THIẾT kế TAY máy SCARA

Thiết kế tay máy SCARA Khoa: khí tự động hoá-RoBot LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH TIN KỸ THUẬT ooOoo LỜI CẢM ƠN Chúng em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Phương nhiệt tình hướng dẫn tạo điều kiện giúp chúng em hoàn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn nhà Trường thầy cô giảng dạy tạo điều kiện cho chúng em thời gian học tập nghiến cứu trường LUÂN ÁN TỐT NGHIỆP Chúng cảm ơn gia đình hỗ trợ động viên mặt vật chất tinh thần cho chúng suốt năm học vừa qua Cuối xin chân thành cảm ơn bạn bè, đóng góp ý kiến quý báo để hoàn thành đề tài THIẾTSinhKẾ TAY MÁY SCARA viên thực Phạm Trung Nghĩa Nguyễn Thanh Vũ Khóa 2000 GVHD: Th.s NGUYỄN THANH PHƯƠNG SVTH: PHẠM TRUNG NGHĨA MSSV: 00ĐCTO66 SVTH: NGUYỄN THANH vũ MSSV: 00ĐCT135 Lđp: 00CT2 ÍT RƯỞNGĐH 01 - K TCH TP.HCM., Tháng 01 năm 2005 THƯ VIỆ|\ * iii Thiết kế tay máy SCARA Khoa: Cơ khí tự động hoá-RoBot LỜI MỞ ĐẦU Tóm tắt đề tài Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật vấn đề tự động hóa sản xuất đóng vai trò đạc biệt quan trọng việc công nghiệp hóa đại hóa đất nước Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Robot công nghiệp nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, giảm giá thành , tăng chất lượng độ đồng chất lượng,đồng thời cải thiện môi trường làm việc lao động cho người, đặc biệt số công việc có độ an toàn thấp có tính độc hại cao Sự canh tranh hàng hóa đặt vấn đề thời để hệ thông tự động hoá sản xuất phải đáp ứng tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng với biến động thường xuyên thị trường hàng hóa cạnh tranh gay gắt Robot công nghiệp phận cấu thành thiếu hệ thông tự động, tự động sản xuất linh hoạt Gần kỷ có mặt sản xuất Robot công nghiệp có lịch sử phát triển hấp dẫn Ngày nay, Robot công nghiệp dùng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất Điều xuất phát từ ưu điểm loại Robot công nghiệp chọn lựa đúc kết lại qua name ứng dụng nhiều nước Ở giai đoạn trước năm 1990 nước ta hoàn toàn chưa du nhập kỹ thuật Robot, chí chưa nhận nhiều thông tin lĩnh vực Từ năm 1990 nhiều sở công nghiệp bắt đầu nhập nhiều lọai Robot phục vụ cho việc tháo lắp dụng cụ cụ cho trung tâm gia công CNC, lắp ráp linh kiện điện tử, thao tác máy ép phun nhựa Có nơi bắt đầu thiết kế, chế tạo lắp ráp Robot Ở nhiều trường Đại Học, Cao Đẳng bắt đầu giảng dạy Robot Công nghiệp Đặc biệt năm gần nhiều nơi mở nghành đào tạo “Cơ Tin-Điện Tử” quan tâm đến Robot công nghiệp Tuy trình độ tự động hóa nước thấp để theo với phát triển giới thực mục tiêu nhà nước “công nghiệp hóa, đại hóa đất nước” không ý tới tự động hóa mà việc đào tạo chuyên viến kỹ thuật, kỹ sư lĩnh vực công việc hàng đầu IV Thiết kế tay máy SCARA Khoa: Cơ khí tự động hoá-RoBot Đề tài thực gồm: thiết kế tay máy SCARA điều khiển tay máy để gấp vật Gồm phần : Phần khí: thi công tay máy SCARA Phần điện: thi công mạch lập trình điều khiển V Thiết kế tay máy SCARA Khoa:Cơ khí tự động-RoBot Mục lục Lời cảm ơn Phần I: mỏ đầu Chương I : giới thiệu robot công nghiệp - - -1 I/ lịch sử đời robot công nghiệp -1 II- ứng dụng robot công nghiệp III/ số định nghĩa robot— IV / phân loại robot - - -— 10 Chương II: tính toán thiết bị tay gắp — - 15 I - tìm hiểu tay gắp 15 II - tay gắp chuẩn -15 III - phân loại tay gắp 16 IV / tính toán -— 16 Chương III: thiết kế kết câu mođun khí 18 Chương IV : tính toán thiết kế hệ thông khí -26 I/ chọn động điện phân phôi tỷ sô" truyền -26 1. 1/ chọn công suất động 26 1. - tỉ sô" truyền chung -27 1.3/ tính toán truyền đai -27 Chương V : tính toán điều kiện bền cho tay máy 30 I - xác định moment tĩnh cho cánh máy -30 II/ tính toán điều kiện bền trục cánh tay 31 III/ tính toán độ võng tay máy - 36 Chương VI: động học tay máy - -39 I / tóan động học 39 II/ toán động học tay máy scara 41 III/ thuật tóan giải toán động học toạ độ nhâ"t — 43 Thiết kế tay máy SCARA Khoa:Cơ khí tự động-RoBot Chương VII: giới thiệu loại van khí nén 46 —các phần tử điều khiển_điều chỉnh I/ cấu chỉnh áp 46 II/ cấu chỉnh lưu -48 II 1/ van tiết lưu 48 II. 2/ ổn tốc -48 III/ cấu chỉnh hướng — 49 III 1/ van chiều - - - -49 III. 2/ van đảo chiều -50 IV/ sô" phần tử châ"p hành 57 IV 1/động -57 IV 2/ xy lanh. 59 Chương VIII: sở lý thuyết điện_ điện tử. 61 I / cổng máy in: II/ động bước: -64 III/ phân loại động bước: — - 70 61 Chương IX : giới thiệu linh kiện sơ đồ nguyên lý mạch I/ giới thiệu linh kiện - 74 1. -1/ ic hc573 -1. -2/ transistor: 76 1. -3 / diot: 1. -4/ điện trở: 1. 5/ tụ điện: 83 II/ tính toán mạch công suất: -84 III/ sơ đồ mạch nguồn. 85 IV/ sơ đồ nguyên lý -86 74 74 81 83 — Phần II: lập trình điều khiển 88 Chương I: giới thiệu lập trình delphi — .88 I/ đôi nét lịch sử delphi -88 1. -1/ delphi 1. -2/ delphi 1. -3/ delphi 1. -4/ delphi 88 89 89 89 VII Thiết kế tay máy SCARA Khoa:Cớ khí tự động-RoBot 1.5/ delphi -— -90 II/ delphi 91 Chương II: thành phần giao diện chương trình điều khiển 92 I/ bảng giới thiệu -92 II/ bảng điều khiển -93 III/ giải thuật chương trình III 1/ giải thuật chương trình reset 95 III.2/ giải thuật chương trình chạy -96 94 Chương III: chương trình điều khiển — 97 Phần III: phần kết luận viii Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot PHẨN I: MỞ ĐẨU CHƯƠNG I : Giới Thiệu Robot công nghiệp I/ Lịch Sử đời Robot công nghiệp: Nhu cầu nâng cao suất chất lượng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rãi phương tiện tự động hóa sản xuất Xu hướng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao dang hình thành Các thiết bị thay dần máy tự động “cứng” đáp ứng việc định lúc thị trường đòi hỏi thay đổi mặt hàng chủng loại kích cở tính Vì ngày tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tão hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Thông thường, nghe qua từ Robot người ta thường hình dung kiểu Robot R2D2 giới thiệu phim “Chiến tranh sao” Điều tự nhiên thuật ngữ Robot sinh từ sân khấu, phân xưởng sản xuất Những Robot xuâ't lần NewYork vào ngày 09/10/1922 tác phẩm khoa học viễn tưởng”Rossum’s Univeral Robot” nhà soạn kịch nguời Tiệp Karen Kapek viết năm 1921 Theo tiếng Sec “Robot” người làm tạp dịch Trong tác phẩm nhân vật Sossum’s trai ông tạo máy gần giông người để hầu hạ người Hơn 20 năm sau ước mơ viễn tưỡng Karel Kapek bắt đầu thực Tuy nhiên, Robot thực có ích nghiên cứu để đưa vào ứng dụng công nghiệp thực tay máy Vàonăm 1948, phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, nhà ngiên cứu Geortz nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi (master-slave manipulator) điều khiển từ xa năm hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cấu tác động động điện kết hợp với cử hành trình Đến năm 1954, Geortz tiếp tục chế tạo dạng tay máy đôisử dụng động servo nhận biết lực tác động lên khâu cuối Sử dụng thành đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho đời tay máy hoạt động công việc khảo sát đáy biển Page Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Ngay sau chiến tranh giới lần thứ II Hoa Kỳ xuất tay máy chép hình điều khiển từ xa phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ.Vào năm 50 bên cạnh tay máy chép hình khí xuất tay máy chép hình thủy lực điện từ tay máy Minotaur I hay tay máy Handyman I General Electric Năm 1945 George c Devol thiết kế thiết bị có tên là”cơ cấu lề để di chuyển hàng theo chương trình” đến năm 1956 Devol với Joseph F engelber, kỹ sư trẻ công nghiệp hàng không tạo loại Robot công nghiệp năm 1959 công ty Unimation Chỉ đến năm 1975 công ty Unimation bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm Robot Chiếc Robot công nghiệp đưa vào ứng dụng năm 1961 nhà máy ôtô Generral Motor Trenton Newjersey Hoa Kỳ Năm 1967 Nhật Bản nhập Robot công nghiệp từ công ty AMF Hoa Kỳ (American Machine and Foundry Company) Đến năm 1990 có 40 công ty Nhật Bản công ty khổng lồ Hitachi sau công ty Mitsubishi đưa thị trường nhiều loại Robot tiếng Từ năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính Robot ý nhiều đến lắp đặt thêm cảm biến tín hiệu để nhận biết môi truờng làm việc Tại I truờng Đại Học Tổng Hợp Staníbrd người ta tạo loại Robot láp ráp tự động điều khiển máy vi tính sở xử lý thông tin từ cảm biến lực thị giác Ngoài ra, Viện nghiên cứu Đại học Staníord vào năm 1969 thiết kế Robot Shakey di động I tinh vi để thực thí nghiệm điều khiển sử dụng hệ thông thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tượng Robot lập trình trước để nhận dạng đối tượng camera, xác định đường đến đôi tượng thực sô" tác động đôi tượng.Vào thời gian công ty IBM chế tạo loại Robot có cảm biến xúc giác cảm biến lực điều khiểnbằng máy tính để lắp ráp máy in gồm 20 cụm chi tiết Vào thời gian nước khác tiến hành công trình nghiên cứu tương Page Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Một lĩnh vực nhiều phòng thí nghiệm quan tâm Robot tự vận hành Các công trình nghiên cứu tạo Robot tự hành theo hướng chân người hay xúc vật Một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đạt vào năm 1970 xe tự hành thám hiểm bề mặt mặt trăng Lunokohod điều khiển từ trái đất Các Robot chưa có nhiều ứng dụng công nghiệp Tuy nhiên, loại xe Robot I (Robotcar) lại nhanh chóng đưa vào hoạt động hệ thông sản xuất họat động linh hoạt Từ năm 80 vào năm 90 áp dụng rộng rãi I tiến kỹ thuậtvề vi xữ lý công nghệ thông tin sô" lượng Robot công nghiệp có bước tiến vượt bậc Những Robot lập trình để đáp ứng theo tín hiệu thu nhận từ cảm biến phản ánh thông tin từ môi trường hoạt động mà can thiệp trực tiếp người nghiên cứu vào cuối năm 1940 phòng thí nghiệm trí tuệ nhân tạo Trường hợp chuột máy tìm đường mê cung Claude Shannon hay rùa máy Grey Walter (1953) ví dụ điển hình I Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đời Viện công nghệ I Massachusetts (HoaKỳ) Trên sở đó, năm 1954 George Devol thiết kế Robot lập I trình với điều khiển chương trình số nhờ thiết bị ông phát minh gọi thiết bị “chuyển khớp lập trình”, Joseph Engelberger, người mà ngày thường gọi cha đẻ Robot công nghiệp, thành lập hãng Unimation sau mua quyền thiết bị Devol sau phát triển hệ Robot điều khiển theo chương trình Năm 1962, Robot Ưnimation đời đượcđưa vào sử dụng hãng Gereral Motors; năm 1976 cánh tay Robot không gian sử dụng tàu thám hiểm Viking quan không gian NaSa Hoa Kỳ để lấy mẫu đất Sao Hỏa Ngày nay, chuyên nghành khoa học Robot”Robotics” trở thành lĩnh vực rộng khoa học bao gồm vần đề câu trúc câu động học, động lực học, lập trình quĩ đạo, cảm biến tính hiệu, điều khiển chuyển động Khi Robot cộng nghiệp Page Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot đời Công ty AMF quảng cáo loại máy tự động vạn Trong từ điển Webster định nghĩa Robot máy tự động thực sô" chức người Nhưng có nhiều loại máy khác Robot viện kỹ thuật Robot Hoa Kỳ định nghĩa Robot loại tay máy nhiều chức năng, với chương trình làm việc thay đổi, dùng để thực sô" thao tác sản xuất Có nhiều tài liệu định nghĩa Robot râ"t lưu ý đến tiêu chí điều khiển máy tính Nhưng phân loại Robot Nhật Bản (jis b 0314 - 1979) có nhóm tay máy điều khiển tay Theo ISO (International Standdards Organzatioin) thì: Robot công nghiệp tay máy đa mục tiêu có sô" bậc tự do, dễ dàng lập trình điều khiển trợ động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ vật dụng khác Do chương trình thao tác thay đổi nên thực nhiều nhiệm vụ đa dạng Tuy nhiên, Robot công nghiệp định nghĩa nhu chưa hoàn toàn thảo đáng Robot công nghiệp hiểu thiết bị tự động linh họat bắt chước chức lao động người Nói đến thiết bị tự động linh họat nhân mạnh đến khả thao tác với nhiều bậc tự điều khiển trợ động lập trình thay đổi Còn nói đến bắt chước chức lao động người nói đến không hạn chê" từ chức lao động chân tay đơn giản đền trí thông minh nhân tạo, tuỳ theo loại hình công việc lao động cần đến chức haykhông Đồng thời nói đền mức độ cần thiết bắt chước người hay không II- ứng dụng robot công nghiệp: II - Mục tiêu ứng dụng: Robot ứng dụng rộng rãi nhiều nghành công nghiệp Những công việc ban đầu bao gồm gắp đặt vật liệu, hàn điểm phun sơn Robot thực qui trình thao tác hợp lý người thợ lành nghề cách^n định suốt thời gian làm việc Vì thê", Robot góp phần nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm Hơn thê, Robot Page Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Chương VII: Giới Thiệu Các Loại Van Khí Nén Các Phần Tử Điều Khiển_Điều Chỉnh Khí nén _thuỷ lực công cụ sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp giới nói chung nước ta nói riêng Nói đến khí nén_thuỷ lực , người ta không nói đến tính hiệu mà mang lại, mà nhắc đến an toàn, sẽ(khí nén) Sau xin giới thiệu sô" câu, cách làm việc cửa để nhận thức nhiều mà chung ta biết Trong hệ thông điều khiển khí nén_Thuỷ lực , câu biến đổi lượng ,phần tử đưa tín hiệu xử lý tín hiệu ra,còn có nhiều câu điều khiển điều chỉnh làm nhiệm vụ khác Tuỳ thuộc vào nhiệm vụ hệ thông mà câu chia làm loại chủ yếu: V Cơ câu chỉnh áp V Cơ câu chỉnh lượng V Cơ câu chỉnh hướng I/ Cơ cấu chỉnh áp Cơ câu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, cô" định tăng giảm trị sô" áp suất hệ thông truyền động khí nén_thủy lực.Cơ câu chỉnh áp có loại phần thử sau: 1.1/ Van an toàn Van an tàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn mà hệ thông tải.Khi áp suất lớn áp suâ"t cho phép hệ thông dòng áp suất lưu châ"t thắng lực lò xo,và lưu chất theo T không khí khí nén, dầu chảy lại Page 46 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot T hình 4.1 1.2/ Van tràn Nguyên tắc hoạt động van tràn tương tự van an toàn Chỉ khác chổ áp suất cửa p đạt đến giá trị định, cửa p nối với A( kí hiệu :hình 4.2) Á hình 4.2 1.3/ Van điều chỉnh ắp suất (Van giảm ấp) Trong hệ thống điều khiển khí nén_thủy lực bơm tạo lượng phải cung cấp lượng cho nhiều câu chấp hành có áp suất khác Trong trường hợp ta phải cho bơm làm việc với áp suất lớn dùng van giam áp đặt trước cấu chấp hành để giảm áp suất đến trị số cần thiết (kí hiệu :hình 4.3) 1.4/Rơle áp suất Rơle áp suất thường dùng hệ thống khí nén_thủy lực máy tự động máy bán tự động Phần tử dùng cấu phòng tải, tức có nhiệm vụ đóng mở công tắc điện,khi áp suất hệ thống vượt giới hạn định làm ngưng hoạt động hệ thông.Vì dùng rât rộng rãi, phạm vi điều khiển Page 47 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Trong hệ thông khí nén rơle áp suất coi phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén_điện (kí hiệu: hình 4.4) hình 4.4 II/ Cơ cấu chỉnh lưu Cơ cấu chỉnh lưu lượng để xác định lượng lưu chất chảy qua đơn vị thời gian làm thay đổi vận tốc dịch chuyển cấu chấp hành hệ thông lưu chất làm việc với bơm tạo lượng với lưu lượng định II 1/ Van tiết lưu Van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng lưu chất Van tiết lưu đặt đường vào đường cấu chấp hành II 1.1/ Van tiết lưu điều chỉnh tay (Van tiết lưu chiều ) Dòng lưu chất từ A sang B, chiều ngược lại van chiều bị mở tác dụng áp suất dòng lưu chất , chiều không đảm bảo tiêt lưu.(kí hiệu : hình 4.5) 100% ịíSr hình 4.5 II 1.2/ Van tiết lưu có tiết diện không thay đổi Lưu lượng dòng chảy qua khe hở van có tiết diện không thay đổi (kí hiệu : hình 4.6) Page 48 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot 100% hình 4.6 II 2/Bộ Ổn tốc Bộ ổn tốc cấu đảm bảo hiệu áp không thay đổi giảm áp , đảm bảo lưu lượng không đổi chảy qua van, tức làm cho vận tốc dịch chuyển pittông , xilanh gần không đổi Kết cấu giảm tô'c gồm van giảm áp van tiết lưu (kí hiệu: hình 4.7) hình 4.7 III/ Cơ cấu chỉnh hướng Cơ cấu chỉnh hướng loại cấu điềukhiển dùng để đóng , mở , nối liền ngăn cách đường dẫn phận tương ứng hệ thống khí nén _thủy lực Cơ cấu chỉnh hướng thường dùng loại sau: III 1/ Van chiều van chiều dùng để điều khiển dòng lượng theo hướng, hướng lại dòng lượng bị chặn lại Trong hệ thống điều khiển khí nén_thủy lực van chiều thuồng đặt nhiều vị trí khác tuỳ thuộc vào mục đích khác nhau, (kí hiệu : hình 4.8) Page 49 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot A —' Sô" vi trí : sô" chổ định vị trƯỢc van Thông thường van đảo chiều có hai ba vị trí ,ỡ trường hợp dặc biệt nhiều Thường kí hiệu: chữ cái: o,a,b, 0,1,2,3 -> Sô" cửa : sô" lỗ để dẫn khí vào hay ra, sồ" cửa van đảo chiều thường dùng 2,3,4,5 Đôi nhiều Thường kí hiệu : cửa nôi với nguồn : p , c Cửa xả lưu chất: R , s , T Cửa nôi làm việc: A , B Page 52 A [...]... 2Fms>=2| = 2 Nf ^ Fms >= 16N Page 17 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Chương III: THIẾT KẾ KET CẤƯ MOĐUN CƠ KHÍ A - Kết cấu mođun cơ khí: Kết cấu cơ khí trong luận văn này gồm: 1 Tay máy được đặt trên một đế cô" định Đế và thân tay máy được làm riêng lẽ để dễ dàng tháo lắp Phần đế có hình dạng và kích thước như hình sau: Hình: 2 - Phần thân tay máy bao gồm hai thanh trụ có thể tháo... Page 21 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot 8 Cánh tay 2 cũng là một khối nhôm đặc chuyển động quanh trục 2 với một góc cc2 nhờ động cơ bước thứ 2, với kích thước và hình dạng như hình sau: Hình: Page 22 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Hình: 10 - Tay gấp sử dụng khí nén được liên kết với xylanh Nhờ hành trình lên xuống của xylanh, ta xem như tay gấp là một cánh tay thứ... chỉnh được độ cao của tay gấp để có thể gấp sản phẩm một cách dễ dàng z Page 23 Thiết kế Tay Máy SCARA Thông sô" kv thuât: Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Giá tri - Sô" bậc tự do 3 - Tải nâng 100->150g - Biến khớp tịnh tiến Biến khớp quay -Tầm với - Tầm cao - Sai sô" định vị 1 2 500mm 400mm 0,1< A ... việc hàng đầu IV Thiết kế tay máy SCARA Khoa: Cơ khí tự động hoá-RoBot Đề tài thực gồm: thiết kế tay máy SCARA điều khiển tay máy để gấp vật Gồm phần : Phần khí: thi công tay máy SCARA Phần điện:... kẹp Page 24 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot TAY MẢY SAU KHI LAP XONG: Page 25 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Chương IV : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THốNG... 17 Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Chương III: THIẾT KẾ KET CẤƯ MOĐUN CƠ KHÍ A - Kết cấu mođun khí: Kết cấu khí luận văn gồm: Tay máy đặt đế cô" định Đế thân tay máy làm riêng