Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tay kẹp không dùng nguồn dẫn động độc lập

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM TAY KẸP KHÔNG DÙNG NGUỒN DẪN ĐỘNG ĐỘC LẬP PHẠM MẠNH THẮNG THÁI NGUYÊN – 2014 / ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM TAY KẸP KHÔNG DÙNG NGUỒN DẪN ĐỘNG ĐỘC LẬP -1- / Ngành: Công nghệ Chế tạo máy Mã số: 60 52 01 03 Học viên: Phạm Mạnh Thắng Hƣớng dẫn khoa học: Phạm Thành Long THÁI NGUYÊN – 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM TAY KẸP KHÔNG DÙNG NGUỒN DẪN ĐỘNG ĐỘC LẬP Ngành: Học viên: Lớp: Hƣớng dẫn khoa học: KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC BAN GIÁM HIỆU -2- / Công nghệ Chế tạo máy Phạm Mạnh Thắng CHK14 Phạm Thành Long HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN KHOA CHUYÊN MÔN THÁI NGUYÊN - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Phạm Mạnh Thắng Nơi công tác: Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Việt Trì Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo thử nghiệm tay kẹp không dùng nguồn dẫn động độc lập Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: 60 52 01 03 Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân Các số liệu, kết có luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Thái Nguyên, ngày tháng Học viên Phạm Mạnh Thắng -3- / năm 2014 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài, tác giả nhận đƣợc quan tâm lớn nhà trƣờng, khoa khí, thầy cô giáo trƣờng Đại Học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên bạn lớp Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa đào tạo Sau đại học, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến TS Phạm Thành Long tập thể cán giảng viên Bộ môn Cơ điện tử cho dẫn quý báu để hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp thày giáo thuộc khoa khí đồng nghiệp Trƣờng Đại học Công nghiệp Việt Trì tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả tháo gỡ khó khăn thời gian làm luận văn Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong muốn nhận đƣợc dẫn từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện có ý nghĩa thực tiễn Xin chân thành cảm ơn! -4- / MỤC LỤC Mục Nội dung Trang Trang phụ bìa luận văn Lời cam đoan Mục lục Danh mục thuật ngữ, kí hiệu, từ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU 11 Tính cấp thiết đề tài 11 Mục đích đề tài 12 Nội dung đề tài 12 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 Công cụ nghiên cứu 12 CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ BÀN TAY ROBOT 1.1 Chức hình dạng bàn tay robot 13 1.2 Một số mẫu điển hình thiết kế học bàn tay 15 1.3 Các yêu cầu kỹ thuật với bàn tay robot 18 1.4 Một số kiểu bàn tay có kết cấu ứng dụng đặc biệt 19 1.5 Một số nghiên cứu bàn tay robot thiếu dẫn động giới 25 1.6 Hƣớng nghiên cứu đề tài 27 CHƢƠNG – THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ BÀN TAY KHÔNG SỬ DỤNG NGUỒN DẪN ĐỘNG 2.1 Chu kì làm việc phạm vi sử dụng 28 2.2 Lựa chọn cấu chấp hành 29 2.3 So sánh số phƣơng án tác động điều khiển trì lực kẹp 30 Kết luận chƣơng 38 CHƢƠNG – THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU QUAN TRỌNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BÀN -5- / TAY 3.1 Tính chọn độ cứng lò xo theo tải trọng danh nghĩa bàn tay 39 3.2 Tính chọn độ cứng lò xo phụ 40 3.3 Tính toán hành trình ngón tay tổng hợp kích thƣớc cam 41 3.4 Quan hệ chuyển vị ngõ vào – ngõ 41 3.5 Quan hệ lực ngõ vào – ngõ 53 Kết luận chƣơng 53 Kết luận luận văn 54 Danh mục công trình công bố tác giả -6- / TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 57 Hình ảnh sản phẩm thực nghiệm 67 Hình ảnh sản phẩm thực nghiệm 68 BẢNG DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT DIỄN GIẢI NỘI DUNG ĐẦY ĐỦ HIỆU ĐƠN VỊ a( ) Approach (Véc tơ hƣớng tiếp cận vật thể bàn kẹp) -7- KÍ Lƣợng tịnh tiến dọc theo trục ox AT Transpose (A) i Cijk Cos(qi + qj + qk) Sijk Sin(qi + qj + qk) D Miền thỏa mãn ràng buộc vật lí khớp h Chuyển vị lò xo di Lƣợng tịnh tiến dọc theo trục oz Góc quay quanh trục ox Phƣơng trình liên kết robot 10 11 Ai 1i Biểu diễn hệ quy chiếu (i) hệ quy chiếu (i-1) 12 X Ma trận mô tả đồ gá không gian công tác robot 13 E Ma trận mô tả vật không gian đồ gá 14 R Ma trận quỹ tích điểm mút dụng cụ 15 k Độ cứng lò xo / Tn (mm) (rad) (mm) DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU KÍ HIỆU 1.1 -8- NỘI DUNG BẢNG BIỂU So sánh tính chất làm việc tay kẹp kiểu điện từ kiểu khí nén 3.1 Bảng thông số DH robot dùng thí nghiệm 3.2 Kết toán ngƣợc điểm keypoint / TRANG BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ KÍ HIỆU 1.1 1.2 Bàn tay robot với hai ngón đốt ngón tay Bàn tay robot MARS 12 bậc tự với nguồn dẫn động độc lập thiết kế tiền thân 1.3a Bàn tay với kết cấu khí sinh tay ngƣời 1.3b Bàn tay với cảm biến xúc giác sinh tay ngƣời 1.4 Bàn tay hai ngón mở dƣới dạng góc 1.5 Bàn tay hai ngón trì độ song song làm việc 1.6a Ngón tay ba đốt nguồn dẫn động quay 1.6b Ngón tay ba đốt nguồn dẫn động tịnh tiến 1.7 Kết cấu bàn kẹp kiểu hai ngón tay mở song song 1.8a Điều khiển ngón tay với nguồn tác động 1.8b Điều khiển ngón tay với hai nguồn tác động 1.9 Ba phƣơng án tác động lên khâu chấp hành 1.10 Phƣơng án truyền dẫn công suất hai điểm 1.11 1.12 -9- NỘI DUNG HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tay kẹp không sử dụng nguồn dẫn động sở đàn hồi Tay kẹp không sử dụng nguồn dẫn động có khả trì trạng thái đóng mở tách biệt 1.13 Tay kẹp tạo lực ma sát nhờ trọng lực vật 1.14 Tay kẹp đặc biệt định vị vào mặt trụ chi tiết 1.15 Tay kẹp với phần mỏ kẹp thay theo tác vụ / TRANG 1.16 1.17 Kết cấu tay kẹp với phạm vi điều chỉnh kích thƣớc danh nghĩa lớn 1.18 Tay kẹp với hai ngón tay trì độ song song 1.19 Một số tay kẹp khí có chức tự định tâm vật kẹp 1.20 Tay kẹp sử dụng lực hút chân không giác bám 1.21 Tay kẹp dùng buồng đàn hồi định vị mặt trụ 2.1 Mô tả chu kì làm việc bàn tay 2.2 Lƣợc đồ nguyên lý tác động điều khiển ngón tay 2.3 Bản vẽ lắp tay kẹp không sử dụng nguồn dẫn động độc lập kiểu đồng trục 2.4 Mô tả cam mặt đầu ống số 2.5 Khai triển lên mặt phẳng cam số 2.6 Bản vẽ mô tả cam số 2.7 Cam số 2.8 Lƣợc đồ hoạt động chu kì 2.9 Minh họa chu kì làm việc cam chƣa cải tiến 2.10 Cam sau cải tiến trùng chức 2.11 Bản vẽ tay kẹp không sử dụng nguồn dẫn động độc lập kết cấu không đồng trục 1.12 Chi tiết số 2.13 Chi tiết số 2.14 Chi tiết số 10 2.15 Lắp ghép cụm dẫn động trì lực kẹp phƣơng án 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên tay robot cổ tay giữ phƣơng thẳng đứng 3.2 Xác định hành trình cam 3.3 Robot bậc tự chƣa mang bàn tay 3.4 Bàn tay đƣợc lắp lên bích cổ tay hoàn chỉnh 3.5 3.6 - 10 - Phƣơng án điều chỉnh kích thƣớc danh nghĩa tay kẹp / Sơ đồ động hệ quy chiếu suy rộng robot thí nghiệm Sơ đồ chuyển động robot hai trạm cấp phôi [...]... tay kẹp với phạm vi điều chỉnh kích thƣớc danh nghĩa lớn 1.18 Tay kẹp với hai ngón tay luôn duy trì độ song song 1.19 Một số tay kẹp cơ khí có chức năng tự định tâm vật kẹp 1.20 Tay kẹp sử dụng lực hút chân không và giác bám 1.21 Tay kẹp dùng buồng đàn hồi định vị mặt trụ trong và ngoài 2.1 Mô tả một chu kì làm việc của bàn tay 2.2 Lƣợc đồ nguyên lý tác động điều khiển ngón tay 2.3 Bản vẽ lắp tay kẹp. .. vẽ lắp tay kẹp không sử dụng nguồn dẫn động độc lập kiểu đồng trục 2.4 Mô tả cam mặt đầu trên ống số 3 2.5 Khai triển lên mặt phẳng cam số 3 2.6 Bản vẽ mô tả cam số 4 2.7 Cam số 5 2.8 Lƣợc đồ hoạt động trong một chu kì 2.9 Minh họa một chu kì làm việc trên cam 3 chƣa cải tiến 2.10 Cam 3 sau khi cải tiến trùng chức năng 2.11 Bản vẽ tay kẹp không sử dụng nguồn dẫn động độc lập kết cấu không đồng trục... Lắp ghép cụm dẫn động và duy trì lực kẹp phƣơng án 2 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên tay robot khi cổ tay giữ phƣơng thẳng đứng 3.2 Xác định hành trình cam 3.3 Robot 6 bậc tự do khi chƣa mang bàn tay 3.4 Bàn tay đƣợc lắp lên bích cổ tay hoàn chỉnh 3.5 3.6 - 10 - Phƣơng án điều chỉnh kích thƣớc danh nghĩa của tay kẹp / Sơ đồ động và các hệ quy chiếu suy rộng của robot thí nghiệm Sơ đồ chuyển động của robot