Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

: Bậc tự do của một vật rắn không chụi liên kết trong không gian làm việc của robot  = 3 ứng vớikhông gian làm việc trong mặt phẳng,  = 6 ứng với không gian làm việc trong không gian..

LỜI NÓI ĐẦU

Trong s nghi p công nghi p hóa hi n đ i hóa đ t n c v n đ t đ ng hóa có vai trò đ c bi tự ệ ệ ệ ạ ấ ướ ấ ề ự ộ ặ ệquan tr ng.ọ

Nh m nâng cao năng su t dây chuy n công ngh , nâng cao ch t l ng và kh năng c nh ằ ấ ề ệ ấ ượ ả ạtranh , c i thi n đi u ki n lao đ ng , nâng cao năng suât lao đ ng, v n đ đ t ra c n có 1 h ả ệ ề ệ ộ ộ ấ ề ặ ầ ệ

th ng s n xu t ph i cquanó tính linh ho t cao Robot công nghi p , d c bi t nh ng tay máy ố ả ấ ả ạ ệ ặ ệ ữrobot là b ph n quan tr ng t o ra nh ng h th ng đó.ộ ậ ọ ạ ư ệ ố

Tay máy Robot đã có m t trong quá trình s n xu t t nhi u năm tr c , ngày nay tay máy robotặ ả ấ ừ ề ướ

đã dùng nhi u lĩnh v c s n xu t , su t phát t nh ng u đi m mà tay máy robot đó và đúc k t ề ự ả ấ ấ ừ ữ ư ể ế

l i trong quá trình s n xu t làm vi c ,tay máy có nh ng tính năng mà con ng i không th có ạ ả ấ ệ ữ ườ ể

đ c , kh năng làm vi c n đ nh , có th làm vi c trong môi tr ng đ c h i ……Do đó vi c đ uượ ả ệ ổ ị ể ệ ườ ộ ạ ệ ầ

t nghiên c u , ch t o ra nh ng lo i tay máy robot ph c v cho công cu c t đ ng hóa s n ư ứ ế ạ ữ ạ ụ ụ ộ ự ộ ả

xu t là r t c ncho hi n t i và t ng lai.ấ ấ ầ ệ ạ ươ

Đ ÁN THI T K H TH NG C ĐI N T Ồ Ế Ế Ệ Ố Ơ Ệ Ử giúp chúng em b c đ u làm quen v n đ c t lõi ướ ầ ấ ề ố

và c b n nh t c a robot , giúp cho sinh viên có th h th ng hóa l i môn h c đã đ c h c ơ ả ấ ủ ể ệ ố ạ ọ ượ ọ

Đ ng th i giúp sinh viên làm quen công vi c thi t k và làm đ án t t nghi p sau này.ồ ờ ệ ế ế ồ ố ệ

Trong quá trình h c t p dù đã c g ng hoàn thành đ án v i s t p trung , s n l c m t cách ọ ậ ố ắ ồ ớ ự ậ ự ỗ ự ộ

t t nh t v i s h ng d n c th th y trong b môn ố ấ ớ ự ướ ẫ ụ ể ầ ộ C S THI T K MÁY Ơ Ở Ế Ế Nh ng do hi u ư ể

bi t h n ch v i ch a có nhi u kinh nghi m trong th c ti n nên đ án này không tránh kh i ế ạ ế ớ ư ề ệ ự ễ ồ ỏ

kh năng thi u xót V y em r t mong s s a ch a và góp ý c a th y cô đ em rút ra kinh ả ế ậ ấ ự ử ữ ủ ầ ểnghi m và b xung thêm ki n th c cho mình.ệ ổ ế ứ

Em xin chân thành c m n!ả ơ

Sinh viên th c hi n:ự ệNguy n Văn M nhễ ạ

CHƯƠNG1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

I.S L Ơ ƯỢ C QUÁ TRÌNH PHÁT TRI N C A ROBOT CÔNG NGHI P Ể Ủ Ệ

Hình 1.1: hình nh robot cong nghi p ả ệ

Thu t ng “Robot” xu t phát t ti ng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công vi c t p d ch ậ ữ ấ ừ ế ệ ạ ịtrong v k ch Rossum’s Universal Robots c a Karel Capek, vào năm 1921 Trong v k ch này, ở ị ủ ở ịRossum và con trai c a ông ta đã ch t o ra nh ng chi c máy g n gi ng v i con ng i đ ph c ủ ế ạ ữ ế ầ ố ớ ườ ể ụ

v con ng i Có lẽ đó là m t g i ý ban đ u cho các nhà sáng ch kỹ thu t v nh ng c c u, ụ ườ ộ ợ ầ ế ậ ề ữ ơ ấmáy móc b t ch c các ho t đ ng c b p c a con ng i Đ u th p k 60, công ty Mỹ AMF ắ ướ ạ ộ ơ ắ ủ ườ ầ ậ ỷ(American Machine and Foundry Company) qu ng cáo m t lo i máy t đ ng v n năng và g i làả ộ ạ ự ộ ạ ọ

“Ng i máy công nghi p” (Industrial Robot) Ngày nay ng i ta đ t tên ng i máy công nghi pườ ệ ườ ặ ườ ệ(hay robot công nghi p) cho nh ng lo i thi t b có dáng d p và m t vài ch c năng nh tay ệ ữ ạ ế ị ấ ộ ứ ư

ng i đ c đi u khi n t đ ng đ th c hi n m t s thao tác s n xu t.ườ ượ ề ể ự ộ ể ự ệ ộ ố ả ấ

Theo vi n nghiên c u Robot c a Mỹ đ xu t đ nh nghĩa: “Robot công nghi p là tay máy v n ệ ứ ủ ề ấ ị ệ ạnăng ho t đ ng theo ch ng trình và có th l p trình l i đ hoàn thành và nâng cao hi u qu ạ ộ ươ ể ậ ạ ể ệ ảhoàn thành các nhi m v khác nhau trong công nghi p, nh v n chuy n nguyên v t li u, chi ệ ụ ệ ư ậ ể ậ ệ

ti t, s n ph m, d ng c ho c các thi t b chuyên dung khác”.ế ả ẩ ụ ụ ặ ế ị

V m t kỹ thu t, nh ng robot công nghi p ngày nay, có ngu n g c t hai lĩnh v c kỹ thu t ề ặ ậ ữ ệ ồ ố ừ ự ậ

ra đ i s m h n đó là các c c u đi u khi n t xa (Teleoperators) và các máy công c đi u ờ ớ ơ ơ ấ ề ể ừ ụ ềkhi n s (NC - Numerically Controlled machine tool) Các c c u đi u khi n t xa (hay các thi tể ố ơ ấ ề ể ừ ế

b ki u ch -t ) đã phát tri n m nh trong chi n tranh th gi i l n th hai nh m nghiên c u cácị ể ủ ớ ể ạ ế ế ớ ầ ứ ằ ứ

v t li u phóng x Ng i thao tác đ c tách bi t kh i khu v c phóng x b i m t b c t ng có ậ ệ ạ ườ ượ ệ ỏ ự ạ ở ộ ứ ườ

m t ho c vài c a quan sát đ có th nhìn th y đ c công vi c bên trong Các c c u đi u khi nộ ặ ử ể ể ấ ượ ệ ơ ấ ề ể

t xa thay th cho cánh tay c a ng i thao tác Nó g m có m t b k p bên trong (t ) và hai ừ ế ủ ườ ồ ộ ộ ẹ ở ớtay c m bên ngoài (ch ) C hai, tay c m và b k p, đ c n i v i nhau b ng m t c c u sáu ầ ở ủ ả ầ ộ ẹ ượ ố ớ ằ ộ ơ ấ

b c t do đ t o ra các v trí và h ng tuỳ ý c a tay c m và b k p C c u dùng đ đi u khi nậ ự ể ạ ị ướ ủ ầ ộ ẹ ơ ấ ể ề ể

b k p theo chuy n đ ng c a tay c m Vào kho ng năm 1949, các máy công c đi u khi n s ộ ẹ ể ộ ủ ầ ả ụ ề ể ố

ra đ i, nh m đáp ng yêu c u gia công các chi ti t trong ngành ch t o máy bay Nh ng robot ờ ằ ứ ầ ế ế ạ ữ

đ u tiên th c ch t là s n i k t gi a các khâu c khí c a c c u đi u khi n t xa v i kh năng ầ ự ấ ự ố ế ữ ơ ủ ơ ấ ề ể ừ ớ ả

l p trình c a máy công c đi u khi n s ậ ủ ụ ề ể ố

D i đây chúng ta sẽ đi m qua m t s th i đi m l ch s phát tri n c a ng i máy công ướ ể ộ ố ờ ể ị ử ể ủ ườnghi p M t trong nh ng robot công nghi p đ u tiên đ c ch t o là robot Versatran c a công ệ ộ ữ ệ ầ ượ ế ạ ủ

ty AMF, Mỹ Cũng vào kho ng th i gian này Mỹ xu t hi n lo i robot Unimate -1900 đ c ả ờ ở ấ ệ ạ ượdùng đ u tiên trong kỹ ngh ôtô Ti p theo Mỹ, các n c khác b t đ u s n xu t robot công ầ ệ ế ướ ắ ầ ả ấnghi p : Anh -1967, Thu Đi n và Nh t -1968 theo b n quy n c a Mỹ; CHLB Đ c -1971; Pháp -ệ ỵ ể ậ ả ề ủ ứ1972; ý - 1973 Tính năng làm vi c c a robot ngày càng đ c nâng cao, nh t là kh năng ở ệ ủ ượ ấ ả

nh n bi t và x lý Năm 1967 tr ng Đ i h c t ng h p Stanford (Mỹ) đã ch t o ra m u ậ ế ử ở ườ ạ ọ ổ ợ ế ạ ẫrobot ho t đ ng theo mô hình “m t-tay”, có kh năng nh n bi t và đ nh h ng bàn k p theo v ạ ộ ắ ả ậ ế ị ướ ẹ ịtrí v t k p nh các c m bi n Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đ a ra lo i robot đ c đi u ậ ẹ ờ ả ế ư ạ ượ ềkhi n b ng máy vi tính, g i là robot T3 (The Tomorrow Tool : Công c c a t ng lai) Robot ể ằ ọ ụ ủ ươnày có th nâng đ c v t có kh i l ng đ n 40 KG Ngày nay, khoa h c v Robot “Robotics” ể ượ ậ ố ượ ế ọ ềphát tri n m nh mẽ, ngày càng hi n đ i ng d ng trong r t nhi u lĩnh v c khác nhau: Công ể ạ ệ ạ ứ ụ ấ ề ựnghi p, thám hi m vũ tr , giáo d c, y t ….ệ ể ụ ụ ế

II.CÁC KHÁI NI M VÀ Đ NH NGHĨA V ROBOT CÔNG NGHI P Ệ Ị Ề Ệ

Robot công nghi p có th đ c đ nh nghĩa theo m t s tiêu chu n sau:ệ ể ượ ị ộ ố ẩ

Theo tiêu chu n AFNOR c a Pháp: Robot công nghi p là m t c c u chuy n đ ng t đ ng có ẩ ủ ệ ộ ơ ấ ể ộ ự ộ

th l p trình, l p l i các ch ng trình, t ng h p các ch ng trình đ t ra trên các tr c t a đ , cóể ậ ặ ạ ươ ổ ợ ươ ặ ụ ọ ộ

kh năng đ nh v , đ nh h ng, di chuy n các đ i t ng v t ch t nh chi ti t, đ o c , gá l p ả ị ị ị ướ ể ố ượ ậ ấ ư ế ạ ụ ắtheo nh ng hành trình thay đ i đã đ c ch ng trình hóa nh m th c hi n các nhi m v công ữ ổ ượ ươ ằ ự ệ ệ ụngh khác nhau.ệ

Theo tiêu chu n RIA c a Mỹ (Robot institute of America): Robot là m t tay máy v n năng có ẩ ủ ộ ạ

th l p l i các ch ng trình, đ c thi t k đ di chuy n v t li u, chi ti t, d ng c , ho c các ể ặ ạ ươ ượ ế ế ể ể ậ ệ ế ụ ụ ặthi t b chuyên dùng thông qua các ch ng trình chuy n đ ng có th thay đ i đ hoàn thành ế ị ươ ể ộ ể ổ ểcác nhi m v khác nhau.ệ ụ

Theo tiêu chu n TOCT 25686-85 c a Nga: Robot công nghi p là m t máy t đ ng, đ c đ t c ẩ ủ ệ ộ ự ộ ượ ặ ố

đ nh ho c di đ ng đ c, liên k t gi a m t tay máy và m t h th ng đi u khi n theo ch ng ị ặ ộ ượ ế ữ ộ ộ ệ ố ề ể ươtrình, có th l p đi l p l i đ hoàn thành các ch c năng v n đ ng và đi u khi n trong quá trìnhể ặ ặ ạ ể ứ ậ ộ ề ể

s n xu t.ả ấ

Do đó, robot công nghi p có th đ c hi u là nh ng thi t b t đ ng linh ho t, th c hi n các ệ ể ượ ể ữ ế ị ự ộ ạ ự ệ

ch c năng lao đ ng công nghi p c a con ng i d i m t h th ng đi u khi n theo nh ng ứ ộ ệ ủ ườ ướ ộ ệ ố ề ể ữ

ch ng trình đã đ c l p trình s n.ươ ượ ậ ẵ

V i đ c đi m có th l p trình l i đ c, robot công nghi p là thi t b t đ ng hóa và ngày càng ớ ặ ể ể ậ ạ ượ ệ ế ị ự ộ

tr thành b ph n không th thi u đ c c a các h th ng s n xu t linh ho t Vì v y, robot ở ộ ậ ể ế ượ ủ ệ ố ả ấ ạ ậcông nghi p tr thành ph ng ti n h u hi u đ t đ ng hóa, nâng cao năng su t lao đ ng và ệ ở ươ ệ ữ ệ ể ự ộ ấ ộ

gi m nh cho con ng i nh ng công vi c n ng nh c, đ c h i d i s giám sát c a con ng i.ả ẹ ườ ữ ệ ặ ọ ộ ạ ướ ự ủ ườ

III.C U TRÚC VÀ PHÂN LO I ROBOT CÔNG NGHI P Ấ Ạ Ệ

3.1.C u trúc chung c a robot công nghi p: ấ ủ ệ

M t Robot công nghi p đ c c u thành b i các h th ng sau:ộ ệ ượ ấ ở ệ ố

+C c u ch p hành(Actuator) t o chuy n đ ng cho các khâu c a tay máy.Ngu n đ ng l c ơ ấ ấ ạ ể ộ ủ ồ ộ ự

c a các c c u ch p hành là đ ng c các lo i: đi n,th y l c,khí nén ủ ơ ấ ấ ộ ơ ạ ệ ủ ự

+H th ng c m bi n(Sensor) g m các sensor và các thi t b chuy n đ i tín hi u.Các Robot ệ ố ả ế ồ ế ị ể ổ ệ

c n h th ng sensor bên trong đ nh n bi t tr ng thái c a b n thân các c c u c a Robot và ầ ệ ố ể ậ ế ạ ủ ả ơ ấ ủcác sensor ngoài đ nh n bi t tr ng thái c a môi tr ng tác đ ng ể ậ ế ạ ủ ườ ộ

+H th ng đi u khi n(Controller) hi n nay th ng là máy tính đ giám sát và đi u khi n ệ ố ề ể ệ ườ ể ề ể

ho t đ ng c a Robot ạ ộ ủ

+Tay máy(Manipulator) là c c u c khí g m các khâu,các kh p.Chúng hình thành cánh tay ơ ấ ơ ồ ớ

đ t o chuy n đ ng c b n,c tay t o nên s khéo léo linh ho t và bàn tay (End Effector) đ ể ạ ể ộ ơ ả ổ ạ ự ạ ể

tr c ti p hoàn thành các thao tác trên đ i t ng ự ế ố ượ

3.2 B c t do c a robot : ậ ự ủ

B c t do c a Robot là đ i l ng đ c tr ng cho kh năng linh ho t c a chuy n đ ng c a ậ ự ủ ạ ượ ặ ư ả ạ ủ ể ộ ủRobot Robot có s b c t do càng l n thì kh năng linh ho t càng cao nh ng c u trúc Robot ố ậ ự ớ ả ạ ư ấcàng tr nên ph c t p C c u tay c a robot ph i đ c c u t o sao cho khâu cu i ph i có v trí ở ứ ạ ơ ấ ủ ả ượ ấ ạ ố ả ị

và theo m t h ng nh t đ nh nào đó và d dàng di chuy n d dàng trong vùng làm vi c Mu n ộ ướ ấ ị ễ ể ễ ệ ố

v y c c u tay c a robot ph i đ t đ c m t s b c t do chuy n đ ng Đ tính s b c t do ậ ơ ấ ủ ả ạ ượ ộ ố ậ ự ể ộ ể ố ậ ự

c a robot thì có nhi u công th c đ c đ xu t, d i đây ta đ a ra cách tính d a vào đ nh lý ủ ề ứ ượ ề ấ ướ ư ự ịGruebler Đ nh lý này đ c s d ng ph bi n trong nhi u tài li u hi n nay.ị ượ ử ụ ổ ế ề ệ ệ

Theo Gruebler thì b c t do ậ ự f đ c tính theo công th c: ượ ứ

Trong đó :

: Là số bậc tự do của cơ cấu

: Bậc tự do của một vật rắn không chụi liên kết trong không gian làm việc của robot ( = 3 ứng vớikhông gian làm việc trong mặt phẳng,  = 6 ứng với không gian làm việc trong không gian)

: Số khâu ( kể cả giá cố định)

: Số bậc tự do của khớp thứ i

: Tổng số khớp của cơ cấu

: Số bậc tự do thừa

Hình 1.2 Robot Puma 560 có 6 bậc tự do

3.3 Phân lo i Robot: ạ

3.3.1Phân lo i theo ph ạ ươ ng pháp đi u khi n: ề ể

Có 2 ki u đi u khi n robot: Đi u khi n h và Đi u khi n kín.ể ề ể ề ể ở ề ể

Đi u khi n h : dùng truy n đ ng b c (đ ng c đi n ho c đ ng c th y l c, khí nén) mà ề ể ở ề ộ ướ ộ ơ ệ ặ ộ ơ ủ ự

quãng đ ng ho c góc d ch chuy n t l v i xung đi u khi n Ki u này đ n gi n nh ng cho đườ ặ ị ể ỷ ệ ớ ề ể ể ơ ả ư ộ

chính xác th p.ấ

Đi u khi n kín: (đi u khi n ki u servo) s d ng tín hi u ph n h i v trí đ tăng đ chính xác ề ể ề ể ể ử ụ ệ ả ồ ị ể ộ

đi u khi n Có hai ki u đi u khi n servo: Đi u khi n đi m-đi m và đi u khi n theo đ ng ề ể ể ề ể ề ể ể ể ề ể ườ

(contour)

Ki u đi u khi n đi m-đi m: ph n công tác d ch chuy n t đi m này đ n đi m kia theo ể ề ể ể ể ầ ị ể ừ ể ế ể

đ ng th ng v i t c đ không cao Ki u đi u khi n này th ng đ c dùng trên các Robot hàn ườ ẳ ớ ố ộ ể ề ể ườ ượ

đi m, v n chuy n, tán đinh và b n đinh.ể ậ ể ắ

Đi u khi n contour: đ m b o cho ph n công tác d ch chuy n theo quỹ đ o b t kì, v i t c ề ể ả ả ầ ị ể ạ ấ ớ ố

đi u khi n đ c Có th g p ki u đi u khi n này trên các Robot hàn h quang và phun s n.ề ể ượ ể ặ ể ề ể ồ ơ

3.3.2 Phân lo i theo ng d ng: ạ ứ ụ

D a vào nh ng ng d ng c a robot trong s n xu t ta có nh ng lo i robot sau: robot s n, ự ữ ứ ụ ủ ả ấ ữ ạ ơ

robot hàn, robot l p ráp, robot dùng trong ngành d ch v , robot chuy n phôi.ắ ị ụ ể

vụ

IV NG D NG C A ROBOT CÔNG NGHI P TRONG S N XU T Ứ Ụ Ủ Ệ Ả Ấ

Trên th gi i:ế ớ

Hi n nay trên th gi i, do nhu c u s d ng robot ngày càng nhi u trong các quá trình s n xu tệ ế ớ ầ ử ụ ề ả ấ

ph c t p v i m c đích góp ph n nâng cao năng su t dây chuy n công ngh , gi m giá thành, ứ ạ ớ ụ ầ ấ ề ệ ảnâng cao ch t l ng, và nâng cao kh năng c nh tranh c a s n ph m đ ng th i c i thi n đi u ấ ượ ả ạ ủ ả ẩ ồ ờ ả ệ ề

ki n lao đ ng, nên robot công nghi p c n có nh ng kh năng thích ng t t và thông minh h n ệ ộ ệ ầ ữ ả ứ ố ơ

v i nh ng c u trúc đ n gi n và linh ho t.ớ ữ ấ ơ ả ạ

Có th k đ n m t s ng d ng đi n hình c a robot trên th gi i nh :ể ể ế ộ ố ứ ụ ể ủ ế ớ ư

Robot song song dùng trong phân lo i và đóng gói s n ph m ạ ả ẩ : IRB 660 Flex Palletizer, IRB 340

FlexPicker, IRB 260 FlexPicker Các robot này có th g p l n l t các h p v c xin b i li t t ể ắ ầ ượ ộ ắ ạ ệ ừbăng t i và đ t nó vào thùng g m 20 h p m t cách chính xác.ả ặ ồ ộ ộ

Robot dùng trong công ngh ép phun nh a ệ ự : IRB 6650 c a hãng ABB có th thao tác nhanh, d ủ ể ễdàng l y s n ph m ra kh i khuôn v trí tách khuôn, giám sát, làm s ch, đi u khi n ch t l ngấ ả ẩ ỏ ở ị ạ ề ể ấ ượ

d a trên camera……ự

T i Vi t Nam:ạ ệ

N c ta ng d ng c a robot công nghi p r t đa đ ng, tùy vào nh ng nghành, công vi c khác ướ ứ ụ ủ ệ ấ ạ ữ ệnhau mà ta có th áp d ng nh ng robot công nghi p riêng bi t D i đây là m t s nghành ể ụ ữ ệ ệ ướ ộ ốtrong h th ng s n xu t mà áp d ng robot công nghi p.ệ ố ả ấ ụ ệ

Công nghi p đúc ệ : robot làm nhi m v rót kim lo i nóng ch y vào khuôn, c t mép th a, làm ệ ụ ạ ả ắ ừ

s ch v t đúc ho c làm tăng b n v t đúc b ng cách phun cát.ạ ậ ặ ề ậ ằ

Ngành gia công áp l c ự : các quá trình hàn và nhi t luy n th ng bao g m nhi u công vi c đ c ệ ệ ườ ồ ề ệ ộ

h i và nhi t đ cao, đi u ki n làm vi c khá n ng n , d gây m t m i nh t là trong các phânạ ở ệ ộ ề ệ ệ ặ ề ễ ệ ỏ ấ ở

x ng rèn d p.ưở ậ

CH ƯƠ NG II: THI T K C C U ROBOT CÔNG NGHI P Ế Ế Ơ Ấ Ệ

Mô hình t ng th robot PUMA ổ ể

1.Thi t k chi ti t khâu đ và khâu th nh t: ế ế ế ế ứ ấ

Mô hình h th ng d n đ ng khâu th nh t ệ ố ẫ ộ ứ ấ

Hình chi u và hình chi u tr c đo chi ti t đ robot ế ế ụ ế ế

Hình chi u và hình chi u tr c đo chi ti t n p bi , đ ng c servo và kh p n i ế ế ụ ế ắ ổ ộ ơ ớ ố

Hình chi u và hình chi u tr c đo chi ti t đũa côn , bi ,bulong ế ế ụ ế ổ ổ

Hình chi u và hình chi u tr c đo chi ti t tr c khâu 1, tr c gi m t c c p 1 ,tr c n i BR ch đ ng ế ế ụ ế ụ ụ ả ố ấ ụ ố ủ ộ

H th ng bánh răng gi m t c ệ ố ả ố

H th ng bánh răng gi m t c ệ ố ả ố

Bánh răng, n p đ p ch a bi ,l p đ p ắ ế ứ ổ ắ ế

Mô hình ph n đ u khâu th nh t ầ ầ ứ ấ

2.Mô hình khâu th 2 ứ

3.Mô hình khâu th 3 ứ

4.Mô hình khâu th 4 ứ

5.Mô hình khâu th 5 ứ

6.Mô hình khâu th 6 ứ

CHƯƠNG III: GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT PUMA

1.Thi t l p h ph ế ậ ệ ươ ng trình đ ng h c c a Robot: ộ ọ ủ

b.Ph ươ ng pháp Denavit – Hartenberg

Theo DH, t i m i kh p ta g n m t h tr c to đ , quy c v cách đ t h to đ này nh ạ ỗ ớ ắ ộ ệ ụ ạ ộ ướ ề ặ ệ ạ ộ ưsau:

- Tr c ụ zi đ c liên k t v i tr c c a kh p th i+1 Chi u c a ượ ế ớ ụ ủ ớ ứ ề ủ zi đ c ch n tuỳ ý.ượ ọ

- Tr c ụ xi đ c xác đ nh là đ ng vuông góc chung gi a tr c kh p ượ ị ườ ữ ụ ớ i và kh p ớ i+1, h ng ướ

t đi m tr c c a kh p ừ ể ụ ủ ớ i t i kh p i+1 N u hai tr c song song thì ớ ớ ế ụ xi có th ch n b t kỳ ể ọ ấ

là đ ng vuông góc chung hai tr c kh p Trong tr ng h p hai tr c này c t nhau, ườ ụ ớ ườ ợ ụ ắ xi

đ c xác đ nh theo chi u c a ượ ị ề ủ z zii1 ( ho c quy t c bàn tay ph i).ặ ắ ả

- Tr c ụ yi đ c xác đ nh theo ượ ị xi và zi theo quy t c bàn tay ph i.ắ ả

Hình 3.1 Quy t c bàn tay ph i ắ ả

Các thông s đ ng h c Denavit – Hartenberg đ c xác đ nh nh sau:ố ộ ọ ượ ị ư

- : kho ng cách Oả i-1 và Oi theo tr c zụ i-1.

- : góc gi a 2 đ ng vuông góc chung Là góc quay quanh tr c zữ ườ ụ i-1 đ tr c xể ụ i-1 chuy n ể

đ n tr c xế ụ i theo qui t c bàn tay ph i.ắ ả

- : góc xoay đ a tr c zư ụ i-1v zề i quanh zi theo quy t c bàn tay ph i.ắ ả

- : kho ng d ch chuy n gi a 2 tr c kh p đ ng k nhau.ả ị ể ữ ụ ớ ộ ề

Hình 3.2 Các thông s c a khâu ố ủ

c.Ph ươ ng trình đ ng h c ộ ọ

Ma tr n bi n đ i t a đ thu n nh t Denavit - Hartenberg :ậ ế ổ ọ ộ ầ ấ

Ma tr n bi n đ i t a đ đ thu n nh t ậ ế ổ ọ ộ ộ ầ ấ bi u di n tr ng thái khâu thao tác có th xác đ nhể ễ ạ ể ị

t t c u trúc đ ng h c robot ừ ừ ấ ộ ọ có th nh n đ c b ng cách nhân liên ti p các ma tr n ể ậ ượ ằ ế ậ

bi n đ i t a đ thu n nh t ng v i các phép d ch chuy n h t a đ t h tr c c đi nh t i h ế ổ ọ ộ ầ ấ ứ ớ ị ể ệ ọ ộ ừ ệ ụ ố ị ớ ệ

tr c t a đ g n v i EF :ụ ọ ộ ắ ớ

Phuong trình đ ng h c robot d ng ma tr nộ ọ ạ ậ Các ph n t c a ma tr n là hàm c a t a đ kh p và t a đ thao tác :ầ ử ủ ậ ủ ọ ộ ớ ọ ộ

Ph ng trình (3.12 ) đ c g i là ph ng trìnhđ ng h c d ng ma tr n c a robot Nó bao g m 6 ươ ượ ọ ươ ộ ọ ạ ậ ủ ồ

ph ng trình vô h ng, trong đó có 9 ph ng trình t m th ng Các ma tr n ườ ướ ươ ầ ườ ậ góc trên bên

ph i cho 3 ph ng trình đ c l p, bi u di n v trí đi m thao tác thu c khâu thao tác Các ma ả ươ ộ ậ ể ễ ị ể ộ

tr n ậ góc trên bên trái cho 9 ph ng trình, mô t v h ng khâu thao tác Tuy nhiên do ươ ả ề ướcác đi u ki n tr c giao nên ch có 3 ph ng trình là đ c l p.ề ệ ự ỉ ươ ộ ậ

Ph ng trình (3.12 ) đ c s d ng nhi u trong các bài toán đ ng h c thu n và ng c.ươ ượ ử ụ ề ộ ọ ậ ượ

2 Ma tr n Denavit – Hartenberg ậ

Các thông s đ ng h c Denavit – Hartenberg đ c xác đ nh nh sau:ố ộ ọ ượ ị ư

- : kho ng cách Oả i-1 và Oi theo tr c zụ i-1.

- : góc gi a 2 đ ng vuông góc chung Là góc quay quanh tr c zữ ườ ụ i-1 đ tr c xể ụ i-1 chuy n ể

đ n tr c xế ụ i theo qui t c bàn tay ph i.ắ ả

- : góc xoay đ a tr c zư ụ i-1v zề i quanh zi theo quy t c bàn tay ph i.ắ ả

- : kho ng d ch chuy n gi a 2 tr c kh p đ ng k nhau.ả ị ể ữ ụ ớ ộ ề

3 Bài toán đ ng h c thu n robot: ộ ọ ậ

Mục tiêu của bài toán động học thuận là tính toán vị trí và hướng của khâu thao tác dưới dạng hàm của các biến khớp

Trong đó:

- là vị trí bàn kẹp trong hệ tọa độ cố định Tập hợp các vector X

Trong không gian gọi là không gian thao tác của robot.

- q= [ θ 1,θ 2,θ 3,θ 4,θ5 ,θ 6 ]T là vector tọa độ suy rộng của các biến khớp Tập các vector qxác định nên không gian khớp hay còn gọi là không gian cấu hình của của robot

Ta sẽ tìm hướng và vị trí của bàn kẹp robot từ ma trận biến đổi thuần nhất

Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit – Hartenberg :

- Ma trận cho ta biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định hay nói cách khác

là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuốitrong hệ tọa độ cố định Vì thế nó còn được biểu diễn qua thông số các biến khớp ta tạm gọi là qi.

Trong bài toán cụ thể thì nó là các khớp xoay θi, với i=1÷6

- Khi đó, ma trận (7) được kí hiệu thành

Sử dụng các góc Cardan xác định hướng của vật rắn Ta gọi là giá trị mô tả

trực tiếp vị trí và hướng của EXEYEZE so với hệ tọa độ O0Z0Y0Z0 Trong đó: là các tọa

độ điểm tác động cuối E và [α , β ,η] là các góc quay Cardan của EXEYEZE so với hệ tọa độ O0Z0Y0Z0

Do các tọa độ thao tác đều là hàm của thời gian Nên ta có thể biểu diễn:

Với: 0AE(t) là ma trận Cardan mô ta hướng EXEYEZE so với hệ tọa độ O0Z0Y0Z0

là vectơ mô tả vị trí của điểm tác động cuối trong hệ tọa độ O0Z0Y0Z0

f6=C13(q)−C13(α ,β ,γ)= 0

Giả sử các biến khớp có quy luật chuyển động :

Sử dụng trương trình tính trên phần mềm MAPLE:

Ta nhận đươc tọa độ các điểm thao tác cuối:

Vận tốc điểm thao tác cuối

Gia tốc điểm thao tác cuối

Đồ thị thu được của điểm khâu thao tác cuối sử dụng phần mềm MAPLE:

Đồ thị Xe,Ye,zE theo t

Qũy đạo chuyển động của điểm tác động cuối E trong không gian

Hướng góc alpha của khâu thao tác giải theo phương pháp Newton RS

Hướng góc beta của khâu thao tác giải theo phương pháp Newton RS

Hướng góc eta của khâu thao tác giải theo phương pháp Newton RS