererkrerees 62Hình 5.6: Sơ đồ kết nối tín hiệu điều khiến và thu thập số liệu với các khâu Robot62Hình 5.7: Biéu đồ thể hiện chuyển động của dau gap hàng theo thời gian 63Hình 5.8: Mô hình 3D robot ứng với các thời điểm mô phỏng (to, tị, ts, ts, ty) 64

Hình 5.9: Mach Arduino Mega 2560 o eee eeeeeeeececceceeccceceeeaecanaeaeessseseseeeececesees 66

Hình 5.10: Vị trí công tắc hành trình trên trục ngang và trục đứng 67Hình 5.11: Sơ d6 điện occ ccc cceccecccceccessecssceevesvscescescsecsceecsecsccsceacescsavsceeceesecaceas 69Hình 5.12: Quy trình gap sản phẩm sắp xếp lên pallet - 70Hình 5.13: Lưu đồ giải thuật điều khiến . ¿2 5-2 52S2 S2 2 222222 2£ 71Hình 6.1: Đồng hỗ 80 woccececcccescsescscsesescscscscsescsescscsscesescscsescscsescsessseecesessscsvscsesesesees 72Hình 6.2: Bệ phắng - G222 BS 1 919121212111 11111111111 101110 0101010111011 72Hình 6.3: Ga đồng hỗ so lên đầu gap hang của robot theo phương thăng đứng 73Hình 6.4: Đồng hồ so tiếp xúc vào mặt phăng ngang 5 55¿ 73Hình 6.5: Thước thang đặt vuông góc với bệ Phang -. - c5 55552 75Hình 6.6: Ga đồng hồ so lên đầu gap hàng của robot theo phương ngang 76

Danh mục bảng

Bang 1.1: Thông số kỹ thuật cua robot EC-61, EC—1I01, EC—-141, EC—201 6Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của robot IRB 460 - 25552525252 cs£zezesresesd 8Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật robot bốc xếp hàng A1600 I và A700 TT 9Bang 1.4: Thông số kỹ thuật của robot TI A614-15, TI A620-30 IIBảng 2.1: Bang so sánh 3 phương án thiết kế robot - 2 5 5s5s 5s: 21Bang 3.1: Bảng thông số DH .- 5 22222222221 1 211 5111511111011 xe 30Bang 3.2: Bảng số liệu thu được từ phương trình (3.8) với 11=100, Ix =80, lz =50 32Bảng 3.3: Bảng số liệu thu được từ phương trình (3.9) với 11 =100, Ix =80, Iz =50 36

Bang 4.1: Kích thước các khâu trong rObO( Ăn ee 40

Bảng 4.2: Khối lượng của các khâu trong rObo( - + c+s+s+z+s+s2scs2se 47Bang 5.1: Thông số kỹ thuật của mạch Arduino Mega 2560 - 66Bang 6.1: Số liệu dịch chuyển của dau gap hang theo phương đứng với

Z 7A0 0 a4 74

Bảng 6.2: Số liệu dịch chuyển của đầu gắp hàng theo phương đứng với

Zin = 38mIm_ -. -ccQ Q00 0000 HT TH HH TH SH TH TH nh Thy ng hy ch bí 74

Bảng 6.3:Số liệu dịch chuyển của đầu gắp hàng theo phương đứng với

Ngày, thang, năm sinh: 30/06/1989Noi sinh: Phu Y én.

Dia chỉ liên lạc: Dinh Thanh — Hòa Dinh Đông — Phú Hoa — Phú YênĐiện thoại: 0938030638

Email: vanlinhkh@ gmail.comQua trinh dao tao:

- Tu 2007 - 2011: Sinh viên ngành Co Khí ché tao may, Khoa Co Khi, Truong

Đại Hoc Công Nghiệp TP Hồ Chi Minh.- Tir 2012 - Nay: Học viên cao học ngành Công nghệ chế tạo máy Trường Dai

học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh

Quá trình công tác:

- Tu 2011 - 2012: Công tác tại công ty TNHH Điện Tu Foster Việt Nam.

- Ti 2013 - Nay: Công tác Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công

Nghệ Cao TP Hỗ Chí Minh

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàngCHUONG 1 GIỚI THIỆU DE TÀI NGHIÊN CUU

1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay trên thế giới robot công nghiệp được sử dụng rất nhiều trong các quátrình sản xuất phức tạp với mục đích góp phan nâng cao năng suất dây chuyền côngnghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng, và nâng cao khả năng cạnh tranh của sảnphẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động sản xuất Trong sản xuất hàng loạt lớnthì những robot làm việc trong những hệ thống được tự động hoá hoàn toàn: chúngcó khả năng đo đạc, khoan, cắt chính xác các thiết bị được gia công và còn có khảnăng tự hiệu chỉnh, bù trừ các sai số kích thước (do mòn dung cu, hình dang chi tiétbị thay đồi) trong quá trình hoạt động, ma hầu như không cần sự hồ trợ của con người,ngoại trừ chương trình điều khiển trong máy tính điện tử Chỉ với vài người giám sátcông việc thi các robot có thé hoạt động suốt ngày đêm, các robot có thé làm tat cảcác công việc như: lắp ráp, hàn, phun son, cấp phôi như minh họa trong hình 1.1, vận

chuyền sản phâm từ công đoạn sản xuât này tới công đoạn sản xuât khác kê cả việc

a) Robot sơn [1] b) Robot hàn [2|

Hình 1.1: Ứng dụng của robot trong sản xuấtTrong các loại robot ứng dụng trong sản xuất, thì có một loại robot được thiếtkế để chuyên phục vụ cho công việc bốc xếp hàng như hình 1.2 Robot bốc xếp hàngcó khả năng sắp xếp được nhiều dạng sản phẩm khác nhau như được minh họa trênhình 1.3 cho một số dạng sản phẩm (SP) cơ bản, tùy theo đầu gắp được trang bị cho

robot dé sắp xếp các dạng sản phẩm tương ứng Dạng robot này được sử dụng trongnhiều nhà máy sản xuất khác nhau, khi sản phẩm sản suất hang loạt được vận chuyềntrên các băng chuyên và sau đó được sắp xếp thành từng cụm từng cụm trên pallet đểđưa đến nơi lưu trữ Vai trò của robot bốc xếp hàng trong trường hợp nảy là thay thế

cho con người làm công việc nâng chuyên và sắp xêp thành phâm.

a) Robot bốc xếp hang dạng túi [3] b) Robot bốc xếp hàng dạng túi [4]

Hình 1.2: Robot bốc xếp hàng

LD) NIPPON PAINT

VATEX

a) Dang tui b) Dang hộp c) Dạng khay d) Dạng thùng

Hình 1.3: Một số dạng thành phẩm trong dây chuyên sản xuấtTrong nước, hiện nay có nhiều loại robot công nghiệp đã được nghiên cứu vàứng dụng như: robot hàn, robot Scara, robot cấp phôi cho máy tôi cao tan, Trongđó, nghiên cứu robot công nghiệp chuyên phục vụ cho nhu cầu sắp xếp thành phẩmtừ trên dây chuyển sản xuất, xếp lên các pallet đưa vào kho, thì vẫn chưa được chútrọng nhiều Phần lớn nhiều công ty sản xuất ở trong nước thực hiện công việc sắpxếp thành phẩm băng công nhân được minh họa trên hình 1.4 Trong giai đoạn đấtnước đang phan dau phát triển thành một nước công nghiệp, việc ứng dụng các thiết

bị máy moc tự động vào sản xuât là rat cân thiệt đê tăng năng suat, dam bao chat

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hànglượng và sản lượng sản xuất 6n định Robot bốc xếp hàng là một thiết bị tự động trong

sản xuât, chuyên thực hiện công việc sap xêp thành phâm.

Hình 1.4: Hệ thống bốc xếp hàng thủ công trong nhà máy phân đạm Phú Mỹ [5]1.2 Mô hình sắp xếp thành phẩm tự động bằng robot bốc xếp hàng

Robot bốc xếp hàng là một dạng máy móc vận hành tự động, thay thế cho conngười trong khâu nâng chuyền sắp xếp thành phẩm Dé thực hiện nhiệm vụ sắp xếpthành phẩm thì robot bốc xếp hàng phải kết hợp chặt chẽ với các thiết bị khác tronghệ thong sản xuất tự động Mô hình thé hiện các thành phan cơ bản và quy trình hoạtđộng của hệ thông bốc xếp thành phẩm tự động băng robot bốc xếp hàng được minhhọa như hình 1.5 Trong mô hình nay sản phẩm (1) được băng tải (2) vận chuyển đếnvị trí bốc xếp của robot (3) Robot (3) gắp sản phẩm sắp xếp lên pallet (5) Sau khipallet được sắp day sản phẩm thì nó được day đến vi trí (6) dé vận chuyền đến nơilưu trữ, khi đó pallet trống được chuẩn bị sẵn ở vị trí (4) được đưa vào vị trí (5) đểthực hiện tiếp tục quá trình sắp xếp sản phẩm Quy trình này được thực hiện liên tụctrong quá trình hoạt động của nhà máy Trong hệ thống sắp xếp thành phẩm tự độngnhư hình 1.5 thì các công việc đưa pallet vào nơi sắp xếp thành phẩm, quá trình xếpthành phẩm và đưa pallet được sắp day thành phẩm đến vị trí chờ chuyền đi là hoàntoàn tự động, công nhân chỉ thực hiện công việc cấp pallet vào vi trí chờ trước khi nóđược hệ thống đưa vào vi trí làm việc và đưa pallet đã được sắp day thanh pham dén

nơi luu trữ.

Ở Việt Nam, hiện nay có rất nhiều nhà máy sản xuất và chế biến như: Công tycô phan thức ăn chăn nuôi Vina, Công ty cố phan xi măng Quan Triều, nhà máy DamPhú Mỹ, Công ty cô phần dinh dưỡng Hồng Hà , có sản phẩm được đóng gói trongbao, thùng, trong dây chuyền sản xuất tự động, nhưng khâu hậu xử lý bốc xếp sảnphẩm phần lớn là do công nhân đảm nhận như minh họa trên hình 1.6.

Hình 1.6: Công nhân bốc xếp hàng trong công ty cô phần dinh dưỡng Hồng Hà [6]

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàngTrong một công đoạn sản xuất nhất định, do yếu tố tâm lý, sức khỏe, người côngnhân có thể sơ xuất trong một vài thao tác khiến cả một lô sản phẩm bị hư hỏng hoặcbị kém chất lượng Đối với công đoạn bốc xếp thành phẩm được thực hiện băng thủcông thì nó phụ thuộc nhiều vào yếu tố sức khỏe người lao động, nên cần được thaythế bằng máy móc tự động như robot bốc xếp hàng được minh họa trên hình 1.7, cóthé làm việc bốc xếp thành phẩm chính xác liên tục, đều đặn, không mệt mỏi, đảm

bảo năng xuât ôn định.

d2ii

Hình 1.7: Robot bốc xếp hang tự động [7]Robot bốc xếp hàng là hệ thống các thiết bị hiện đại, công nghệ cao hiện nay,rất linh hoạt và thông minh Do đó, phát triển ngành công nghiệp robot sẽ kéo theosự phát triển của một loạt các ngành công nghiệp công nghệ cao khác như công nghệ

thông tin, công nghiệp điện tử, tự động hóa

Từ những yếu tố khách quan như các dạng sản phẩm sản xuất được giới thiệu ởtrên, nhu cầu sử dụng robot bốc xếp thành phẩm va đảm bảo sức khỏe cho người laođộng Do đó, tính cấp thiết của dé tài là thiết kế và chế tạo robot bốc xếp hang dé ứngdụng công nghệ kỹ thuật vào sản xuất, giảm bớt lao động chân tay

1.4 Những nghiên cứu về robot bốc xếp hàng ở ngoài nướcNhiều hãng robot trên thế giới đã nhận thấy được nhu cầu sử dụng robot bốcxếp hàng trong sản xuất rất cao, nên họ đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo một dạngrobot chuyên phục vụ cho công việc bốc xếp hàng Một số hãng sản xuất robot bốcxếp hàng điển hình trên thế giới như: Hãng FUJI, Hãng ABB, Hãng OKURA, ,

dưới đây sẽ trình bày sơ lược về lịch sử và sản phẩm robot palletizer của các hãng

này:

“* Hang FUJI: Tên công ty là FUJI MACHINE MFG CO., LTD, được thành

lap tai thanh phé Yamaguchi Nhật Bản vào tháng 4 năm 1944 Nam 1963 được xemnhư nhà sản xuất các cơ cau bốc xếp hàng dau tiên ở Nhật Năm 1982 Fuji Ace Robotđược phát triển và kinh doanh được bắt đầu như một nhà sản xuất Robot bốc xếp hàngđầu tiên trên thế giới Đến năm 2001 đã có 7 nghìn Fuji Ace Robot được lắp đặt vàhoạt động trong các ngành công nghiệp khác nhau trên toàn thế giới và năm 2013 đãcó 13 nghìn Fuji Robotic Palletizers được lắp đặt trên thế giới Dưới đây là một sảnphẩm robot bốc xếp hàng điển hình của FUJI

Bang 1.1: Thông số kỹ thuật của robot EC-61, EC-101, EC-141, EC—201 [8]

Model EC - 61 EC-101 |EC-141 | EC-201

Trọng lượng lượng nang 90kg 120kg 120kg 200kg

Công suất bốc xếp

600 1000 1400 1600(chu ky/gid)

Bac tu do Tiéu chuan 4 truc

Z axis (vert) | 2300mm 2300mm 2000mm 2300mmKhông gian R axis (long) | 1500mm 1500mm 1300mm 1500mm

hoat dong Ø axis (turn.) | 330°

A axis (wrist) | 330°

Nguồn điện cung cấp

1.9kVA 2kVA_ | 4kVA 6.5kVA(200/220v 3PH, 50/60Hz)

Trọng lượng cua robot 700kg 800kg | 700kg 1150kg

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàng

ì |

FUJ-RCE = AWW

Hình 1.8: Mô hình robot bốc xếp hang FUJI - ACE [8]

⁄/

Hình 1.9: Không gian làm việc của model EC-201 [8]

* Hang ABB: Năm 1987 ASEA của Vasteras, Thụy Điển (thành lập năm 1883)và BBC Brown Boveri Ltd của Baden, Thụy Sĩ (thành lập năm 1891) công bố kếhoạch sáp nhập để tạo ABB Asea Brown Boveri Ltd, có trụ sở tại Zurich, Thuy Si.Mỗi bên sẽ giữ 50 phan trăm cỗ phiếu của công ty mới ABB là một công ty lớntrên thế giới đang hoạt động trong nhiều lĩnh vực, các doanh nghiệp cốt lõi của nólà trong điện và công nghệ tự động hóa Trong công nghiệp ABB đã chế tạo nhiềudạng robot phục vụ cho nhiều ứng dụng như: bốc xếp hàng hàn hồ quang hànđiểm, lắp ráp, sơn, mài Robot bốc xếp hàng có nhiều mẫu khác nhau như: IRB4600 có tải trọng nâng từ 20 — 60kg và tầm với 2.05m, IRB 460 tải trọng nâng từ110kg và tầm với 2.4m, IRB 660 tải trọng nâng từ 180 250kg và tầm với 3.15 m

Model Robot công nghiệp IRB 460

Ứng dụng chính Bốc xếp sản phâmKhối lượng nâng 110kg

Tâm với 2,4mSố bậc tự do 4

Nhiệt độ môi trường làm việc 0 — 40°C

Nguôn điện cung cap 200 - 600V, 50 — 60 Hz“+ Hang OKURA: Ban đầu có tên là Okura Iron Works, được thành lập bởiGenjiro Okura tại thành phố Kakogawa Nhật Bản vào năm 1927 Năm 1938 OkuraIron Works đã đồi tên thành Okura Machine Works Năm 1956 công bố hai sản phẩm"Korokon Carrier" và "Flow Rack" Đến năm 1960 Okura Machine Works tiếp tục

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàngtiên tại Nhật Bản vào thị trường Năm 1978 giới thiệu sản phẩm "Unicon ConveyorSeries", có 5 loại và 18 mau dùng dé nan chuyền hang có khối lượng nhẹ - trung bình— nặng Năm 1981 giới thiệu robot bốc xếp hang làm việc theo hệ tọa độ Descart.Năm 1999 nhận được chứng chỉ tiêu chuẩn quản ly chất lượng quốc tế ISO9001 Năm2001 nhận được chứng chỉ hệ thống quản lý môi trường tiêu chuẩn quốc tế ISO14001.Năm 2003 phát triển "mô hình A1600 II và A700 IL", Robot bốc xếp hàng trong công

nghiệp với phạm vi làm việc rộng nhat.

Bang 1.3: Thông số kỹ thuật robot bốc xếp hang A1600 I và A700 II [4]

Khối lượng nâng 140kg (bao gồm thiết bị gap

san phâm ở khâu cuôi)

4 axes (R, D,O, T)

R 360°, D 2300mm, O1750mm, T 440°

Công suat bôc xếp(chu kỳ / gid)

Nhiệt độ môitrường làm việc0—40°C0—40°C

Nguôn điện cungcap

AC200V (3 pha) +5%2.5KVA

AC200V (3 pha) +5%6.5kVA

TOSY TI A614-15, TI A620-30 với 6 bậc tự do như minh họa trên hình 1.13 và thông

số kỹ thuật cơ bản được thể hiện trong bảng 1.4, có thể ứng dụng thực hiện nhữngdạng công việc khác nhau như: lắp ráp, hàn, bốc xếp thành phẩm Trong nước hiệnnay vẫn chưa có sản phẩm robot chuyên phục vụ công việc bốc xếp hàng được thương

mại và chưa có nhiêu công trình nghiên cứu về dạng robot này.

Hình 1.13: Cánh tay robot TOSY TI, TI A620-30 [10]

Bang 1.4: Thông số kỹ thuật của robot TI A614-15, TI A620-30 [10]

Model TI A614-15, TI A620-30Số bậc tự do 6

nâng lớn.

s* Quá trình nghiên cứu thiết kế chế tạo robot bốc xếp hàng sẽ được thực hiện

theo trình tự những nhiệm vụ sau:

>Xác định cơ cau và nguyên lý hoạt động của robot> Xác định vị trí đầu gap của robot thông qua các tham số điều khiến

> Thiết kế và chế tạo robot> Thiết lập chương trình điều khiến

> Đánh giá thực nghiệm robot

1.7 Phạm vi thực hiện của luận văn

>Béc xếp thành phẩm dang túi như hình 1.14a, có khối lượng 0,5kg và hìnhdạng thành phẩm được sắp xếp như hình 1.14b

> Tâm với 0,85m.>Chu kỳ bốc xếp 300 chu kỳ/giờ.>Co cấu robot có 4 bậc tự do.> Phương của trục đầu gap hang luôn luôn thang đứng

a) Thành phẩm b) kiểu sắp xếp thành phẩmHình 1.14: Ảnh minh họa dạng thành phẩm và kiểu sắp xếp

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàng

1.8 Bo cục luận van

Chương 2 đưa ra sơ đỗ nguyên lý hoạt động cho cơ cấu robot bốc xếp hàng cầnthiết kế Xây dựng mối quan hệ và ràng buộc giữa các khâu trong robot, để làm cơ sởthiết kế, chế tao, tinh động động học thuận và động học ngược của robot

Chương 3 xác lập phương trình động học thuận của robot và xác lập phương

trình động học ngược của robot, để xác định vị trí của đầu gap hang.Chương 4 Thiết kế kích thước các khâu của robot theo phạm vi tam với của đềtài đã đề ra Xác định áp lực đặt tại các khớp, công suất của các động cơ truyền động.Chương 5 xác lập lưu đồ điều khiến robot để làm cơ sở lập trình làm việc bốcxếp hàng

Chương 6 thu thập số liệu thực tế và so sánh với số liệu được xuất ra từ phan

mém matlab Đánh giá sai sô lam việc của robot.Chương 7 nêu ra những van dé đã giải quyét, những van dé còn han chê va

hướng phát triển tiếp theo.1.9 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

- Đưa ra quy trình tính toán và thiết kế cho robot bốc xếp hàng để ứng dụng chonhững sản phẩm khác có khối lượng và không gian làm việc lớn hơn

- Tăng khả năng tự động hoá cho dây chuyên sản xuất.- Nghiên cứu nảy góp phần mở rộng phạm vi ứng dụng của robot trong sản xuất.- Chế tạo hoàn chỉnh robot bốc xếp hang

- Giảm bớt đi lao động thủ công, tay chân.

- Ứng dụng bốc xếp nhiều loại sản phẩm khác nhau

CHƯƠNG 2: PHAN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CƠ CẤUPhân tích và lựa chọn kết cau của robot là một bước rat quan trọng trong thé kế.Vì để có được một kết cau cơ khí hoạt động chính xác, dễ chế tạo, chương trình điềukhiển đơn giản, đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật, thì luận văn phải đưa ra đượcnhiều phương án thiết kế để phân tích, đánh giá so sánh ưu, nhược điểm giữa cácphương án và đưa ra quyết định lựa chon co cau sẽ được thiết kế Khi đã có sơ dénguyên lý hoạt động của robot, thì luận văn sẽ đi sâu vào xem xét mỗi quan hệ giữacác khâu trong robot dé đưa ra những ràng buộc về kích thước giữa các khâu trongquá trình thiết kế.

2.1 Phân tích và lựa chọn kết cấuĐề thực hiện công việc bốc xếp hàng theo phạm vi thực hiện của luận văn, thìcơ cầu robot phải có các khả năng làm việc sau:

> Nâng vật di chuyển trong không gian 3 chiều X, Y, Z dé sắp xếp thành phẩmtừ băng tải trong dây chuyên sản suất lên pallet

> Đối hướng thành phẩm khi sắp xếp, dé thành phẩm được sắp xếp theo mộtthứ tự gọn gàng theo từng cột, nhiều lớp đan xen nhau hoặc xếp gối đầu theo vòng,

như minh họa trên hình 2.1.

> Phương của trục xoay đôi hướng thành phẩm luôn luôn theo phương thangđứng trong quá trình gắp thành phẩm, từ băng tải sắp xếp lên pallet Vì phương trụcxoay dau gap thành phẩm không đổi nên trạng thái ban đầu của sản phẩm được nâng

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hànglên từ băng tai và đặt xuống khi sắp xếp lên pallet đều giống nhau như minh họa trênhình 2.2 Do đó, sản phẩm không bị nghiên hoặc chèn ép bởi đầu gap trong quá trìnhbốc xếp như minh họa trên hình 2.3.

sẽ bị chèn ép như hình 2.3 Trường hợp minh họa còn lại trên hình 2.5d là trường hợp

đặc biệt khi biến khớp @a, @ thay doi kết hợp với nhau dé tạo nên khâu BC nămngang, thì phương trục xoay của đầu gap thành phẩm cùng phương với phương thangđứng, nhưng trong trường hợp này ứng với mỗi độ cao khác nhau thì tầm với của đầu

gap thành phẩm cũng khác nhau, nên không ứng dụng được trong quá trình bốc xếphàng Do đó, để phương trục xoay của đầu gap hàng trong co cau robot 4 bậc tự donhư hình 2.4 trùng phương với phương thang đứng, thì cần phải thêm một cơ cau ràngbuộc phương của đầu gắp thành phẩm cho robot như minh họa trên hình 2.6.

d) Phương dau gap hang thang đứng khi @2 và œa thay đổi kết hợpHình 2.5: Ảnh hưởng của biến khớp ọ› va s đến phương của dau gap hang

Hình 2.6: Robot bốc xếp hang 4 bậc tự do và một cơ cau ràng buộc phương trục

xoay dau gap thành phẩm

>,

“* Voi yêu cau thiét ké ché tao robot béc xép hang co 4 bac tu do va mot co cầuràng buộc phương trục xoay đầu gắp hàng được thăng đứng, thì trong luận văn nàysẽ đưa ra 3 phương án sau thiết kế cơ cau robot, trong đó cơ cau robot bốc xếp hang

như minh họa trên hình 2.6 là phương 1.

s* Phương án Í

Cơ cau robot 4 bậc tự do điều khiến vi trí và hướng của đầu gap sản phẩm thônggiá trị các góc quay 1, @2, 0s, @4, và cơ cấu ràng buộc phương trục xoay đầu gapthành phẩm được thắng đứng bao gồm các khâu: AH, BGF, EF, CDE như minh họa

Ưu điểm:> Co cau robot nhỏ gọn.> Dễ kết hợp với nhiễu dạng dây chuyền sản xuất khác nhau.> Dễ thay đổi vị trí robot bốc xếp hàng khi dang sản phẩm sản xuất bị thay đồi

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàngNhược điểm:

> Động cơ và hộp giảm tốc được đặt tại các khớp dẫn động nên làm tăng khối

lượng nâng của robot.

> Khi điều khiển động cơ theo một phương đứng hoặc ngang thì phải điều khiểnđồng thời 2 động cơ ( động cơ ở vị trí @2, @)

s% Phương án 2:

Cơ cau robot 4 bậc tự do điều khiến vi trí và hướng của đầu gap sản phẩm thônggiá trị các góc quay 91, 0a, @3, 4, cơ câu ràng buộc phương trục xoay dau gap thànhphẩm được thắng đứng bao gồm các khâu: AH, BGF, EF, CDE như minh họa trênhình 2.8 Điểm khác biệt trong trong cơ cấu robot này so với cơ cau robot trongphương án 1 là động co 3 truyền động ở biến khớp œa được đặt trên khâu OA vàtruyền động làm quay khâu BC thông qua một khâu trung gian IK

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của cơ cau robot bốc xếp hàng hình 2.8 tương tự như cơcầu robot bốc xếp hàng hình 2.7 Động co 1 truyền động làm quay toàn bộ co cấuquanh trục của dé robot thông qua điều khiến biến khớp gi, kết hợp với động cơ 2 và3 truyền động ở biến khớp @a @3 làm quay khâu AB va BC dé điều khiến tầm với

(bán kính làm việc) của đầu gap hàng, động cơ 4 làm quay biến khớp œ4 để thay đổichiều sản phẩm theo trật tự gọn gàng khi sắp xếp lên pallet.

Ưu điểm:Cơ cau robot nhỏ gọn.Dễ kết hợp với nhiễu dạng dây chuyền sản xuất khác nhau.Dé thay đổi vị trí robot bốc xếp hàng khi dang sản phẩm sản xuất bị thay đồi

khâu giá nên không ảnh hưởng đến khối lượng nâng của robot.Nhược điểm:

> Khi điều khiển động cơ theo một phương đứng hoặc ngang thì phải điều khiểnđồng thời 2 động cơ ( động cơ ở vị trí @2, @)

°® Phương án 3:

+

Co cau robot 4 bậc tự do điều khién vi trí và hướng của đầu gap sản phẩm thônggiá trị các khoảng trượt dx, d, và góc quay 1, @2 như hình 2.9 Điểm khác biệt trongcơ cầu robot này so với 2 phương án trên là sử dụng 2 khớp trượt dx, d, dé điều chỉnhtam với làm việc của robot Với co cau robot trong phương 3 thì đầu gap hàng có théđiều khiến chuyến động độc lập theo phương ngang hoặc phương đứng thông quabiến khớp dx, dz

Hình 2.9: Co cau robot bốc xếp hàng 4 bậc tự do có 2 khớp xoay va 2 khớp tịnh tiến

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàng

Nguyên lý hoạt động:

Đề cơ cấu robot như hình 2.9 bốc xếp hàng sắp như hình 2.1 Động cơ 1 truyềnđộng làm quay toàn bộ co cau quanh trục của dé robot thông qua điều khiển biếnkhớp 1, động cơ 2 truyền động ở biến khớp dx di chuyển thắng ngang qua lại trênkhung O dé điều khiển bán kính làm việc của đầu gap hàng và động cơ 3 truyền độngở biến khớp dz di chuyển thăng đứng lên xuống trên khung O dé điều khiến độ caolàm việc của đầu gap hàng và cuối cùng là động cơ 4 làm quay biến khớp 4 dé đảochiều sản phẩm theo trật tự gọn gang trong quá trình sắp xếp lên pallet

Ưu điểm:> Dễ kết hợp với nhiều dạng dây chuyền sản xuất khác nhau.> Dễ thay đổi vị trí robot bốc xếp hàng khi dang sản phẩm sản xuất bị thay đồi.> Đầu gap của robot có thé chuyển động độc lập theo phương ngang hoặc theophương thăng đứng, thông một động cơ truyền động theo phương ngang hoặc độngcơ truyền động theo phương thăng đứng, ma không cần phải điều khiển đồng thời2 động cơ truyền động (0a, @) như hai co cau robot ở phương án 1 và 2

> Lực nâng sản phẩm băng nhau ở mỗi tầm với trong không gian làm việc củarobot (không xét đến ảnh hưởng trọng lượng của các khâu)

Nhược điểm:> Kết câu khung robot lớn.> Kết cau cơ khí phức tạp.Bảng 2.1: Bảng so sánh 3 phương án thiết kế robot

Tiêu chí đánh giá Phương án Í | Phương án2 | Phương án 3

Điều khiến độc lập Không Không CóKhối lượng tập trung Không Có CóLực nâng sản phâm (không xét ` ` Không thay

„ Thay đôi theo | Thay đôi theo ` `đền ảnh hưởng trọng lượng của | , ` đôi theo tâm

tâm với tâm vớicác khâu) VỚI

Kết luận: Từ bang so sánh 3 phương án trên cho thay phương án 3 có ưu điểmhơn hai phương án còn lại, về mặt điều khiển và công suất truyền động trong lĩnh vựcbốc xếp hàng Do đó, luận văn sẽ chọn phương án 3 để đi sâu vào phân tích thiết kếvà chế tạo robot bốc xếp hang.

2.2 Xây dựng mối quan hệ giữa các khâu2.2.1 Thiết kế cơ cầu ràng buộc phương trục xoay đầu gắp hàng

Mô hình được thiết kế có các khâu liên kết băng khớp nối loại 5 như hình 2.10

với các ràng buộc như sau: ABGH, BCEF hình bình hành (AH // BG, AB // GH, AH= BG, AB = GH, BE // CE, BC // EF, BF = CE, BC = EF).

B, F, G cung nằm trên một khâu: GBF cô định.C, D, E cùng nam trên một khâu: DCE có định.Vì A, H cùng nam trên khâu của con trượt ngang, nên khi con trượt di chuyểnqua lại theo phương ngang thì phương của đường thăng đi qua AH luôn hợp vớiphương ngang một góc không đổi Do đó, phương của các đường thang di qua BG,BF, CE, CD không đổi (tinh chất hình bình hành) so với phương ngang khi co caucủa robot chuyển động Trục xoay p của dau gap robot hợp với phương của các đườngthăng đi qua CD thành góc cố định và phương của trục xoay dau gap robot luôn luôncó định khi cơ cau robot chuyển động

Hình 2.10: Minh họa co cau rang buộc phương của khâu cuối robot

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàng2.2.2 Thiết lập mối quan hệ kích thước giữa các khâu của robot

Thiết kế cơ cau (hình bình hành ABLK) dé đưa cơ cấu truyền động của robotvề năm trên khâu gần khâu giá nhất, làm giảm khối lượng đặt trên khâu xa khâu giácủa robot Dé quá trình tính toán xác định vi trí đầu gap của robot được đơn giản, thìkích thước của các cơ cau trong robot được lẫy theo tỷ lệ như sau:

IK LB KA1

IL LC LC aTheo thiết kế ban đầu thì cần chứng minh 3 I, A, C là thang hang dé xác địnhmối tỷ lệ kích thước của PP

Hình 2.11: Minh họa van dé cần chứng minh (C’ =C) cho cơ cấu robot

> Xét tam giác AIAK và AIC'L> Theo định ly Thales:

AelIC'K€GIL —> AIAK ~ AIC'LAK //LC'

IK IA KA

AIAK~AIC'L 72

—=—=—=-_ IK LB KA 1 og `Mà: — = — = — = - (theo thiệt kê ban đâu)

IL LC LC a

"TC

>C'=C; !,A,C thang hang, r~ = a

2.2.3 Xác định ràng buộc chuyền động giữa các khâu trong cơ cau robotDựng đường thang dz thang đứng đi qua I, đường thang dx nam ngang di quaA, đường thang dc thăng đứng đi qua C Đường thang dz cat dx tại M, đường thắngdx cắt dc tại N như minh họa trong hình 2.12

IAM = CAN ,, ReIM // CN không đôi

> AAIM luôn luôn đồng dạng với AACN (theo định lý thales) khi AM hoặc MIthay đối kích thước

Thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàng> Khi AM hoặc MI thay đổi kích thước > AN hoặc CM thay đối kích thướctheo tương ứng với tỷ lệ không đôi:

AL AM IM 1,

AC AN CN a-1

Trong qua trinh diéu khién robot con truot ngang di chuyén một đoạn Adx (MAdi chuyén mot doan Adx) thi vi tri diém C sé di chuyén một đoạn aAdx doc theophương đường thang đi qua MN Con trượt đứng di chuyển một đoạn 5d, (MI dichuyén một đoạn Ad;) thi vi trí điểm C sẽ di chuyển một đoạn (a-l)Ad; dọc theophương đường thắng đi qua MN

2.3 Kết luậnCông việc thực hiện trong chương này đã xác định được co cau và nguyên lýhoạt động của robot Cơ cầu robot được thiết có những điểm đặc điểm nổi bật như

CHUONG 3: PHAN TÍCH DONG HOCTrong hệ thống bốc xếp hang tự động bang robot, thi vi tri của sản phẩm trênbăng tải hoặc vi trí sắp xếp trên pallet, sẽ được xác định thông qua hệ tọa độ toàn cục

của robot Nên công việc giải bài toán động học thuận và động học ngược sẽ giải

quyết van dé về vị trí của sản phẩm trong không gian làm việc của robot.3.1 Thiết lập bài toán động học thuận cho robot [12]

Vị trí và hướng của đầu gap hang được mô tả trong hệ tọa độ {0} của robot Khicác khâu trong cơ cau robot được truyền chuyền động theo một giá trị điều khiển chotrước thì đầu gap hàng cũng chuyển động theo một giá trị tương ứng Dé xác địnhđược vi trí của đầu gap hàng thông các giá trị điều khiển chuyển động của các khâu,thì luận văn sẽ tiễn hành giải bài toán động học thuận Với cơ cầu robot bốc xếp hàngđược lựa chọn thì vị trí và hướng xoay của đầu gap hàng có thé được xác định theotrình tự như sau: Xác định vị trí P trên đầu gap hang trong hệ tọa độ {0}; xác địnhhướng đầu gắp hàng của robot trong hệ tọa độ {0}

>,

“ Xác định vi trí P trên đầu gap hàng của robot trong hệ tọa độ {0}Dựa trên mối quan hệ hình học trong cơ cầu robot đã được xác định trongchương 2, thì vị trí P (PX, PY, PZ) trên đầu gap hang được xác định thông qua vị trí

của các con trượt ngang và con trượt đứng như minh họa trên hình 3.1 Do đó, các hệ

tọa độ đặt trên robot như minh họa trên hình 3.2 để xác định vị trí của đầu gap hangtrong hệ tọa độ {0} Trong đó hệ tọa độ {0} được đặt trên khâu giá va cố định Hệtọa độ {Q} được đặt trên khung robot, khi khung robot quay thì {Q} cũng chuyểnđộng theo Cac giá tri lx, Iz, la, li trong co cầu robot như minh hoa trén hinh 3.1 la

hang so.

Xo {0} Xo{Q} — > 40Hlì <= =

| d,

d,|JOI

I,

[ĐEN HN NWNEENNE NEW EKWNEENMNNEMNEENWNWNWNWNNNH

Hình 3.2: Minh họa mối quan hệ của hệ trục tọa độ {Q} trong hệ trục tọa độ {0} đặt

trên robot

Ma trận chuyên vị ¿Ï thé hiện quan hệ chuyển đổi từ hệ tọa độ {Q} về hệ tọa độ {0}

[cos(,) —sin(g,) 0 -l cos(y,)On sin(y,) cos(g,) 0 —/sin(y,)

e 0 0 | 0

00 0 |

Dựa vào hệ tọa độ đặt trên robot như hình 3.2 thì con trượt ngang sẽ di chuyểntrên trục Xo theo biến số dx, con trượt đứng sẽ di chuyền trên trục Zo theo biến số d;trong hệ tọa độ Oo Xét trong hệ tọa độ {Q} và mỗi quan hệ tỉ lệ về khoảng cách nhưchứng minh trong mục 2.2.3 trong chương 2, thì vị trí điểm C trong cơ cau robot như

minh họa trên hình 3.1, được xác định như phương trình (3.1).

x = ad,

4+ y.= 0 (3.1)

“z„=—(a—)d,

Vị trí của P trên đầu gap hàng luôn luôn các C một khoảng có giá trị không đổi

Ix, ly như minh họa trên hình 3.1 Do đó, vi trí P trong hệ tọa độ {Q} sẽ được xác địnhthông qua C như phương trình (3.2) và (3.3).

“x,= "x +l, =(ad +1 )

ey, ="y.=0

(3.2)

“z„=—(a—=l)d —I,| (ad,+l,) |

0 2+ °P= tọa độ điểm P trong hệ tọa độ Q (3.3)

-(a—d, —l,|

Điểm P trong hệ tọa độ {Q} được mô tả trong hệ tọa độ {0} thông qua ma trậnchuyền vị ol nên vi tri của P được xác định như phương trình (3.4)

lcosø —sinø 0 -icosø | | (ađ +Il}) |

sing, cosg 0 -Ï sinø 0UD_— of °P= 1 1 1 1

0 0 | 0 -(a—l)d —,

| 0 0 0 1 | Ị _

| (ad, +1,-1,)cos@, |(ad, +1,—1) sing,

—(a—I)d_-l,|