bài tập lớn thiết kế ROBOT STANFORD

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng.Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Sự cạnh tranh hang hóa đặt ra một vấn đề thời sự là làm sao hệ thống tự động hóa sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng với sự biến động thường xuyên của thị trường hang hóa cạnh tranh. Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong việc tạo ra những hệ thống tự động sản xuất linh hoạt đó.Gần nửa thế kỷ có mặt trong sản xuất, robot công nghiệp đã có một lịnh sử phát triển hấp dẫn. Ngày nay robot công nghiệp được sử dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sản xuất. Điều đó xuất phát từ những ưu điểm cơ bản của các loại robot đã được chọn lựa và đúc kết lại qua bao nhiêu năm ứng dụng ở nhiều nước.Ở giai đoạn trước những năm 1990 hầu như trong nước ta hoàn toàn chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này. Từ năm 1990 nhiều cơ sở công nghiệp đã bắt đầu nhập ngoại nhiều loại robot nhặm phục vụ các việc như tháo lắp dụng cụ cho các trung tâm gia công CNC, lắp ráp các linh kiện điện tử, thao tác ở các máy ép nhựa,hàn vỏ xe ôtô, xe máy và phun phủ bề mặt v.v… Có những nơi đã bắt đầu thiết kế, chế tạo và lắp ráp robot.Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và dạy nghề kỹ thuật cao đã bắt đầu giảng dạy về robot công nghiệp. Đặc biệt trong những năm gần đây nhiều nơi đã mở ngành đào tạo về cơ – tin – điện tử (Mechatronics) và rất quan tâm đến công nghiệp. “cơ – tin – điện tử” và “Robot công nghiệp” là 2 linh vực khoa học kỹ thuật cao rất gắn bó với nhau. Ở nhiều nước chúng kết hợp với nhau trong một ngành đào tạo. Trong “Robot công nghiệp” có hầu hết các vấn đề của “cơ – tin – điện tử” và đồng thời sự phát triển của “cơ – tin – điện tử” cũng đều phản ánh trong kỹ thuật robot.Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô,đặc biệt là thầy giáo ThS. Nguyễn Trọng Du đã trực tiếp hướng dẫn cho em nhiều kiến thức quý báu để hoàn thành đồ án môn học này. Bên cạnh đó em cũng gửi làm cảm ơn tới các bạn sinh viên lớp Đ7 – CNCK đã góp ý đóng góp giúp em hoàn thiện các kỹ năng của mình hơn.Do lần đầu làm quen với khối lượng kiến thức tổng hợp nên còn những mảng chưa lắm vững vì vậy không thể tránh khỏi những sai sót, mong nhận dc những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè. Xin cảm ơn.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng

Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Sự cạnh tranh hang hóa đặt

ra một vấn đề thời sự là làm sao hệ thống tự động hóa sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng với sự biến động thường xuyên của thị trường hang hóa cạnh tranh Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong việc tạo ra những hệ thống tự động sản xuất linh hoạt đó

Gần nửa thế kỷ có mặt trong sản xuất, robot công nghiệp đã có một lịnh

sử phát triển hấp dẫn Ngày nay robot công nghiệp được sử dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sản xuất Điều đó xuất phát từ những ưu điểm cơ bản của các loại robot

đã được chọn lựa và đúc kết lại qua bao nhiêu năm ứng dụng ở nhiều nước

Ở giai đoạn trước những năm 1990 hầu như trong nước ta hoàn toàn chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này Từ năm 1990 nhiều cơ sở công nghiệp đã bắt đầu nhập ngoại nhiều loại robot nhặm phục vụ các việc như tháo lắp dụng cụ cho các trung tâm gia công CNC, lắp ráp các linh kiện điện tử, thao tác ở các máy ép nhựa,hàn

vỏ xe ôtô, xe máy và phun phủ bề mặt v.v… Có những nơi đã bắt đầu thiết kế, chế tạo và lắp ráp robot

Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và dạy nghề kỹ thuật cao đã bắt đầu giảng dạy về robot công nghiệp Đặc biệt trong những năm gần đây nhiều nơi đã

mở ngành đào tạo về cơ – tin – điện tử (Mechatronics) và rất quan tâm đến công nghiệp “cơ – tin – điện tử” và “Robot công nghiệp” là 2 linh vực khoa học kỹ thuật cao rất gắn bó với nhau Ở nhiều nước chúng kết hợp với nhau trong một ngành đào tạo Trong “Robot công nghiệp” có hầu hết các vấn đề của “cơ – tin –

điện tử” và đồng thời sự phát triển của “cơ – tin – điện tử” cũng đều phản ánh trong kỹ thuật robot.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô,đặc biệt là thầy giáo ThS Nguyễn Trọng Du đã trực tiếp hướng dẫn cho em nhiều kiến thức quý báu để hoàn thành

đồ án môn học này Bên cạnh đó em cũng gửi làm cảm ơn tới các bạn sinh viên lớp Đ7 – CNCK đã góp ý đóng góp giúp em hoàn thiện các kỹ năng của mình hơn

Do lần đầu làm quen với khối lượng kiến thức tổng hợp nên còn những mảng chưa lắm vững vì vậy không thể tránh khỏi những sai sót, mong nhận dc những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè Xin cảm ơn

1 ) Tên đề tài:

Lập trình tính toán thiết kế Robot Stanford trên phần mềm mô phỏng Easy Rob

và phần mềm tính toán Maple

2 ) Mục tiêu đề tài:

-Thiết lập và giải bài toán động học Thuận- Nghịch của Robot Stanford

-Mô phỏng Robot Stanford trên phần mềm Easy Rob và xếp chữ theo chủ đề phòng chống khủng bố

Nguyễn Như Quân

Lê Anh Quang

An Văn TháiNguyễn Đức Thiệp

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

1.1 Sơ lược quá trình phát triển của robot công nghiệp(IR : Industrial robot)

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Caper, vào năm 1921 Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ cho con người Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu , máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người

Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay ngừoi ta đặt tên nguời máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người dược điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất

Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC – Numerrically Controlled machine tool)

Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ - tớ) đã phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng

xạ Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi bức tường có một hoặc vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong Các cơ cấu điều khiển từ xa thay thế cho cánh tay của người thao tác; nó gồm có một bộ kẹp

ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ) Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy

ý của tay cầm và bộ kẹp Cơ cấu dung để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm

Vào năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng nhu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay Những robot đầu tiên thực

chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.

Dưới đây chúng ta điểm qua một số thời điểm phát triển của người máy công nghiệp Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versantran của công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô

Tiếp theo Mỹ các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh -1967, Thụy Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp -1972; Ý -1973 …

Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý Năm 1967 tại Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến Năm 1974 công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3 (The Tomorrow Tool : công cụ của tương lai) Robot này có thể nâng được vật có khối lượng 40 Kg

Có thể nói robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia …

Trong những năm sau này việc nâng cao tính năng của robot không ngừng phát triển Các loại robot được trang bị them các loại cảm biến khác nhau

để nhận biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực Tin học – Điện tử đã tạo ra các thế hệ robot với nhiều tính năng đặc biệt, số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm Nhờ vậy, robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây truyền sản xuất hiện đại

Bảng 1: Một vài số liệu về số lượng Robot được sản xuất ở một vài nước

1.2 Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất

Từ khi ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế con người Nhờ vậy các dây truyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt

Ứng dụng làm các công việc :

- Không biết mệt

- Cần sự thay đổi lien tục

- Trong môi trường chịu sự phóng xạ

- Trong môi trường cảm nhận được từ trường và sóng siêu âm

- Trong môi trường nhàm chán mệt mỏi

Trong ngành cơ khí: Robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc,công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm, …

Ứng dụng trong Y học: Robot được ứng dụng trong y tế như nội soi, …Ứng dụng để khai thác thềm lục địa

Ứng dụng trong quốc phòng: Robot được sử dụng trong loại vũ khí tối tân nhất như máy bay do thám không người lái, …

Kết luận: Rõ ràng là khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt hơn khả năng của con người; do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự động

hóa, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc độc hại Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong dây truyền tự động, nếu có 1 robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của

cả dây truyền, cho nên robot vân luôn hoạt động dưới quyền kiểm soát của con người

1.3 Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp

Hiện nay có nhiều định nghĩa về Robot, có thể điểm qua một số định nghĩa như sau :

Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) :

Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ; có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất : chi tiết, gá lắp, … theo những hành trình thay đổi đã chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau

Đinh nghĩa theo RIA (Robot institute of America) :

Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiết

kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thong qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau

Có thể nói robot công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từng phần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của con người trong nhiều khả năng thích nghi khác nhau

Robot công nghiệp có khả năng chương trình hóa linh hoạt trên nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng Robot công nghiệp được trang bị những bàn tay máy hoặc những cơ cấu chấp hành, giải quyết những nhiệm vụ xác định trong các quá trình công nghệ hoặc trực tiếp tham gia thực hiện các nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy, …) hoặc phục vụ các quá trình công nghê (tháo lắp chi tiết gia công, dao

cụ, đồ gá, …) với những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng

“Hệ thống tự động linh hoạt robot hóa” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khi nhiệm vụ sản xuất thay đổi.

1.4 Bậc tự do của robot công nghiệp

1.4.1 Bậc tự do của robot

Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu để dịch chuyển được một vật thể nào đó trong không gian Cơ cấu chấp hành của Robot phải đạt được một số bậc tự do nhất định Nói chung, cơ hệ của một Robot là một cơ cấu

hở ( là cơ cấu có một khâu nối giá ) Chuyển động của các khâu trong Robot thường là một trong hai khâu chuyển động cơ bản là tịnh tiến hay chuyển động quay b Xác định số bậc tự do của robot (DOF- Defree Of Freedom)

Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặctịnh tiến) Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của Robot phải đạt được một số bậc tự do Nói chung cơ hệ của Robot

là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể tính theo công thức :

Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trong không gian 3 chiều Robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do để định hướng Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp có thể yêu cầu số bậc tự do ít hơn Các Robot hàn, sơn thường yêu cầu 6 bậc tự do Trong một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hoá quỹ đạo người ta dùng Robot

Ví dụ: Xác định số bậc tự do của Robot sau:

Hình 1.1 Bậc tự do của robot

Xác định được số khớp loại 5 là 5 (4 khớp quay và một khớp tịnh tiến ),

do đó n=5 và P5 =5 nên số bậc tự do của robot này:

W= 6.5 - 5.5 = 5 bậc

1.4.2 Hệ tọa độ suy rộng (coordinate frames)

Mỗi Robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp (joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên Hệtoạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay hệ toạ độ chuẩn) Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng Trong từng thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớp qua Các toạ độ suy rộng còn được gọi là biến khớp

Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải : Dùngtay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón : cái, trỏ và giữa theo3 phương vuông góc nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục X, thì ngón trỏchỉ phương, chiều của trục Y và ngón giữa sẽ biểu thị phương, chiều của trục Z (hình1.2).Trong Robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ toạ độ gắn trên khâu thứn Như vậy hệ toạ độ cơ bản (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) sẽ được ký hiệu là O0; hệtoạ độ gắn trên các khâu trung gian tương ứng sẽ là O1,O2, , On-1, Hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là On.

Hình 1.3 Quy tắc bàn tay phải

1.4.3.Trường công tác của robot

Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của Robot là toàn bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi Robot thực hiện tất cả các chuyển độngcó thể Trường công tác bị ràng buộc bởi các thông số hình học của Robot cũng như cácràng buộc cơ học của các khớp; ví dụ, một khớp quay có chuyển động nhỏ hơn một góc 3600.Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô

tả trường công tác của một Robot

Hình 1.4 Vùng làm việc của robot

1.5 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

1.5.1 Các thành phần chính của robot công nghiệp

Một robot công nghiệp thường gồm các phần chính như : cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều khiển, máy tinhs, hệ thống truyền dẫn động, … các phần mềm lập trình cũng được coi là một thành phần của hệ thống robot Mối quan hệ của thành phần như trong hình

Hình 1.5 sơ đồ cấu trúc robot công nghiệp

Cánh tay: Là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết bằng khớp động, nguồn động lực là động cơ điện, hệ thống xi lanh khí nén thủy lực

Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của robot có nhiều kiều khác nhau như dạng bàn tay, mỏ hàn, đá mài.

Thiết bị dạy học là thiết bị dạy dỗ các thao tác cần thiết cho robot theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó robot tự lặp lại các thao tác đã được dạy

để làm việc

Các phần mềm lập trình và chương trình điều khiển của robot được cài đặt trên máy tính, dùng điều khiển robot thong qua bộ điều khiển

1.5.2 Kết cấu tay máy

Tay máy là một thành phần quan trọng nó quyết định khả nang làm việc của Robot, kết cấu của tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay con người

Kết cấu của tay máy gồm hai chuyển động:

+ Chuyển động tịnh tiến ( kí hiệu T

+ Chuyển động quay ( kí hiệu R)

Kết cấu tay máy là tổ hợp, là chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay tạo nên các vùng làm việc khác nhau

Các kiểu tay máy:

+ Robot kiểu toạ độ Đề các : là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh

tiến theo phương của các trục hệ toạ độ gốc (cấu hình T.T.T) Trường công tác có dạng khối chữnhật Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao,

độ chính xác cơ khí dễ đảm bảo vì vậy nó thường dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt phẳng

Hình 1.6: Robot hoạt động theo tọa độ Đề-Các

+Robot kiểu toạ độ trụ : Vùng làm việc của Robot có dạng hình trụ rỗng

Thườngkhớp thứ nhất chuyển động quay

Ví dụ: Robot 3 bậc tự do, cấu hình R.T.T như hình vẽ 1.4 Có nhiều

Robot kiểu toạ độ trụnhư : Robot Versatran của hãng AMF (Hoa kỳ)

Hình 1.7 Robot kiểu toạ độ trụ +Robot kiểu toạ độ cầu : Vùng làm việc của Robot có dạng hình cầu

Thường độ cứng vững của loại Robot này thấp hơn so với hai loại trên

Ví dụ: Robot 3 bậc tự do, cấu hình R.R.R hoặc R.R.T làm việc theo kiểu

độ góc là gọn nhẹ, tức là có vùng làmviệc tương đối lớn so với kích cở của bản thân Robot, độ linh hoạt cao Một ví dụ của Robot hoạt động theo hệ tọa độ phỏng sinh, có cấu hình RRR.RRR

Hình 1.9: Robot hoạt động theo hệ tọa độ góc

Các robot hoạt động theo hệ toạ độ góc như : Robot PUMA của hãng Unimation- Nokia (Hoa Kỳ - Phần Lan), Irb-6, Irb-60 (Thuỵ Điển), Toshiba,

Mitsubishi, Mazak (Nhật Bản) v.v…

+Robot kiểu SCARA : Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại

họcYamanashi (Nhật Bản) là một kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quátrình sản xuất Tên gọi SCARA là viết tắt của "Selective Compliant Articulated RobotArm" : Tay máy mềm dẽo tuỳ ý Loại robot nàythường dùng trong công việc lắp ráp nên SCARA đôi khi được giải thích là từ viết tắt của

"Selective Compliance Assembly RobotArm" Ba khớp đầu tiên của kiểu Robot nầy có cấu hình R.R.T, các trục khớp đều theo phương thẳng đứng Sơ đồ của Robot SCARA

Hình 1.10: Robot hoạt động theo hệ toạ độ cầu

1.6 Phân loại robot công nghiệp

Ngày nay, robot công nghiệp đã phát triển rất phong phú và đa dạng, vì vậy phân loại chúng không đơn giản Có rất nhiều quan điểm khác nhau và mỗi quan điểm lại phục vụ một mục đích riêng Dưới đây là hai cách phân loại chính

1.6.1 Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và nhận biết máy đã được sản xuất

trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sau thông tin của tay máy-người

- Thế hệ 1: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình cứng không có khả năng nhận biết thông tin

- Thế hệ 2: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm bước đầu đã có khả năng nhận biết thông tin

- Thế hệ 3: Thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận biết thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người

1.6.2 Phân loại theo kết cấu

Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề các, Kiểu toạ độ

trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA như đã trình bày

ở trên

1.6.3 Phân loại theo ứng dụng

Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất có Robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot chuyển phôi v.v

1.6.4 Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển

Có robot điều khiển hở (mạch điều khiển không có các quan hệ phản hồi), Robot điều khiển kín (hay điều khiển servo) : sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển Ngoài ra còn có thể

có các cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm và mục đích nghiên cứu

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT

2.1 Thiết kế bảng DH

2.1.1 Khảo sát động học của robot

Hình2.1 Hệ tọa độ của robot stanfordTheo phương pháp thông dụng khi nghiên cứu về robot [2], ta gắn với các hệ tọa độ tương ứng với các khâu và lập bảng thông số DH ( Denavit – Hartenberg) của cơ cấu.Sau đó ta nhập bảng thông số DH này vào chương trình phần mềm tự động thiết lập các phương trình động học robot Chương trình này được xây dựng năm 1993[3] và gần đây đã được chúng tôi nghiên cứu cải tiến và nâng cấp trên cơ sở ứng dụng Matlab và Maple.

2.1.2– Chương trình tính toán động học Robot Stanford

Theo [2] ta thiết lập phương trình động học của robot theo các bước sau:

1 Xác định các hệ toạ độ

Việc gắn hệ toạ độ với các khâu có vai trò rất quan trọng khi thiết lập hệ phương trình động học của robot Trong thực tế các trục nối khớp động của robot thường song song hoặc vuông góc với nhau, tức là rơi vào những trường hợp đặc biệt, nên có thể gây nhầm lẫn Hơn nữa việc xác định các hệ toạ độ cần phải phù hợp với các phép biến đổi ma trận Ai để có thể sử dụng được bộ thông số DH Vì thế, trình tự xác định các hệ toạ độ cần được lưu ý các điểm sau:

Trục Zi phải chọn cùng phương với trục khớp động i+1

Các hệ toạ độ phải tuân theo quy tắc bàn tay phải

Khi gắn hệ toạ độ lên các khâu, phải tuân theo các phép biến đổi của ma trân

Ai Đó là 4 phép biến đổi:

R(z,θi), Tp (0,0,di), Tp(ai,0,0), R(x,αi)

Như vậy có thể xem hệ toạ độ thứ i+1 là do phép biến đổi từ hệ toạ độ thứ i Các phép quay (R) và tịnh tiến (T) trong các phép biến đổi này phải có mặt trong các phép biến đổi của ma trận Ai Các thông số DH cũng được xác định dựa vào các phép biến đổi này

Việc gắn hệ toạ độ lên các khâu ở vị trí, khi mà các biến khớp có giá trị ban đầu, thường bằng 0

2.1.3– Bảng thông số DH

Các phần trên ta đã nghiên cứu tổng quát về cách lập và các bước thực hiện thiết lập hệ phương trình động học của robot, trong phần này ta sẽ thực hiện với robot sơ đồ 1 (hình 3.3.4) Vị trí ban đầu của robot được chọn khi các cánh tay duỗi ngang, trên mỗi khâu động sẽ được gắn các hệ toạ độ (hình 3.3.4) Các biến khớp là các góc quay θi, i = 1 6 của 6 khớp động Ở vị trí ban đầu các biến khớp có giá trị bằng 0 Bước tiếp theo ta xác định bộ thông số DH và lập thành bảng sau:

Bảng 2.1: Bảng DH của robotKhâu θi∗

Ai=Rot(z,θº) Trans(a,0,0) Trans(0,0,d) Rot(x,α)

Qui ước viết tắt các hàm lượng giác như sau :

Ci = cosθi , Si = sinθi , Cij = cos(θi + θj) , Sij = sin(θi + θj) ;

Ta có :

Trong đó:

Rot(z,θº) là phép quay quanh trục z

Trans(a,0,0) là phép tịnh tiến theo trục z

Trans(0,0,d) là phép tịnh tiến theo trục x

Rot(x,α) là phép quay quanh trục x

= =

=

2.4– Phương trình động học của Robot

Tích các ma trận ai được gọi là ma trận T ( phương trình động học ) T=TE= A1.A2.A3.A4.A5.A6

=

2.5– Giới thiệu Maple

2.5.1 Giới thiệu maple

Maple là một gói phần mềm toán học thương mại phục vụ cho nhiều mục đích Nó phát triển lần đầu tiên vào năm 1980 bởi Nhóm Tính toán Hình thức tại Đại học Waterloo ở Waterloo, Ontario, Canada

Từ năm 1988, nó đã được phát triển và thương mại hóa bởi Waterloo Maple Inc (còn được biết đến với tên gọi Maplesoft), một công ty Canada cũng

có trụ sở tại Waterloo, Ontario Phiên bản hiện tại là Maple 13 được phát hành vào tháng 5 năm 2009 Đối thủ cạnh tranh chính của nó là Mathematica

Maple là một phần mềm hiện đang được khá ưa chuộng trong giới học sinh và sinh viên.Maple phục vụ đắc lực cho việc học tập, giảng dạy và nghiên cứu toán sơ cấp và cao cấp Khác hẵn so với các phiên bản trước, Maple 13 đã có giao diện đồ họa thân thiện, hỗ trợ text unicode tốt, giúp trình bày các văn bản toán nhanh chóng.Trên Maple ta hoàn toàn có thể viết “lập trình toán” như các ngôn ngữ lập trình chuyên nghiệp, tất nhiên ta chỉ hạn chế “lập trình toán” mà thôi

Chúng ta đều biết rằng chương trình Maple của hạng MapleSoft là một chương trình tính toán rất mạnh hỗ trợ trong việc giải các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng, vẽ đồ thị trong không gian 2 chiều, 3 chiều

2.5.2 Các chức năng chính của maple

- Thành lập các chức năng chuyển giao cho các mô hình dựa trên phương trình vi phân, nhà nước không gian, các cực và đạt được số không

- Việc chuyển đổi nhanh chóng của các mô hình từ một hình thức khác

- Đồ họa phân tích: các mạch tần số, đồ thị, locus gốc, một đại diện đồ họa của zeros và cực của các hệ thống tuyến tính

- Thế hệ của các tín hiệu của các hình thức khác nhau của các sóng để tạo

ra một xung, định kỳ, sinusoidal, bước, hình chữ nhật và tam giác tín hiệu kiểm tra

- Mô phỏng các hệ thống rời rạc và liên tục.

- Giải pháp của phương trình vi phân với sự giúp đỡ của các thuật toán cho các giải pháp tiên tiến theo tiêu chuẩn của phương trình vi phân (ODEs), phương trình vi phân từng phần và phương trình đại số vi phân (DAEs)

- Việc sử dụng các thuật toán mới cho việc giải quyết các lớp học của các phương trình vi phân phi tuyến của tiêu chuẩn 1 và 2-thứ tự các phương trình vi phân tuyến tính của trật tự 3

- Ứng dụng của thuật toán mới để chuyển đổi các phương trình thành các hình thức thích hợp cho các giải pháp trong Maple

- Công cụ cải tiến để làm việc với các phương trình với các dẫn xuất một phần bao gồm các lệnh để làm việc với các nhà điều hành Euler, và dòng chảy liên tục của nhân tố tích hợp tổng quát

- Hội nghị các thách thức của người dùng xác định sự kiện, vấn đề tham

số, định nghĩa của các biến rời rạc trong vấn đề: kết hợp với các sự kiện của các biến rời rạc có thể được dùng để xác định các tiêu chí ngừng, điều kiện trở lại và nhiều sự kiện khác diễn ra trong quá trình ra quyết định

- Interpolation của đường cong với một cơ hội để xem và tinh chỉnh thông qua kết quả làm việc theo nhóm ArrayInterpolation suy đa biến cho dữ liệu

- Tùy chọn cho lập trình

- Khả năng phân tích và giải quyết một hệ phương trình tham số đa thức

và sự bất bình đẳng

- Các lệnh cho các sản phẩm máy tính tensor Kronecker của hai ma trận

- Chuyển đổi của MATLAB mã số trong Maple

- Tích hợp với cơ sở dữ liệu, Microsoft SQL Server, Microsoft Access, Sybase, Oracle, DB2 và MySQL

- Khả năng truy vấn, cập nhật và tạo cơ sở dữ liệu trong môi trường của Maple

Các tính năng mới phiên bản của Maple 13:

- Maple Cổng sẽ giúp giải quyết các loại khác nhau của công việc và cung

Portal cho Toán Educators, cung cấp sự trợ giúp trong việc lựa chọn công cụ tương tác và các đội để thực hiện tính toán kỹ thuật.

- Một gói mới của hệ thống năng động, được giới thiệu trong Maple 13 cung cấp một loạt các công cụ đồ họa và thời gian phân tích cho hệ thống tuyến tính bất biến, cần thiết trong sự phát triển của các hệ thống quản lý Hộp công cụ tiện lợi trình bày trong menu ngữ cảnh

- Hỗ trợ cho NX nền tảng

- Khả năng tương thích với hệ thống CAD cho phép các thông số yêu cầu

từ các bản vẽ CAD và gửi cho họ các giá trị mới trở lại sự bao gồm tự động trong thiết kế

- Hỗ trợ cho SolidWorks và Autodesk Inventor

- Vector Calculus công tác Tiêu bản bao gồm hơn 50 mẫu, và các nhân vật mới để trình bày thuận tiện của các kết quả của phép tính

- Sử dụng Hướng dẫn Giải đáp thắc mắc cho phép bạn nhanh chóng nhận

ra những sai sót trong hệ mã và để sửa đổi

- Maple 13 cung cấp một thiết kế trực quan hấp dẫn với khả năng đặt một lượng lớn thông tin

5 Khai triển biểu thức: expand

>expand (sin(x + y));

sin(x)cos(y) + cos(x)sin(y)

6 Xác định giá trị: evalf

>plot (cos(x) + sin(x), x= -Pi Pi);

Hình 2.2: Đồ thị 2D biểu diễn hàm cos(x) + sin(x)

b Hàm hai biến, đồ thị 3D: plot3d

>plot3d(sin(x*y), x=-Pi Pi, y=-1 1);

Hình 2.3: Đồ thị 3D biểu diễn hàm sin(x.y)

9 Rút gọn biểu thức: combine

10 Tính toán ma trận: