Đề xuất dự án và thực hiện tính toán thiết kế mô hình robot ứng dụng trong hàn hồ quang

Đề xuất dự án và thực hiện tính toán thiết kế mô hình robot ứng dụng trong hàn hồ quang

TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền LỜI NĨI ĐẦU Tính tốn thiết kế robot – ME4281 học phần bắt buộc chương trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử trường Đại học Bách khoa Hà Nội Với mơn học này, sinh viên hệ thống hóa lại kiến thức thân, bao gồm nhiều môn học: Robotics, Chi tiết máy, Vẽ kỹ thuật, Lý thuyết điều khiển tự động,… Từ biết cách vận dụng kiến thức biết để thực đề tài thực tế, tính tốn thiết kế cấu hình robot đáp ứng u cầu cụ Thơng qua việc học mơn học này, sinh viên học sử dụng phần mềm thiết kế 3D, kiểm nghiệm sức bền, điều khiển như: SolidWorks, Matlab,… Ở tiểu luận này, với đề tài Đề xuất dự án thực tính tốn thiết kế mơ hình robot ứng dụng hàn hồ quang Robot hàn hồ quang ứng dụng điển hình robot cơng nghiệp, với mục đích nâng cao suất lao động, đồng thời robot làm việc mơi trường khó khăn-độc hại… Nhận thấy vai trò quan trọng robot hàn hồ quang, chúng em tiến hành tìm hiểu, phân tích lựa chọn kết cấu, từ tiến hành tính tốn, thiết kế 3D, xây dựng hệ thống điều khiển cho robot Tuy làm việc với suất cao, tiểu luận khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, phê bình từ phía thầy bạn để chúng em sửa chữa, khắc phục tiểu luận hoàn thiện Cuối cùng, chúng em xin trân thành cảm ơn bảo tận tình thầy Bộ mơn Cơ học ứng dụng, đặc biệt hướng dẫn thầy Phan Bùi Khôi thầy Nguyễn Văn Quyền giúp chúng em nhiều việc thực đề tài Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền NỘI DUNG THỰC HIỆN Đề xuất dự án thực tính tốn thiết kế mơ hình robot ứng dụng hàn hồ quang Phân tích lựa chọn cấu trúc 1.1 Phân tích mục đích ứng dụng robot 1.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác a Đối tượng thao tác, dạng thao tác b Phân tích yêu cầu vị trí c Yêu cầu hướng khâu thao tác d Yêu cầu vận tốc, gia tốc thao tác e Yêu cầu không gian thao tác 1.3 Xác định đặc trưng kỹ thuật a Số bậc tự cần thiết b Vùng làm việc với tới robot c Yêu cầu tải trọng 1.4 Các phương án thiết kế cấu trúc robot, cấu trúc khâu khớp, phân tích lựa chọn phương án thực 1.5 Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng hệ thống thao tác Thiết kế 3D mơ hình robot 2.1 Thiết kế 3D 2.2 Lập vẽ 2D 2.3 Lập hồ sơ kỹ thuật 2.4 Xác định thơng số đặc trưng hình học-khối lượng Thiết kế quỹ đạo chuyển động 3.1 Khảo sát động học thuận, khảo sát động học ngược 3.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động robot theo mục đích ứng dụng Phân tích trạng thái (tĩnh) u cầu lực/momen động lớn TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền Tính tốn động lực học 5.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động robot phương pháp học 5.2 Tính động lực học ngược theo quy luật chuyển động khảo sát câu 3.c Thiết kế hệ dẫn động robot 6.1 Thiết kế hệ dẫn động (cho khớp) 6.2 Chọn động phù hợp 6.3 Tính chọn hộp giảm tốc 6.4 Thiết kế 3D kiểm nghiệm bền khâu robot Thiết kế hệ thống điều khiển 7.1 Chọn luật điều khiển phù hợp, thiết kế mô hình điều khiển 7.2 Mơ Matlab Hiệu chỉnh thiết kế TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền PHÂN CHIA CÔNG VIỆC STT − − − − − − − Nhiệm vụ Thiết kế mơ hình 3D Thiết kế hệ dẫn động Thiết kế hệ thống điều khiển Phân tích lựa chọn kết cấu Thiết kế quỹ đạo chuyển động Phân tích trạng thái tĩnh Tính tốn động lực học Đánh giá 100% 100% TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền MỤC LỤC TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC 1.1 Phân tích mục đích ứng dụng robot Robot hàn hồ quang có nhiều ứng dụng lĩnh vực đời sống, ngành cơng nghiệp Việc hàn robot đạt độ xác suất cao Khi lập trình hợp lý, robot hàn tạo mối hàn giống vật hàn kích thước quy cách Hơn nữa, chuyển động mỏ hàn tự động hóa giảm nguy mắc lỗi thao tác, giảm phế phẩm khối lượng cơng việc phải làm lại Q trình hàn tự động hóa giúp người tránh khỏi tác hại hàn tiếp xúc với xạ hồ quang, vẩy hàn nóng chảy khí độc Ống chi tiết thông dụng công nghiệp, mối ghép ống chủ yếu dùng phương pháp hàn Ở tiểu luận này, nhóm tiến hành tính tốn thiết kế robot với nhiệm vụ hàn hai ống thẳng kích thước với Có thể kể đến vài ứng dụng robot hàn ống hàn ống dẫn nước, ống dẫn khí, ống dẫn dầu; hàn hệ thống khung đỡ, lan can… Dưới hình ảnh minh họa kết làm việc robot: Hình 1.1 Minh họa kết làm việc robot TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền 1.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác Với kỹ thuật hàn hồ quang tay: a, Kỹ thuật hàn ống Hàn ống kỹ thuật hàn khó, yêu cầu chất lượng mối hàn khắt khe so với kỹ thuật hàn khác Mối hàn phải đạt độ ngấu cao, khơng có khuyết tật hồ quang không chảy rỉ vào bên ống Thường sử dụng loại que hàn có lớp thuốc bọc kiểu cellulose, đường kính nhỏ 4mm Đường hàn đáy nên hàn theo hướng từ xuống Đường hàn lót cần sử dụng dòng điện lớn để nung chảy khuyết tật đường hàn đáy Dao động ngang nên dùng kiểu đường thẳng, cưa, bán nguyệt Hình 1.2 Góc độ que hàn đáy có lớp lót Hàn ống có yêu cầu hướng thao tác, mỏ hàn phải tạo với đường cong góc xác định, khoảng 60o TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền Trong trình hàn, đầu mỏ hàn thực chuyển động đồng thời, theo dạng đây: Hình 1.3 Chuyển động đầu mỏ hàn Như vậy, hàn ống đẩu mỏ hàn vừa thực chuyển động theo biên dạng đường hàn, vừa thực chuyển động lắc lư (kiểu chữ C Hình 1.4) để mối hàn chắn Hình 1.4 Mơ tả dao động ngang đầu mỏ hàn b, Vật liệu thiết bị TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền Chuẩn bị mẫu ống để hàn, cắt tạo hình theo kích thước cho trước Que hàn: que hàn có đường kính phù hợp với liên kết hàn, sấy bảo quản theo 3000 1500 quy trình định Sấy tủ sấy nhiệt độ giờ, bảo quản nhiệt độ , q trình hàn bảo quản phích sấy di động sử dụng vòng Hàn lót: E7016 Ø2,4mm+ Hàn lớp trung gian, lớp phủ E7016 Ø3,2mm Nguồn hàn: máy hàn DC Dụng cụ làm việc: búa gõ xỉ, bàn chải sắt, máy mài… Dụng cụ bảo hộ: đồ bảo hộ, yếm da, găng tay da… c, Các bước thực hàn ống Bước 1: Chuẩn bị phơi hàn Hình 1.5 Đặc điểm mối ghép tiêu chuẩn Vệ sinh: mài bề mặt góc vát, mép cùn Mài bề mặt mẫu hàn (tính từ mép 30-40 mm) Chuẩn bị máy hàn TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền Kiểm tra lại tồn hệ thống máy hàn bao gồm mỏ hàn, khí, điện áp để chuẩn bị hàn Nên hàn thử phơi hỏng để điều chỉnh dòng điện hàn cho hợp lý Thường với ống sắt dày dòng điện khoảng 100-150 V hợp lý Có thể nhỏ to tùy kích thước ống, dòng điện tùy thuộc vào phương pháp hàn vật liệu hàn Nếu ống lớn khoảng cách đoạn ống cần hàn lớn Do ta phải dùng que hàn bủ loại lớn (từ 4-5 mm), dòng điện hàn phải lớn để làm chảy que hàn bù cách đặn Bước 2: Hàn đính Đặt ống lên bàn gá, hướng mép vát lên trên, dùng khe hở lõi que hàn uốn cong hình chữ U, đặt tiếp ống lại lên trên, mép vát ghép lại với thành rãnh hàn Bảo đảm độ lệch mép hai ống tối đa 1,6mm Hàn mối hàn đính đối xứng qua tâm ống có chiều dài từ 10 - 15mm Mối hàn đính phải có độ ngấu tốt vào chân thấu vào mối ghép 1,6mm Có thể di chuyển đệm khe hở thích hợp để hàn đính khơng bị co lệch khe hở Mối 900 hàn đính thứ ba thứ tư vng góc từ mối hàn đính hai Mài mối hàn đính Đòi hỏi mài tốt yêu cầu kỹ thuật, mối hàn đạt chất lượng độ ngấu Hình 1.6a u cầu hàn đính Có thể làm đồ gá ray chữ nhật, làm theo kích cỡ ống cho bóp sát lấy thân ống Sau đặt đoạn ống vào ray, để khoảng cách hợp lý tầm 2mm ống Sau tra que bù vào đính mối hàn Mối đính mối lần hàn Các mối đính phải đối diện 10 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền Hệ phương trình bao gồm phương trình độc lập, ma trận K v, Kp ma trận đường chéo, phương trình viết riêng cho khớp: & & e& i +k v e i + k p ei = i i Theo lí thuyết dao động kĩ thuật, nhìn vào phương trình ta nhận xét phương trình dao động tự có cản, ứng xử hệ thống phụ thuộc vào hệ số kvi kpi Trong mục tiêu đưa đáp ứng hệ sát với giá trị mong muốn tốt, khoảng thời gian đạt đáp ứng nhanh tốt Do đó, giá trị nghiệm hướng tới trường hợp nghiệm kép, giá trị thực, trường hợp gọi trường hợp tới hạn khi: kd = k P Từ nội dung ta xây dựng sơ đồ khối mơ hình hệ thống sau: Hình 7.1 Sơ đồ khối mơ hình hệ thống 75 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền 7.2 Thiết kế mơ hình điều khiển 7.2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển Sơ đồ hệ thống điều khiển thiết kế phần mềm Matlab & Simulink sau: Hình 7.2 Mơ hình hệ thống điều khiển Trong gồm: a Hệ thống (System) 76 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền a) Robot: Là hàm Matlab với code [Phụ lục 3] b) Hai khối tích phân: b Khối điều khiển Controller: Là hàm Matlab với code [Phụ lục 4] c Khối quỹ đạo: a) Khối hàm Matlab quỹ đạo với code [Phụ Lục 5] b) Tách quỹ đao: 77 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền 7.2.2 Kết mô phỏng: a Đồ thị đặt đáp ứng q1 với hàm đặt bậc nhất: b Đồ thị đặt đáp ứng q2 với hàm đặt hàm bậc hai: 78 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền c Đồ thị đặt đáp ứng q3 với hàm đặt hàm bậc ba: 79 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền 7.3 Mô chuyển động hàn Robot 7.3.1 Lập trình dao diện: Gồm điều khiển tay - Lựa chọn quỹ đạo điều khiển tự động Nhóm sử dụng phương pháp thiết kế quỹ đạo tốn ngược để lập trình mơ chuyển động hàn cho Robot: Giao diện gồm nút vẽ đường thằng, tròn, parabol, nửa tròn, với code [Phụ Lục 8] Kết mơ phỏng: 80 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền PHỤ LỤC [Phụ lục 1]: Code vẽ không gian làm việc m=pi/180; a1=650; a2=600; a3=150; dq1 = 10; dq2 = 10; dq3 =10; syms q1 q2 q3 for q1 = 0:5:120 for q2 = -135:dq2:135 for q3 = -135:dq3:135 x=a3*cos(m*(q1+q2+q3)) + a2*cos(m*(q1 + q2)) + a1*cos(m*q1); y=a3*sin(m*(q1+q2+q3)) + a2*sin(m*(q1 + q2)) + a1*sin(m*q1); plot(x,y,'bo'); hold on; end end end xlabel('X(mm)'); ylabel('Y(mm)'); title('Mien hoat dong robot không gian'); grid on; [Phụ lục 2]: Code thiết kế quỹ đạo theo không gian biến khớp %q2 t = pi/4:0.001:5*pi/4; cq2 = ((0.80+0.20.*cos(t)-0.15.*cos(t-pi/18)).^2+(0.20.*sin(t) +0.15.*sin(t-pi/18)).^2-0.7825)/0.78; sq21 = sqrt(1-cq2.^2); %sq22 = -sqrt(1-cq2.^2); q21 = atan2(sq21,cq2); %q22 = atan2(sq22,cq2); %figure %plot(t,q21) %hold on %plot(t,q22) %xlabel('gama'), ylabel('q2'),grid on; %q1 sal = 0.20*sin(t)+0.15*sin(t-pi/18); cal = 0.80+0.20*cos(t)-0.15*cos(t-pi/18); alpha = atan2(sal,cal); 81 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền sbe = 0.60*sq21; cbe = 0.65+0.60*cq2; beta = atan2(sbe,cbe); q1 = alpha-beta; %figure %plot(t,q1) %xlabel('gama'), ylabel('q1'),grid on; %q3 q3 = q1-q21-(t-pi/18) plot(t,q3) xlabel('gama'), ylabel('q3'),grid on; [Phụ lục 3]: Code hệ thống system function giatoc = system(in) %#codegen: % Dau vao: UV= in(1:3); QV = in(7:9); VV = in(10:12); MV = in(4:6); q1 =QV(1); q2 = QV(2); q3 = QV(3) ; dq1 = VV(1); dq2 = VV(2); dq3 = VV(3); u1 = UV(1); u2 = UV(2) ; u3 = UV(3); % Khai bao cac dai luong a1 = 0.65; a2 = 0.6; a3 = 0.15; l1 = a1/2; l2 = a2/2; l3 = a3/2; % DV : m m1 = MV(1); m2 = MV(2); m3 = MV(3); % DV kg I1z = 0.3063; I2z = 0.075; I3z = 0.0009;g = 9.81; % Khai bao cac ma tran %Ma tran khoi luong m11 = m1*(a1-l1)^2+m2*((a2-l2)^2+2*a1*a2*cos(q2)2*a1*l2*cos(q2)+a1^2)+m3*(2*a1*a2*cos(q2)+a1^2+a2^2+a3^2+l3^22*a3*l3+2*(a3-l3)*(a1*cos(q2+q3)+a2*cos(q3)))+I1z+I2z+I3z; m12 = m2*((a2-l2)^2+a1*cos(q2)*(a2-l2))+m3*(a2^2+a3^2+l3^2+(a3l3)*(a1*cos(q2+q3)-2*a2*cos(q3))+a1*a2*cos(q2)-2*a3*l3)+I2z+I3z; m13 = m3*(a3^2+l3^2+(a3-l3)*(a1*cos(q2+q3)+a2*cos(q3))2*a3*l3)+I3z; m21 = m12; m22 = m2*(a2-l2)^2+m3*(a2^2+2*a2*(a3-l3)*cos(q3)+(a3l3)^2)+I2z+I3z; m23 = m3*(a2*(a3-l3)*cos(q3)+(a3-l3)^2)+I3z; m31 = m13; m32 = m23; m33 = m3*(a3-l3)^2+I3z; 82 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền M = [m11 m12 m13; m21 m22 m23; m31 m32 m33]; %Ma tran collioris: c11 = ((-2*a1*m2*sin(q2)*(a2-l2))+(2*a1*(a3-l3)*sin(q2+q3)2*a1*a2*sin(q2)*m3))*dq2+((-2*a1*sin(q2+q3)*(a3-l3))2*sin(q3)*a2*(a3-l3))*m3*dq3; c12 = (-a1*sin(q2)*(a2-l2)*m2+(-a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)a1*a2*sin(q2))*m3)*dq2+(-a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)-2*sin(q3)*a2*(a3l3))*m3*dq3; c13 = -m3*a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)*dq2-(a3l3)*m3*(a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*dq3; c21 = (a1*sin(q2)*m2*(a2-l2)+(-a1*sin(q2+q3)*(l2a3)+a1*a2*sin(q2))*m3)*dq1+(-0.5*a1*sin(q2)*m2*(a2l2)+(0.5*a1*sin(q2+q3)*(l3-a3)0.5*a1*a2*sin(q2))*m3)*dq2+(0.5*a1*sin(q2+q3)*(l3a3)+2*sin(q3)*a2*(l3-a3))*m3*dq3; c22 = (0.5*a1*sin(q2)*(a2-l2)*m2-(0.5*a1*sin(q2+q3)*(a3l3)+0.5*a1*a2*sin(q2))*m3)*dq1-2*m3*sin(q3)*a2*(a3-l3)*dq3; c23 = 0.5*m3*a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)*dq1-m3*sin(q3)*a2*(a3-l3)*dq3; c31 = (a1*sin(q2+q3)+sin(q3)*a2)*m3*(a3l3)*dq1+(0.5*a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*(a3l3)*m3*dq2+(0.5*a1*sin(q2+q3)-0.5*sin(q3)*a2)*(a3-l3)*m3*dq3; c32 = (0.5*a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*(a3-l3)*m3*dq1+a2*sin(q3)*(a3l3)*m3*dq2-0.5*a2*sin(q3)*(a3-l3)*m3*dq3; c33 = 0.5*(a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*(a3l3)*m3*dq1+0.5*a2*sin(q3)*(a3-l3)*m3*dq2; C = [c11 c12 c13; c21 c22 c23; c31 c32 c33]; %Ma tran G: g1 = g*m1*a1*cos(q1)/2+g*(2*a1*cos(q1)+a2*cos(q1+q2))*m2/2+g*(2*a1*cos(q 1)+a3*cos(q1+q2+q3)+2*a2*cos(q1+q2))*m3/2; g2 = g*a2*m2*cos(q1+q2)/2+g*m3*(a3*cos(q1+q2+q3)+2*a2*cos(q1+q2))*m3/2; g3 = g*a3*cos(q1+q2+q3)*m3/2; G = [g1;g2;g3]; % Dau U = [u1;u2;u3]; Qdot = [dq1;dq2;dq2]; Vdot = inv(M)*(U-G-C*Qdot); giatoc = [Vdot]; end [Phụ lục 4]: Code khối điều khiển controller function y = dieukhien(in) %#codegen: % Dau vao: 83 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền QD = in(1:3); VD = in(4:6);AD = in(7:9); Q = in(10:12); V = in(13:15); qd1 =QD(1); qd2 = QD(2); qd3 = QD(3) ; vd1 = VD(1); vd2 = VD(2); vd3 = VD(3); ad1 = AD(1); ad2 = AD(2); ad3 = AD(3);MV = in(16:18); q1 = Q(1); q2 = Q(2); q3 = Q(3); dq1 = V(1); dq2 = V(2); dq3 = V(3); qd = [qd1;qd2;qd3]; vd = [vd1;vd2;vd3]; ad = [ad1;ad2;ad3]; q = [q1;q2;q3]; v = [dq1;dq2;dq3]; % Khai bao cac dai luong a1 = 0.65; a2 = 0.6; a3 = 0.15; l1 = a1/2; l2 = a2/2; l3 = a3/2; % DV : m m1 = MV(1) ; m2 = MV(2); m3 = MV(3); % DV kg I1z = 0.3063; I2z = 0.075; I3z = 0.0009;g = 9.81; kp = diag([400 400 400]); kd = diag([40 40 40]); e = kp*(qd-q)+kd*(vd-v); Avao = ad+e; % Khai bao cac ma tran %Ma tran khoi luong m11 = m1*(a1-l1)^2+m2*((a2-l2)^2+2*a1*a2*cos(q2)2*a1*l2*cos(q2)+a1^2)+m3*(2*a1*a2*cos(q2)+a1^2+a2^2+a3^2+l3^22*a3*l3+2*(a3-l3)*(a1*cos(q2+q3)+a2*cos(q3)))+I1z+I2z+I3z; m12 = m2*((a2-l2)^2+a1*cos(q2)*(a2-l2))+m3*(a2^2+a3^2+l3^2+(a3l3)*(a1*cos(q2+q3)-2*a2*cos(q3))+a1*a2*cos(q2)-2*a3*l3)+I2z+I3z; m13 = m3*(a3^2+l3^2+(a3-l3)*(a1*cos(q2+q3)+a2*cos(q3))2*a3*l3)+I3z; m21 = m12; m22 = m2*(a2-l2)^2+m3*(a2^2+2*a2*(a3-l3)*cos(q3)+(a3l3)^2)+I2z+I3z; m23 = m3*(a2*(a3-l3)*cos(q3)+(a3-l3)^2)+I3z; m31 = m13; m32 = m23; m33 = m3*(a3-l3)^2+I3z; M = [m11 m12 m13; m21 m22 m23; m31 m32 m33]; %Ma tran collioris: c11 = ((-2*a1*m2*sin(q2)*(a2-l2))+(2*a1*(a3-l3)*sin(q2+q3)2*a1*a2*sin(q2)*m3))*dq2+((-2*a1*sin(q2+q3)*(a3-l3))2*sin(q3)*a2*(a3-l3))*m3*dq3; c12 = (-a1*sin(q2)*(a2-l2)*m2+(-a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)a1*a2*sin(q2))*m3)*dq2+(-a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)-2*sin(q3)*a2*(a3l3))*m3*dq3; c13 = -m3*a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)*dq2-(a3l3)*m3*(a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*dq3; c21 = (a1*sin(q2)*m2*(a2-l2)+(-a1*sin(q2+q3)*(l2a3)+a1*a2*sin(q2))*m3)*dq1+(-0.5*a1*sin(q2)*m2*(a2l2)+(0.5*a1*sin(q2+q3)*(l3-a3)84 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền 0.5*a1*a2*sin(q2))*m3)*dq2+(0.5*a1*sin(q2+q3)*(l3a3)+2*sin(q3)*a2*(l3-a3))*m3*dq3; c22 = (0.5*a1*sin(q2)*(a2-l2)*m2-(0.5*a1*sin(q2+q3)*(a3l3)+0.5*a1*a2*sin(q2))*m3)*dq1-2*m3*sin(q3)*a2*(a3-l3)*dq3; c23 = 0.5*m3*a1*sin(q2+q3)*(a3-l3)*dq1-m3*sin(q3)*a2*(a3-l3)*dq3; c31 = (a1*sin(q2+q3)+sin(q3)*a2)*m3*(a3l3)*dq1+(0.5*a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*(a3l3)*m3*dq2+(0.5*a1*sin(q2+q3)-0.5*sin(q3)*a2)*(a3-l3)*m3*dq3; c32 = (0.5*a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*(a3-l3)*m3*qd1+a2*sin(q3)*(a3l3)*m3*dq2-0.5*a2*sin(q3)*(a3-l3)*m3*dq3; c33 = 0.5*(a1*sin(q2+q3)+a2*sin(q3))*(a3l3)*m3*dq1+0.5*a2*sin(q3)*(a3-l3)*m3*dq2; C = [c11 c12 c13; c21 c22 c23; c31 c32 c33]; %Ma tran G: g1 = g*m1*a1*cos(q1)/2+g*(2*a1*cos(q1)+a2*cos(q1+q2))*m2/2+g*(2*a1*cos(q 1)+a3*cos(q1+q2+q3)+2*a2*cos(q1+q2))*m3/2; g2 = g*a2*m2*cos(q1+q2)/2+g*m3*(a3*cos(q1+q2+q3)+2*a2*cos(q1+q2))*m3/2; g3 = g*a3*cos(q1+q2+q3)*m3/2; G = [g1;g2;g3]; % Dau Uvao = M*Avao +C*v+G; y = [Uvao]; end [Phụ lục 5]: Code quỹ đạo đặt function y = quy_dao(t) %#codegen m = pi/180; qd1 = (30+t)*m; qd2 = m*(20+30*t^2); qd3 = (30+10*t^2+30*t^3)*m; vd1 = 2*m; vd2 = 60*m*t; vd3 = (90*t^2+20*t)*m; ad1 = 0; ad2 = 60*m; ad3 = (20+180*t)*m; daura = [qd1;qd2;qd3;vd1;vd2;vd3;ad1;ad2;ad3]; y = daura; end [Phụ lục 6]: Code vẽ đường tròn giao diện 85 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền clc ModelName = 'Assem1'; global var; xI = get(handles.slider12,'value'); set(handles.edit11,'string',num2str(xI)); yI = get(handles.slider15,'value'); set(handles.edit13,'string',num2str(yI)); R = get(handles.slider16,'value'); set(handles.edit14,'string',num2str(R)); s0 = 15; s1 =0; s2 = -30; s3 = 10; a1 = 650; a2 = 600; a3 = 150; pause on; for t = 0:0.02:1 deta = s0 + s1*t+s2*t^2 + s3*t^3; phi = 45+10*t; px = xI + R*sin(deta); py = yI + R*cos(deta); A = px - a3*cosd(phi); B = py - a3*sind(phi); Ctheta2 = (A^2+B^2-a1^2-a2^2)/(2*a1*a2); Stheta2 = sqrt(1-(Ctheta2)^2); theta2 = atan2d(Stheta2,Ctheta2); C = a1+a2*cosd(theta2);D = a2*sind(theta2); Stheta1 = (-A*D+B*C)/(C^2+D^2); Ctheta1 = (A*C+B*D)/(C^2+D^2); theta1 = atan2d(Stheta1,Ctheta1); theta3 = phi - theta2-theta1; theta11 = 67.5-theta1; theta22 = theta2 + 67.5; theta33 = -67.5 - theta3; pause(0.5); set_param(var,'SimulationCommand','Continue'); guidata(hObject,handles); set(handles.teta1,'string',theta1); set(handles.edit4,'string',num2str(px)); set_param([ModelName '/Slider Gain'],'Gain',num2str(theta11)) set(handles.teta2,'string',theta2); set(handles.edit5,'string',num2str(py)); set_param([ModelName '/Slider Gain1'],'Gain',num2str(theta22)) set(handles.teta3,'string',theta3); set_param([ModelName '/Slider Gain2'],'Gain',num2str(theta33)) 86 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền ri = t:0.01:(t+0.02); detai = s0 + s1*ri+s2*ri.^2 + s3*ri.^3; pxi = xI + R.*sin(detai); pyi = yI + R.*cos(detai); plot(pxi,pyi,'linewidth',2); hold on; grid on; xlabel('x[mm]');ylabel('y[mm]'); axis([-1250 1250 -1250 1250]); set_param(var,'SimulationCommand','Pause'); end set_param(var,'SimulationCommand','Continue'); 87 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khôi – Ths Nguyễn Văn Quyền KẾT LUẬN Những kết đạt qua tiểu luận này: − − − − − − − Phân tích lựa chọn cấu trúc robot Thiết kế mơ hình 3D, lập vẽ 2D cho robot Thiết kế quỹ đạo chuyển động, giải tốn động học thuận-ngược Phân tích trạng thái tĩnh, tính lực/momen khâu khớp Tính tốn động lực học, viết PTVPCĐ cho robot Thiết kế hệ dẫn động, chọn động cơ, kiểm nghiệm bền Thiết kế sơ đồ hệ thống điều khiển, mô kết làm việc 88 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng Robotics – PGs Phan Bùi Khơi Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Và nguồn internet khác… 89 ...TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền NỘI DUNG THỰC HIỆN Đề xuất dự án thực tính tốn thiết kế mơ hình robot ứng dụng hàn hồ quang Phân tích lựa... 21 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GVHD: PGs Phan Bùi Khơi – Ths Nguyễn Văn Quyền Chương 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH 3D 2.1 Mơ hình 3D robot Mơ hình 3D robot thiết kế phần mềm SolidWorks sau: Hình 2.1 Mơ hình. .. này, nhóm tiến hành tính tốn thiết kế robot với nhiệm vụ hàn hai ống thẳng kích thước với Có thể kể đến vài ứng dụng robot hàn ống hàn ống dẫn nước, ống dẫn khí, ống dẫn dầu; hàn hệ thống khung