Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử - robot công nghiệp

Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử - robot công nghiệp

Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Mục Lục CN-KTCĐT K57 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY LỜI NÓI ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp hóa, đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa có vai trò đặc biệt quan trọng Nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, cải thiện điều kiện lao động, nâng cao suất lao động đặt hệ thống sản xuất phải có tính linh hoạt cao Robot công nghiệp, đặc biệt tay máy robot bô phận quan trọng để tạo hệ thống Tay máy Robot có mặt trình sản xuất từ nhiều năm trước, ngày tay máy Robot dùng nhiều lĩnh vực sản xuất, xuất phát từ ưu điểm mà tay máy Robot đúc kết lại trình sản xuất làm việc, tay máy có tính mà người có được, khả làm việc ổn định, làm việc môi trường độc hại…Do việc đầu tư nghiên cứu, chế tạo loại tay máy Robot phục vụ cho công tự động hóa sản xuất cần thiết cho tương lai Đồ án Thiết kế Hệ thống Cơ điện tử giúp chúng em bước đầu làm quen với vấn đề cốt lõi robot, giúp cho sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức môn học như: Lí thuyết điều khiển tử động, Robotics, Robot công nghiệp, sở máy CNC, Tính toán thiết kế Robot, Động lực học hệ nhiều vật, Chi tiết máy, Đồ họa kĩ thuật, Cơ học kĩ thuật, Nguyên lí máy…Đồng thời giúp cho sinh viên làm quen với công việc thiết kế làm đồ án tốt nghiệp sau Cuối em xin chân thành cảm ơn quan tâm hướng dẫn tận tình thầy T.S Vũ Lê Huy Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP I SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP (IR: INDUSTRIAL ROBOT) Hình 1.1: Hình ảnh robot công nghiệp Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng CH Séc (Czech) “Robota” có nghĩa công việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Trong kịch này, Rossum trai ông ta chế tạo máy gần giống với người để phục vụ người Có lẽ gợi ý ban đầu cho nhà sáng chế kỹ thuật cấu, máy móc bắt chước hoạt động bắp người Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho loại thiết bị có dáng dấp vài chức tay người điều khiển tự động để thực số thao tác sản xuất Về mặt kỹ thuật, robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật đời sớm cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool) CN-KTCĐT K57 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Các cấu điều khiển từ xa (hay thiết bị kiểu chủ-tớ) phát triển mạnh chiến tranh giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu vật liệu phóng xạ Người thao tác tách biệt khỏi khu vực phóng xạ tường có vài cửa quan sát để nhìn thấy công việc bên Các cấu điều khiển từ xa thay cho cánh tay người thao tác; gồm có kẹp bên (tớ) hai tay cầm bên (chủ) Cả hai, tay cầm kẹp, nối với cấu sáu bậc tự để tạo vị trí hướng tuỳ ý Tay cầm kẹp Cơ cấu dùng để điều khiển kẹp theo chuyển động tay cầm Vào khoảng năm 1949, máy công cụ điều khiển số đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công chi tiết ngành chế tạo máy bay Những robot thực chất nối kết khâu khí cấu điều khiển từ xa với khả lập trình máy công cụ điều khiển số Một Robot Công nghiệp chế tạo Robot Versatran công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian Mỹ xuất loại robot Unimate (1900) dùng kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh (1967), Thụy Điển Nhật (1968) theo quyền Mỹ, CHLB Đức (1971), Pháp (1972), Ý (1973) Tính làm việc robot ngày nâng cao, khả nhận biết xử lý Năm 1967 trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) chế tạo mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả nhận biết định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ cảm biến Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa loại robot điều khiển máy vi tính, gọi robot T3 (The Tomorrow Tool: Công cụ tương lai) Robot nâng vật có khối lượng đến 40 KG Có thể nói, Robot tổ hợp khả hoạt động linh hoạt cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày phong phú hệ thống điều khiển theo chương trình số kỹ thuật chế tạo cảm biến, công nghệ lập trình phát triển trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia… Trong năm sau này, việc nâng cao tính hoạt động robot không ngừng phát triển Các robot trang bị thêm loại cảm biến khác để nhận biết môi trường chung quanh, với thành tựu to lớn lĩnh vực Tin học - Điện tử tạo hệ robot với nhiều tính đăc biệt, Số lượng robot ngày gia tăng, giá thành ngày giảm Nhờ vậy, robot công nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền sản xuất đại II ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT Từ đời robot công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY hiệu sản xuất tăng lên rõ rệt Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động Đạt mục tiêu nhờ vào khả to lớn robot : làm việc mệt mỏi, dễ dàng chuyển nghề cách thành thạo, chịu phóng xạ môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” từ trường “nghe” siêu âm Robot dùng thay người trường hợp thực công việc không nặng nhọc đơn điệu, dễ gây mệt mõi, nhầm lẫn Trong ngành khí, robot sử dụng nhiều công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm… Ngày xuất nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm máy CNC với Robot công nghiệp, dây chuyền đạt mức tự động hoá cao, mức độ linh hoạt cao Ở máy robot điều khiển hệ thống chương trình Ngoài phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot sử dụng việc khai thác thềm lục địa đại dương, y học, sử dụng quốc phòng, chinh phục vũ trụ, công nghiệp nguyên tử, lĩnh vực xã hội… Rõ ràng khả làm việc robot số điều kiện vượt khả người; phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao suất lao động, giảm nhẹ cho người công việc nặng nhọc độc hại Nhược điểm lớn robot chưa linh hoạt người, dây chuyền tự động, có robot bị hỏng làm ngừng hoạt động dây chuyền, robot hoạt động giám sát người III CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 3.1 Định nghĩa robot công nghiệp Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp): Robot công nghiệp cấu chuyển động tự động lập trình, lặp lại chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục toạ độ; có khả định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất: chi tiết, dao cụ, gá lắp… theo hành trình thay đổi chương trình hoá nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America): Robot tay máy vạn lặp lại chương trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ thiết bị chuyên dùng thông qua CN-KTCĐT K57 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY chương trình chuyển động thay đổi để hoàn thành nhiệm vụ khác Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga): Robot công nghiệp máy tự động, đặt cố định di động được, liên kết tay máy hệ thống điều khiển theo chương trình, lập trình lại để hoàn thành chức vận động điều khiển trình sản xuất Có thể nói Robot công nghiệp máy tự động linh hoạt thay phần toàn hoạt động bắp hoạt động trí tuệ người nhiều khả thích nghi khác Robot công nghiệp có khả chương trình hoá linh hoạt nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự chúng Robot công nghiệp trang bị bàn tay máy cấu chấp hành, giải nhiệm vụ xác định trình công nghệ: trực tiếp tham gia thực nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy …) phục vụ trình công nghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá…) với thao tác cầm nắm, vận chuyển trao đổi đối tượng với trạm công nghệ, hệ thống máy tự động linh hoạt, gọi “Hệ thống tự động linh hoạt robot hoá” cho phép thích ứng nhanh thao tác đơn giản nhiệm vụ sản xuất thay đổi 3.2 Bậc tự robot (DOF: Degrees Of Freedom) Bậc tự số khả chuyển động cấu (chuyển động quay tịnh tiến) Để dịch chuyển vật thể không gian, cấu chấp hành robot phải đạt số bậc tự Nói chung hệ robot cấu hở, bậc tự tính theo công thức: w = 6n − ∑ ip i i =1 Ở đây: n - Số khâu động pi - Số khớp loại i (i = 1, 2, : Số bậc tự bị hạn chế) Đối với cấu có khâu nối với khớp quay tịnh tiến (khớp động loại 5) số bậc tự với số khâu động Đối với cấu hở, số bậc tự tổng số bậc tự khớp động Để định vị định hướng khâu chấp hành cuối cách tuỳ ý không gian chiều robot cần có bậc tự do, bậc tự để định vị bậc tự để định hướng Một số công việc đơn giản nâng hạ, xếp yêu cầu số bậc tự Các robot hàn, sơn…thường yêu cầu bậc tự Trong số trường hợp cần khéo léo, linh hoạt cần phải tối ưu hoá quỹ đạo người ta dùng robot với số bậc tự lớn 6 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY 3.3 Hệ toạ độ (Coordinate frames) Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với qua khớp (joints), tạo thành xích động học xuất phát từ khâu (base) đứng yên Hệ toạ độ gắn với khâu gọi hệ toạ độ (hay hệ toạ độ chuẩn) Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với khâu động gọi hệ toạ độ suy rộng Trong thời điểm hoạt động, toạ độ suy rộng xác định cấu hình robot chuyển dịch dài chuyển dịch góc khớp tịnh tiến khớp quay Các toạ độ suy rộng gọi biến khớp (Hình 1.1) Các hệ toạ độ gắn khâu robot phải tuân theo qui tắc bàn tay phải: Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út áp út vào lòng bàn tay, xoè ngón: cái, trỏ theo phương vuông góc nhau, chọn ngón phương chiều trục z, ngón trỏ phương, chiều trục x ngón biểu thị phương, chiều trục y (hình 1.2) Trong robot ta thường dùng chữ O số n để hệ toạ độ gắn khâu thứ n Như hệ toạ độ (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) ký hiệu O 0; hệ toạ độ gắn khâu trung gian tương ứng O 1, O2, , On-1, Hệ toạ độ gắn khâu chấp hành cuối ký hiệu On CN-KTCĐT K57 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY 3.4 Trường công tác robot (Workspace or Range of motion) Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) robot toàn thể tích quét khâu chấp hành cuối robot thực tất chuyển động Trường công tác bị ràng buộc thông số hình học robot ràng buộc học khớp; ví dụ, khớp quay có chuyển động nhỏ góc 3600 Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác robot (hình 1.3) IV CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình Sơ đồ khối Robot công nghiệp 4.1 Các thành phần robot công nghiệp Một robot công nghiệp thường bao gồm thành phần như: cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, cảm biến, điều khiển, thiết bị dạy học, máy tính Các phần mềm lập trình nên coi thành phần hệ thống robot Cánh tay robot (tay máy) kết cấu khí gồm khâu liên kết với khớp động để tạo nên chuyển động robot Nguồn động lực động điện (một chiều động bước), hệ thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động Dụng cụ thao tác gắn khâu cuối robot, dụng cụ robot có nhiều kiểu khác như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng công cụ làm việc mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn Thiết bị dạy-học (Teach-Pendant) dùng để dạy cho robot thao tác cần thiết theo yêu cầu trình làm việc, sau robot tự lặp lại động tác dạy để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học) Các phần mềm để lập trình chương trình điều khiển robot cài đặt máy tính, dùng điều khiển robot thông qua điều khiển (Controller) Bộ điều khiển gọi Môđun điều khiển (hay Unit, Driver), thường kết nối với máy tính Một môđun điều khiển có cổng Vào - Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái thân, xác định vị trí đối tượng làm việc dò tìm khác; điều khiển băng tải cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với robot CN-KTCĐT K57 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY 4.2 Kết cấu tay máy Như nói trên, tay máy thành phần quan trọng, định khả làm việc robot Các kết cấu nhiều tay máy theo cấu tạo chức tay người; nhiên ngày nay, tay máy thiết kế đa dạng, nhiều cánh tay robot có hình dáng khác xa cánh tay người Trong thiết kế sử dụng tay máy, cần quan tâm đến thông số hình - động học, thông số liên quan đến khả làm việc robot như: tầm với (hay trường công tác), số bậc tự (thể khéo léo linh hoạt robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp Các khâu robot thường thực hai chuyển động bản: • Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z không gian Descarde, thông thường tạo nên hình khối • Chuyển động xoay theo trục x, y, z không gian • Các chuyển động thường ký hiệu T (Translation) P (Prismatic) V PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP 5.1 Phân loại theo kết cấu Theo kết cấu 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 trình bày 5.2 Phân loại theo hệ thống truyền động Có dạng truyền động phổ biến là: - Hệ truyền động điện: Thường dùng động điện chiều (DC: Direct Current) động bước (step motor) Loại truyền động dễ điều khiển, kết cấu gọn - Hệ truyền động thuỷ lực: đạt công suất cao, đáp ứng điều kiện làm việc nặng Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu cồng kềnh, tồn độ phi tuyến lớn khó xử lý điều khiển - Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ không cần dẫn ngược lại phải gắn liền với trung tâm tạo khí nén Hệ làm việc với công suất trung bình nhỏ, xác, thường thích hợp với robot hoạt động theo chương trình định sẵn với thao tác đơn giản “nhấc lên - đặt xuống” (Pick and 10 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY CHƯƠNG 4: THUẬT TOÁN BỘ ĐIỀU KHIỂN 4.1 Thiết kế điều khiển Nhiêm vụ toán điều khiển tìm quy luật lực/ mô men động điện tạo tác dụng lên khâu để đảm bảo robot chạy theo quy luật qd(t) cho trước, nhằm thực số nhiệm vụ Trên sở chuyển động mong muốn qd(t) định nghĩa trước chuyển động robot đo 48 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY cảm biến đặt khớp, bọ điều khiển có nhiệm vụ đưa lực/mômen cần thiết lực/mômen tác động làm cho robot thực chuyển động mong muốn cách ổn định xác Sơ đồ khối điều khiển cho robot có dạng hình 4.1 Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển robot Để có luật điều khiển đáp ứng yêu cầu vừa nêu, thông thường luật điều khiển dựa động lực học ngược sử dụng Với luật điều khiển lực/mô men phận dẫn động tính sau: τ = M (q ).q&&+ C (q q&).q&+ g (q ) (4.1) Giả thiết thành phần mômen trọng lực G(q) bù hoàn toàn,sơ đồ hệ thống điều khiển phản hồi với cấu trúc điều khiển PD có dạng đơn giản sau: Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển phản hồi PD Tín hiệu đặt vị trí qd so sánh với vị trí thực khớp q, sai lệch đặt vào khâu khuếch đại với hệ số Kp Tín hiệu khâu tỉ lệ cộng đại số với tín hiệu tỉ lệ với tốc độ khớp đặt cấu chấp hành robot: CN-KTCĐT K57 49 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY τ dk = K pε + K Dε& (4.2) Hay viết với khớp thứ i ta có: τ dki = K piε i + K diε&i (4.3) Trong : ε = qd − q ε&= q&d − q& sai số vị trí khớp robot sai số tốc độ khớp robot K p = diag ( K p1 , K p , , K pn ) ma trận đường chéo hệ số khuếch đại khớp hợp riêng K d = diag ( K d , K d , , K dn ) ma trận đường chéo hệ số đạo hàm khớp hợp riêng Hệ thống điều kiển với cấu trúc điều khiển (3…) ổn định tuyệt đối toàn cục thật vậy, chọn hàm lyapunov có dạng : VL = (ε T K p ε + q&T Hq&) Hàm VL biểu thị tổng lượng hệ thống robot: thành phần lượng đầu vào thành phần &T ( q H q&) ma trận hệ số dương; nên hàm VL > với q ≠ qd (4.4) T ε K pε tỉ lệ động robot K P H Tính đạo hàm cấp hàm VL ta được: &T 1 &T & &T && &T & V& ε K pε + ε T K pε&+ q& Hq + q Hq + q Hq& L = 2 2 (4.5) ε&T K pε q&T Hq& Do tính đối xứng thành phần , nên (5.5) rút gọn lại sau: 50 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY &&+ q&T Hq& & VL = ε&T K pε + q&T Hq (4.6) Thay phương trình dạng tổng quát vào phương trình với giả thiết thành phần mômen trọng lực G(p) ta có : && &T V&L = ε&T K pε + q&T Hq + q [τ − C (q , q&)q&] (4.7) Sử dụng thuộc tính phương trình động lực học áp dụng luật điều khiển (5.1), Phương trình (5.4) biến đổi sau: 1 V&L = q&T K pε + q&T H&(q )q&− q&T C (q , q&)q&= −q&T K pε + q&T [ H&(q ) − C (q , q&)]q& 2 (4.8) Do ma trận q & H (q ) − C (q , q&) ma trận đối xứng ngược nên & H (q ) − C (q , q&) = với nên từ (5.7) ta nhận : V&L = −q&T K p q&≤ Bất đẳng thức cho thấy hệ thông ổn định tuyệt đối mức độ dương V L phụ thuộc vào Kp mức độ âm VL phụ thuộc vào KD Do tăng tốc độ hội tụ cách tăng giá trị ma trận KD 4.2 Mô Phỏng Matlab Sử dụng matlab để mô Khối lượng khâu : m1 = 15kg m2 = 10kg m3 = 6kg Các giá trị q đặt lấy ví dụ trang 25-26   π π   π π   q1d = 500cos  − + 16 t ÷+ 500cos  − + t ÷        π π   π π  t ÷+ 500 sin  − + t ÷  q2 d = 500 sin  − +  16      125π q3d = 100 + t   CN-KTCĐT K57 51 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Qũy đạo điểm cuối rE dùng để thực điều khiển: Các ma trận : 0   20000  KD =  20000   0 20000 0   20000  KP =  20000   0 20000 Phương trình vi phân động lực học robot có dạng: τ = M (q ).q&&+ C (q q&).q&+ g (q ) Luật điều khiển có dạng: τ = K Pε + K Dε& 52 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT Kết mô Matlap GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 4.3 Sơ đồ khối simulink Hình 4.4 Sai số biến khớp CN-KTCĐT K57 53 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 4.5 Đồ thị sai số biến khớp q1,q2,q3 Hình 4.6 Đồ thị 54 q&1 ,q&2 ,q&3 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY CHƯƠNG MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG ROBOT BẰNG PHẦN MỀM VISUAL STUDIO 5.1 Giới thiệu OpenGL OpenGL chữ viết tắt Open Graphic Library thư viện đồ họa tốc độ cao độc lập với hệ thống giao diện hệ điều hành Tiền thân OpenGL IRIS GL hãng Silicon Graphic Library Inc phát triển cho WorkStation đồ họa tốc độ cao từ năm 1982.Sau từ năm 1992 OpenGL trở thành chuẩn công nghiệp đắc tính kỹ thuật OpenGL ủy ban kỹ thuật ARB (Architectural Review Board ) phê chuẩn Trong công nghệ đồ họa động ngày ứng dụng sống ngày phát triển tương đối mạnh mẽ Việt Nam.Trong kỹ thuật việc sử dụng ứng dụng OpenGL DirectX vào việc mô cấu máy móc, họat động Rôbốt công nghiệp trước đem thử nghiệm mô hình thực giải pháp mà nhiều kĩ sư khí như viện nghiên cứu lựa chọn tính ưu việt việc thể mô hình đồ họa động không gian chiều (3D) Vì phạm vi đồ án em chọn cách sử dụng OpenGL để xây dựng toán mô 5.2 Bài toán mô Để cho tổng quát thể rõ hoạt động robot, ta cho quỹ đạo di chuyển điểm thao tác theo đường xoắn ốc Từ khảo sát đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc biến khớp di chuyển robot không gian Phương trình đường xoắn ốc có dạng: 193Equation Section mdd   x = xc + r cos( r i )  mdd  i)  y = yc + r sin( r  hz.mdd  z = z + i c  πr  20320\* MERGEFORMAT (.) Với: xc, yc, zc, : tọa độ tâm ta lấy xc = 500, yc = 500, zc = 200 mdd : bước chia quỹ đạo i : số bước tính hz hệ số gia tăng chiều cao CN-KTCĐT K57 55 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT Ở ta lấy GVHD: T.S VŨ LÊ HUY xc = 500mm, yc = 500mm, zc = 200mm, mdd = 2mm,h z = 200mm 5.3 Cấu trúc chương trình mô Để giải toán mô ta sử dụng ứng dụng MFC (Microsofl Foundation Classes) Visual studio để chuyển động robot vẽ đồ thị giá trị, vận tốc, gia tốc biến khớp Sau xin trình bày tổng quát chương trình mô 5.3.1 Tạo ứng dụng Từ menu File, người dùng chọn lệnh New để tạo dự án (project), tập tin (file) hay không gian làm việc (workspace), hộp thoại xuất hình sau: Hình 5.1 Quá trình tạo project bước Trong hộp thoại này, người dùng có nhiều loại trình ứng dụng tạo với MS Visual C++, ta chọn “MFC AppWizard (exe)” click OK rùi chuyển sang bước sau: 56 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 5.2 Quá trình tạo project bước Hình 5.3 Quá trình tạo project bước CN-KTCĐT K57 57 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 5.4 Quá trình tạo project bước Hình 5.5 Quá trình tạo project bước Hình 5.6 Quá trình tạo project bước 5.3.2 Xây dựng chương trình mô Sau tạo xong project ta tiến hành add thư viện, tạo lớp, dialog để thực tính toán hiển thị đồ thị sổ (Trong ta sử dụng số 58 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY thư viện hàm cung cấp từ để tránh cho chương trình cồng kềnh khó hiểu) Sau số hình ảnh bước: Hình 5.7 Các lớp chương trình Hình 5.8 Các file thư viện add thêm Ở có hai lớp qquan cần chý ý: + “Celement” Lớp chứa đối tượng quản lý khâu robot + “CModel” có khai báo số lượng khâu, Load khâu vào môi trường, vẽ lại khâu quỹ đạo giải toán vị trí, vận tốc gia tốc CN-KTCĐT K57 59 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 5.9 Các dialog chương trình 5.4 Thực mô robot Một số hình ảnh thực mô phần mềm OpenGL 60 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY PHẦN III: KẾT LUẬN & ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH Sau thời gian tìm tòi, tính toán, với giúp đỡ tận tình thầy cô môn, đặc biệt giáo viên hướng dẫn - T.S Vũ Lê Huy, đến đồ án hoàn thành nội dung sau: - Đưa vấn đề cần giải quyết: tính toán thiết kế Robot công nghiệp - Xây dựng mô hình mô tả toán solidwords, tính toán động học, động lực học - Xác định miền làm việc Robot - Thiết kế điều khiển robot theo luật PD - Mô Robot phần mềm VisuaStudio Tuy đồ án số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển: - Tính toán, thiết kế cụ thể kết cấu khí, tính chọn động cơ, truyền cho Robot - Thiết kế, chế tạo điều khiển thật cho Robot CN-KTCĐT K57 61 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY - Chưa hiểu sâu nhiều lập trình ngôn ngữ lập trình để xây dựng hàm tính mà không cần phải add ngoài, em tìm hiểu sâu mong nâng cao hiểu biết ngày TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Phan Bùi Khôi - Bài giảng Robotics 2009 ĐH Bách Khoa Hà Nội [2] GS TSKH Nguyễn Văn Khang, TS Chu Anh Mỳ - Cơ sở Robot công nghiệp, NXB Giáo dục 2010 [3] GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc - Robot công nghiệp, NXB KHKT 2006 [4] TS Nguyễn Mạnh Tiến - Điều khiển Robot công nghiệp, NXB KHKT 2006 [5] Nguyễn Phùng Quang - Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động NXB KHKT 2006 [6] Matlab help - Mathworks [7] Maple help [8] Người dịch T.S Vũ Lê Huy – ĐH Bách Khoa Hà Nội: Chương trình độ họa 3D với OPENGL 62 [...]... PHẦN 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU ROBOT CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D Trong đồ án này em chỉ dừng lại ở việc thiết kế mô phỏng 3D hình học tượng trưng robot trên Solidwords chứ không đi sâu vào việc cấu tạo chi tiết cũng như việc truyền chuyển động CN-KTCĐT K57 11 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 1.1 Mô hình robot công nghiệp được thiết kế trên phần mềm SolidWorks • Thiết kế các... trước ta vẽ được đồ thị của rE như sau: −π π q2 = θ2 = + t 4 8 CN-KTCĐT K57 ; −π π q3 = θ 3 = + t 4 8 29 q1 = d1 = ; 250 t 4 Với t = 95 ; Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 3.1 Quỹ đạo điểm cuối XEx Hình 3.2 Quỹ đạo điểm cuối Ye 30 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 3.3 Quỹ đạo điểm cuối Ze Hình 3.4 Quỹ đạo điểm cuối E CN-KTCĐT K57 31 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD:... kế các khâu 12 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 1.2 Khâu đế Hình 1.3 Khâu 1 Hình 1.4 Khâu 2 CN-KTCĐT K57 13 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 1.5 Khâu 3 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC, THIẾT LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC 2.1 BẬC TỰ DO CỦA ROBOT Bậc tự do của Robot là khả năng làm việc tự do, độc lập của Robot Để tính số bậc tự do chuyển động ta sử dụng công thức: k... tọa độ - phép biểu diễn Denavit-Hartenberg Để nghiên cứu mối quan hệ giữa các thanh nối, khớp và tay robot, ta đặt hệ tọa độ cho các thanh nối Theo phương pháp biểu diễn Danevit-Hartenberg (D-H), hệ toạ độ thanh nối i được xây dựng thao nguyên tắc sau (hình 2.5) CN-KTCĐT K57 21 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Hình 2.5 Thiết kế khung tọa độ thanh nối + Gốc hệ tọa độ thanh i đặt trùng với... theo Theo nguyên tắc đặt hệ tọa độ như trên, bắt đầu gắn hệ tọa độ từ bệ (thân) robot là hệ tọa độ 0: trục z0 trùng với khớp 1 Gốc hệ tọa độ thanh 6 trùng với hệ tọa độ thanh nối 5 2.4.3 Quan hệ giữa hai hệ tọa độ i và i-1 Một cách tổng quát, quan hệ giữa hai hệ tọa độ i và i-1 được xác định bằng các phép biến đổi theo thứ tự sau: + Quay quanh trục zi-1 một góc θi sao cho trục xi-1 trùng với phương của... a2 αi 0 0 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT 3 GVHD: T.S VŨ LÊ HUY q3 -d3 a3 1800 Bảng 2.1 Bảng tham số Denavit – Hartenberg của robot Các biến khớp là d1=q1; θ2=q2; θ3=q3 2.6.1 Tính toán các ma trận đặc trưng Từ bảng D-H xác định được các ma trận thành phần biểu diễn quan hệ giữa hai khung i −1 Ai tọa độ i, i-1: Áp dụng công thức (2.17) ta tính được ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit - Hartenberg.. .Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY Place or PTP: Point To Point) 5.3 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 5.4 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... U TE U TR - phép biến đổi biểu diễn mũi khoan hoặc điểm kẹp so với hệ tọa gốc - phép biến đổi biểu diễn vị trí và hướng của robot trong hệ tọa độ gốc R TH H U TE TP - phép biến đổi biểu điễn vị trí và hướng của tay robot so với thân robot - phép biến đổi biểu điễn vị trí và hướng của điểm kẹp so với tay robot - phép biến đổi biểu diễn vị trí và hướng của chi tiết trong hệ tọa độ gốc P TE - phép biến... chọn hệ X3Y3Z3 có trục Z3 trùng với trục khớp 3 hướng xuống điểm thao tác, X3 được xác định như hình, Y3 chọn theo quy tắc tam diện thuận • Hình 2.6 Biểu diễn các hệ tọa độ sau khi gắn kết 2.6 THIẾT LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT 2.6.1 Thiết lập bộ thông số D-H Áp dụng phép biểu diễn Denavit-Hartenberg, đặt các hệ tọa độ cho các thanh nối của như hình 2.6 Trên cơ sở các khung tọa độ đã thiết kế, ... trên chi tiết (thông thường được thiết kế trước thông qua bản vẽ) Như vậy duy nhất phép biến đổi biểu diễn tay robot so với thân R robot TH chưa biết cần xác định nhằm điều khiển tay robot đẻ có thể khoan được lỗ R TH trên chi tiết P Phép biến đổi có thể xác định từ phương trình quan hệ ( 2-1 4) bằng nhân trước và sau các ma trận nghịch đảo tương ứng: 20 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: T.S VŨ LÊ HUY TH