Bài tập lớn thiết kế robot scara 6 bậc tự do

Nước ta đang bước vào nền công nghiệp hóa – hiện đại hóa, trên đà phát triển các ngành công nghiệp trọng điểm, trong đó việc áp dụng và phát triển công nghệ hiện đại luôn đem lại nhiều ưu thế và vượt trội trong sản xuất. Robot công nghiệp là một trong những công nghệ được phát triển nhất, nó làm thay con người hầu hết mọi công việc từ những việc đơn giản đến những việc phức tạp nhất. Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo :Ths. Nguyễn Trọng Du nhóm sinh viên Trường Đại học Điện Lực đã cùng nhau nghiên cứu, mô phỏng Robot Scara qua phần mềm Easy – Rob. Tài liệu này đã được nhóm thảo luận và đã nêu ra được một số vấn đề cơ bản về Robot Công nghiệp. Tài liệu gồm 6 chương: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG II: ĐỘNG HỌC ROBOT CHƯƠNG III:MÔ PHỎNG ROBOT BẰNG PHẦN MỀM EASYROB CHƯƠNG IV: KẾT LUẬNTuy đã cố gắng rất nhiều nhưng nhóm không tránh đươc thiếu sót, mong thầy giáo và các bạn đưa ra những ý kiến để nhóm hoàn thành tốt hơn.

ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đang bước vào nền công nghiệp hóa – hiện đại hóa, trên đà phát triển các ngành công nghiệp trọng điểm, trong đó việc áp dụng và phát triển công nghệ hiện đại luôn đem lại nhiều ưu thế và vượt trội trong sản xuất. Robot công nghiệp là một trong những công nghệ được phát triển nhất, nó làm thay con người hầu hết mọi công việc từ những việc đơn giản đến những việc phức tạp nhất. Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo :Ths. Nguyễn Trọng Du nhóm sinh viên Trường Đại học Điện Lực đã cùng nhau nghiên cứu, mô phỏng Robot Scara qua phần mềm Easy – Rob. Tài liệu này đã được nhóm thảo luận và đã nêu ra được một số vấn đề cơ bản về Robot Công nghiệp. Tài liệu gồm 6 chương: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG II: ĐỘNG HỌC ROBOT CHƯƠNG III:MÔ PHỎNG ROBOT BẰNG PHẦN MỀM EASY-ROB CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng nhóm không tránh đươc thiếu sót, mong thầy giáo và các bạn đưa ra những ý kiến để nhóm hoàn thành tốt hơn. NHÓM THỰC HIỆN  Phan Văn Đức  Nguyễn Văn Giáp  Nguyễn Đăng Hiệp  Bùi Đình Giang GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 1 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1Khái niệm về Robot Công Nghiệp Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về Robot, có thể điểm qua một số định nghĩa sau: Định nghĩa theo tiêu chuẩn của AFNOR (Pháp): Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự 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, dao cụ, gá lắp… theo những hành trình thay đổi đã chương trình hóa nhằm nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau. Định nghĩa theo RIA (Mỹ): Robot là một máy vạn năng có thể lặp lại một chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau. Định nghĩa theo FOCT 25686-85 (Nga): Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được , liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất. 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. GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 2 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO 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 cơ cấu hoặc cơ cấu chấp hành, giải quyết những nhiệm vụ xác định trong 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 nghệ (tháo lắp chi tiết gia công,dao cụ, đồ gá…) Với những thao tác cầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đốitượng với các trạm công nghệ trong một hệ thống máy tự động linh hoạt, được gọi là “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 1.2. Lịch sử phát triển Thuật ngữ Robota được xuất hiện năm 1921 trong một tác phẩm văn học của nhà văn người Ba Lan – Karel Capek. Chính thuật ngữ “robota” này đã gợi ý cho con người phát triển Robot và một công ty ở Mỹ - AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô phỏng một thiết bị mang dáng dấp và có một số chức năng như tay người điều khiển tự động thực hiện một số thao tác đế sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran. Quá trình phát triển của Robot được tóm tắt như sau: - Từ những năm 1950 ở Mỹ đã xuất hiện sản phẩm có tên là Versatran của công ty AMF. - Ở Anh, người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo Robot theo bản quyền của Mỹ từ những năm 1967. - Ở các nước Tây Âu khác như: Đức, Pháp, Ý, Thụy Điển thì bắt đầu chế tạo Robot từ những năm 1970. Châu Á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng Robot từ năm 1968. - Tuy Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra Robot nhưng Nhật Bản là nước sản xuất ra nhiều nhất. Năm 2006: GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 3 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO - Một vài số liệu về số lượng Robot được sản xuất ở một vài nước phát triển . 1.3. 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. 1.3.1. Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và nhận biếtmáy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các thế hệ sauthông 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. 1.3.2. 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. 1.3.3. 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 1.3.4. Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 4 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO 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 1.4. Ứng dụng của Robot công nghiệp − Robot công nghiệp được áp dụng trong công nghiệp dưới góc độ thay thế con người, nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tăng năng xuất và hiệu quả. − Ứng dụng làm các công viêc: + Không biết mệt + Cần sự thay đổi liên 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. − Ứng dụng trong Cơ khí: Robot được sử dụng trong công nghệ đúc, hàn, cắt, sơn, phun phủ, tháo lắp, vận chuyển, …. − Ứng dụng trong Y học: Robot được ứng dụng trong lĩnh vực y tế như nội soi, … − Ứng dụng để khai thác thềm lục địa. − Ứng dụng trong quốc phòng: Robot công nghiệp được sử dụng trong loại vũ khí tối tân nhất như máy bay do thám không người lái,… → Kết luận: Robot công nghiệp có một số khả năng làm việc vượt trội so với khả năng của con người, đó là phương tiện nâng cao năng suất lao động. GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 5 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO 1.5. Các bộ phận cấu thành Robot công nghiệp 1.5. 1 - Các thành phần chính Hình 1.1: Các bộ phận chính của Robot - 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 là dạy bàn tay, mỏ hàn, đá mài - Thiết bị dạy học là thiết bị dạy dỗ các thao tác cần thiết GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 6 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO - Các phần mềm lập trình - Các phần mềm lập trình 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 GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 7 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Hình 1.2: 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 3. Có nhiều Robot kiểu toạ độ trụnhư : Robot Versatran của hãng AMF (Hoa kỳ). GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 8 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Hình 1.3: 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 toạ độ cầu. Hình1.4 Robot hoạt động theo hệ toạ độ cầu +Robot kiểu toạ độ góc (Hệ toạ độ phỏng sinh): Đây là kiểu Robot được dùngnhiều hơn cả. Ba chuyển động đầu tiên là các chuyển động quay,trục quay thứ nhấtvuông góc với hai trục kia. Các chuyển động định hướng khác cũng là các chuyển động quay. Vùng làm việc của tay máy nầy gần giống một phần khối cầu. Tất cả các khâu đềunằm trong mặt phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản là bài toán phẳng, ưu điểm nổi bật của các loại Robot hoạt động theo hệ toạ 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. GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 9 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Hình 1.5: 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 GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 10 [...]... Du 30 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO > A6:=DH(d6,theta6,0,0); > T6:=A1.A2.A3.A4.A5.A6; GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 31 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 32 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO 2.5 Ma trận chuyển toàn hệ > #phuong trình động học của robot là# >nx:=T6[1,1]; >nx:=combine(nx); >ny:=T6[2,1]; >ny:=combine(ny); >nz:=T6[3,1]; >ox:=T6[1,2]; GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 33 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO >ox:=combine(ox);... Robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do để địnhhướng 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 GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 12 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Ví dụ: Xác định số bậc tự do. .. Trọng Du 15 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO 1.7 – Một số hình ảnh về Robot do Việt Nam chế tạo Hình 1.11: Robot Việt Nam gấy sốt ở Mỹ Hình 1.12: Robot đồ chơi Việt Nam chinh phục làng 2-Tek GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 16 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Hình 1.13: Robot Việt Nam gây sốt tại CES 2013 Hình 1.14: Robot Việt Nam tại CES 2012 GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 17 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO CHƯƠNG II: ĐỘNG HỌC ROBOT 2.1.. .ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Hình 1 .6: Robot hoạt động theo hệ toạ độ cầu 1 .6 Bậc tự do của Robot công nghiệp 1 .6. 1 .Bậc tự do của robot a Khái niệm 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... biểu thức combine >nx:=T6[1,1]; nx:=combine(nx); GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 25 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO d) Vẽ đồ thị Plot(xE,t=0…50,[iscount=true,color=red,title=”Quy dao xE”,legend=[“xE”]); 2.3 Giải bài toán động học thuận > restart; >with(LinearAlgebra); GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 26 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO >with(linalg); GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 27 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO >with(FileTools[Text]);... 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. .. tính theo công thức : GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 11 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO W = 6n Ở đây: n - Số khâu động; Pi- Số khớp loại i (i = 1,2, .,5 : Số bậc tự do bị hạn chế) Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnhtiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động Đối với cơ cấu hở, số bậc tự do bằngtổng số bậc tự do của các khớp động Để định vị và định hướng khâu... Du 12 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Ví dụ: Xác định số bậc tự do của Robot sau: Hình 1.7: 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 .6. 2 Hệ toạ 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... Động học Robot Scara 2.1.1 Thiết kế bảng DH Khi áp dụng phương pháp Denavit-Hartenberg gắn các hệ trục toạ độ vào các khâu ta thu được sơ đồ động học của rô bốt SCARA như hình Hình 2.1: Sơ đồ động học robot Scara + Xác định các hệ toạ độ GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 18 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO 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... ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO >ox:=combine(ox); >oy:=T6[2,2]; >oy:=combine(oy); >oz:=T6[3,2]; >ax:=T6[1,3]; >ay:=T6[2,3]; >az:=T6[3,3]; >xE:=T6[1,4]; GVHD : ThS Nguyễn Trọng Du 34 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO >xE:=combine(xE); > xE:=subs({d1=5,d5=10,d6=15,a2=5,a3=10,a4=10,theta1=Pi/12+ (Pi/10).t,theta2=Pi/12+(Pi/10).t,theta3=Pi/12+ (Pi/10).t,theta4=Pi/12+(Pi/10).t,theta6=Pi/12+(Pi/10).t},xE); > plot(xE,t=0 10,discont=true,color=red,title="Quy . 10 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO Hình 1 .6: Robot hoạt động theo hệ toạ độ cầu 1 .6. Bậc tự do của Robot công nghiệp 1 .6. 1 .Bậc tự do của robot a. Khái niệm Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một. 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 : GVHD : ThS. Nguyễn Trọng Du 11 ROBOT SCARA 6 BẬC TỰ DO . không gian3 chiều Robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự do để địnhhướng. Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp có thể yêu cầu số bậc tự do ít hơn.Các Robot hàn,