BAO CAO DO AN CDT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ MÃ ĐỀ: VCK01-02 Thiết kế hệ truyền dẫn, điều khiển rô bốt Scara Sinh viên : Nguyễn Hồng Sơn Mã số sinh viên : 20166676 Lớp : Cử nhân - điện tử 03-K61 Người hướng dẫn : GVC.TS Nguyễn Ngọc Thành HÀ NỘI 07-2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VIỆN CƠ KHÍ SME.EDU – Mẫu 6.a rev1 Học kỳ: Năm học 2020 -2021 Bộ môn Hàn-CNKL THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN DẪN VÀ ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT SCARA MÃ HỌC PHẦN ME4228 Thời gian thực hiện: 15 tuần; Ngày giao nhiệm vụ: 12/03/2020; Mã đề: VCK01-2 Ngày hoàn thành: 03/07/2020 Họ tên: Nguyễn Hồng Sơn MSSV: 20166676 Mã lớp: ……Chữ ký sv: …… Ngày … /03/2020 Ngày 12/03/2020 ĐƠN VỊ CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên) GVC.TS NGUYỄN NGỌC THÀNH Nhiệm vụ thiết kế THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN DẪN, VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA Số liệu cho trước Kích thước, giới hạn khâu: 2.1 Khâu 1: a1 = 200 mm 2.2 Khâu 2: a2 = 350 mm 2.3 Giới hạn góc quay: 1 = [-96°,96°], 2 = [-115°,115°], 4 = [-180°,180°] 2.4 Giới hạn khoảng trượt: d3 =150 mm 2.5 Chiều dài cần cố định d4 = 100 mm Nội dung yêu cầu 3.1 Giải toán động học (thuận, ngược); động lực học robot Scara; 3.2 Xác định miền làm việc; 3.3 Mô hoạt động rô bốt không gian hoạt động; 3.4 Thiết kết kết cấu rô bốt Scara; 3.5 Vẽ tách chi tiết robot Scara 3.6 Thiết kế hệ điều khiển robot Scara Sơ đồ động học robot Scara MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1- GIỚI THIỆU RÔ BỐT SCARA; NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO 1.1- Giới thiệu rô bốt Scara 1.1.1- Cấu trúc động học kết cấu rô bốt Scara 1.1.2- Ứng dụng rô bốt Scara sản xuất công nghiệp, hoạt động dịch vụ a- Trong sản xuất công nghiệp b- Trong hoạt động dịch vụ 1.2- Nhiệm vụ giao 1.2.1- Nhiệm vụ thiết kế giao số liệu cho trước 1.2.2- Phân tích nội dung nhiệm vụ thiết kế CHƯƠNG 2- ĐỘNG HỌC; KHÔNG GIAN HOẠT ĐỘNG; ĐỘNG LỰC HỌC HỆ TRUYỀN DẪN RÔ BỐT SCARA 11 2.1- Động học rô bốt Scara bậc tự 11 2.1.1- Thiết lập hệ tọa độ rô bốt Scara 12 2.1.2- Bài toán động học thuận; ý nghĩa 14 a- Vị trí, vận tốc ga tốc điểm tác động cuối: 17 b- Vận tốc góc, gia tốc góc khâu thao tác 18 c- Hướng khâu thao tác 19 2.1.3- Bài toán động học ngược; ý nghĩa 20 2.2- Không gian hoạt động rô bốt Scara 22 2.2.1- Xác định không gian hoạt động rô bốt Scara 22 a- Các điều kiện ràng buộc thông số khâu, khớp 22 b- Xây dựng thuật tốn xác định khơng gian hoạt động 22 c- Vẽ mô không gian hoạt động rô bốt Scara 26 2.2.2- Thiết kế quỹ đạo chuyển động rô bốt 27 a- Giới thiệu sở thiết kế quỹ đạo 27 b- Thiết kế quỹ đạo robot không gian khớp 28 c- Thiết kế quỹ đạo không gian khớp 31 2.3- Động lực học rô bốt Scara bậc tự 32 2.3.1- Nội dung, mơ hình giải tốn động lực học rô bốt Scara 32 a- Nội dung tốn động lực học rơ bốt Scara 32 b- Giải tốn động lực học rơ bốt Scara 33 2.3.2- Xác định công suất truyền dẫn động 40 a- Xác định mô men xoắn lựa chọn động truyền dẫn khớp quay 40 b- Xác định lực lựa chọn động truyền dẫn khớp tịnh tiến 41 c- Xác định mô men xoắn lựa chọn động truyền dẫn khớp quay 41 d- Xác định mô men xoắn lựa chọn động truyền dẫn khớp quay 42 CHƯƠNG 3- THIẾT KẾ KẾT CẤU TRUYỀN DẪN RÔ BỐT SCARA 43 3.1- Đặt vấn đề 43 3.2- Thiết kế kết cấu lắp ghép truyền dẫn rô bốt Scara 43 3.2.1- Kết cấu lắp ghép khâu (giá trụ cố định) với cụm khớp quay 43 3.2.2- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp quay 45 3.2.3- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp tịnh tiến 46 3.2.4- Kết cấu lắp ghép khâu với cụm khớp quay (bàn tay kẹp) 48 3.2.5- Thiết kế vẽ kết cấu lắp chung rô bốt Scara 50 CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT SCARA 51 4.1- Nguyên lý, sơ đồ điều khiển rô bốt Scara 51 4.1.1- Xác định nguyên lý điều khiển (ĐK kín hay ĐK hở) 51 4.1.2- Xây dựng sơ đồ điều khiển (theo nguyên lý xác định) 52 4.2- Phương trình điều khiển động học khớp (θ1, θ2, d3, θ4) 52 4.2.1- Cơ sở điều khiển động học rô bốt Scara 52 4.2.2- Phương trình điều khiển động học khớp (θ1, θ2, d3, θ4) 53 4.3- Xây dựng thuật toán điều khiển động học khớp (θ1, θ2, d3, θ4) 54 4.3.1- Mơ tả thuật tốn 54 4.3.2- Thiết lập lưu đồ thuật toán 54 4.4- Thiết kế hệ điều khiển rô bốt Scara 56 4.4.1- Lựa chọn điều khiển, phần tử hệ điều khiển 56 4.4.2- Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển 56 CHƯƠNG 5- THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG RÔ BỐT SCARA 57 5.1- Mục đích, yêu cầu thiết kế; giới thiệu công cụ mô 57 5.1.1- Mục đích, u cầu thiết kế mơ 57 5.1.2- Giới thiệu công cụ mô 57 5.2- Thiết kế mô rô bốt Scara 58 5.2.1- Thiết kế mô phần tử rô bốt Scara 58 5.2.2- Thiết kế mô hoạt động rô bốt Scara không gian 611 5.2.3- Giao diện chương trình mơ robot Scara 62 KẾT LUẬN 64 LỜI CẢM ƠN 65 PHỤ LỤC 66 MỞ ĐẦU 1- Đặt vấn đề Robot Scara đời vào năm 1979, kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt sử dụng nhiều công việc lắp ráp Nó thực cơng việc địi hỏi độ xác cao Robot Scara ứng dụng phát triển rộng rãi toàn giới, chúng chế tạo phát triển với quy mô lớn Tuy nhiên, Việt Nam việc nghiên cứu phát triển hạn chế viện nghiên cứu trường đại học Do nhu cầu thực tế niềm say mê nghiên cứu hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Ngọc Thành giúp chúng em thực thiện đề tài “Thiết kế hệ truyền dẫn, điều khiển robot Scara bậc tự do” 2- Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích đề tài trước hết tìm hiểu làm quen với việc nghiên cứu khoa học áp dụng kiến thức học vào thực tế Trong trình nghiên cứu thực tế đề tài giúp chúng em nâng cao kiến, tiếp cận vấn đề thực tế làm tảng vững cho kỹ sư điện tử sau tốt nghiệp 3- Phạm vi nghiên cứu đề tài - Tính tốn động học, động lực học dựa sở lập trình để kiểm chứng lý thuyết xây dựng - Thiết kế hệ điều khiển rô bốt Scara sử dụng động servo động chiều để điều khiển xác vị trí rơ bốt - Mô hoạt động robot SCARA CHƯƠNG 1- GIỚI THIỆU RÔ BỐT SCARA; NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO 1.1- Giới thiệu rô bốt Scara 1.1.1- Cấu trúc động học kết cấu rô bốt Scara Rô bốt ngày ứng dụng công nghiệp Các phương pháp điều khiển đại cho rô bốt ngày ứng dụng nhiều để tăng hoạt động ổn định rô bốt Rô bốt Scara nghiên cứu từ năm 1979 tay máy lắp ráp chọn lọc Robot Scara có cấu tạo gồm khớp khớp quay cánh tay, khớp quay cổ tay khớp tinh tiến, khớp quay hoạt động nhờ động điện chiều có phản hồi vị trí tạo vịng điều khiển kín, chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng thực pittơng khí nén Do chuyển động rơ bốt Scara tương đối dễ việc điều khiển nên sử dụng nhiều cơng nghiệp Hình 1.1- Robot SCARA bậc tự hãng YAMAHA Từ SCARA viết tắt “Selective Compliance Assembly Robot Arm” để mô tả đặc điểm Vùng làm việc Scara quỹ tích hợp cung trịn việc hai cung tròn quét theo phương thẳng đứng đoạn có chiều dài h tạo lên vùng khơng gian 3D H1.2 Hình 1.2- Mơ không gian làm việc robot Scara 1.1.2- Ứng dụng rô bốt Scara sản xuất công nghiệp, hoạt động dịch vụ a- Trong sản xuất công nghiệp Ban đầu, robot Scara tạo với mục đích sử dụng công việc lắp ráp công nghiệp thực cơng việc có độ xác cao, điển hình là: - Sử dụng nhà máy lắp ráp chi tiết, hàn, gắp sản phẩm, phân loại sản phẩm, v.v Ta thấy rõ cơng việc robot Scara qua H1.3 H1.4 Hình 1.3- Robot Scara sử dụng lĩnh vực hàn Hình 2.4- Robot Scara sử dụng lĩnh xếp sản phẩm b- Trong hoạt động dịch vụ Với phát triển khoa học công nghệ, đây, robot Scara dụng sản xuất công nghiệp, mà chí cịn ứng dụng rộng rãi ngành dịch vụ như: - Sử dụng nghành phân loại thư tín bưu cục; - Sắp xếp hàng hóa ngành thương mại điện tử Hình 1.5- Robot Scara phân loại thư tín 1.2- Nhiệm vụ giao 1.2.1- Nhiệm vụ thiết kế giao số liệu cho trước Thiết kế hệ truyền dẫn điều khiển robot Scara, với kích thước giới hạn khâu cho đây: - Khâu 1: a1= 200 mm; - Khâu 2: a2= 350 mm; - Giới hạn góc quay: θ1 =±960; θ2 =±1150 ; θ4 =±1800 ; - Giới hạn khoảng trượt: d3= [0÷ 150] mm; - Chiều dài cần cố định d4=100 mm 1.2.2- Phân tích nội dung nhiệm vụ thiết kế - Giải toán động học (thuận ngược), động học robot Scara; - Xác định miền làm việc; mô hoạt động robot không gian hoạt động; - Thiết kế kết cấu robot Scara; - Thiết kế hệ điều khiển robot Scara; - Thiết kế mô số chi tiết robot 10 ... Cardan góc biểu diễn hướng tâm bàn kẹp hệ quy chiếu Từ ban đầu trùng với hệ quy chiếu, thực phép quay liên tiếp quanh trục hệ tọa độ động, ứng với góc cardan, nhận đước góc ,