Thiết kế tay máy scara

Trang 1

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH CƠ TIN KỸ THUẬT ooOoo ề + co “i LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP _ Dé tai: |

THIET KE TAY MAY SCARA

GVHD: Th.S NGUYEN THANH PHUONG

Trang 2

Thiết kế tay máy SCARA Khoa: cơ khí tự động hoá-RoBot

LỜI CẢM ƠN

Or Ko

Chúng em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Phương đã nhiệt tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp chúng em hoàn thành đề tài này

Xin chân thành cảm ơn nhà Trường và các thầy cô đã giảng dạy và tạo

mọi điều kiện cho chúng em trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trường

Chúng con cảm ơn gia đình đã hỗ trợ động viên về mặt vật chất cũng như tỉnh thần cho chúng con trong suốt những năm học vừa qua

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn bạn bè, đã đóng góp những ý kiến quý báo để hoàn thành đề tài này

Trang 3

Thiết kế tay máy SCARA Khoa: Cơ khí tự động hoá-RoBot

LỜI MỞ ĐẦU

Tom tat dé tài

Cùng với sự phát triển khoa học và kỹ thuật vấn để tự động hóa sản xuất

đóng vai trò đạc biệt quan trọng trong việc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất

nước

Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Robot trong công nghiệp lá nhằm nâng cao năng suất dây chuyển công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản

phẩm, giảm giá thành , tăng chất lượng và độ đồng đều về chất lượng,đổng thời cải thiện môi trường làm việc lao động cho con người, đặc biệt trong một số công việc có

độ an toàn thấp hoặc có tính độc hại cao Sự canh tranh hàng hóa đặt ra một vấn để

thời sự là làm sao để hệ thống tự động hoá sản xuất phải đáp ứng tính linh hoạt cao

nhằm đáp ứng với sự biến động thường xuyên của thị trường hàng hóa cạnh tranh gay gắt Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong những hệ thống tự động, tự động sản xuất linh hoạt đó

Gân nữa thế kỷ có mặt trong sản xuất Robot công nghiệp đã có một lịch sử phát triển hấp dẫn Ngày nay, Robot công nghiệp được dùng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sản

xuất Điều đó xuất phát từ những ưu điểm cơ bản của các loại Robot công nghiệp đã

được chọn lựa và đúc kết lại qua bao nhiêu name ứng dụng ở nhiều nước

Ở giai đoạn trước những năm 1990 hầu như nước ta hoàn toàn chưa du nhập về

kỹ thuật Robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin về lĩnh vực này Từ năm

1990 nhiều cơ sở công nghiệp đã bắt đầu nhập nhiều lọai Robot phục vụ cho các việc

như tháo lắp dụng cụ cụ cho các trung tâm gia công CNC, lắp ráp các linh kiện điện tử,

thao tác tại các máy ép phun nhựa Có những nơi đã bắt đầu thiết kế, chế tạo và lắp

rap Robot

Ở nhiều trường Đại Học, Cao Đẳng đã bắt đầu giảng dạy về Robot Công

nghiệp Đặc biệt trong những năm gần đây nhiều nơi đã mở nghành đào tạo về “Cơ

Tin-Điện Tử” và rất quan tâm đến Robot công nghiệp

Tuy trình độ tự động hóa ở nước chúng ta còn thấp nhưng để theo với sự phát triển của thế giới cũng như thực hiện mục tiêu của nhà nước là “cêng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước” không thể không chú ý tới tự động hóa mà trong đó việc đào tạo các

chuyên viên kỹ thuật, kỹ sư về lĩnh vực này là công việc hàng đầu

Trang 4

Thiết kế tay máy SCARA Khoa: Cơ khí tự động hoá-RoBot

Đề tài thực hiện gồm: thiết kế tay máy SCARA và điều khiển tay máy để gấp

vật | |

Gém 2 phan chinh :

Phần cơ khí : thi công tay máy SCARA

Phần điện: thi công mạch và lập trình điều khiển

Trang 5

Thiết kế tay máy SCARA Khoa:Cơ khí tự động-RoBot Mục lục Or Ko Lời cảm ơn Phần I: mở đầu

Chương I : giới thiệu về robot công nghiỆp -~-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~” 1

Ư lịch sử ra đời của robot công nghiệp - 1 II- ứng dụng của robot công nghiỆp -~ ~ ~~=~~~~~~~~~~=~~~~~~=~~rrrr=r=rrrr=r~r 4

II một số định nghĩa robot -~-~~===~~~~z~~~~~~~===~~~~~=~~~~r=rrrrrmrrrer 9

IV/ phân loại robot -~~-~-=~~-~~==~=~z=~~~~~=~~z~~~r=r=rrrrrrrrrr=rrz=r===r=rr=re 10

Chương II: tính toán thiết bị tay gắp -~~~~=~~~~~~~~~~=~rrT~~~rrrr~r 15

I— tìm hiểu về tay gắp - - - 15 II- tay gắp chuẩn -~~~~~~~~~~~=====~==~r~~~rrrrrrrrrrrretrrrr=rrrrrrrreee 15 II — phân loại tay gắp - .~- — - 16

TV / tính toán -~-~~-22-2-z2-=>-==zz===z=Z==zz==z=z==z=zzz==zzz==z=====zr~~z=r==r 16

Chương II : thiết kế kết cấu mođun cơ khí -~ =-~~~~~~~~~~~~~~~~~~" 18 Chương IV : tính toán và thiết kế hệ thống cơ khí -~ ~~~~~~~¬ 26

I/ chọn động cơ điện và phân phối tỷ số truyỀn -~~-7-7=~~=~~~~~~~~r~~==~¬" 26 I.1/ chọn công suất động cơ -~ ~ ~~=~~~~~~~=~~~~~~z=r==~~=~~~=rr~rrrr==rrre 26

L2 - tỉ số truyền chung - MMgWg.đ 27

1.3/ tinh todn bé6 truyén dai - —.ớơớơơơổổổỏổơơnơng.gd) 27

Chương V : tinh to4n diéu kién bén cho tay may - 30

I— xác dinh moment tinh cho cánh máy Ì -~-~~~~~~=~~~~~~~~~~~~==~~~~~~~~ 30

IU/ tính toán điểu kiện bền của trục và cánh tay -~~" - 31

IIU tính toán độ võng cỦa tay máy -~ ~-~=~~~~~=~~~~~~==~~~rr~=~==~===r~~~~~r 36

Chương VI : động hoc tay may -~-~-~~-~~~~~~~~~=~===~z~~~~=~~==r===~=r” 39

L/ tóan động học -~-~~~~-~==~~~z=~~=~==rz==z~~~~rrrrr=r~rrr=rerrer 39 H/ toán động học của tay mấy sCafa - - 4]

IH/ thuật tóan giải các bài toán động hoc bang toa độ thuần nhat - 43

Trang 6

Thiết kế tay máy SCARA Khoa:Cơ khí tự động-RoBot

Chương VII : gidi thiéu vé c4c loai van khi nén - 46

cdc phan tt diéu khién_diéu chinh U cơ cấu chỉnh áp “` 46 IU/ cơ cấu chỉnh lưu - - 48

1IL.1/ van tiết lưu -~ ~~ = =================z=====~====~=z==r=~=r=rrr=r=rr~r 48 IIL2/ bộ ổn tốc -~~~ -=~~~~====~~====~~~~~~=rrr~rx=r=rrrrrrrrrrmrrrrree 48 II/ cơ cấu chỉnh hướng -~ -~~ ~-~==~===~~~==~~z~=~=~=====m=~r=rrmrerr=~rmerrrrr 49 II.1/ van một chiều - - ` 49

II2/ van đảo chiều - ~~~===c=-==============ee ~~~============= 50

IV/ một số phần tử chấp hành -~ ~-~ ~~==~~~=~=~=~~=z~~~=rrr=rmrrrrr=rmrr 57 IV.1/ dOng co - ~~=~=~==~=~>======~=====zz===~===r======~==e 57 IV.2/ xy lanh - - —~~==~======~======z=z~=z==~=~=============z=~ 59 Chương VIII : cơ sở lý thuyết điện_ điện tử -~-=~~~~~~~~~~~~" 61 I/céng may in: - - 5

II/ động cơ bước: - 64

II phân loại động cơ bước: -~~~~~=-~~~~~====~~~z~=~~~~~====r~rr~~rrrerr=er 70 Chương IX : giới thiệu về linh kiện và sơ đồ nguyên lý mạch - 74

U giới thiệu về linh kiện - =1 - T4 I.1/ 1c hc573 - - - 74 I.2/ transistor: - - - 76 1.3 / diot: - — 8] 1.4/ điện trổ: -~-=-=-=-=z=z=zzz~==zzzz=z====~z=mzm=zr~=rzrrrrzrrmrrrrr 83 1.5/ tu dién: - ~~~~=~=~~z=========z======z~=~====er 83 1U tính tốn mạch cơng suất: -~ ~~=-~~~==~~~~~==~~~~~~~~~=rr~~~~~=~rrr~=r 84 II sơ đổ mạch nguỒn -~ -~~====~~~~===~~~~~~=~~~~~=mr=~=r - 85 IV/ so dé nguyén ly - - 86

Phần II: lập trình điểu khiển - 88

Chương I: giới thiệu về lập trinh_delphi - 88

Trang 7

Thiết kế tay máy SCARA Khoa:Cơ khí tự động-RoBot L.5/ delphi 5 - enna — 1I/ delphi là gì -=-=-=-=~-2-5-=-===~==>======*~=~~r~r=rr==z=zrrrrrzz~rrzzr~~~rer 91

Chương II : thành phần giao điện trong chương trình điểu khiển - 92°

I/ bang gidi thiéu - - 92

IV/ bang diéu khién - =1 ` ` 93

IƯ giải thuật chương trình -~ ~= 94 II.1/ giải thuật chương trinh reset a - -95

II.2/ giải thuật chương trình chạy -~ ~ ~~-~~~-~~x=~~=~~~~~~==~rrrrrrrrrrrrrrrrr 96

Chương III : chương trình diéu khién - 97

Phần III: phần kết luận

Trang 8

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot

PHẦN I: MỞ ĐẦU

CHƯƠNGI : Giới Thiệu về Robot công nghiệp

U Lịch Sử ra đời của Robot công nghiệp:

Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng

dụng rộng rãi các phương tiện tự động hóa sản xuất Xu hướng tạo ra những dây

chuyển về thiết bị tự động có tính linh hoạt cao dang hình thành Các thiết bị này đang ˆ

thay thế dẫn các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong lúc thị

trường đang đòi hỏi thay đổi mặt hàng về chủng loại về kích cổ và tính năng Vì thế

ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng Robot để tão ra các hệ thống sản xuất tự động

linh hoạt

Thông thường, khi nghe qua từ Robot thì người ta thường hình dung kiểu Robot R2D2 được giới thiệu trong bộ phim “Chiến tranh giữa các vì sao” Điều này cũng rất

tự nhiên vì thuật ngữ Robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng

sản xuất Những Robot xuất hiện lần đầu tiên ở NewYork vào ngày 02/10/ 1922 trong

tác phẩm khoa học viễn tudéng”Rossum’s Univeral Robot” của nhà soạn kịch người

Tiệp Karen Kapek viết năm 1921 Theo tiếng Sec “Robot” là người làm tạp dịch

Trong tác phẩm này nhân vật Sossum”s và con trai của ông đã tạo ra những chiếc máy

gần giống như con người để hầu hạ con người

Hơn 20 năm sau ước mơ viễn tưỡng của Karel Kapek đã bắt đầu hiện thực Tuy

nhiên, những Robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp thực sự là những tay máy Vàonăm 1948, tại phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, nhà ngiên cứu Geortz đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi (master- -slave manipulator) điều khiển từ xa đầu tiên và cũng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử

hành trình Đến năm 1954, Geortz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôisử dụng động cơ servo và có thể nhận biết được lực tác động lên khâu cuối cùng Sử dụng những

thành quả đó, vào năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong

A [A 2 Z + a

công việc khảo sát đáy biển

Trang 9

Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ II ở Hoa Kỳ đã xuất hiện những tay máy chép hình điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ.Vào giữa

những năm 50 bên cạnh những tay máy chép hình cơ khí đó đã xuất hiện những tay máy chép hình thủy lực và điện từ như tay máy Minotaur I hay tay máy Handyman của

General Electric Năm 1945 George C Devol đã thiết kế ra thiết bị có tên là”cơ cấu

bản lễ để di chuyển hàng theo chương trình” đến năm 1956 Devol cùng với Joseph F engelber, một kỹ sư trẻ của công nghiệp hàng không đã tạo ra loại Robot công nghiệp

đầu tiên năm 1959 ở công ty Unimation Chỉ đến năm 1975 công ty Unimation mới bắt

đầu có lợi nhuận từ sản phẩm Robot đầu tiên này

Chiếc Robot công nghiệp đầu tiên được đưa vào ứng dụng năm 1961 ở một nhà máy ôtô của Generral Motor tại Trenton NewJersey Hoa Kỳ Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc Robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF ở Hoa Kỳ(American Machine and Foundry Company) Đến năm 1990 có hơn 40 công ty Nhật Bản trong đó những công ty khổng lỗ như Hitachi và sau này là các công ty Mitsubishi đã đưa ra thị trường

nhiều loại Robot nổi tiếng

Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của Robot đã chú ý nhiều

đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoài tín hiệu để nhận biết môi truờng làm việc Tại

trường Đại Học Tổng Hợp Stanford người ta đã tạo ra loại Robot láp ráp tự động điều khiển bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác Ngoài © ra, Viện nghiên cứu Đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế Robot Shakey di động

tỉnh vi hơn để thực hiện những thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận

hình ảnh để nhận dạng đối tượng Robot này được lập trình trước để nhận dạng đối

tượng bằng camera, xác định đường đi đến đối tượng và thực hiện một số tác động trên

đối tượng Vào thời gian này công ty IBM đã chế tạo ra loại Robot có các cảm biến xúc giác và cảm biến lực điều khiểnbằng máy tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi

tiết Vào thời gian này ở các nước khác cũng tiến hành các công trình nghiên cứu tương

tự tạo ra các loại Robot điểu khiển bằng máy tính có lắp đặt các thiết bị cảm biến và

thiết bị giao tiếp người máy

Trang 10

Một lĩnh vực được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm là Robot tự vận hành Các công trình nghiên cứu tạo ra các Robot tự hành theo hướng chân người hay xúc vật

Một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đạt được vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bể mặt của mặt trăng Lunokohod l được điểu khiển từ trái đất Các Robot này

còn chưa có nhiễu ứng dụng trong công nghiệp Tuy nhiên, các loại xe Robot

(Roboicar) lại nhanh chóng được đưa vào hoạt động trong các hệ thống sản xuất họat

động linh hoạt Từ những năm 80 nhất là vào những năm 90 do áp dụng rộng rãi các

tiến bộ kỹ thuậtvề vi xữ lý và công nghệ thông tin số lượng Robot công nghiệp đã có

những bước tiến vượt bậc Những Robot đầu tiên có thể lập trình để đáp ứng theo

những tín hiệu thu nhận được từ các cảm biến phản ánh các thông tin từ môi trường

hoạt động mà không có sự can thiệp trực tiếp của con người đã được nghiên cứu vào : cuối những năm 1940 ở các phòng thí nghiệm về trí tuệ nhân tạo Trường hợp con chuột máy tìm đường ổi trong mÊ cung của Claude Shannon hay con rùa máy của Grey

Walter (1953) là những ví dụ điển hình

Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại Viện công nghệ

Massachusetts (HoaKỳ) Trên cơ sở đó, năm 1954 George Devol đã thiết kế Robot lập

trình với điểu khiển chương trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh được

gọi là thiết bị “chuyển khớp được lập trình”, Joseph Engelberger, người mà ngày nay thường được gọi là cha để của Robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau

khi mua bẩn quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ Robot điều -

khiển theo chương trình Năm 1962, Robot Unimation đầu tiên ra đời đượcđưa vào sử

dụng tại hãng Gereral Motors; và năm 1976 cánh tay Robot đầu tiên trong không gian đã được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan không gian NaSa của Hoa Kỳ

để lấy mẫu đất trên Sao Hỏa |

Ngay nay, chuyén nghanh khoa hoc vé Robot”Robotics” đã trở thành một lĩnh

vực rộng trong khoa học bao gồm các vần để cấu trúc cơ cấu động học, động lực học,

lập trình quĩ đạo, cầm biến tính hiệu, điều khiển chuyển động Khi Robot cộng nghiệp

Trang 11

đầu tiên ra đời Công ty AMF đã quảng cáo nó là một loại máy tự động vạn năng Trong từ điển Webster định nghĩa Robot là những máy tự động có thể thực hiện được

một số chức năng của con người Nhưng nếu vậy thì có nhiều loại máy khác nhau cũng có thể là Robot viện kỹ thuật Robot của Hoa Kỳ định nghĩa Robot là loại tay máy ˆ

nhiều chức năng, với chương trình làm việc thay đổi, được dùng để thực hiện một số thao tác sản xuất Có nhiều tài liệu khi định nghĩa Robot rất lưu ý đến tiêu chí điều

khiển bằng máy tính Nhưng trong phân loại Robot cia Nhat Ban (jis b 0314 — 1979) co

cả nhóm tay máy điểu khiển bằng tay

Theo ISO (International Standdards Organzatioin) thì: Robot công nghiệp là một

tay máy đa mục tiêu có một số bậc tự do, dễ dàng lập trình điểu khiển trợ động, dùng

để tháo lắp phôi, dụng cụ hoặc các vật dụng khác Do chương trình thao tác có thể thay

đổi nên thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng Tuy nhiên, Robot công nghiệp được định

nghĩa nhu thế chưa hoàn tồn thảo đáng

Robot cơng nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh họat bắt -

chước được các chức năng lao động của con người Nói đến thiết bị tự động linh họat là nhấn mạnh đến khả năng thao tác với nhiều bậc tự do được điều khiển trợ động và lập trình thay đổi được Còn nói đến sự bắt chước các chức năng lao động của con người là nói đến sự không hạn chế từ các chức năng lao động chân tay đơn giản đền trí thông

minh nhần tạo, tuỳ theo loại hình công việc lao động cần đến chức năng đó haykhông

Đồng thời cũng nói đền mức độ cần thiết bắt chước được như con người hay không

I- Ứng dụng của robot công nghiỆp: |

IL1 - Mục tiêu của ứng dụng:

Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều nghành công nghiệp Những công

việc ban đầu bao gồm gắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn |

Robot không thể thực hiện một qui trình thao tác hợp lý bằng hoặc hơn một

người thợ lành nghề một cáchÏn định trong suốt thời gian làm việc Vì thế, Robot có thể góp phần nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm Hơn thế, Robot

Trang 12

còn có thể nhanh chóng thay đổi công việc để thích nghi với sự biến đổi mẫu mã, kích cổ sản phẩm theo yêu cầu của thị trường cạnh tranh

Khả năng giảm giá thành do ứng dụng Robot là vì giảm được đáng kể chỉ phí cho người lao động với các khoản tiền phụ cấp và bảo hiểm xã hội Theo số liệu của

Nhật Bản thì một Robot làm việc thay thế cho một người thợ thì tiền mua Robot chỉ

bằng tiển chi phí cho người thợ trong vòng 3 đến 5 năm tùy theo Robot làm việc mấy

ca Còn ở Hoa Kỳ trung bình trong một giờ làm việc Robot có thể đem lại tiền lời là

13USD Ở nước ta những năm gần đây ở nhiều doanh nghiệp khoản chi phí lương bổng

cũng chiếm tỷ lệ cao trong gia thành sản phẩm

Việc áp dụng Robot có thể làm tăng năng suất dây chuyền công nghệ

Sở đĩ như vậy vì nếu tăng nhiệp độ khẩn trương của dây chuyển sản xuất nếu không thay thế con người bằng Robot thì người thợ không thể theo kịp hoặc chóng mệt mỗi

Theo số lượng của hãng Fanus Nhật thì năng suất có khi tăng lên 3 lần

Ứng dụng Robot có thể cải thiện điều kiện lao động Đó là ưu điểm nỗi bật nhất

mà chúng ta cần lưu tâm Trong thực tế sản xuất có rất nhiều nơi người lao động phải làm việc suất ngày trong môi trường rất bụi bậm, ẩm ướt nóng nực hoặc ổn ào phải

làm việc với môi trường độc hại nguy hiểm đến sức khoẻ con người, dễ bị thương tích

tay chân đôi khi cả tính mạng của người lao động, dễ bị nhiễm hóa chất độc hại, nhiễm chất điện từ và phóng xạ

112— Các bước ứng dụng:

Một trong những ứng dụng hàng đầu đó là kỹ nghệ đúc Thường trong phân

xưởng đúc công việc rất đa dạng, điều kiện làm việc nóng bức, bụi bậm mặt hàng luôn

thay đổi và chất lượng vật liệu đúc phụ thuộc vào quá trình thao tác Việc tự động hóa

toàn phân hoặc từng phần quá trình đúc bằng các dây chuyển tự động thông thường với

các máy tự động chuyên dụng đòi hỏi phải có các thiết bị phức tạp đầu tư khá lớn

Ngày nay ở nhiếu nước trên thế giới Robot được dùng rộng rãi để tự động hóa công

nghệ đúc, nhưng chủ yếu là để phục vụ các máy đúc áp lực Robot có thể làm nhiều

việc như rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt phôi thừa, lấy vật liệu đúc ra ngồi khn, làm sạch vật liệu đúc hoặc làm tăng độ bền vật liệu đúc bằng cách phun cát

Trang 13

Dùng Robot phục vụ các máy đúc áp lực có nhiều ưu điểm ví dụ đảm bảo ổn định chế

độ làm việc chuẩn hóa về thời gian thao tác về nhiệt độ và điều kiện thao tác vật đúc ra khỏi khuôn ép bởi thế chất lượng vật đúc tăng lên

Một trong những công việc kém năng suất của con người là rèn kim loại ở nhiệt độ cao Các công việc này đòi hỏi công nhân di chuyển phôi có khối lượng lớn với nhiệt độ cao khắp nơi trong xưởng Việc tuyển dụng công nhân làm việc trong môi

trường nhiệt độ cao như vậy là một vấn để khó khăn đối với nghành công nghiệp này

Vì vậy, ở trong các phân xưởng rèn dập nên đòi hỏi áp dụng các robot công nghiệp , ban đầu đã được sử dụng để thay thế công nhân làm việc trong điều kiện môi trường “ˆ ngặt nghèo như trong lò đúc, xưởng rèn và xưởng hàn Đối với Robot thì nhiệt độ cao lại không đáng sợ Sử dụng các loại Robot đơn giản nhất cũng có thể tăng năng suất

1,5 đến 2 lần và hồn tồn giảm nhẹ cơng việc lao động của công nhân So với phương

tiện cơ giới và tự động khác phục vụ các máy rèn đập thì dùng Robot có ưu điểm là nhanh hơn chính xác hơn và cơ động hơn

Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việc sử dụng Robot

nhiều nhất: khung xe được cố định vào một xe được điều khiển từ xa di chuyển khắp nhà máy Khi xe đến trạm hàn, kẹp xe cố định các chi tiết đúng vào vị trí cần hàn,

trong khi đó Robot di chuyển đọc theo các điểm hàn được lập trình trước

Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại đối sức khoẻ con người, nhưng lại

hịan tồn khơng nguy hiểm đối với Robot Robot có thể name bắt kỹ thuật sơn của một

người thợ lành nghề chỉ trong vài giờ và có khả năng lặp lại một cách chính xác các

động tác sơn phúc tạp Điều đó làm cải thiện nang suất và chất lượng sản phẩm lên rất

nhiều Ứng dụng này đưa đến sự phát triển một loại tay Robot dạng “Vòi voi” có độ

linh hoạt cao

Robot còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa như phục vụ cho máy công cụ, làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, gắp hàng ra khỏi băng

tải và đặt chúng vào các trạm chuyền trung gian

Ứng dụng Robot trong lắp ráp: một kỹ thuật sản xuất có mục tiêu lâu dài là nhà

máy tự động hoàn toàn, ở đó một bản thiết kế được thể hiện tại một trạm thiết kế bằng -

Trang 14

máy tính, không có sự can thiệp của con người vào quá trình sản xuất Hãy thử hình dung một môi trường sẩn xuất tự động hoàn toàn: từ ý tưởng sản phẩm, gồm các chỉ tiêu kỹ thuật cao, người ta thiết kế ra sản phẩm, sau đó đặt hàng vật liệu, lặp ra chương

trình gia công, lập ra chiến lược đường đi của chỉ tiết trong nhà máy, diéu khiển cung

cấp chi tiết vào máy gia công, lắp ráp và kiểm tra tự động thông qua các máy gia công CNC và các Robot tĩnh và Robot đi động Những thành tựu của môi trường sản xuất

như thế đã và đang được đầu tư nghiên cứu và phát triển trong nhiều năm qua

Trong nghành chế tạo máy và dụng cụ đo chí phí về lắp ráp như vậy thường

chiếm đến 40% giá thành sản phẩm trong lúc đó mức độ cơ khí tháo lắp ráp không quá 10 đến 15 phần trăm đối với sản phẩm hàng loạt và 40% đối với sản phẩm hàng loạt

lớn Bởi vậy, việc tạo ra và sử dụng Robot lắp ráp có ý nghĩa rất quan trọng

Nếu ứng dụng Robot trong những nhà máy sản xuất thì những hệ thống này được tự động hóa hoàn toàn: chúng đo đạc, khoan cắt thiết bị chính xác và còn có khả năng hiệu chỉnh các công việc của mình, hầu như ở đây không có sự gíup đỡ của con người

trừ chương trình điều khiển trên máy tính điển tử Chỉ với vài người giam sát công việc các máy móc này có thể hoạt động suốt ngày đêm, các Robot làm tất cả các công việc như vận chuyển sản phẩm từ công đoạn sản xuất này tới công đoạn sản xuất khác kể

cả việc đưa và sắp xếp thành phẩm vào kho

Ngoài những ứng trên Robot còn có mặt trong những ứng dụng khác như: Ứng dụng Robot trong phòng thí nghiệm; Ứng dụng Robot trong các thao tác cần khuếch đại lực; Ứng dụng Robot trong nông nghiệp; Ứng dụng Robot trong không gian; Ứng dụng

Robot trong tàu lặn( Robot tàu lặn MAGELLAN 725 dùng để thám hiểm đáy biển);

Ứng dụng Robot trong giáo dục (Robot Rùa Tasman dùng trong trường học); Ứng dụng Robot trong hỗ trợ người tàn tật( Nhà nghiên cứu Nicolelis với chú khỉ cú thí nghiệm);

Ứng dụng Robot trong sinh hoạt giải trí ( Robot kỹ thuật “ I-walk”)( chó robot AIBO

của hãn SONY)

Trang 15

113 — Tình hình ứng dụng tại Việt Nam:

Trước năm 1990 nước ta chưa du nhập về kỹ thuật Robot, chưa nhận được thông

tin kỹ thuật về kỹ thuật này

Đề tài 58-01-03 trong giai đoạn năm 1981-1985 và dé tai 52B-03-01 trong giai ˆ đoạn năm 1986 - 1989 kết quả nghiên cứu của các để tài này không những đấp ứng

được những yêu cầu tiếp cận mà còn có những ứng dụng ban đầu trong kỹ thuật bảo hộ

lao động và phục vụ công tác đào tạo cán bộ kỹ thuật ở nước ta

Giai đoạn tiếp theo từ năm 1990 các công nghiệp trong nước bắt đầu đổi mới

Nhiều cơ sở đã nhập ngoại nhiều dây chuyển thiết bị mới Đặc biệt là ở một SỐ Cơ SỞ

liên doanh với nước ngoài đã nhập nhiều loại Robot phục vụ các công việc sau đây: 1 Tháo lắp các dụng cụ cho các trung tâm gia công va cdc may CNC

2 Lắp ráp các linh kiện điện tử

3 Tháo sản phẩm ở các máy ép nhựa tự động, trong đó có loại thao tác phối hợp với hệ thống giám sát, điều khiển bằng camera

4 Hàn vỏ xe ôtô

5 Phun phủ các bề mặt

Tháng 4 năm 1998 nhà máy Roize Rpbotech là nhà máy Nhật Bản đầu tư đã bước vào hoạt động ở khu công nghiệp Namura Hải Phòng Đây là nhà máy đầu tiên ở

Việt Nam chế tạo và lắp ráp Robot Đó là loại Robot có cấu trúc đơn giản nhưng chính

xác dùng trong sản xuất chất bán dẫn

Trong những năm gần đây trung tâm ngiên cứu kỹ thuật tự động hoá trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên cứu tính toán thiết kế một kiểu Robot mới, ký hiệu

là Robot RP Robot RP thuộc loại Robotˆ^ phỏng sinh khác ở đây dùng cơ cấu

Pantograph với hai con trượt dẫn động làm môđun chủ yếu của cơ cấu tay máy Cũng vì thế, Robot này được ký hiệu vắn tắc là RP Hiện nay, đã chế tạo 2 mẫu: Robot RPD |

- 406 dùng để phun men, có hệ truyền dẫn thuỷ lực với 5 bậc tự do và Robot RPS —

4102 dùng trong nghệ bể mặt, có 6 bậc tự do, 3 động cơ điện một chiều và 3 động cơ bước

Trang 16

Các Robot mini do trung tâm nghiên cứu kỹ thuật tự động hóa ĐHBK Hà Nội

thiết kế chế tạo cung cấp cho một số trường chủ yếu dùng để giảng dạy học tập nhưng đồng thời có thể sử dụng để lắp ráp hoặc sắp xếp các vật nhỏ dưới | kg

Song song với các thiết kế chế tạo Robot nói trên tại trung tâm NCKT ĐHBK

Hà Nội đã thành công trong việc nghiên cứu chế tạo xây dựng các thuật toán mới để

xây dựng chương trình tính toán điều khiển Robot, xây dựng phương pháp tự động thiết

lập và giải các bài toán động học trên cơ sở dùng Matlab | HW Một số định nghĩa Robot:

- Từ những ứng dụng thực tiễn không thể thiếu của Robot trong công nghệ tự động

hóa, nhiễu nước và các nghiên cứu hàng đầu đã nêu lên những định nghĩa như sau:

+ Viện nghiên cứu Robot Hoa Kỳ đưa ra một định nghĩa về Robot như sau:

“Robot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được

dùng để đi chuyển vật liệu, chỉ tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc

biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoàn

thành những nhiệm vụ đa dang” (Schlussel,1985)

+Một nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực Robot (Mikell P.Geoover) mở rộng |

hơn như sau:

“Robot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như con người”

+ Theo Artobolevski LI., Vorobiov M.V và các nhà nghiên cứu thuộc trường phái

khối SEV phát biểu rằng:

“Robot công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những đối tượng thao tác khác nhau với mục

đích tự động hoá các hóa trình sản xuất”

+ Người Nhật Bản là nước có số lượng Robot dùng trong sản xuất công nghiệp nhiều

nhất thế giới, khoảng hơn 70% trong tổng số chừng 300.000 Robot công nghiệp trên thế _

giới Vì vậy, Nhật Bắn có quan niệm dễ dãi hơn về Robot:”Robot là bất cứ thiết bị nào có thể thay thế cho lao động của con người” Cũng vì thế, Công nghiệp Nhật Bản

(JIRA — Japan Industrial Robot Association) da phan loai Robot thành 6 hạng, từ những

Trang 17

tay máy do con người điểu khiển từng động tác đến những Robot thông minh được

trang bị trí tuệ nhân tạo (theo Schlussel,1985)

+ Theo giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một Robot công

nghiệp phải thảo mãn năm yếu tố sau:

1 Có khả năng thay đổi chuyển động

2 Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác 3 Có số bậc chuyển động cao

4 C6 kha nang thích nghi với môi trường hoạt động

5 Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bean ngoài

+ Theo Giáo sư Masahiro Mori(Viện công nghệ Tokyo)thì Robot công nghiệp phải

có đặc điểm sau:

1 Có khả năng thay đổi chuyển động

2 Có khả năng xử lý thông tin(biết suy nen 3 Có tính vạn năng

4 Có những đặc điểm của người và máy

+ Một nhà nghiên cứu về Robot của Australia đã đưa ra một định nghĩa ở một góc

độ khác:

“ Robot là một loại máy có thể lập trình để thực hiện những công việc đa dạng tương

tự như một máy tính, là một mạch điện tử có thể lập trình để thực hiện những công việc

đa dạng”

IV/ Phân loại Robot:

Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản nhất của

Robot để giúp cho việc nhận biết được dễ dàng Có 4 yếu tố chính để phân loại Robot như sau: Theo dạng hình học của không gian hoạt động Theo thế hệ Robot Theo bộ điều khiển Theo nguồn dẫn động

IV 1- Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động:

+ Robot tọa độ vuông góc (Cartesian robot): Robot loại này có 3 bậc chuyển động cơ

wnrr

+>

bản gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục vuông góc

Trang 18

+ Robot tọa độ trụ(cylindrical robot): ba bậc chuyển động cơ bản gồm hai trục

chuyển động tịnh tiến và một trục quay

+ Robot toa d6 cầu(spherical robot): ba bậc chuyển động cơ bản gồm một trục tịnh

tiến và hai trục quay

+ Robot khớp bản lề(articular robot): ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trục quay,

bao gồm cả kiểu robot Scara IV.2_ Phân loại theo thế hệ:

+ Robot thế hệ thứ nhất:

6 Bao gồm các dạng robot hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi (playback robot), theo chương trình định trước Chương trình ở đây cũng có hai dạng: chương trình”cứng” không thay đổi được như điều khiển bằng hệ thống cam và chương trình có thể thay đổi theo yêu cầu công nghệ của môi trường sử dụng nhờ các Panel điều khiển hoặc máy tính

+ Robot thế hệ thứ hai:

7 Trong trường hợp này robot được trang bị các bộ cảm biến trong điều khiển (sensors-controlled robots) cho phép cung cấp tín hiệu phản hồi trở lại hệ thống điều khiển về trạng thái, vị trí không gian của robot cũng như thông tin về mơi trường bên ngồi như trạng thái, vị trí của đối tượng thao tác, của các máy công nghệ mà robot phối hợp, nhiệt độ của môi trường .Dạng robot này còn gọi là robot được điều khiển thích nghi cấp thấp cho phép tạo được những vòng điều khiển kín theo kiểu servo

+ Robot thế hệ thứ ba:

8 Robot thế hệ này bao gồm các robot được trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển(vision — controlled robots), cho phép nhìn thấy nhận dạng các đối tượng thao tác Nhờ đó robot tự nhận biết phảo làm gì để hồn thành được cơng việc đã được đặt ra cho chúng

+ Robot thế hệ thứ tư:

9 Bao gồm các robot sử dụng thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi (adaptively controlled robot) được trang bị bước đầu khả năng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mơ hình tính tốn xác định trước nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với điều kiện của môi trường thao tác

+ Robot thế hệ thứ năm:

10 Là tập hợp những Robot được trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially inteHigent robot)

Trang 19

11 Đặc điểm : Robot được trang bị các kỹ thuật của trí tuệ nhân tạo như nhận

dạng tiếng nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc để ra quyết định và giải quyết các vấn để hoặc nhiệm vụ đặt ra cho

nó

12 Robot được trang bị mạng Neuron có khả năng tự học

13 Robot được trang bị các thuật toán dạng Neuron Fuzzy/Fuzzy Logic để tự suy nghĩ và ra quyết định cho các ứng xử tương thích với những tín hiệu nhận

được từ môi trường theo những thuật toán tối ưu một hay nhiễu mục tiêu

đồng thời

*## Nhật Bản là đất nước có số lượng Robot sử dụng trong công nghiệp nhiều nhất

thế giới Người Nhật có quan niệm khá khác biệt về robot so với các nước công nghiệp phát triển Theo hiệp hội Robot Nhật - JRA(apanese Robot Assoclasion), robot được

chia thành sau loại, theo mức độ thông minh sau:

1 Robot hoạt động nhờ người điều khiển trực tiếp từng hoạt động bằng pendant hay panen điều khiển

2 Robot hoat déng theo chu trinh cé dinh(fixed sequence robots) Robot hoạt động theo chu trình thay đổi được (variable sequence)

4 Robot hoạt động theo chương trình và lặp lại chương trình(playback robots): người điều khiển có thể lập trình cho robot trong chế độ huấn luyện(teaching mode)

5 Robot điều khiển theo chương số (numerically controlled robots) 6 Robot thông minh(ntelligent robots): robot có thể hiểu, nhận biết và

tương tác với môi trường xung quanh TW.3 — Phân loại theo bộ điều khiển:

+ Robot gắp — dat: Robot này thường nhỏ và sử dụng nguồn dẫn động khí nén Bộ

điều khiển phổ biến là bộ điều khiển lập trình PLC để điều khiển vòng hở Robot hoạt

we

động căn cứ vào các tín hiệu phản hổi từ các tiếp điểm giới hạn hành trình cơ khí đặt

trên các trục của tay máy

+ Robot đường dẫn liên tục: Robot này sử dụng bộ điểu khiển servo thực hiện điều

khiển vòng kín Hệ thống điều khiển liên tục là hệ thống trong đó robot được lập trình theo một chương trình chính xác Trong hệ thống điều khiển này, đường dẫn được biểu diễn bằng một loạt các điểm rời rạc gần nhau và được lưu vào bộ nhớ robot sẽ thực

hiện lại chính xác đường dẫn đó

Trang 20

Thiết kế Tay Máy SCARA _ Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot

1V.4/Phân loại cơ khí theo nguồn dẫn động:

+ Robot dùng nguồn cấp điện:

14 Nguồn điện cho robot thường là DC để điểu khiển động cơ DC Hệ thống

dùng nguồn AC cũng chuyển đổi sang DC Các động cơ sử dụng thường là động cơ bước, động cơ DC servo, động cơ AC servo Robot loại này có thiết kế gọn, chạy êm định vị rất chính xác Các ứng dụng phổ biến là robot sơn, hàn

+ Robot dùng nguồn khí nén:

15 Hệ thống cần được trang bị máy nén , bình chứa khí và động cơ kéo máy nén Robot loại này thường sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy là các xylanh khí nén thực hiện chuyển động thẳng quay Do khí nén là lưu chất nén được nên robot loại này thường sử dụng trong các thao tác

gắp đặt không cần độ chính xác cao + Robot dùng nguồn thủy lực:

16 Nguồn thủy lực sử dụng nguồn lưu chất không nén được là dầu ép Hệ thống cần trang bị bơm để tạo áp lực dầu Tay máy là các xylanh thủy lực chuyển động thẳng và quay và động cơ dâu Robot loại này được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn

BANG TOM TAT CÁC YẾU TỐ PHÂN LOẠI ROBOT

Dấu hiệu phân loại Tên gọi của tay máy

Theo số bậc chuyển động(kể cả bậc - Cóhai, ba hoặc nhiều hơn dạng: chuyển động đời của cả tay máy) + Không đi chuyển

+ Tự chuyển đời

Theo số lượng tay máy Một, hai hoặc nhiều tay máy được

điều khiển đồng thời:

+ Có nguồn dẫn động và điều khiển

riêng

Trang 21

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Theo tải trọng nâng của tay máy + Loại siêu nhẹ + Loại nhẹ + Loại trung + Loại nặng +Loai siêu nặng Theo nguồn dẫn động của các cơ cấu chấp hành + Khí nén + Thủy lức + Cơ điện + Hỗn hợp

Theo hệ thống điểu khiển theo

nguyên lý điều khiển

Với điều khiển chương trình:

+ Theo chu kỳ

+ Theo vi tri

+ Theo chu vi

+ Hỗn hợp

Với điều khiển theo cảm nhận:

+ Điều khiển không thích nghi + Điều khiển thích nghỉ Với trí tuệ nhân tạo Theo số robot được điểu khiển động thời -À “x tA ~

Trang 22

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot -

CHƯƠNG II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TAY GẮP

I — Tim hiểu về tay gắp:

Tuỳ theo công dụng của Robot được sử dụng trong quá trình công nghệ, phần tận cùng của các tay máy được trang bị những bộ phận công tác khác nhau, có thể là những thiết bị gắp, kẹp để thực hiện việc gắp và giữ đối tượng thao tác, cũng có thể là những dụng cụ công nghệ dùng để thực hiện một thao tác cơng nghệ hồn chỉnh trong quá trình công nghệ mà robot đảm nhận như đầu hàn hồ quang tự động, đầu phun sơn, phun men

Nếu như robot được sừ dụng ngày càng nhiêu trong các công việc thay thế cho con người thì việc giả lập kiểu bàn tay con người với khả năng cầm name, cảm nhận và thao tác vật thể vẫn còn là những khó khăn đối với người thiết kế bộ phận tay gắp Những nhà thiết kế Mỹ và Nhật đang tiến hành nghiên cứu bộ phận công tác với ba ngón có thể kẹp vật thể với hình dạng bất kỳ và lực kẹp thay đổi tuỳ theo tính chất của vật liệu kẹp

Bộ phận công tác sử dụng trong các tế bào sản xuất sẽ phải đáp ứng năm tính chất sau đây:

1 Bộ phận công tác phải có khả năng kẹp, nâng và thả chi tiết hay một nhóm chỉ tiết cần gia công, xử lý trong quá trình sản xuất

2 Phải cảm nhận được sự hiện diện của chỉ tiết trong tay gắp, hoặc dùng

cảm biến gắn vào cánh tay máy hoặc nơi nào đó trong tế bào sản

xuất

3 trọng lượng bộ phận công tác phải giữ ở mức nhỏ nhất để tính vào với trọng lượng chi tiết để quyết định trọng tải tối đa

4 Chỉ tiết trong tay gắp phải đảm bảo chịu được vận tốc tối đa và trường hợp mất năng lượng cung cấp cho tay gắp chi tiết vẫn được giữ trên tay sắp

5 Tay gắp cần có cấu tạo đơn giản và nên là một dụng cụ đã được thử

nghiệm đạt độ tin cậy cao trước khi sử dụng

II- Tay gắp chuẩn:

17 Tay gắp chuẩn là bộ phận công tác phổ biến nhất, thường được chia ra thành hai loại dựa theo hai chuyển động kẹp khác nhau: song song va xoay một goc Trong nhiều trường hợp người ta mua những tay gắp chuẩn này sau đó gắn thêm những đĩa hoặc những bộ điều chỉnh thích hợp cho công việc riêng 18 Khi Robot làm việc, tác gắp sẽ thực hiện những động tác kẹp, di chuyển và

nhả đối tượng thao tác ra ớ một vị trí nào đó Các tay gắp được điều khiển

Trang 23

nhờ các lệnh trong chương trình từ bộ điều khiển Theo chương trình được lập từ trước, bộ điều khiển sẽ cung cấp tín hiệu tác động váo các nguồn dẫn

động để tạo ra các tác động kẹp, nhả

19 Tay gắp thường kẹp, sẽ mở ra khi nguồn dẫn động tác động và tự phục hổi nhờ lò xo khi ngắt nguồn

20 Tay gắp thường mở, sẽ kẹp giữ sản phẩm khi nguồn dẫn động tác động và tự phục hồi nhờ lo xo khi ngắt nguồn

21 Tay gắp có nguồn dẫn động tác động hai chiểu: mở ra và kẹp lại chỉ khi có tín hiệu tác động Với kiểu này, cần lưu ý là tay gắp phải được thiết kế sao cho vẫn giữ được chỉ tiết khi mất nguồn năng lượng

II — Phân loại tay gấp:

22 Tay gầp hoặc bộ phận công tác được trang bị trên khâu tác động cuối của tay

máy có thể phân loại theo các yếu tố dưới đây: 23 Theo nguồn dẫn động cho tay gắp, có các loại:

+ Tay gắp sử dụng động cơ điện

+ Tay gắp sử dụng khí nén

+ Tay gắp sử dụng thủy lực + Tay gắp sử dụng chân không + Tay gắp sử dụng nam châm

+#+ Trong để tài này em sử dụng tay gắp dùng nguồn khi nén(dang song song)

24 Tay gắp dùng nguồn khí nén thông thường được sử dụng trong các ứng dụng nhả và kẹp nhanh, lực kẹp khơng lớn

IV/ Tính tốn:

25 Vật được nậng có bề mặt ngoài đạt độ cứng cần thiết nào đó để có thể lợi

dụng trọng lượng của vật nậng tạo ra lực giữ vật bằng ma sát

Trang 25

Chương III : THIẾT KẾ KẾT CẤU 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 cố định Đế và thân tay máy được làm riêng lẽ để dễ dàng tháo lắp - Phan đế có hình dạng và kích thước như hình sau: Hình:

2 - Phần thân tay máy bao gồm hai thanh trụ có thể tháo lắp dễ dàng,

- Phần thứ nhất có hình dạng và kích thước như hình sau:

Trang 26

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot LŨ ¿ A —th— th Tr co ees 1 vite | | | EH 5 l l | | =| =| {I | MỊ =) II l l | Alo 9a | $ | h H | L A tf 6 kA 2|p #5 #114 ~~ “ ` — \\ — Ø182 t có SỈ.) = \ N we Hinh:

3_ - Phần thân thứ hai là một thanh trụ đặc được tiện rỗng hai đâu với kích

Trang 28

6_ Cánh tay1 là một khối nhôm đặc có thể chuyển động nhẹ nhàng quanh trục Ì với một góc #1 nhờ động cơ bươcI, với kích thước và hình dạng như hình | sau: | Hinh: ‹ iilqš — +! bmư ert i— 1 <> hlods OH gis 305

7 - Trên cánh tay 1 dudc khoan mét lỗ đường kính 42 dùng để đặt ổ bi và trục

2 giúp cho trục 2 có thể chuyển động nhẹ nhàng và chắc chắn

Trang 29

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot 30 80 $21 đớn Xe

8_ Cánh tay 2 cũng là một khối nhôm đặc chuyển động quanh trục 2 với một

Trang 30

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 3 chuyển động lên xuống theo phương Z ta có thể điều chỉnh được độ cao của tay gấp để có thể

gấp sản phẩm một cách dễ dàng

Trang 33

Chương IV : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

I: CHON DONG CG DIEN VA PHAN PHOITY SO TRUYEN

I.1/ Chọn công suất động cơ:

Động cơ điện phải được lựa chọn sao cho có thể lợi dụng được tồn bộ cơng suất

của động c Khi làm việc nó phải thoả mắn 3 điều kiện sau đây: 29 Động cơ không được phát nóng quá nhiệt độ cho phép 30 Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn

31.Có moment mở máy đủ lớn để thắng moment cần ban đầu của phụ tải khi mới khởi động thường thì chọn động cơ theo điều kiện nhệt độ rồi kiểm tra theo điều kiện quá tải và momenr mở máy

Công suất định mức của động cơ được tính theo công thức sau:

Pon >= mat? > >=12,5W

7

Trong đó:

Pạ„ : công suất định mức của động cơ (W)

P„ : công sức làm việc của động cơ (W)

„ : hiệu suất truyền động

n i minomana .là tích số các hiệu suất của bộ truyền và các cặp ổ trong thiết bị Trường hợp chọn công suất của động cơ làm việc với phụ tải không đổi ta không cần

kiểm tra điều kiện quá tải mà chỉ cân kiểm tra moment mở máy của động cở có thắng - được moment cản ban đầu củaphụ tải hay không Mn 9550 Pat = Trong đó: Ma : tính bằngNm n: số vòng quay của động cơ Pạ, : tính bằng W

Điều kiện để chọn động cơ là Pdm>= Pat

Kiểm tra động cơ theo điều kiện quá tải:

Page 26

Trang 34

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Mop >= Mrnaxat Trong đó:

M.p: Moment cho phép của động cơ Đối với động cơ không động bộ có moment cực đạiM„„„ thì lấy Mu; = 0,81 M„ax

Đối với động cơ một chiều kích từ song song Mụ; = (2 2,5) Mam Đối với kích từ nối tiếp Mu; = (2,523)Mam 12- Tỉ số truyền chung: Ny 20 lụ= = = ny, 20 Lon = ight

Ia: Ti s6 truyén cia bé truyén dai

I„: Tỷ số truyền của bánh răng trụ thẳng

Chọn trước 1ạ= Ì

inh = “ =-=1

Đề tạo điều kiện bôi trơn các bộ truyển bánh răng trong hộp giảm tốc bằng phương

pháp ngâm dau ta chon: Ip =1,3-im

I, = 1

> i, = 1,3-in = 1,3

L3⁄ Tĩnh toán bộ truyền đai:

13.1/ Chon loại đai: Theo bằng (2-13)

Giả thuyết vận tốc đai v>0.2(m/) có thể dùng loại Đai O

Số vòng quay trong một phút của trục dẫn n1 = 20 vòng/ phút Số vòng quay trong một phút của trục bị dẫn n2 = 20 vòng/phút

Tiết diện đai:O

Kích thước tiết diện đai axhứnm): 10x6 (bảng 5 — 11)

Diện tích tiết diện Fơnm') : 47

L3.2/- Định đường kính 2 bánh dat:

D, = D> = 30(mm)

Trang 35

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot +? : A nw Kiểm nghiệm lại vận tốc đai — z20.D, _ 3,14.20.30 60.1000 60.1000 V<V„a„ = 0.2(m/s) L3.3⁄4 Chọn sơ bộ khoảng cách trục Ả: = 0.0314(m/s) A= D,=80mm 13.4/- Tinh chiéu dai Dai L theo khodng cach truc A: — 2 _ 2 L= 2.4 +5 (D, "` — = 2.80 +214 (30 +30) + 0 = 254 Lay L theo tiéu chuan bang(5-12) L = 255mm Kiểm nghiệm số vòng chạy Đai trong một giây U = V/L =0.0314/0.255 = 0.lvòng/s Đều nhỏ hơn U„;„ = 0.2

13.5- Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài Đai đã lấy theo bảng chuẩn: A= 2.L—-2(D,+D,)+ NT ~n(D, + D,)}’ -8(D, - D,)’ _ 90 8 Khoảng cách nhỏ nhất cần thiết để mắc đai Amin = A — 0,015.L = 80 — 0,015.255=76.175mm Khoảng cách lớn nhất, cần thiết để tạo lực căng Amax = A + 0,03.L = 80 + 0,03.255 = 87.65mm f- Tinh géc 6m: a =180° _P2= A Pi 579 = 1g9 - 22 =P 57 = 180° 260 13.6- Xác định số đai Z cần thiết:

chọn ứng suất căng ban đầu o, =1,2N/m’ va theotri số D; tra bảng (5-17) tìm

được ứng suất cho phép//ơ,/ạ Ñ/mm” Các hệ số /ơ,/ạ= 1,65

Trang 36

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot C, (bang 5-6) : C, = 0,6 Ca (bang 5-18): C& = 0,89 C, (bang 5-19) : Cy = 1,04 Số đai được tính theo công thức : 1000 _ 1000.2 _ V[ơ, lạ.C,C„C,t (Yạ TV 5,984.1,65.0,6.0,89.1,04.47 ZÍ ? Lấy số đai Z=8

Trang 37

Chương V : TÍNH TỐN ĐIỀU KIỆN BỀN CHO TAY MÁY

I— Xác định moment nh cho cánh máy I:

- Tay may 1a 1 dim công xon tiết diện chữ nhật bxh (3,5cm x 5,0cm)

- trong luc P 6 đây chủ yếu là trọng lượng của cánh tay máy thứ 2 và tay gấp:

- _ Chúng ta sẽ khảo sát những đặc trưng hình học chính của mặt cắt ngang có liên quan đến việc chịu lực của cánh tay Ì

Moment tĩnh của diện tích F lấy đối với điểm O: So= raf ¡ | : 4Yo F: dtich | tụ «4 | | y ( ⁄ 0 | Ve —€ Xo Xo dF | r | 0 X, X x

Thực hiện chiếu vecto này lên 2 trục tọa độ

Sy= [x# : Moment tĩnh của thiết diện lấy đối với trục y

BE

Trang 38

Sy= [ydf ; : Moment nh của thiết diện lấy đối với trục x

- S,, Sy — lần lượt là moment tĩnh của diện tích mặt cắt ngang đối với trục x,y

-_ Thứ nguyên của S„, S„ là (chiều dài)”: đơn vị cmỶ, mmÏ

- _ Vì x, y có thể âm hoặc dương nên moment tinh co thể có trị số âm hoặc dương

- Khi moment tĩnh của diện tích E đối với trục nào bằng không thì trục đó được

gọi là trục trụng tâm

- _ Giao điểm của 2 trục trung tâm gọi là trọng tâm của moment cắt

-_ Gọi x, và y, là tọa độ trọng tâm của hình Sử dụng thuật tóan như với moment các lực, ta có thể áp dụng định lyvé moment hợp lực và có: S,=Fy ; Sy = Fx, Với F - diện tích của mặt cắt ngang > F=bxh=3,5x5.0= 16,5 cm > S, = 16,5 x 1,75 = 29cm” > S, = 16,5 x 2,5 = 41,25 cm’ * TUONG TU DOI VOi TRUC : - _ Diện tích mặt cắt ngang: F= zRỶ=3,14x 10? = 314cm” - - Vị trí trọng tâm : x„ = 10; yc = 10 > S,=314x 10 =3140cm’ > S, =314x 10=3140cm*

IV TINH TOAN DIEU KIEN BEN CUA TRUC VA CANH TAY

* V3 cánh tay môt chỉ chịu trọng lực P là cánh tay 2 và tay sắp nên cánh tay 1

chỉ 1 lực là lực uốn:

Trang 39

- _ Một thanh chịu uốn là thanh có trục bị uốn cong dưới tác dụng của ngoại lực Những thanh chịu uốn name ngang còn gọi là dầm

- _ Một thanh được gọi là uốn thuân tuý khi trên mặt cắt ngang của thanh chỉ có 1 thành phần moment uốn name trong mặt phẳng quán tính chính trung tâm

- - Từ đó suy ra để tính điều kiện bển của thanh ta dựa vào công thức sau: A/ dầm bằng vật liệu dẻo: Có [ø k=[ø ]„= Lø] Max|ø4<= [ø ] œ_ „— ứng suất pháp theo phương z B/ Dầm bằng vật liệu dòn: [Z]x # [Zl› | Ø mi <= lo In Ở max <= [o]k Chú ý:

- Mặt cắt xét điểu kiện bền là mặt cat cé | M| max

- W, càng lớn thì điều kiện bền càng thỏa Do đó moment chống uốn biểu thị ảnh hướng của hình dáng và kích thước của mặt cắt ngang, đối với độ bển của dầm khi uốn - _ Cánh tay 1 và trục làm bằng vật liệu nhôm và sắt tuy cứng nhưng có tính dẽo không dòn * Thiết lập công thức tính ứng suất trên mặt cắt ngang:

- - Về biến dạng: Xét I đoạn thanh dz, được cắt bởi 2 mặt cắt 1-1 và 2-2 Sau biến dạng chúng hợp với nhau một góc dø, Chiểu dài lớp trung hòa vẫn là dz Gọi ø là bán kính cong của thớ trung hoà tacó:

Dz= pd@

Biến dạng dài của một thớ IJ nào đó cách thơ trung hòa một khoảng là y là:

Trang 40

Thiết kế Tay Máy SCARA Khoa : Cơ Khí Tự Động-RoBot Vì trước và sau biến dạng, các góc vuông của phân tố được bảo tồn nên khơng có ứng suất tIẾp: 7, =7„ = =0 Ngoài ra trong quá trình biến dạng các thớ dọc không ép và đẩy lên nhau dp đó Ø,=øơ,=0

Vậy trong mặt cắt ngang chỉ tổn tại thành phân ứng suất pháp ơ, và trạng thái ứng suất của phân tố trên là trạng thái ứng suất đơn

Do đó định luật Hooke được viết

o, =Ee,(2)

Trong đó: z, - biến dạng tương đối theo phương Z ơ,_ - ứng suất pháp theo phương z

E — modun dan hồi khi kéo hoặc nén

Từ (1) và (2) cho ta : ơ, = a =Ky (3)

Vậy ứng suất ơ, tỉ lệ bậc nhất theo khoảng cách tới thớ trung hòa - _ Liên hệ giữa ứng suất và nội lực

Lấy diện tích vi phân dF quanh 1 ta có:

N;= Íø,dF =0 (Vì khơng cólực dọc)

Ễ

Vậy “ moment tĩnh của F đối với trục trung hòa bằng không hay nói khác đi, trục trung hòa đi qua trọng tâm mặt cắt”

M,= [xơ.4F =0 ;

(Vì y là trục đối xứng; phân bố nội lực ơ, dF gây ra moment quanh trục y sẽ bị triệt

Định dạng
Số trang	129
Dung lượng	3,65 MB