Tính toán thiết kế robot tự động

cáo này với các phần chính sau: Phần I : Giới thiệu về đề tài. Phần II: Ý tưởng và phương án chế tạo robot. Phần III: Tính toán thiết kế robot tự động vùng 2. Phần IV: Lập trình điều khiển. Phần V: Kết luận, kiến nghị. Phần VI : Phụ lục. Lần đầu tiên tham gia chế tạo robot nhóm chúng em gặp rất nhiều khó khăn , trở ngại nhưng do sự nỗ lực, đồng lòn

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, các ngành khoa học - kỹ thuật không ngừng đi đến những thành công mới Nhiều công trình khoa học, những phát minh của các nhà khoa học đã đi vào cuộc sống, phục vụ lợi ích của con người Ngày nay Robot được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, thay thế cho các hoạt động của con người trong các môi trường độc hại, nguy hiểm

Với lòng hăng say va niềm khát khao khám phà của tuổi trẻ đội “TĐH-K4” chúng

em đã tìm hiểu, nghiên cứu và chế tạo thành công bộ robot đầu tiên của mình để tham gia cuộc thi sang tạo ROBOT Việt Nam 2010

Được sự quan tâm, tạo điều kiện của lãnh đạo nhà trường, Ban tổ chức Robocon

2010, cùng toan thể các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ Điện Tử Nhóm chúng em đã được giao đề tài này làm đề tài tốt nghiệp Nội dung chi tiết sẽ được trình bày trong báo cáo này với các phần chính sau:

Phần I : Giới thiệu về đề tài

Phần II: Ý tưởng và phương án chế tạo robot

Phần III: Tính toán thiết kế robot tự động vùng 2

Phần IV: Lập trình điều khiển

Phần V: Kết luận, kiến nghị

Phần VI : Phụ lục

Lần đầu tiên tham gia chế tạo robot nhóm chúng em gặp rất nhiều khó khăn , trở ngại nhưng do sự nỗ lực, đồng lòng của cả nhóm và dưới hướng dẫn tận tình của các chỉ đạo viên Nhóm chúng em cũng hoàn thành tốt hai bộ robot đầu tiên của mình để tham gia thi đấu

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày 23 tháng 08 năm 2010. Giáo viên hướng dẫn

Hoàng Quốc Tuân

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hưng Yên, ngày 23 tháng 08 năm 2010. Giáo viên phản biện Hình 1.2: Robot trong y học 9

Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô cùng thông minh Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo 10

1.2.1.Những yêu cầu chung của robot: 10

Hình 1.5: Kích thước các khối quà 11

1.2 2.Những giải pháp thực hiện chế tạo Robot 12

1.2.2.1.Hướng thực hiện thiết kế: 12

1.2.2.2 Những giải pháp về thiết kế cơ khí 12

1.2.3.Những giải pháp thiết kế mạch điện 13

1.2.3.1.Yêu cầu về động cơ: 13

2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT 16

2.1.1.Kích thước phần đế 16

2.1.2 Vật liệu sử dụng làm đế 17

Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật có kích thước 50×25mm 17

Sản xuất theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS: 2 tầng bi, càng dày 1.2mm có thể đáp ứng tốt tải trọng 50kg Chất liệu cao su đặc chịu mài mòn, chống ồn và bảo vệ mặt sàn Thích hợp dùng cho hệ thống tủ kính trưng bày, nhu hình 2.34:Bánh tự lựa34 2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT 36

2.2.2.Phương trình động học ngược : 38

Hình 2.40: Nhôm tấm dùng để bắt động cơ 41

2.3.2.Chọn bánh trước và cách lắp: 42

2.3.3 Thiết kế phần trụ cho robot 43

2.3.4.Thiết kế tay đẩy tầng hai 46

2.3.6.Thiết kế tay đẩy quà vàng 48

2.3.7 Kết cấu hoàn thiện của robot tự động mang khối cấu kiện chóp 49

PHẦN 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 50

Hình 3.1: sơ đồ khối mạch điều khiển 51

3.1.5.2.Van bán dẫn IRF 540N 59

3.1.5.4.Opto PC817 60

3.2.3.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch cảm biến 65

3.2.4.1 IC tạo xung NE555 68

3.2.4.2.IC LM324 68

3.2.4.3 IC ULN2003AN 68

3.2.4.4 Led thu phát hồng ngoại 69

Hình 3.37: các loại cảm biến quang thong dụng 72

Hình 3.46: Sơ đồ nguyên lý các khối dao động, nạp, Reset 84

3.5.1.1.IC LM7805 87

3.5.1.2.TIP 2955 88

Hình 3.51 Sơ đồ chân của TIP 2955 88

Bảng 3.8: Bảng thông số của TIP 2955 89

-Nguồn điều khiển .90

-Nguồn động lực 90

3.6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH ROBOT 92

Hình 3.54: Mạch sơ đồ nguyên lý 92

4.1.1.Lưu đồ chương trình chiến thuật 1 94

4.1.2.Lưu đồ thuật toán của chương trình chiến thuật 2 97

4.3 PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU 108

4.3.1 Các nguyên nhân cơ bản gây ra nhiễu 108

4.3.1.1 Nguyên nhân cơ khí: 108

4.3.1.2 Nguyên nhân do điện: 109

4.3.2 Các phương án xử lý nhiễu 110

4.3.2.1 Xử lý cơ khí: 110

4.3.2.2 Xử lý về điện : 111

4.3.2.3 Xử lý do môi trường: 111

4.3.2.4 Xử lý lập trình: 111

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

5.1 KẾT LUẬN 112

5.2 KIẾN NGHỊ 113

PHẦN 6: PHỤ LỤC 113

6.1 DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 113

6.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

1.1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1.1.Lịch sử ra đời Robot đã và đang xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta từ lâu và ngày càng trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại Chúng đã góp phần mình vào công cuộc lao động, chính robot đang làm nên một cuộc cách mạng về lao động, khoa

học, và đang phục vụ đắc lực cho các ngành khoa học như: khoa học quân sự, khoa học giáo dục, các ngành dịch vụ, giải trí, v.v

Vậy robot xuất hiện từ khi nào?

Năm 1921 nhà soạn kịch Karel Capek người Tiệp Khắc đã đưa lên sân khấu vở kịch có tiêu đề “Romands Univesal Robot” Theo tiếng Séc “Robot” nghĩa là “Người tạp dịch” Có thể nói đây là một gợi ý, một ý tưởng ban đầu về những cỗ máy có khả năng thao tác như con người Đến trước chiến tranh thế giới lần thứ hai nhu cầu sử dụng những máy móc có khả năng thay thế con người ở những môi trường làm việc độc hại

đã trở thành một nhu cầu cấp thiết

Ban đầu cơ cấu máy này hoạt động giống như tay máy của người vận hành Cấu tạo của cơ cấu này bao gồm các thanh và các khớp và hệ thống giây chằng Người vận hành điều khiển tay máy thông qua một cơ cấu khuyếch đại cơ khí

Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai (năm 1945), xuất hiện cơ cấu máy được điều khiển từ xa để cầm nắm chất phóng xạ Cho đến những năm 1950 cùng với sự ra đời của

kỹ thuật điều khiển chương trình số NC (Number Control) kỹ thuật tay máy lúc này đã kết hợp được cả kỹ thuật điều khiển xa và điều khiển chương trình số Sự kết hợp này đã tạo ra những thế hệ máy điều khiển từ xa có khả năng mềm dẻo, khả năng tự động hoá cao gọi tên là robot

Năm 1949, máy phay điều khiển số ra đời phục vụ sản xuất ở Mỹ Đến năm 1960 George Devol đưa ra mẫu Robot đầu tiên Năm 1961 cũng tại Mỹ Robot công nghiệp (IR: Industrial Robot) đầu tiên đưa ra thị trường: Robot Unimat 1990 (Do trường đại học MIT chế tạo) đây là Robot phản hồi lực nó được ứng dụng vào công nghiệp sản xuất ô tô

Theo con số thống kê thì đến năm 1990 toàn thế giới đã triển khai và ứng dụng khoảng 300.000 IR Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật Vi xử lý và Tin học mà số lượng IR tăng nhanh chóng và tính năng cũng có nhiều bước đột phá, giá thành trên một đơn vị IR giảm dần

Đó là về lịch sử, còn ngày nay, robot đã có mặt ở khắp nơi, ngay cả trong gia đình chúng ta, chúng ta cùng điểm qua những con robot mà cả thế giới biết đến:

1.1.2.Robot trong đời sống và sản xuất.

1.1.2.1 Murataboy, vận động viên đua xe đạp không biết đến “đo đất”

Hình 1.1.Robot đi xe đạp

.

Với chiều cao chỉ với 50cm, chú robot mang “quốc tịch” Nhật này được coi là

“vua” giữ thăng bằng Vì dù là đạp hay đang dừng xe , khí cụ con

quay sẽ luôn giữ cho chú robot này đứng vững Một số bộ phận đặc biệt khác cho phép Murataboy xác định được chướng ngại vật trên đường và giảm xóc khi va phải chướng ngại vật Murataboy là ví dụ cho loại robot có khả năng di chuyển bằng 2 chân, đang là một trong những thách thức lớn của việc nghiên cứu và sản xuất robot

1.1.2.2 Armar, cô giúp việc hiếm có:

Được nghiên cứu tại trường đại học Karlsruhe (Đức), lĩnh vực ưa thích nhất của

cô là vào bếp Nhờ những cử động của đôi cánh tay giống hệt như người, Armar có khả năng dọn bàn ăn, cho bát đĩa vào máy rửa bát và sắp xếp thực phẩm Một chiếc camera

kỹ thuật số cho phép cô giúp việc này nhận diện được người đang ra lệnh và tuân lệnh khi dò thấy những cử chỉ tay của người ấy

1.1.2.3 Friend, bạn của những người khuyết tật:

Hình 1.2: Robot trong y học.

Friend là nghiên cứu của các nhà khoa học Đức Người máy này thực chất có dạng một chiếc xe lăn với đôi cánh tay giống con người Thông qua một bộ phận nhận diện giọng nói, chủ nhân chiếc ghế có thể ra lệnh cho người giúp việc này mở cửa, rót nước Hệ thống định vị không gian 3 chiều gắn trên xe cho phép người sử dụng chỉ cần đưa tay chỉ hướng, robot sẽ tự động tìm ra đường đi tốt nhất

1.1.2.4 Bác sĩ ngoại khoa:

Hãy tưởng tượng những cánh tay kim loại với những khớp nối chằng chịt mổ xẻ trên một cơ thể bằng xương bằng thịt Với nhiều người đó là một cơn ác mộng Trên thực tế việc sử dụng người máy thay các bác sĩ phẫu thuật lại đảm bảo độ chính xác và

tỷ lệ thành công cao hơn cho ca mổ Sự chính xác này cùng với việc giảm thiểu các thiết

bị y khoa giúp đường mổ sắc và gọn hơn đồng thời giúp bệnh nhân đỡ mất nhiều máu

Ca mổ vẫn sẽ được một bác sĩ phẫu thuật theo dõi trực tiếp thông qua một camera nối với một cánh tay robot 2 cánh tay robot còn lại thực hiện những thao tác thành thạo của một bác sĩ thực thụ Người máy này xứng đáng là niềm tự hào của các nhà khoa học Mỹ

1.1.2.5 Asimo, robot giống người nhất:

Asimo lần đầu tiên ra đời năm 1993 tại Nhật, đặt tên P1, là thành quả nghiên cứu của tập đoàn Honda Asimo P1 đã khiến các nước phương Tây kinh ngạc vì ý tưởng chế tạo một loại robot giống hệt con người Tuy vậy mục đích ban đầu của Honda chỉ là nghiên cứu một người máy phục vụ các nhu cầu của chúng ta Ngày nay, cả 2 ý tưởng này, robot giống người

và đáp ứng nhu cầu của con người đã trở thành tiêu chí chung trong nghiên cứu Asimo

Hình 1.3: Robot asimo

1.1.2.6 Robot viễn tưởng:

Được trang bị hệ thống nhận dạng giọng

nói, có khả năng ngôn ngữ và diễn đạt, Mỹ đã

giới thiệu một người máy là bản sao của Philipe

K.Dick, tác giả của nhiều truyện viễn tưởng nổi

tiếng, mất năm 1982

Đó là những gì chúng ta được chứng kiến về sự

phát triển của thế giới, nhưng chúng ta cũng cần

biết rằng Việt Nam cũng có những con robot vô

cùng thông minh Đã đưa vị thế của Hình 1.4: Robot người nhân tạo.

Việt Nam lên 1 tầm cao mới

Và chú robot này chính là robot TOPIO :

Từ ngày 5 - 10/2/2009, chú robot “made in Vietnam” Topio 2.0 do Công ty Cổ phần Robot TOSY (TOSY Robotics JSC) nghiên cứu và chế tạo đã tham gia triển lãm lớn nhất thế giới về đồ chơi lần thứ 60 tại Đức

1.2 NHỮNG YÊU CẦU VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN THIẾT KẾ ROBOT.

1.2.1.Những yêu cầu chung của robot:

- Kích thước của robot không vượt quá:

+ Chiều dài và rộng không vượt quá 1m

+ Chiều cao không được vượt quá 1.5m

+ Trọng lượng của tổng số robot không được vượt quá 50kg

- Được phép sử dụng tối đa 2 robot trong vùng Khafraa

- Robot phải xây theo thứ tự từng tầng một theo quy định:

+ Nếu tầng nào đó chưa xây xong sẽ không được phép xây tầng trên

+ Quy định xây xong 1 tầng là robot đặt đúng khối cấu kiện vào vị trí không được vượt quá sai số là 25mm và không được chạm vào khối cấu kiệm(robot phải tách khỏi khối cấu kiện)

+ Hai robot không được giao tiếp với nhau bằng song radio

+ Trọng lượng khối cấu kiện là ~7.5gram

+ Kích thước và hình dáng các khối cấu kiện

Hình 1.5: Kích thước các khối quà.

1.2 2.Những giải pháp thực hiện chế tạo Robot.

1.2.2.1.Hướng thực hiện thiết kế:

Để đưa ra được ý tưởng tốt cho cơ khí trước tiên chúng e đi sâu vào nghiên cứu về chủ đề và luật chơi từ những chi tiết nhỏ nhất và đưa ra những hướng giải quyết mấu chốt sau:

Do khối cấu kiện lớn với số lượng nhiều nên cần phải sử dụng 2 robot thực hiện xây tháp.

Do yêu cầu về độ chính xác khi xây dựng là cao với sai số cho phép là 25mm nên chúng e đưa ra nhiệm vụ giêng cho mối robot là:

+ 1 robot sẽ mang 7 khối cấu kiện đến tháp nhưng không yêu cầu độ chính xác khi xây tháp.

+ 1 robot sẽ mang 1 khối cấu khiện chóp đến tháp với nhiệm vụ là phối hợp với robot mang 7 cấu kiện để chỉnh sửa các khối vào đúng vị trí và đặt khối cấu kiện màu vàng với yêu cầu độ chính xác cao.

1.2.2.2 Những giải pháp về thiết kế cơ khí.

Từ những nhiệm vụ trên của các Robot chúng em xin đưa ra những giải pháp cho việc thiết kế cơ khí như sau:

Với các khối cấu kiện có kích thước và trọng lượng tương đối lớn thì phần đế của các Robot phải có kết cấu thật vững chắc để có thể di chuyển thật linh hoạt cho dù phải mang nhiều khối cấu kiện cùng một lúc

Đối với Robot tự động mang 7 khối cấu kiện xây dựng tầng 1, tầng 2 và tầng 3 của Kim tự tháp, khi xuất phát với yêu cầu Robot không được vượt quá 1m chiều rộng, 1m chiều dài và chiều cao không được quá 1,5m Đây cũng là một khó khăn không nhỏ khi thiết kế Robot Ngoài ra khi chế tạo Robot cũng cần phải chú ý đến trọng lượng của Robot nên khi thiết kế đòi hỏi phải thiết kế Robot sao cho gọn nhẹ nhưng vẫn phải bảo đảm được các tính năng của nó

Trong quá trình xây Kim tự tháp việc đặt các khối cấu kiện đúng vị trí và đảm bảo sai số cho phép là một yêu cầu rất quan trọng Điều này đòi hỏi Robot phải có độ chính xác về cơ khí cao đồng thời các kết cấu phải hết sức đơn giản và độ linh hoạt cao

Do yêu cầu của đề thi là phải xây dựng từng tầng của kim tự tháp Khi xây xong bất kỳ tầng nào thì bộ phận của Robot không được phép trạm vào khối cấu kiện của tầng

đó Chính vì vậy giải pháp chúng em đưa ra khi thiết kế phần tay mang các khối cấu kiện của Robot xây dựng tầng 1 và tầng 2 và tầng 3 là dùng động cơ để đẩy các khối cấu kiện, để khi xây xong thì tay quà sẽ được thu về với thời gian ngắn để tiết kiệm được thời gian xây dựng Kim tự tháp

Đối với Robot tự động mang khối cấu kiện chóp của Kim tự tháp Khafraa thì chúng em đưa ra giải pháp như sau:

o Do số cấu kiện mang theo ít và trọng lượng nhẹ nên robot cần thiết kế linh hoạt, ít chuyển động để giảm dung sai chuyển động

o Do chiều cao đề thi là 1.5m nên chúng e tận dụng tối đa về kích thước

đề thi để giảm thiểu các khâu chuyển động, nhưng robot cao lại đòi hỏi

sự linh hoạt và nhẹ nên chúng em đề cao về kết cấu và các hình thức chợ lực theo các phương

1.2.3.Những giải pháp thiết kế mạch điện.

Trong Robot, mạch điện có thể ví như mạch máu trong cơ thể con người, nó có tác

dụng liên kết tất cả các phần của Robot lại với nhau thành một thể thống nhất Mạch điện sử dụng cho robot phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

• Đảm bảo cung cấp đủ công suất cho Robot hoạt động

• Hoạt động chính xác và ổn định

• Có tính linh hoạt cao trong việc thay thế và sử dụng

Để thiết kế được mạch cho Robot chúng ta phải căn cứ vào những đặc điểm, yêu cầu kĩ thuật, chiến thuật của robot từ đó đi lựa chọn phương án và các phần tử cho mạch

1.2.3.1.Yêu cầu về động cơ:

Với những nhiệm vụ và những yêu cầu của cuộc thi cùng với những đặc điểm về cơ

khí nói trên chúng em đưa ra yêu cầu về kĩ thuật đối với từng Robot như sau:

Đối với Robot mang 7 khối cấu kiện:

Bảng 1.1: Yêu câu về động cơ đối vớ robot mang 7 cấu kiện Đối với Robot mang 2 khối cấu kiện: Số lượng ĐC Công dụng Công suất (W) Tốc độ của ĐC(vòng/phút) Điện áp và dòng điện lớn nhất(V/A) 2 ĐC di chuyển ? ? ?

1 ĐC đẩy ? ? ?

Bảng 1.2 Yêu cầu ề động cơ đối vớ robot mang một cấu kiện 1.2.3.2.Các yêu cầu chung về mạch điện cho các Robot. Dựa vào các đặc điểm kĩ thuật và yêu cầu về kết cấu của các robot chúng ta sẽ lựa chọn được phương án thiết kế mạch cho các Robot như: Số lượng động cơ, số lượng cảm biến, số lượng công tắc hành trình, cách bố trí các cổng vào ra của vi điều khiển cho các thiết bị ngoại vi…phù hợp với các yêu cầu đó và tất nhiên là có cả các phương án dự phòng cho các vấn đề phát sinh khi cần Với các đặc điểm kĩ thuật của các Robot đã trình bày ở trên, ta thấy hai Robot tự động trên có các yêu cầu về mạch khá giống nhau, do đó ta sẽ thiết kế mạch cho hai Robot này tương tự như nhau và gọi chung là mạch cho Robot tự động Đối với mạch Robot tự động ta cần phải thiết kế sao cho đảm bảo được đầy đủ các yêu cầu về: công suất, số lượng động cơ, số lượng cảm biến, công tắc hành trình,

Số lượng ĐC Công dụng Công suất (W) Tốc độ của ĐC(vòng/phút) Điện áp và dòng điện lớn nhất(V/A) 2 ĐC di chuyển ? ? ?

1 ĐC trượt ngang ? ? ?

1 ĐC nâng ? ? ?

2 ĐC tầng 2 ? ? ?

1 ĐC tầng 3 ? ? ?

Encoder Như vậy mạch dành cho Robot tự động phải đáp ứng được những yêu cầu sau:

• Số lượng động cơ có thể điều khiển được tối thiểu là 5 động cơ

• Đảm bảo cung cấp đủ dòng, áp cho các động cơ hoạt động

• Có các cổng đầu vào cho:

Sau khi nghiên cứu chủ đề và luật thi Robocon 2010 Với chủ đề và luật thi năm nay là

“Robocon Pharaohs” thì vai trò của các robot tự động và robot bằng tay được phân rõ và

mục tiêu là xây dựng ba Kim tự tháp theo thứ tự với các yêu cầu khác nhau Đối với robot tự động xây dựng kim tự tháp Khafraa có vai trò đặc biệt quan trọng nó quyết định đến kết quả của trận đấu Chính vì vậy việc chế tạo robot tự động xây dựng kim tự tháp Khafraa phải cực kỳ linh hoạt trong thiết kế, do đó chúng em chọn phương án thiết kế hai robot cho khu vực Khafraa: Một robot mang 7 khối cấu kiện và một robot mang hai khối cấu kiện chóp

Do các khối cấu kiện của đề thi năm nay có kích thước và khối lượng tương đối lớn điều này đòi hỏi các kết cấu cơ khí phải vững chắc và linh hoạt đảm bảo yêu cầu của cuộc thi

2.1.TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LẮP RÁP ROBOT.

Cũng giống như tất cả các cuộc thi Robocon của mọi năm thì giải pháp cho phần đế robot là phần phải tiến hành đầu tiên và quan trọng nhất Robot có hoạt động tốt

được hay không phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế của đế robot Đế robot là bộ phận chịu tất cả tải trọng của robot và dùng để lắp những cơ cấu khác của robot Chính vì vậy chúng em xin đưa ra một số giải pháp cho phần đế robot tự động như sau:

2.1.1.Kích thước phần đế.

Do kích thước và khối lượng của khối cấu kiện là rất lớn nên chúng em thiết kế phần

đế cho robot tự động mang hai khối cấu kiện theo hình chữ I và có kích thước như sau:

+ Chiều dài của phần đế là : 45 cm

+ Chiều rộng của đế phía sau là :70 cm

+ Chiều rộng của đế phía trước là :40 cm

Kích thước tổng thể của đế robot như sau:

Hình 2.1: Kích thước phần đế robot tự động mang hai khối cấu kiện.

Đối với kích thước tổng thể được cho như trên sẽ giúp cho robot có độ vững chắc

cao ,và có thể di chuyển một cách linh hoạt cho dù nó mang trên mình hai khối cấu kiện

có kích thước lớn

Đế robot được thiết kế theo hình chữ I với 4 bánh được bố trí tại 4 góc của phần đế

tạo lên sự vững chắc cho robot Ngoài ra thì đế robot được làm bằng nhôm hộp lên có

khối lượng nhẹ mà vẫn bảo đảm sự vững chắc

2.1.2 Vật liệu sử dụng làm đế.

Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật có kích thước 50×25mm.

Hình 2.2: Kích thước của nhôm được sử dụng làm đế.

Hình 2.3: Hình dạng của thanh nhôm dùng làm đế robot.

Loại nhôm này có bán rất nhiều trên thị trường, vì vậy rất tiện lợi khi cần thay thế hay sửa chữa bộ phận nào đó của robot Khi sử dụng loại nhôm này để chế tạo robot thì chúng em nhận thấy khi dựng đứng nhôm để lắp ghép thì sẽ tạo ra độ cứng vững cho đế robot khi phải chịu tải trọng từ phía trên xuống Để tạo độ cứng vững cho phần đế chúng

em sử dụng các tấm phíp nhựa và các thanh nhôm hình chữ V để ghép nối chúng với nhau.Việc ghép nối này đảm bảo độ chắc chắn và có trọng lượng nhẹ hơn so với việc sử dụng gỗ nhét vào trong ống nhôm

a.Kiểm tra điều kiện bền đối với thanh a.

Hình 2.4: Biểu đồ mômen.

Cân bằng momen ở A ta có phương trình:

 [σ] ≥ = = 11,08 N/mm 2 [σ] nhôm = 13 N/mm 2

 Như vậy là thanh chịu lực trong giới hạn cho phép.

- Hướng dẫn gia công chi tiết:

+ Sử dụng máy cắt 2 thanh nhôm có chiều dài là 600 mm

Hình 2.6:Kích thước nhôm.

Hình 2.7: Phân tích vật thể thành dạng mạng lưới.

Hình 2.8: Phân tích các điểm chịu lực tác dụng của vật thể.

 Xét tại mặt cắt nguy hiểm nhất ta có ĐK:

 [σ]≥ = = 5 N/mm 2 => Như vậy thanh thỏa mãn điều kiện bền cho phép.

Ta có hình ảnh phân tích ứng suất của chi tiết.

 Momen uốn tại điểm A: M A = P2.60 + VA.40 = 1148 Nmm.

Ta có công thức momen chống uốn với tiết diện hình chữ nhật:

Wx = = Theo điều kiện bền ta có: M o ≤ W x [σ]

Hình 2.19: Phân tích tác động của ứng suất lên chi tiết.

Hình 2.20: Phân tích mức độ biến dạng của chi tiết.

Hình 2.21: Bản vẽ chi tiết.

e.Khảo sát thanh c:

Thanh c được thiết kế dùng để giằng giữa giá đỡ 2 ắc quy và 2 động cơ Giả

sử trong trường hợp tải trọng lớn nhất là thanh chịu kéo nén với lực kéo là:

 σ = = = 0,54 N/mm 2 thỏa mãn điều kiện bền.

 Vật liệu chi tiết là bằng hợp kim nhôm: Tra bảng 3-1 SBVL ta có:

Modul đàn hồi khi kéo, nén E = 7,0.10 3 kN/cm 2 = 7.10 4 N/mm 2

Hình 2.23: Bản vẽ chi tiết.

Khảo sát biến dạng của thanh:

Hình 2.24: Chia lưới phân tích.

Hình 2.25: Ảnh hưởng của lực kéo.

Hình 2.26: Mức độ biến dạng của chi tiết.

A: Diện tích tiết diện.

Diện tích mặt cắt nguy hiểm là:A = 25.19 – 23.19 = 38 mm 2

 σ = = = 0,57 N/mm 2 thỏa mãn điều kiện bền.

 Biến dạng dài dọc trục của một đơn vị chiều dài thanh là:

Hình 2.27:Kích thước của chi tiết.

Khảo sát biến dạng của thanh:

Hình 2.28:Phân tích lưới chi tiết.

Hình 2.29:Ảnh hưởng của lực kéo.

Hình 2.30:Mức độ biến dạng của chi tiết.

Hình 2.31: Bản vẽ chi tiết.

Khảo sát chi tiết m :

Xét cân bằng tại điểm A ta có phương trình cân bằng momen sau:

 Xét tại mặt cắt nguy hiểm nhất ta có ĐK:

 [σ] ≥ = = 21,3 N/mm 2 => Như vậy thanh thỏa mãn điều kiện bền cho phép.

Kích thước: Ø50, 65, 75 & 100 mm

Chất liệu: Cao su đặc

Lắp đặt: Lắp mặt đế hoặc cọc vít

Sản xuất theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS: 2 tầng bi, càng dày 1.2mm có thể đáp ứng

tốt tải trọng 50kg Chất liệu cao su đặc chịu mài mòn, chống ồn và bảo vệ mặt sàn

Thích hợp dùng cho hệ thống tủ kính trưng bày, nhu hình 2.34:Bánh tự

Trong thiết kế robot ,để phù hợp với yêu cầu của đề thi, mang chút tính thẩm mỹ ,mà vẫn đảm bảo được độ cứng vững ,dễ di chuyển bám đường tốt, Do

đó ta chọn bánh xe omni cho bánh sau của mặt đế Bánh xe omni giúp di chuyển một cách ổn định hơn, linh hoạt hơn, mặc dù bánh omni sẽ làm cho cả phần khung robot bi rung động do kết cấu đặc biệt của bánh nhưng điều này không tác động đáng kể đến quá trình hoạt động của robot

Hình 2.36:Bánh omni dùng trong robot.

Bánh omni có đặc điểm khác biệt với các loại bánh khác là khi đứng yên hoặc khi chuyển động theo các hướng khác nhau bánh chỉ luôn tiếp xúc điểm với mặt sàn Nếu robot đi lên phía trước hoặc lùi lại thì bánh sẽ quay quanh trục quay chính của bánh, khí robot thực hiện rẽ sang ngang thì bánh sẽ thực hiện đồng thời

2 chuyển động: Chuyển động 1 là bánh sẽ quay quanh trục quay lớn; chuyển động

2 là các bánh hành tinh sẽ tự quay quanh trục riêng của mình Điều này tạo tạo cho robot có chuyển động mau lẹ, linh hoạt, dễ thực hiện các chuyển động phức tạp có

độ cua ngoặt cao.

Lựa chọn bánh trước hợp lý sẽ giảm bớt những vấn đề liên quan đến các yếu

tố vật lý.

Hình 2.37: Bánh xe nhôm đúc.

Hình 2.38: Kích thước bánh nhôm.

Ở đây em lựa chọn sử dụng bánh hợp kim nhôm đúc Đặc điểm nổi bật của bánh là trọng lượng nhẹ, lớp vỏ bánh được làm bằng silicon nên bám đường rất tốt, mặt khác trên thân bánh được chế tạo sẵn 2 rãnh dành cho loại đai truyền động từ động có bán sẵn với đường kính đai là 5 Trong cụm bánh có sẵn 2 ổ bi được lắp chặt với thân bánh khá thuận tiện cho việc thiết kế và lắp đặt.

2.2.BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY CỦA ROBOT.

2.2.1.Phương trình động học thuận:

• Phương trình động học thuận là phương trình biểu diễn quan hệ vị trí và hướng của robot thông qua các biến khớp, các biến khớp này là các góc qua của khớp quay và

độ dịch chuyển tịnh tiến đối với khớp tịnh tiến

• Căn cứ vào phương trình động học thuận này khi biết vị trí của các khớp ta có thể xác

Hình 2.39: cánh tay động học định vị trí và hướng của robot

• Căn cứ vào các thông số và hệ toạ độ đã được thiết lập ta có bảng DH của robot như sau:

cossin

0

sin.sin

.coscos

.cossin

cos.sin

.sincos

.sincos

d a

a n

A

α α

θ α

θ α

θ θ

θ α

θ α

θ θ

• Quy ước viết tắt : C2=cosθ2,S2=sinθ2,C3=cosθ3,S3=sinθ3

0

0

11

0

0

00

1

0

00

2010

020

2

0202

2

l

C S

S C

3010

0303

030

3

C S

S C

3010

0303

030

33

2

l

C S

S C

00

23

03

3

*23

*22

3

*2

3

*23

*22

3

*23.23

1

l C

S

l C S

S C

C S

l S S C S

C C A A T

123

03

3

*23

*22

3

*2

3

*23

*22

3

*2

3

1.11

0003

l l C

S

l C S

S C

C S

l S S C S

C C

T A z p z a z z n

y p y a y s y n

x p x a x s x n

ax = −

3

*

2 S S y

p =

3

*

2 l C y

p = −

1

2 l l z

2.2.2.Phương trình động học ngược :

Phương trình động học của robot nhằm xác định các giá trị biến khớp từ các vị trí

và hướng cuẩ tay robot mong muốn Phương trình động học ngược thường khó giải và

ko có lời giải tổng quát cho mọi robot:

Ta có :

3

13

11

11

00

0010

00011

3

z

p z

a z

s z

p y a y s y

p x

a x

s x n T

00

23

03

3

*23

*22

3

*2

3

*23

*22

3

*23

.23

1

l C

S

l C S

S C

C S

l S S C S

C C A A T

0

110

0

001

0

000

0 z

p z

a z

s z n

y

p y

a y

s y

p x

a x

s x n

00

23

03

3

*23

*22

3

*2

3

*23

*223

*2

l C

S

l C S S C

C S

l S S C S C C

00

1

l z

p z

a z

s z n

y

p y

a y

s y

p x

a x

s x n

00

23

03

3

*23

*22

3

*2

3

*23

*22

3

*2

l C

S

l C S

S C

C S

l S S C S

C C

C 2 = ⇒ cos θ 2 =

y s

arccos

2 =

⇒θ

3 2 cos 1

3 2

z p l

C l

z

3 cos

Động cơ sử dụng để di chuyển là loại động cơ hộp vuông có tốc độ 150(vòng/phút)

Ưu điểm của loại động cơ này là có thể chịu lực khỏe

Bánh chủ động của robot được bố trí phía sau của phần đế.Để tạo thêm sự vững chắc cho bánh động cơ thì tại vị trí của phần nhôm bắt bánh ta cho thêm gỗ vào Động

cơ được bắt chặt vào phần đế nhờ miếng nhôm tấm và đai thít