Tìm hiểu về rôbôt công nghiệp

Bộ giáo dục đào Tạo Trờng đh bách khoa hà nội cộng hoà x ã hội chủ nghĩa việt nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc Nhiệm vụ Thiết kế đồ án tốt nghiệp Họ tên khoá Ngành 1.Đầu đề thiết kế: Các số liệu ban đầu: 3.Nội dung phần thuyết minh phần tính toán: Các vẽ (ghi rõ loại vẽ kích thớc vẽ) Cán hớng dẫn: Phần Họ tên cán Ngày giao nhiệm vụ thiết kế Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày tháng năm 200 Chủ nhiệm môn (ký, ghi rõ họ tên) Cán hớng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) nhóm học sinh hoàn thành (và nộp nộp toàn vẽ cho khoa) Nhận xét giáo viên duyệt Nhận xét giáo viên hớng dẫn Lời nói đầu Cùng với phát triển khoa hoc kỹ thuật, ngành điều khiển tự động hoá có bớc tiến quan trọng Quá trình góp phần không nhỏ vào việc tăng cờng suất lao động, giảm giá thành, tăng chất lợng độ đồng chất lợng, đồng thời tạo điều khiển cải thiện môi trờng làm việc ngời, đặc biệt số công việc có độ an toàn thấp, có tính độc hại cao Ngày nay, khái niệm dây chuyền sản xuất tự động hay rôbôt Ngời máy Tay máy trở nên quen thuộc ngời Thế nhng cách không lâu thập niên đầu kỷ 20 khái niệm ý tởng sơ khai trí tởng tợng phong phú ngời Năm 1920 lần ngôn ngữ rôbôt xuất tác phẩm khoa học viển tởng nhà soạn kịch Kapek Với mẫu thiết kế ban đầu, rôbôt ngày đợc nâng cao tính động: linh hoạt hơn, xác hơn, thông minh đáp ứng nhanh Từ rôbôt vào đầu thập niên 60, theo mẫu Versatran công ty AMF (American Machine Foundry) hoạt động theo chơng định trớc, dạng rôbôt tự thích nghi, đủ thông minh để tự giải nhiệm vụ mà ngời đặt cho điều khiển thay đổi môi trờng hoạt động xung quanh Nhờ rôbôt ngày có vai trò quan trọng sản xuất công nghiệp, đặc biệt hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM) Hiện nhiều nớc rôbôt phát triển theo hớng phục vụ sản xuất công nghiệp mà theo hớng phục vụ sinh hoạt giải trí gia đình nớc có công nghiệp phát việc đa rôbôt vào trình sản xuất nhà máy để dần thay ngời nơi có môi trờng độc hại, môi trờng phóng xạ; đồng thời khắc phục tình trạng không đồng chất lợng sản phẩm đợc phát triển cách mãnh mẽ thời gian gần Đồng thời, công tự động hoá dây chuyền sản xuất chiến lợc phát triển tập đoàn sản xuất lớn tơng lai Hiện nay, nớc ta việc áp dụng tự động hoá trang bị Rôbôt cho dây chuyền sản xuất nhà máy khái niệm mẽ bớc đầu đợc áp dụng nhng để trình áp dụng có hiệu qủa ngời cán kỹ thuật cần có khái niệm cụ thể kiến thức lĩnh vực Với lý việc tìm hiểu Rôbôt việc cần tiến hành nhằm mục đích trang bị kiến thức rôbôt công nghiệp đặc biệt sinh viên trờng kỹ thuật; cán kỹ thuật tơng lai đất nớc Vì lẽ mà đề tài Tìm hiểu rôbôt công nghiệp đợc thầy giáo Nguyễn Doãn ý giao cho nhóm chúng em gồm: Lê Trọng Nghĩa, Trần Đình Phúc Nguyến Mạnh Tuyến với yêu cầu cụ thể là: bạn Lê Trọng Nghĩa chịu trách nhiệm tìm hiểu phần điều khiển rôbôt bạn Nguyễn Mạnh Tuyến em Trần Đình Phúc chịu trách nhiệm tìm hiểu về kết cấu dạng truyền dẫn thờng dùng rôbôt Sau ba tháng đợc hớng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo Nguyễn Doãn ý với việc tham khảo số tài liệu có liên quan chúng em hoàn thành đồ án đáp ứng nhiệm vụ đợc giao với nội dung chất lợng yêu cầu Tuy nhiên đồ án này, khả nhiều hạn chế, thiếu nhiều tài liệu, kinh nghiệm đồng thời lĩnh vực nên chúng em không tránh khỏi sai sót Chúng em mong đợc bảo thầy giáo Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Doãn ý thầy khoa Cơ Khí khoa Tự Động Hoá bảo tạo điều kiện thuận cho chúng em hoàn thành đồ án Chơng I Tổng quan rôbốt I Khái niệm rôbôt Theo viện nghiên cứu rôbôt Hoa Kỳ rôbôt đợc định nghĩa nh sau: Rôbôt tay máy có nhiều chức thay đổi đợc chơng trình hoạt động, đợc dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ dùng cho công việc đặc biệt thông qua chuyển động khác đợc lập trình nhằm mục đích hoàn thành nhiệm vụ đa dạng Định nghĩa rôbốt đợc Mikell P groo ve, nhà nghiên cứu rôbôt mở rộng nh sau: Rôbốt công nghiệp máy hoạt động tự động đợc điều khiển theo chơng trình thể việc thay đổi vị trí đối tợng thao tác khác với mục đích tự động hoá qúa trình sản xuất Không dừng lại định nghĩa rôbôt đợc nhiều nhà khoa học đa nhiều định nghĩa khác với giáo s Sitegu Watanabe (Đại học tổng hợp Tokyo) rôbôt phải thỏa mãn yếu tố sau: - Có khả thay đổi chuyển động - Có khả cảm nhận đợc đối tợng thao tác - Có số bậc chuyển động (bậc tự cao) - Có khả thích nghi với môi trờng hoạt động - Có khả hoạt động tơng hỗ với đối tợng bên Còn với giáo s Mosahiro Mori (viện công nghệ Tokyo) rôbôt công nghiệp phải có đặc điểm sau: - Có khả thay đổi chuyển động - Có khả xử lý thông tin (biết suy nghĩ) - Có tính vạn - Có đặc điểm ngời máy Ngoài ý trên, định nghĩa OCT 25 686 85 bổ sung cho rôbôt công nghiệp chức điều khiển trình sản xuất: Rôbôt công nghiệp máy tự động đợc đặt cố định hay di động, bao gồm cấu chấp hành dạng tay máy có số bậc tự hoạt động thiết bị điều khiển chơng trình tái lập trình để hoàn thành chức vận động điều khiển trình sản xuất Qua nhiều định nghĩa rôbôt hiểu thiết bị tự động linh hoạt bắt trớc chức lao động công nghiệp ngời 1.2 Phân loại rôbôt: Trong công nghiệp ngời ta sử dụng đặc điểm khác rôbôt để giúp cho việc nhận biết dễ dàng Có yếu tố để phân loại rôbôt nh sau: - Theo dạng hình học không gian hoạt động - Theo hệ rôbôt - Theo hệ điều khiển - Theo nguồn đẫn động * Phân loại theo dạng hình học không gian hoạt động Rôbôt đợc phân theo phối hợp trục chuyển động sau bổ sung để mở rộng thêm bậc chuyển động nhằm tăng thêm độ linh hoạt Vùng giới hạn tầm hoạt động rôbôt đợc gọi không gian làm việc 1.2.1.1: Rôbôt toạ độ vuông góc (hình vẽ 1.1) Rôbôt loại có bậc chuyển động gồm chuyển động tịnh tiến dọc theo trục vuông góc Rôbôt toạ độ trụ (hình vẽ) Ba bậc chuyển động tịnh tiến bậc quay Rôbôt toạ độ cầu Ba bậc chuyển động gồm trục chuyển động tịnh tiến trục quay Rôbôt lề Ba bậc chuyển động gồ trục quay, bao gồm kiểu rôbôt SCARA (hình vẽ) * Phân loại rôbôt theo theo hệ Theo trình phát triển ta chia hệ sau: 1.2.2.1:Rôbôt hệ thứ Bao gồm dạng rôbôt hoạt động lặp lại theo chu trình không thay đổi Theo chơng trình định trớc Chơng trình có dạng chơng trình cứng không thay đổi đợc nh điều khiển hệ thống cam điều khiển với chơng trình điều khiển theo yêu cầu công nghệ môi trờng sử dụng nh panel điều khiển máy tính Đặc điểm: - Sử dụng cấu cam với công tắc giới hạn hành trình - Điều khiển vòng hở - Có thể sử dụng băng từ băng đục lỗ để đa chơng trình vào hệ điều khiển Tuy loại không đổi chơng trình đợc - Sử dụng phổ biến công việc lắp đặt 1.2.1.2 Rôbôt hệ thứ 2: hệ rôbôt đợc trang bị thiết bị cảm biến (sensors) cho phép cung cấp tín hiệu phản hồi trở lại hệ thống điều khiển trạng thái Vị trí không gian rôbôt nh thông tin từ môi trờng bên nh trạng thái vị trí đối tợng thao tác, máy công nghệ mà rôbôt phối hợp nhiệt độ môi trờng vv giúp cho điều khiển đợc chọn thuật toán thích hợp để điều khiển rôbôt thực thao tác xử lý phù hợp Nói cách khác rôbôt với điều khiển theo chơng trình nhng tự điều chỉnh hoạt động thích ứng với thay đổi môi trờng Thao tác với rôbôt trình độ điều khiển đợc gọi rôbôt thích nghi cấp thấp Rôbôt bao gồm rôbôt sử dụng cảm biến điều khiển (sensors coontrlled robôt) Cho phép tạo đợc dòng điều khiển kín servo Đặc điểm: - Điều khiển vòng kín chuyển động tay máy - Có thể tự đa chơng trình đáp ứng dựa tín hiệu phản hồi từ cảm biến nhờ chơng trình đợc cài từ trớc - Hoạt động rôbôt lập trình đợc lập trình đợc nhờ công cụ nh bàn phím, panel điều khiển 1.2.1.3.Rôbôt hệ thứ Đây dạng phát triển cao rôbôt tự cảm nhận Các rôbôt đợc trang bị thuật toán xử lý phản xạ logic thích nghi theo thông tin tác động môi trờng lên chúng; nhờ rôbôt tự biết phải làm để hoàn thành công việc đợc đặt cho chúng Hiện có nhiều công bố thành tựu lĩnh vực điều khiển phòng thí nghiệm đợc đa thị trờng dới dạng rôbôt giải trí có hình dạng động vật máy Rôbôt hệ bao gồm rôbôt đợc trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh điều khiển (vision controlled robotl ) Cho phép nhìn thấy nhận dạng đối tợng thao tác Đặc điểm: - Có đặc điểm nh rôbôt hệ thứ điều khiển hoạt động sở xử xử lý thông tin thu nhận đợc từ hệ thống thu nhận hình ảnh - Có khả nhận dạng mức độ thấp nh phân biệt đối tợng có hình dạng kích thớc khác 1.2.1.4.Rôbôt hệ thứ t Bao gồm loại rôbôt sử dụng thuật toán chế điều khiển thích nghi (ada ptively) đợc trang bị bớc đầu khái niệm lựa chọn đáp ứng tuân theo mô hình tính toán xác định trớc nhằm tạo ứng xử phù hợp với điều kiện môi trờng thao tác Đặc điểm: - Có đặc điểm tơng tự nh hệ 3, có khả tự động lựa chọn chơng trình hoạt động lập trình lại cho hoạt động dựa tín hiệu thu nhận đợc từ cảm biến - Bộ điều khiển phải có nhớ tơng đối lớn để giải toán tối u với điều kiện biến không đợc xác định trớc Kết toán tập hợp tín hiệu điều khiển đáp ứng rôbôt 1.2.1.5.Rôbôt hệ thứ Là tập hợp rôbôt đợc trang bị trí tuệ nhân tạo Đặc điểm: - Rôbôt đợc trang bị kỹ thuật trí tuệ nhân tạo nh nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tợng tiếp xúc Phân loại theo điều khiển: Có loại điều khiển rôbôt: Điều khiển hở điều khiển kín 1: Điều khiển hở: Dùng truyền động bớc (động điện ,động thuỷ lực khí nén) mà quãng đờng góc dịch chuyển tỷ lệ với số xung điêù khiển Kiểu điều khiển đơn giản nhng đạt độ xác thấp Điều khiển kín (điều khiển servo): Sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ xác điều khiển Có kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm - điểm điều khiển đờng Với điều khiển điểm - điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm đến điểm theo đờng thẳng với tốc độ cao (không làm việc) Nó làm việc điểm dừng Kiểu điều khiển đợc dùng rôbôt hàn điểm; vận chuyển; tán đinh, bắn đinh Điều khiển theo đờng đảm bảo phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kỳ,với tốc độ điều khiển đợc Có thể gặp kiểu điều khiển rôbôt hàn hồ quang 1.2.4: Phân loại theo nguồn dẫn động 1.2.4.1: Rôbôt dùng nguồn cấp điện Nguồn điện cấp cho rôbôt thờng DC để điều khiển động DC Hệ thống nguồn AC đổi thành DC Các động sử dụng thờng động bớc, động DC servo, động AC servo Rôbôt loại có thiết kế gọn, chạy êm, định vị xác Các ứng dụng hàn sơn 1.2.4.2 rôbôt dùng nguồn khí nén Hệ thống cần đợc trang bị máy nén, bình chứa khí động kéo máy nén Rôbôt loại thờng đợc sử dụng ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy xylanh khí nén, thực chuyển động thẳng chuyển động quay Do tách, ống dẫn đóng 15 Thiết bị giảm âm 16 Bình tích khí 17 Bộ lọc 18 Bộ phân ly nớc đợc thao tác tay 19 Bộ phân ly nớc thoát nớc tự động 20 Bộ phân ly lọc nớc tự động 21 Thiết bị sấy 22 Thiết bị bôi trơn 23 Thiết bị phụ trợ (bộ lọc, van chỉnh áp, thiết bị bôi trơn, áp kế) biểu diễn đơn giản hoá 24 Thiết bị làm mát N0 Thiết bị điều khiển tay, chân Chuông Nút bấm Ký hiệu Tay cầm Bàn đạp N0 Điều khiển Con trợt Lò xo Cần lăn Cần lăn tự hồi N0 Điều khiển điện ống dây tác dụng ống dây tác dụng ngợc chiều N0 Điều khiển điện Trực tiếp tràn áp Trực tiếp tràn áp Gián tiếp cấp áp Gián tiếp tràn áp N0 Điều khiển điện ống dây van điều khiển ống dây van điều khiển Ký hiệu Ký hiệu Ký hiệu Ký hiệu N0 ống dây van điều khiển tay có lò xo tự hồi Các ống nối Các đờng làm việc Đờng tiếp khí, tiếp nối khí nén Điểm xả, thảI Đờng điều khiển Ký hiệu A, B, C P R, S, T L Z, Y, X 8.5.2: Tính toán chọn lựa xylanh khí nén Khi thiết kế hệ thống truyền dẫn khí nén xylanh phần tử cần tính toán Gọi chung tên gọi xylanh cho hai trờng hợp lợng khí nén đợc chuyển thành chuyển động tịnh tiến chuyển động quay Trờng hợp thứ hai gọi xylanh quay động khí nén Trong bảng 1.1 có loại xylanh tác động đơn xylanh tác động kép Trong xylanh tác động đơn, khí nén vào phía đẩy piston theo chiều ngợc lại, trở vị trí ban đầu với vận tốc đủ nhanh Hành trình piston phải nhỏ chiều dài lò xo cha bị nén Các xylanh đơn có nhiều kiểu khác tuỳ theo công dụng Các loại xylanh đơn dùng chủ yếu kẹp, phun, nén, nâng cấp liệuLớp vật liệu phủ piston ví dụ nh tefton, đảm bảo vừa kín khít, vừa ma sát lâu mòn Trong xylanh tác động kép, khí nén đẩy piston chuyển động tịnh tiến chuyển động lùi Hành trình piston không bị hạn chế nhng phải tính tới tốc độ uốn võng cần piston Xylanh tác động kép loại piston với đầu cần hai đầu cần Loại hai đầu cần loại piston kéo dài hai phía chạy dọc suốt chiều dài xylanh Loại có u điểm nh : - Lực tác động hai chiều chuyển động diện tích hữu ích piston hai phía nh - Có thể chịu đợc tải ngang nhỏ cần piston xem nh trục lắp hai ổ tựa Xylanh tác động kép thờng có kết cấu hai đầu có giảm chấn điều chỉnh đợc Để tránh va trạm mạnh, dịch chuyển khối lợng lớn, ngời ta tạo đệm cuối hành trình Khi đến vị trí cuối, piston đệm chặn đờng khí nén thay vào có lỗ thoát nhỏ đIều chỉnh đợc Khí nén phần cuối xylanh đợc nén thoát từ từ qua van tiết lu chiều Vì piston chuyển động từ từ đến vị trí tận Có loại xylanh nối tiếp xylanh nhiều vị trí Cơ cấu xylanh tiếp đôi gồm hai xylanh tác động kép ghép nối tiếp thành khối nhât Khi tác động đồng thời lực cần piston tăng gấp đôi Ngời ta dùng loại xylanh cần lực lớn mà đờng kính xylanh bị giới hạn Hình vẽ 8.1 sơ đồ cấu xylanh tiếp đôi Xylanh nhiều vị trí gồm hai nhiều xylanh tác động kép nối tiếp Tuỳ theo xylanh hoạt động riêng rẽ mà tổ hợp chúng đạt đợc nhiều vị trí khác Với hai xylanh nh hình 1.2 có bốn vị trí khác Loại xylanh nhiều vị trí thờng đợc dùng để phục vụ cấu phân loại sản phẩm vị trí ứng với loại sản phẩm Để thực nhiều vị trí dùng xylanh lồng tác động đơn tác động kép Chúng có kết cấu nh xylanh lồng vào Các xylanh có sơ đồ kết cấu tơng tự nh rotor cánh gạt nằm thân hộp Khí nén đa vào thân hộp làm cho rotor quay Chuyển động quay tạo từ xylanh tịnh tiến tác động kép Trong trờng hợp đầu đoạn cần piston đợc tạo hình nh trục vít, ăn khớp với bánh bánh vít Góc quay thay đổi theo thông số ăn khớp bánh Thờng dùng góc quay 45, 90, 180, 270 đến 720 Loại dùng khớp quay rôbôt, cấu đóng mở van Tính toán lực piston Lực tác động vào piston phụ thuộc vào áp suất khí nén, đờng kính xylanh ma sát phận tiếp xúc động: FL = A.p (8.26) Với FL lực piston lý thuyết (N) A Diện tích hứu ích piston (m2) P - áp suất làm việc (pa) Trong thực tế có lực ma sát nên lực piston hữu dụng FN là: - Đối với xylanh công tác đơn: FN = A.p (Fr + Ff) (8.27) - Đối với xylanh tác động kép: Khi tiến: FN = A.p - Fr (8.28) , Khi lùi : F N = A p F r (8.29) Trong công thức A= D A, = Fr: lực lò xo phản hồi (N) Ff: lực ma sát, thờng Ff = (3%-20%)FL (8.30) (D2 d ) (m ) (8.31) D: đờng kính xylanh (m) d: đờng kính piston (m) Vận tốc piston Vận tốc di chuyển piston hàm áp suất tác động lên bề mặt piston, lực cản ma sát piston, mặt trụ xylanh giảm chấn cuối hành trình vv Vận tốc thờng thay đổi từ 0,1- 1,5 m/s Tính lu lợng khí Có thể dùng giản đồ lập sẵn hãng sản xuất để tính lu lợng khí, tính theo công thức sau: Đối với xylanh tác động đơn: Q = S n d K p (8.32) Đối với xylanh tác động kép: D2 D2 d K p Q = S n. + (8.33) Trong đó: Q: lu lợng khí (l/phút) S: hành trình piston (cm) n: số hành trình phút Kp: tỷ số nén Tỷ số nén đợc tính theo công thức sau Kp = 101,3 + apsuatcungcap( KPa ) 101,3 (8.31) 8.4.3: Sơ đồ phơng pháp cấu tạo mạch khí nén Ngời ta dùng hai phơng pháp cấu tạo mạch khí nén: Theo phơng pháp thứ sơ đồ mạch khí nén đợc cấu tạo chủ yếu dựa sở kinh nghiệm với trực giác ngời thiết kế Phơng pháp đòi hỏi tích luỹ kinh nghiệm, phân tích mức độ phù hợp sơ đồ tơng tự trớc mà định giải pháp Trong trờng hợp ảnh hởng chủ quan ngời thiết kế thờng không nhỏ Tuy nhiên, thực tế giải pháp nh cần thiết phơng pháp đợc áp dụng nh phơng pháp truyền thống Theo phơng pháp thứ hai, gọi phơng pháp hệ thống tầng sơ đồ cấu tạo cách logic Chỉ mạch đảm bảo chức hoạt động xem xét đến yêu cầu khác Những yêu cầu đợc xem xét kết hợp với nhauvà sơ đồ mở rộng bớc 8.6: truyền dẫn động thuỷ lực 8.6.1: Đặc điểm chung Hệ truyền dẫn thuỷ lực có nhiều u điểm, chủ yếu gọn nhẹ, chịu đợc tải nặng, quán tính bé Để thay đổi chuyển động ngời ta dùng van điều chỉnh áp lực lu lợng, tơng đối thuận tiện sử dụng Tuy nhiên chúng có không nhợc điểm Trớc hết hệ thuỷ lực luôn đòi hỏi có nguồn bao gồm bơm thuỷ lực, thiết bị lọc, thiết bị điều chỉnh áp suất, thiết bị làm mát, bình tích dầu vvNgoài hệ thống kiểm tra đ ờng ống, đờng hồi dầu thùng dầu làm phức tạp thêm cho hệ thiết bị thuỷ lực dùng tay máy Nhiệt độ làm việc có ảnh hởng đến độ nhớt áp suất dầu ép Nhìn chung, hệ truyền dẫn thuỷ lực tay máy đợc sử dụng rộng rãi cả, trờng hợp tải trọng nặng Hệ truyền dẫn thuỷ lực dùng tay máy có yêu cầu cao độ xác, ma sát thấp, giảm độ chênh lệch ma sát động ma sát tĩnh để tăng độ nhạy mối ngừng thay đổi chuyển động, tăng mức điều hoà làm việc chuyển động chậm Về tốc độ làm việc đòi hỏi phạm vi rộng nhanh Về kích thớc đòi hỏi gọn nhẹ độ cứng vững cao,vv Đối với tay máy truyền dẫn thuỷ lực thờng áp dụng hệ điều khiển theo vị trí theo chu kỳ khép kín 8.6.2: Truyền động thuỷ lực Xylanh tịnh tiến dùng dầu ép tơng tự nh xylanh tịnh tiến dùng khí nén, nhng gọn nhẹ nhiều có cỡ công suất Trên hình sơ đồ kết cấu xylanh thuỷ lực tác động hai phía với hai buồng áp suất p p2 Bởi cần piston có tiết diện ngang nằm phía nên tác dụng lên tác dụng vào piston từ hai phía không đối xứng F = (S + s)p1 Sp2 (8.32) Có thể khắc phục nhợc điểm cách tạo cần piston nằm hai phía Tuy nhiên nh chuyển động cần piston lại chiếm nhiều không gian Trong trờng hợp F = S(p1- p2) (8.33) Để lập mô hình hoá cho trình hoạt động xylanh thuỷ lực tác động từ hai phía đối xứng hình học, ký hiệu x toạ độ chuyển dịch piston tính từ vị trí trung bình, v- vận tốc, 2h- hành trình Trên sở biểu thức nhận đợc ta viết: Phơng trình lu lợng S ( h + x ) dp1 = q1 q d q B dt S ( h x ) dp = q1 + q d q B dt Phơng trình lợng tổn thất từ 8.32 8.33 (8.34) (8.35) 1.0 1.1 Hình 8.1 Sơ đồ mạch khí nén Hình 8.2 Ký hiệu chữ số mạch khí nén Khi chẩy tầng: p1- p2 = Rq (8.36) Khi chẩy rối: p1- p2 = rq2 (8.37) Từ 11.11 ta có: qd = Sv (8.38) Phơng trình dịch chuyển khối lợng m với gia tốc dv/dt có lực cản tác dụng Fc hệ số nhớt động lực nh sau: dv m = F v Fc dt (8.39) Trên sở (8.22) đến (8.28) dẫn đến hệ phơng trình vi phân mô tả quan hệ biến số trạng thái bên trong: p1; p2; u; x với thông số bên ngoài: q1, q2, F e P P S ( h + x ) dp1 = + Sv + q1 B dt R R P1 P2 S ( h x ) dp = + Sv q B dt R R dv m = Sp1 Sp v Fe dt dx =v dt (8.40) Để thực chuyển dịch gốc tay máy dùng loại xylanh tịnh tiến Ví dụ, xylanh thuỷ lực gắn liền với cấu bánh gắn liền với cấu tay quay- truyền dùng piston chuyển động song song xylanh quay Phơng án hình 11.31, 8.31 a có cánh gạt tĩnh gắn với hộp hình trụ cánh gạt gắn với trục Còn phơng án 11.31 b có hai cánh gạt tĩnh hai cánh gạt động Trong xylanh góc quay nhỏ nửa nhng mômen tạo lớn gấp có kích thớc bên xylanh Tơng tự nh làm với xylanh tịnh tiến ta lập mô hình toán xylanh thuỷ lực C ( + ) dp1 p p = + C + q1 B dt R R C ( + ) dp p1 p = + C q B dt R R d J = Cp1 Cp M c dt d = dt (8.41) Với góc quay xylanh, 20 góc hành trình, : vận tốc góc, J: mômen quán tình, Mc: mômen cản, C: thể tích chất lỏng xylanh quay Radial Nh thể tích trung bình chất lỏng C0 Để thực chuyển động mà không hạn chế phạm vi góc quay dùng số thể loại mô tơ thuỷ lực có tác động thuận nghịch vừa bơm, vừa mô tơ Mô tơ thuỷ lực chia thành hai loại: chiều trục hớng kính Là loại mô tơ thuỷ lực nhiều trục có đĩa nghiêng hàm REXROTHSIGMA Trục quay nối liền với block với xylanh Thờng có lỗ với xylanh dọc theo chiều trục nằm dới góc thân block Các piston chuyển động xylanh tận khớp cầu Các khớp cầu nằm khối tỳ Chúng tạo với đĩa nghiêng thành ổ đỡ thuỷ tĩnh nhờ lỗ khoan dẫn dầu xuyên qua chốt tỳ Toàn block xylanh đĩa nghiêng nằm thân hộp chứa gối tựa trục quay áp lực dầu tác dụng lên piston hớng dọc trục đợc phân hai thành phần: thành phần thẳng góc với mặt đĩa nghiêng thành phần theo phơng tiếp tuyến Nhờ mà tạo ta mômen quay Nếu thay đổi góc nghiêng mặt đĩa với trục quay thay đổi quy luật biến thiên thể tích dầu chứa xylanh ứng với vòng quay trục Mô tơ thuỷ lực hớng kính hãng SAMM Trong thân rôbôt thờng chứa xylanh, trục chúng hớng tâm Các xylanh đợc thông với đờng dầu áp suất cao áp suất thấp nhờ ví trí tơng đối mặt phân phối đợc gia công xác Phần đầu piston chuyển động xyalnh có lăn Chúng tỳ vào biên dạng Cam phía stator Biên dạng có nhiều dạng khác nhau: đoạn a xylanh thông với đờng dầu áp suất cao đẩy piston tác dụng lên lăn F Hợp lực với phản lực R biên dạng Cam tác dụng lên lăn tạo lực vòng T Chính lực T có mômen quay mô tơ Qua đoạn biên dạng chuyển tiếp b đến đoạn c Lúc xylanh đợc thông với đờng dầu áp suất thấp Tiếp theo đoạn d chuyển tiếp trung gian chuyển sang chu kỳ lặp lại Số lợng xylanh số chu kỳ thay đổi biên dạng phải chọn cho vị trí tơng đối rotor stator có lăn tiếp giáp biên dạng a để đảm bảo cho rotor quay liên tục 8.6.3: Thiết bị điều khiển thuỷ lực Đặc tính van phân phối kiểu trợt Trong kỹ thuật tay máy thờng gặp loại van phân phối thuỷ lực kiểu trợt nh hình 11.35 Tuỳ vị trí trợt dịch chuyển thân van mà lu lợng dầu thông vào buồng đợc nhiều hay Vì cần đến quan hệ hình học trợt thân van vùng cửa đờng dẫn Ví dụ: để khảo sát cửa bên phải van phân phối hình 11.35 xét ba trờng hợp sau: a) trợt khe hở vừa khít khe cửa van; b) đờng đặc tính q(u) *Trờng hợp (hình 11.36a) trợt che vừa cửa van Gọi u là thông số biểu thị độ chuyển dịch trợt e chiều rộng rãnh thân van Nếu e u thì lu lợng qua cửa đạt giá trị lớn q = qM: q M = Ke p a pb = Ge (8.42) với pa, pb - áp suất buồng xilanh; K G hệ số biến đổi Nếu u e ta có: q = Ku 2( p a p ) = Gu (8.43) với p = 0.5(Pa+ Pb) - áp lực buồng van Nếu e u ta có ; q = Ku 2( p pb ) q Gu (8.44) Nếu u - e q = - qM Từ xây dựng đờng đặc tính q(u) *Trong trờng hợp (hình 11.37 ) trợt che cửa van có d Lúc ta có : 1) e + r u q = qM = Ge; 2) r u e + r q = G(u -r) 3) r u e +r q = 0; 4) e r u - r q = G(u +r); 5) u - e r q = - qM = - Ge Đờng đặc tính q(u)của trờng hợp biểu thị hình (11.37b) *Trờng hợp Con trợt che cha khít cửa van (lợng thiếu 2d) Nếu gọi q, phần lu lợng từ cửa áp suất cao pa đến buồng có áp suất thấp pb, lu lợng hữu dụng q = q, - q lu lợng tổn thất q q q, tuỳ thuộc dấu q Ta xét; 1) e d u q = qM q = q = qM q, = 2) d u e d G(u + d) q = q = q, q* = 3) d u + d q, = G(u + d) q = - G(u - d) q = 2Gu, q* 4)e+du-d q, = q = - G(u - d) q = G(u - d) q* = 5) u - e + d q, = o, q = +qM, q = - qM Hệ thống trợ động thuỷ lực Hệ thống trợ động thuỷ lực có đặc điểm cấu chấp hành (đầu ra) tái quy luật chuyển động từ cấu điều khiển (đầu vào), đồng thời luôn giữ liên hệ phản hồi đầu đầu vào Là sơ đồ hệ thống bán thuỷ lực gồm van phân phối, trợt xylanh động thân van trợt gắn liền với thân xylanh động tạo nên mối liên hệ cần thiết Khi trợt vị trí trung gian, dầu ép thông qua khe có tiết diện nh áp lực hai buồng xylanh Khi dịch trợt phía ben bên so với vị trí trung gian áp lực hai buồng chênh lệch làm cho thân xylanh thân van trợt dịch chuyển Các thông số dịch chuyển đợc xác định tỷ lệ diện tích khe dầu Tỷ lệ vị trí trợt (so với vị trí trung gian) định đoạt thân vị trí trợt laị phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển Tín hiệu điều khiển tín hiệu điện tín hiệu thờng tín hiệu điện Vấn đề độ xác định lợng tín hiệu điện tỷ lệ diện tích khe dầu vào xylanh Vì xuất nhiều phơng pháp khác Trong van trợ động thuỷ lực đợc quan tâm đặc biệt Hệ thống trợ động thuỷ lực đợc sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kỹ thuật, kỹ thuật tự động hoá trình công nghệ Liên hệ phản hồi đầu đầu vào hệ thống liên hệ theo vị trí, theo vận tốc chuyển động, theo lực tải Thờng dùng liên hệ phản hồi theo vị trí nhờ liên hệ đạt đợc độ xác cao tái hiên quy luật điều khiển độ ổn định chuyển động tài liệu tham khảo Mục lục trang Lời nói đầu Chơng I Tổng quan rôbôt8 1.1.các kháI niệm rôbôt .8 1.2 Phân loại 1.2.1 Phân loại theo hình học không gianhoạt động 1.2.1.1 Rôbôt toạ độ vuông góc..9 1.2.1.2 Rôbôt toạ độ trụ 1.2.1.3 Rôbôt toạ độ cầu.9 1.2.1.4.Rôbôt khớp lề 1.2.2 Phân loại theo hệ .9 1.2.2.1 Phân loại theo hệ thứ nhất.10 1.2.2.2 Phân loại theo hệ thứ 10 1.2.2.3 Phân loại theo hệ thứ 310 1.2.2.4 Phân loại theo hệ thứ 411 1.2.2.5 Phân loại theo hệ thứ 511 1.2.3.Phân loại theo điều khiển .11 1.2.3.1.Phân loại theo điều khiển hở 12 1.2.3.2 Phân loại theo điều khiển kín.12 1.2.4 Phân loại theo nguồn dẫn động.12 1.2.4.1 Theo nguồn cấp đIện 12 1.2.4.2 Theo nguồn khí nén.12 1.2.4.3 Theo nguồn thuỷ lực 12 1.3 ứng dụng 12 1.3.1 Mục tiêu ứng dụng 12 1.3.2 Các bớc ứng dụng 13 Chơng II : Cấu tạo chung rôbôt 15 2.Tay máy 15 2.1.1.Bậc tự tay máy .15 2.1.2.Tay máy toạ độ vuông góc 15 2.1.3.Tay máy toạ độ trụ 17 2.1.4.Tay máy toạ độ cầu .18 2.1.5.Tay máy toạ độ toàn khớp lề scara 18 2.1.6.Cổ tay máy .18 2.1.7.Các chế độ hoạt động tay máy rôbôt công nghiệp 19 Chơng III Cơ sở lựa chọn rôbôt21 3.1 Các thông số kỹ thuật 21 3.1.1 Sức nâng tay máy 21 3.1.2 Số bậc tự phần công tác 22 3.1.3 Vùng công tác 22 3.1.4 Độ xác định vị .22 3.1.5 Tốc độ định vị .23 3.1.6 Đặc tính hệ điều khiển 23 3.1.6.1 Kiểu điều khiển 23 3.1.6.2 Bộ nhớ 23 3.1.6.3 Giao diện với thiết bị ngoại vi 23 3.1.6.4 Các tiện ích 24 3.2 Thiết kế tổ hợp .24 3.2.1 Các nguyên tắc chung 24 3.2.1.1 Đảm báo đồng hệ thống 24 3.2.1.2 Xuất phát từ yêu cầu công nghệ 24 3.2.1.3 Chọn kết cấu điển hình .24 3.2.1.4 Đảm bảo hoà hợp với môi trờng 25 3.2.1.5 Sự hoà hợp rôbôt với ngời dùng 25 3.2.1.6 Thiết kế có định hớng sản xuất . 25 3.2.2 Các công việc phải tiến hành thiết kế rôbôt 25 3.2.3 Thiết kế theo phơng pháp tổ hợp modul 26 3.3 Một số kết cấu điển hình 28 3.3.1 Rôbôt cố định nền. 28 3.3.2 Rôbôt cố định dùng toạ độ cầu30 3.3.3 Rôbôt treo .31 3.3.4 Rôbôt cố định thích nghi31 3.4 Cơ cấu tay kẹp ..32 3.4.1 Khái niệm phân loại 32 3.4.2 Kết cấu 33 3.4.2.1 Tay kẹp khí 33 3.4.2.2.Tay kẹp dùng chân không điện từ .35 3.4.2.3 Tay kẹp dùng buồng đàn hồi 35 3.4.2.4 Tay kẹp thích nghi .35 3.4.3 Phơng pháp tính toán tay kẹp 36 3.4.3.1 Tính toán tay kẹp khí.37 3.4.3.2 Tính toán tay kẹp chân không điện từ.38 Chơng IV: Hệ phơng trình động học 38 4.1 Đặt vấn đề 38 4.2 Xác định trạng thái rôbôt điểm tác động cuối. 38 4.3 Mô hình động học dụng cụ .40 4.3.1 Ma trận quan hệ 40 4.3.2 Bộ thông số DH 41 4.3.2 Thiết lâp hệ toạ độ 41 4.3.4 Mô hình biến đổi 42 4.3.5 Mô hình toán đồ chuyển đổi .43 4.4 Trình tự thiết lập hệ phơng trình động học rôbôt 44 4.5 Mô hình đồ toán chuyển đổi .47 Chơng V Tổng hợp chuyển động rôbôt .48 5.1 Nhiệm vụ tổng hợp chuyển động rôbôt 48 5.2 Bài toán động học ngợc 48 5.3 Các phơng pháp giải toán ngợc 50 5.3.1 Trờng hợp n bậc tự .50 5.3.2 GiảI toán động học ngợc rôbôt stanford 51 Chơng VI Cơ sở điều khiển rôbôt 59 6.1 Khái niệm chung điều khiển rôbôt .59 6.2 Cơ sở điều khiển rôbôt .61 6.2.1 Thiết kế quỹ đạo 61 6.2.1.1 Quỹ đạo không gian khớp 62 6.2.1.2 Quỹ đạo không gian công tác 62 6.2.2 Điều khiển chuyển động 62 6.2.2.1 Điều khiển không gian khớp 62 6.3 Hệ thống điều khiển rôbôt 65 6.3.1 Hệ thống chấp hành.65 6.3.1.1 Hệ thống truyền dẫn khí 66 6.3.1.2 Động 66 6.3.1.3 Khuyếch đại công suất 68 6.3.1.4 Nguồn cung cấp 68 6.3.2 Điều khiển động servo68 6.3.2.1 Điều khiển động đIện .68 6.3.2.2 Điều khiển động thuỷ lực 69 6.4 Hệ thống cảm biến 70 6.4.1.KháI niệm phân loại 70 6.4.2 Nguyên lý làm việc .72 6.5 Hệ thống điều khiển 76 6.5.1 Kiến trúc chức năng.76 chơng VII Lập trình rôbôt 79 7.1 Giới thiệu 79 7.2 Mô tả vật thể nhiệm vụ .81 7.2.1.Lập trình làm kiểu mẫu81 7.2.2 Lập trình hớng đối tợng 83 7.3 Mô tả vật thể nhiệm vụ .83 7.3.1 Mô tả vật thể 83 7.4 Mô tả nhiệm vụ 85 Chơng VIII 88 8.1 Giới thiệu chung 88 8.2 Truyền động khí.89 8.2.1 Bộ truyền bánh sóng .89 8.2.2 Bộ truyền bánh lăn cycloid hành tinh90 8.2.3 Truyền vít bi đai ốc 90 8.3 ứng dụng truyền động đIện 91 8.3.1 Động chiều 91 8.3.2 Động bớc 93 8.4 Truyền động thuỷ khí .95 8.4.1 Khái niệm bản.95 8.4.1.1 Các phơng trình làm việc chế độ bình ổn 96 8.4.1.2 Các phơng trình làm việc chế độ chuyển tiếp 98 8.5 Khí nén 100 8.5.1 Đặc điểm chung 100 8.5.2 Tính toán lựa chọn xylanh khí nén.110 8.6 Truyền động thuỷ lực .113 6.1 Đặc điểm chung 113 6.2 Truyền động thuỷ lực 114 6.3 Thiết bị điều khiển 117 Mục lục 120 [...]... rôbôt, khối 10 điều khiển bàn tay theo tín hiệu xúc giác 3.4: cơ cấu tay kẹp 3.4.1: Khái niệm và phân loại tay kẹp Phần công tác của rôbôt rất đa dạng Trên các rôbôt chuyên dùng thì phần công tác cũng la thiết bị chuyên dùng Ví dụ phần công tác của rôbôt phun sơn là súng phun sơn, của rôbôt hàn là kìm kẹp dây Trên một loạt các rôbôt vạn năng, thờng là các rôbôt vận chuyển, lắp ráp, xếp dỡthì phần công. .. của rôbôt Ngời dùng có kinh nghiệm không bao giờ cố chọn rôbôt có tính năng kỹ thuật tốt nhất mà biết chọn các thông số u tiên thoả mãn yêu cầu của công việc với chi phí thấp nhất: Ví dụ, với một rôbôt vận chuyển thì 3 bậc tự do có thể là đủ nhng rôbôt phun sơn thì cần 6 bậc tự do Rôbôt lắp ráp hoặc rôbôt phục vụ máy công cụ thờng phải có độ chính xác định vị cao còn phun sơn thì không cần Trên rôbôt. .. rồi tự động hoá và rôbôt hoá khi cần thiết Để quyết định đầu t việc rôbôt hoá cho cả dây truyền công nghệ hoặc chỉ ở một vài công đoạn, ngời ta thờng xem xét các mặt sau: Nghiên cứu quá trình công nghệ đợc rôbôt hoá và phân tích toàn bộ hệ thống sản xuất của xí nghiệp ở đây cần xét đến đầy đủ các chi phí và nếu hiệu quả tính ra cho toàn bộ hệ thống không thể hiện rõ thì việc đầu t rôbôt hoá là cha cần... đồng bộ hệ thống Rôbôt phải làm việc trong hệ thống công nghiệp cùng với các thiết bị khác nên chúng phải phối hợp nhịp nhàng với nhau Ví dụ rôbôt phục vụ cho máy công cụ khi nhận đợc tín hiệu gia công xong chi tiết phải tác động mở kẹp, nhặt chi tiết bỏ lên băng tải, nhặt phôi từ băng tải khác đặt vào cơ cấu kẹp, kẹp phôi, lùi ra khỏi vùng gia công, phát tín hiệu kẹp xong để cho phép máy công cụ làm việc... về kết cấu của rôbôt, kế thừa có chọn lọc chúng khi cần phải thiết kế Phần này giới thiệu một số kết cấu điển hình của các kết cấu rôbôt công nghiệp do các hãng khác nhau trên thế giới sản xuất 3.3.1: Rôbôt cố định trên nền dùng hệ toạ độ Đêcac và toạ độ trụ Đơn giản nhất thuộc nhóm này là rôbôt có cánh tay chuyển động trên trụ dẫn hớng Côngxôn Một trong những đại diện của nhóm này là rôbôt Mp4 của... hoạt động của rôbôt Chính nó sẽ tìm hiểu thu thập bổ xung và chính xác hoá hoạt động của mình trên cơ sở phân tích thực tế của môi trờng Nhờ khả năng thích ứng linh hoạt với môi trờng mà các rôbôt thích nghi làm đợc những việc mà rôbôt thờng không thể làm đợc ví dụ nh tìm kiếm, nhận biết đối tợng, thay đổi lực kẹp, định vị hoặc định hớng chi tiếtPhần lớn rôbôt thông thờng có thể trở thành rôbôt thích... Các chế độ hoạt động của tay máy và rôbôt công nghiệp: Rôbôt công nghiệp thờng có hai chế độ hoạt động: 1) Chế độ huấn luyện: ( teaching mode) Chế độ này còn gọi là chế độ lập trình, ở chế độ hoạt động này chơng trình thao tác của rôbôt sẽ đợc ngời sử dụng " ớc định" bằng những bớc chơng trình, có nghĩa là mỗi bớc chơng trình sẽ đợc nhập vào bộ điều khiển bằng những công cụ khác nhau đợc trang bị kèm... chính của các rôbôt thơng mại thơng đợc các nhà chế tạo cung cấp các catolog Trong một sổ tay cũng có các bản thống kê về thông số kỹ thuật của các rôbôt do các hãng lớn trên thế giới sản xuất 3.2: Thiết kế và tổ hợp rôbôt 3.2.1: Các nguyên tắc chung Về cơ bản thiết kế rôbôt cũng tuân theo những quy tăc chung của việc thiết kế máy Chúng ta sẽ áp dụng các nguyên tắc đó vào đối tợng cụ thể là rôbôt 3.2.1.1:... các hệ thống và các chế độ điều khiển, các cảm biến trang bị trên rôbôt, khả năng của phần mềm và ngôn ngữ lập trình cũng nh chọn lựa các bộ phận giao tiếp và xuất nhập tín hiệu phù hợp cho các bộ phận chấp hành khác nhau Trong chơng này sẽ đề cập đến những vấn đề cơ bản về các thành phần và cấu hinh của rôbôt công nghiệp Về mặt kết cấu rôbôt đợc chế tạo rất khác nhau, nhng chúng đợc xác định từ các... làm việc của máy, rôbôt, các băng tải phải đợc thờng xuyên giám sát, điều khiển đồng bộ với nhau, sự trục trặc trong phối hợp sẽ gây ra rối loạn và nguy hiểm 3.2.1.2: Xuất phát từ nhu cầu công nghệ Mỗi rôbôt đều đợc thiết kế và chế tạo để trực tiếp thực hiện hoặc phục vụ một quá trình sản xuất cụ thể, vì vậy các thông số kỹ thuật của rôbôt phải đáp ứng nguyên công công nghệ Ví dụ, rôbôt hàn hồ quang