nghiên cứu thiết kế, chế tạo tay máy song song với chân dẫn động phụ phục vụ ứng dụng công nghiệp

i  VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ PHÂN VIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT Tên Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm Đề tài: TS. LÊ QUỐC HÀ  02/2013 ii DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN CHỦ CHỐT THAM GIA ĐỀ TÀI TT Họ và tên Chuyên môn Đơn vị 1  - VIELINA HMC 2  - VIELINA HCMC 3  - VIELINA HCMC 4  - VIELINA HCMC 5  - VIELINA HCMC 6  - VIELINA HCMC 7  - VIELINA HCMC 8  KS. - VIELINA HCMC 9    10    iii TÓM TẮT     ABSTRACT Parallel Robot has some advantages such as: rigidity, changing position, ability and flexible navigation, accuracy and high stability, They are applied in a lot of fields. The project researching, designing and manufacture equipment parallel robot with lead assistant leg for industrial application. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình một số tay máy thông dụng 4 Hình 1.4: Robot hàn 5 Hình 1.5: Robot sơn 5 Hình 1.6: Robot trong lắp ráp tự động 6 Hình 1.7: Phân xưởng sản xuất đồ nhựa gồm các máy ép nhựa có gắn tay máy lấy SP 6 Hình 1.8: Robot spirit được phát triển bởi NASA ứng dụng trong thám hiểm sao hỏa. Được đưa lên sao hỏa vào tháng 1 năm 2004 7 Hình 1.9: Xe vận chuyển chất đồng vị phóng xạ từ lò phản ứng hạt nhân 8 Hình 1.11: Robot quân sự (USA) 8 Hình 1.12: Cách bố trí các chuỗi động học của cơ cấu chấp hành song song phẳng 11 Hình 1.13: Cấu trúc chấp hành song song 3PRP 11 Hình 1.14: Cấu trúc chấp hành kiểu cầu 3RRR 11 Hình 1.15: Một số cấu trúc chân của robot song song không gian 12 Hình 1.16: Tấm dịch chuyển Stewart 12 Hình 1.17: Robot Delta 13 Hình 1.18: Cấu trúc chấp hành song song 3RPS 13 Hình 1.19: Tay máy song song 3-PRS 14 Hình 1.20: Tripteron 15 Hình 1.21: Tay máy KNTU 15 Hình 1.22: Tấm dịch chuyển Gough 17 Hình 1.23: Sơ đồ của robot Delta và ứng dụng nâng gắp trong công nghệ thực phẩm 17 Hình 1.24: Hệ gia công Hexapod+CNC 6 trục ảo 18 Hình 1.25: Hệ gia công Hexapod+CNC 8 trục ảo 18 Hình 1.26: Tấm dịch chuyển Stewart 19 Hình 1.27: Bộ mô phỏng xe đạp của KAIST và sản phẩm Caren của Motek 19 Hình 1.28: SurgiScope đang vận hành ở Surgical Robotics Lab, Đại học Humboldt (Berlin, Đức) 20 v Hình 1.29: Robot CRIGOS dùng để phẫu thuật tái tạo xương 20 Hình 1.30: Robot leo cột của Phòng thí nghiệm PCR 21 Hình 1.31: Mô hình thiết bị đồ gá và thiết bị thực tế tại Viện Cơ học 22 Hình 1.32: Hệ thống gia công 5 trục ảo CNC+Hexapod 23 Hình 1.33: Tay máy song song với các dẫn động phụ bên ngoài không gian làm việc 25 H.2.1 Tay máy song song có các dẫn động phụ 27 H.2.2 Mô hình hình học 28 H.2.3 Mô hình tay máy song song với tâm của tấm dịch chuyển là (0 0 3), góc hướng của tấm dịch chuyển là  = 0,  =   và  =   30 H.2.4 Mô hình tay máy song song với dẫn động phụ 33 H.2.5 Cấu tạo khớp trượt 34 H.2.6 Cấu tạo khớp cầu 35 H.2.7 Cấu tạo khớp nối dài 35 H.2.8 Tấm đế di động 36 H.2.9 Tấm đế cố định 37 Hình 3.1. Nguyên lý phần cứng bộ điều khiển robot 38 Hình 3.2. Cấu trúc phần cứng bộ điều khiển robot 40 Hình 3.3. Cấu trúc CPU điều khiển 1 khâu trượt robot 41 Hình 3.4. Cấu trúc CPU -100-V20 41 Hình 4.1. Sơ đồ khối chương trình chính điều khiển vận hành robot từ máy tính PC 43 Hình 4.2. Giải thuật chương trình vận hành robot OB1 44 Hình 4.3. Giản đồ thuật toán xử lý và điều khiển 45 Hình 4.4. Giản đồ chương trình chính hoạt động của CPU-Main 47 Hình 4.5. Giải thuật chương trình vận hành robot OB1a 48 Hình 4.6. Giản đồ thuật toán xử lý và điều khiển 49 Hình 4.7. Giản đồ chương trình chính hoạt động của CPU-DRIVER 50 Hình 4.8. Giản đồ chương trình ngắt từ CPU-Main 51 Hình 5.1. Bộ điều khiển số với hàm PID số 52 Hình 5.2. Sơ đồ điều khiển tay máy với thuật toán Fuzzy 55 Hình 6.1: Hệ gia công Hexapod+CNC 6 trục ảo 57 Hình 6.2: Hệ gia công Hexapod+CNC 8 trục ảo 57 vi Hình 6.3: Hệ thống gia công 5 trục ảo CNC+Hexapod 58 Hình 6.4: Robot song song của ABB và ứng dụng phân loại trong dây chuyền bánh kẹo 59 Hình 6.5: Robot đóng gói sản phẩm xúc xích, đóng gói thịt xông khói 59 Hình 6.6: Robot Công ty Elekta (Thụy Điển) nâng giữ kính hiển vi 59 Hình 6.7: Robot song song cho mô phỏng bay để đào tạo phi công 60 Hình 7.1. Hệ thống điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ 62 Hình 7.2. Chương trình điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ 62 vii Mục lục Trang Báo cáo khoa học kỹ thuật 1 1 Nghiên cứu tổng quan 2 1.1  2 1.2 Phân loại chung về robot 3 1.3  5 1.4 Robot song song 8 1.5  26 2 Thiết kế cơ khí Robot song song 27 2.1  27 2.2  27 2.3  32 2.4  37 3 Thiết kế hệ thống điều khiển cho Robot song song 38 3.1  38 3.2  38 4 Thiết kế phần mềm điều khiển Robot song song 42 4.1  42 4.2  42 4.3 -MAIN 46 4.4 - 50 4.5  51 5 Thiết kế các giải thuật cho Robot song song 52 5.1  52 5.2  55 5.3  56 6 Nghiên cứu khả năng ứng dụng tay máy song song có dẫn động phụ đƣợc thiết kế chế tạo trong đề tài. Thiết kế mô hình ứng dụng 57 6.1  57 6.2  60 7 Các kết quả thực hiện đề tài 62 7.1  62 7.2  63 7.3  63  65 1 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ PHÂN VIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KHOA HỌC KỸ THUẬT Tên Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm Đề tài: TS. LÊ QUỐC HÀ 2 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1. Mở đầu           -    -cao su-  Robot công nghiệp ,                                m;  :  ,  ,  :  ,  ,  ,                     ,             .   ,               ,   , ,  c,               : Mitsubishi, Siemens, Honda,        , PUMA, ASV,  -   p   Robot dịch vụ  2008, các               -      -     3 Robot trong an ninh quốc phòng   -  - Robot rà phá bom mìn. - Robot trinh sát. -  -  1.2. Phân loại chung về robot   -        -    - c và                            -      [...]... hƣớng nghiên cứu mở rộng mà các nhà khoa học chƣa tập trung nhiều và xây dựng bài toán tự động hóa thiết kế các tay máy song song có các dẫn động phân bố bên ngoài không gian làm việc 26 2 THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG 2.1 Mở đầu Thiết kế robot song song với chân dẫn động phụ cần phải bám sát các mục tiêu là xây dựng một hệ thống tay máy song song tồn tại các dẫn động phụ với bộ điều khiển tối ƣu, với các phƣơng... dụng nguyên lý công ảo, các phƣơng trình động lực học chuyển động đối với cơ cấu chấp hành phức tạp có thể đƣợc rút gọn Phƣơng pháp này hiệu quả hơn phƣơng pháp Newton-Euler, có thể đƣợc dùng để xác định sự điều khiển thời gian thực cho cơ cấu chấp hành song song 1.4.4 Ứng dụng của tay máy song song Tay máy song song đã đƣợc ứng dụng rộng rãi vào trong cuộc sống Một số ứng dụng cụ thể của tay máy song. .. động hóa thiết kế nhằm tăng thể tích không gian làm việc và sức nâng tải của chúng Trên cơ sở nghiên cứu và thực nghiệm đề xuất các ứng dụng cho tay máy song song nhằm tạo cơ sở để triển khai ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất và đời sống (đề tài giai đoạn 2) Robot song song với chân dẫn động phụ cần có những tính năng kỹ thuật sau: Cấu trúc cơ khí Gồm: - Platform có thể định vị trí cho 4 chân dẫn. .. Hồ Đắc Hiền đã thiết kế động học máy cắt gọt kim loại Hexapod bằng mô phỏng [24] Chƣơng trình KHCN về nghiên cứu, phát triển, ứng dụng công nghệ tự động hóa KC03/06-10, 2008 – 2011 đã nghiệm thu Đề tài về Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot song song (Gough – 22 Stewart Platform) sử dụng trong hệ thống thiết bị tạo chuyển động phức hợp, hình thành trung tâm gia công chế tạo 5 trục ảo” Mã số: KC.03.16/06-10... Hình 1.33: Tay máy song song với các dẫn động phụ bên ngoài không gian làm việc Để giải bài toán này, cần thiết phải xây dựng hệ các công cụ tự động hóa việc thiết kế của mỗi tay máy song song, điều này nên có sự kết hợp giữa tối ƣu cấu trúc và đặc tính kỹ thuật của các tham số thiết kế, để từ đó còn tính đến các yêu cầu theo các thông số không gian làm việc Vì đặc điểm của các tay máy song song có một... tay máy song song có bậc tự do thừa và tìm hiểu các đặc tính của nó, so sánh các tay máy song song không có bậc tự do thừa với các tay máy song song có bậc tự do thừa thông qua việc vận hành, ƣu điểm của từng loại Cần thiết phải xây dựng hệ các công cụ tự động hóa việc thiết kế của mỗi tay máy song song, điều này nên có sự kết hợp giữa tối ƣu cấu trúc và đặc tính kỹ thuật của các tham số thiết kế, để... đã đƣợc nghiên cứu, xác định mối quan hệ tƣơng hỗ giữa các tập hợp Pareto thu đƣợc khi tối ƣu hóa theo hai tiêu chuẩn 1.4.6.2 Bài toán tự động hóa thiết kế các tay máy song song có các dẫn động phân bố bên ngoài không gian làm việc Trong vài năm gần đây, tay máy song song với các dẫn động phụ bên ngoài không gian làm việc nhận đƣợc sự quan tâm của các nhà khoa học (hình 1.33) Việc tự động hóa thiết kế... trong lĩnh vực tay máy song song đang thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong thời gian sắp tới, bao gồm: - Về động lực học và điều khiển: nghiên cứu đáp ứng động lực học của tay máy thông qua việc mô phỏng và sử dụng các công cụ phân tích/số học, khám phá các khả năng của các chiến lƣợc điều khiển đặc biệt đem lại ƣu điểm cho cấu trúc song song của tay máy và cải thiện các tác vụ, từ đó rút... đã nghiên cứu ứng dụng robot song song trong máy đo tọa độ CMM [17] - Nhóm nghiên cứu Đặng Bảo Lâm, Phạm Minh Hải và Phan Văn Đồng đã nghiên cứu thuật toán tìm miền làm việc của họ robot song song phẳng 3 bậc tự do [18] - Nhóm tác giả Nguyễn Thiện Phúc, Trần Minh Nghĩa và Nguyễn Đình Nin đã nghiên cứu tạo dựng robot song song loại hexa [19] - Các tác giả Võ Quang Vinh, Lâm Hùng Sơn, Võ Thu Hà đã nghiên. .. Robot đƣợc sử dụng mạnh nhất trong công nghệ lắp ráp xe ô tô tự động Việc ứng dụng chúng cho phép sản xuất ô tố với tốc độ cao vài phút/chiếc (hình 1.6) 5 Hình 1.6: Robot trong lắp ráp tự động Robot còn đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa nhƣ phục vụ cho máy công cụ, lấy sản phẩm trong công nghiệp đồ nhựa (hình 1.7) Hình 1.7: Phân xƣởng sản xuất đồ nhựa gồm các máy ép nhựa có gắn tay máy lấy SP . 1.33: Tay máy song song với các dẫn động phụ bên ngoài không gian làm việc 25 H.2.1 Tay máy song song có các dẫn động phụ 27 H.2.2 Mô hình hình học 28 H.2.3 Mô hình tay máy song song với. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm Đề tài: TS. LÊ QUỐC HÀ 2 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1. Mở. VÀ KỸ THUẬT Tên Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG CÔNG NGHIỆP Chủ nhiệm Đề tài: TS. LÊ QUỐC HÀ 