Thiết kế hệ thống dẫn động cho robot dọn rác dưới cống ngầm

Trình bày tổng quan về robot dọn rác dưới cống ngầm. Động học và động lực robot dọn rác dưới cống ngầm. Tính toán thiết kế robot rác dưới cống ngầm Trình bày tổng quan về robot dọn rác dưới cống ngầm. Động học và động lực robot dọn rác dưới cống ngầm. Tính toán thiết kế robot rác dưới cống ngầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ THANH HẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HÀ THANH HẢI CHUYÊN NGÀNH CHẾ TẠO ROBOT THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY KHÓA 2009-2010 Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HÀ THANH HẢI THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH ĐỖ SANH Hà Nội - 2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí, Bộ mơn Cơng nghệ chế tạo máy Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng sâu sắc đến GS.TSKH Đỗ Sanh PGS.TS Phan Bùi Khôi người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu thực đề tài Trong thời gian học tập, việc nghiên cứu luận văn hướng dẫn tận tình thầy giáo Bộ môn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nhân dịp cho gửi lời cảm ơn tới thầy, giáo tận tình giúp đỡ hướng dẫn Tuy nhiên dù có nhiều cố gắng nỗ lực thân, song luận văn tránh khỏi thiếu sót hạn chế Kính mong nhận ý kiến đóng góp bổ ích từ thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp giúp cho luận văn hoàn chỉnh để hạn chế bớt thiếu sót Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận văn Hà Thanh Hải năm 2011 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Hà Thanh Hải Nơi công tác: Luận văn: Thiết kế hệ thống dẫn động cho Robot dọn rác cống ngầm Chuyên ngành: Chế tạo máy Tôi xin cam đoan, luận văn riêng Các số liệu kết trình bày luận văn tơi phát triển, chưa cơng bố tài liệu Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận văn Hà Thanh Hải năm 2011 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………… LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………… BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ…………………………… PHẦN MỞ ĐẦU…………………………………………………………… CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM… 10 1.1 Đặc điểm hệ thống cống ngầm nguyên nhân gây tắc cống làm úng ngập thành phố Việt Nam…………………………… 10 1.2 Các loại robot kiểm tra, làm sạch, thông tắc, sửa chữa đường ống, cống ngầm giới nước ta……… 12 1.2.1 Một số loại robot kiểm tra đường ống, cống ngầm giới nước ta……………………………………… 12 1.2.2 Một số loại robot làm sạch, thông tắc, sửa chữa đường ống, cống cống ngầm giới……………………… 13 1.3 Yêu cầu thiết kế tính Robot di động làm việc hệ thống cống ngầm…………………………………… 15 1.4 Phân tích lựa chọn cấu trúc tổng thể mẫu Robot…………… 17 1.4.1 Môđun di chuyển…………………………………………… 17 1.4.2 Môđun công tác………………………………………… 18 1.4.3 Môđun điều khiển…………………………………… 19 1.4.4 Môđun quan sát…………………………………… 20 1.5 Mơ hình Robot thiết kế chế tạo……………………………… 20 CHƯƠNG II: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM 21 2.1 Động học động lực học phần xe Robot dọn rác cống ngầm……………………………………………………… 21 2.1.1 Động học phần xe Robot dọn rác cống ngầm…… 21 2.1.2 Động lực học phần xe Robot dọn rác cống ngầm… 31 2.2 Động học động lực học cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm……………………………………………………… 33 2.2.1 Động học cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm 33 2.2.2 Động lực học cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm 40 CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM……… 54 3.1 Tính tốn thiết kế mơđun di chuyển cho Robot dọn rác công ngầm……………………………………………………………… 54 3.1.1 Xác định lực kéo công suất cần thiết cho cấu di chuyển Robot…………………………………………… 54 3.1.2 Tính tốn thiết kế truyền xích cho môđun di chuyển Robot………………………………………………… 62 3.1.3 Xác định lực kéo công suất cần thiết cho cấu di chuyển Robot……………………………………………… 66 3.1.4 Tính tốn chọn ổ lăn cho mơđun di chuyển Robot… 72 3.2 Tính toán thiết kế cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm…………………………………………………… 74 3.2.1 Tính tốn khớp quay cánh tay máy Robot………… 74 3.2.2 Tính tốn thiết kế khâu cách tay máy Robot dọn rác cống ngầm……………………………………… 96 3.2.3 Tính ổn định Robot cánh tay máy làm việc di chuyển 111 3.3 Tính tốn thiết kế thiết bị ủi Robot…………………………… 120 3.3.1 Xác định lực tác dụng lên Robot ủi 120 3.3.2 Tính sức bền khung ủi thiết bị ủi…………………… 125 3.2.3 Tính ổn định Robot ủi…………………………………… 130 3.4 Các thơng số kỹ thuật Robot dọn rác cống ngầm… 132 KẾT LUẬN…………………………………………………………… 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… 135 PHỤ LỤC LUẬN VĂN TẬP BẢN VẼ ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM…………………………………………………………… 136 BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Thứ tự Nội dung hình vẽ Hình 1.1 Mặt cắt cống ngầm khu phố Hàng Tre thành phố Hà Nội Hình 1.2 Hệ thống cống ngầm thành phố Hồ Chí Minh ngày 10/10/2005 Hình 1.3 Đầu đường Điện Biên Phủ Hà Nội trận mưa sang ngày 3/7/2010 Hình 1.4 Ảnh robot khảo sát đường ống, cống ngầm giới Hình 1.5 Ảnh robot khảo sát đường ống, cống ngầm Việt Nam Hình 1.6 Ảnh Robot làm đường ống kim loại Hình 1.7 Ảnh mơ hình Robot khắc phục cố đoạn ống bị hư hại từ bên trong, Đại học California Irvine (Mỹ) Hình 1.8 Ảnh Robot vớt thu gom rác bên cống ngầm Hình 1.9 Ảnh Robot thơng tắc ống kim loại Hình 1.10 Ảnh Robot dọn rác cống ngầm Hình 1.11 Mơ hình tổng thể Robot dọn rác cống ngầm Hình 2.1 Động học thân xe Hình 2.2 Mơ hình vận tốc bánh Hình 2.3 Vận tốc bánh xe Robot Hình 2.4 Quỹ đạo chuyển động Robot Hình 2.5 Sơ đồ mơmen lực phát động Hình 2.6 Mơ hình động lực học bánh Hình 2.7 Mơ hình động lực học thân xe Robot Hình 2.8 Sơ đồ động học Hình 2.9 Hệ tọa độ theo phương pháp D – H Hình 2.10 Mơ hình động lực học hệ vị trí trọng tâm Hình 2.11 Các lực tác dụng (khơng vẽ trọng lực) Hình 3.1 Sơ đồ xác định lực cản tác dụng lên máy ủi Hình 3.2 Sơ đồ xác định lực nén bánh Hình 3.3 Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mô men kết cấu trục Hình 3.4 Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay Hình 3.5 Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay Hình 3.6 Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay Hình 3.7 Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay Hình 3.8 Sơ đồ lực tác dụng lên khớp quay nghiêng góc α Hình 3.9 Sơ đồ lực tác dụng lên cánh tay Robot vị tri tính tốn Hình 3.10 Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot Hình 3.11 Mặt cắt ngang tiết diện A-A U Hình 3.12 Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot Hình 3.13 Mặt cắt ngang tiết diện B-B U Hình 3.14 Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot Hình 3.15 Mặt cắt ngang tiết diện C-C U Hình 3.16 Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot Hình 3.17 Mặt cắt ngang tiết diện C-C U Hình 3.18 Sơ đồ tính ổn đỉnh Robot dọn rác Robot đào, tích rác Hình 3.19 Sơ đồ tính ổn định Robot di chuyển lên dốc Hình 3.20 Sơ đồ tính ổn định Robot xuống dốc Hình 3.21 Sơ đồ lực tác dụng lên Robot ủi Hình 3.22 Sơ đồ xác định trọng lương thiết bị ủi Hình 3.23 Sơ đồ lực cấu nâng thiết bị ủi Hình 3.24 Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bị ủi Robot ủi Hình 3.25 Lực tác dụng lên khung ủi thiết bị ủi Hình 3.26 Sơ đồ ổn định Robot vị trí bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt vào rác Hình 3.27 Sơ đồ tính ổn định Robot vị trí bàn ủi nâng lên cuối trình đào trước bàn ủi tích đầy rác PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn việc dùng robot thay người để thông tắc cống ngầm cần thiết Việc nhằm giải vấn đề môi trường vấn đề an toàn lao động cho người môi trường độc hại Hầu hết thành phố nước ta có mật độ dân số đông, khối lượng rác thải hệ thống cống ngầm hàng ngày lớn Vì khí hậu nhiệt đới ẩm nên lượng mưa hàng năm lớn, đặc biệt vào mùa mưa Khi cống ngầm bị tắc gây tình trạng ngập úng, dẫn đến nước bẩn rác thải ứ đọng gây vệ sinh môi trường Môi trường cống độc hại gồm nhiều loại virus, siêu vi trùng, nhiều chất hóa học ô nhiễm nặng, nên ảnh hưởng trực tiếp đến người cơng nhân dọn rác thơng cống Vì kích thước, hình dạng cống đa dạng, từ nhỏ đến lớn, nên người khó để trực tiếp chui vào cống làm việc thông tắc Trong môi trường nước bẩn người quan sát được, với camera hồng ngoại robot quan sát Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu luận văn, đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận văn đưa giải pháp ứng dụng Robot việc thông tắc cống ngầm, cho hệ thống thoát nước ngầm đô thị, thành phố Việt Nam Luận văn đưa cấu trúc tổng thể Robot, tính toán thiết kế phần Robot tập trung chủ yếu vào việc thiết kế hệ thống dẫn động cho Robot dọn rác cống ngầm Luận điểm đóng góp luận văn Đưa loại Robot dọn rác cống ngầm mới; đặc biệt hệ thống khí (hệ thống dẫn động) Robot dọn rác cống ngầm, kèm theo giải pháp thông tắc cống ngầm Robot Phương pháp nghiên cứu Đưa giải pháp thiết kế hợp lý cho loại Robot di động * Khảo sát hệ thống cống ngầm loại rác thải Khảo sát loại cống ngầm, kiểu rác gây tắc cống, trường hợp cống tắc cần thơng Các loại cống: hình dáng: thơng thường cống hình trịn, vng hình chữ nhật Về kích thước: từ đường kính 0,5 mét đến vài mét Các kiểu rác gây tắc cống: phân làm loại: rác mềm dạng dây, xơ, nilon, dây kim loại ; rác cứng gạch đá, rác bùn đất Thông thường cống tắc hỗn hợp rác gây nên * Lựa chọn, đưa mơ hình cho Robot dọn rác cống ngầm Mơi trường cống ngầm thường bẩn, gồm nhiều loại rác thải khác Vì cần thiết kế Robot có module di chuyển di chuyển dạng cống ngầm khác nhau, có module chấp hành dọn, thơng tắc nhiều loại rác, có module quan sát để quan sát mơi trường cống ngầm, đồng thời Robot phải chịu môi trường ô nhiễm cống ngầm Module di chuyển Robot di chuyển có bánh, dẫn động nhờ động chiều 24V (để đảm bảo an toàn, dùng điện xoay chiều nguy hiểm) Modun di động lái cứng, cống ngầm, đường cống chủ yếu thẳng, nên Robot khơng cần xoay chuyển hướng nhiều, tính chủ yếu module di chuyển khả bám, chống trơn trượt, bánh cần dẫn động Yêu cầu module di chuyển: phải thích nghi với nhiều loại cống có hình dạng khác nhau, địa hình cống, địa hình có đặc tính trơn trượt, chịu nước cần đảm bảo kín khít, chống gỉ Module chấp hành: gồm hai phận Một gầu xúc, để xúc ủi bùn, rác, gầu xúc có hai bậc tự do: nâng gầu, xoay gầu Hai cánh tay Robot, cánh tay có bậc tự do, dùng cho việc thơng tắc loại rác mà không ủi cách: gắp rác, cắt rác, xúc rác… 10 Yêu cầu module chấp hành: có khả dọn nhiều loại rác thải thực tế, đảm bảo chịu nước, độ an toàn cao, Khảo sát cánh tay Robot lựa chọn * Nội dung thiết kế Robot dọn rác cống ngầm - Xác định nguyên tắc hoạt động chế độ làm việc Robot thiết kế - Lập sơ đồ chung toàn Robot phận Robot - kết cấu đơn giản hóa, lực tác dụng coi tập trung phân bố theo quy luật - Xác định trị số đặc tính tải trọng tác dụng lên phận Robot - Chọn vật liệu thích hợp nhằm sử dụng tính chất đa dạng khác biệt vật liệu để nâng cao hiệu độ tin cậy làm việc Robot - Tiến hành tính tốn động học, động lực học tính tốn thiết kế nhằm định kích thước gần chi tiết Robot thỏa mãn tiêu chủ yếu khả làm việc chúng, sở kết hợp yêu cầu tiêu chuẩn hóa, lắp ghép, cơng nghệ yêu cầu kết cấu để xác định lần cuối kích thước chi tiết Robot, phận Robot toàn Robot Thiết kế chi tiết Robot tiến hành tính tốn sơ sau kiểm nghiệm lại: Phải dùng bước tính sơ để định kích thước cách gần đúng, vẽ kết cấu chi tiết Robot, tính xác trị số ứng suất tiến hành kiểm nghiệm Nếu tính tốn kiểm nghiệm cho thấy ứng suất sinh chi tiết Robot gần ứng suất cho phép, việc thiết kế coi hoàn thành Nếu ứng suất sinh nhỏ ứng suất cho phép nhiều, cần phải thay đổi kết cấu kích thước kiểm nghiệm lại phù hợp Thường tiến hành kiểm nghiệm theo hệ số an toàn, xem hệ số an tồn chi tiết Robot thiết kế có gần với hệ số an tồn cho phép khơng - Lập thuyết minh 11 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM 1.1 Đặc điểm hệ thống cống ngầm nguyên nhân gây tắc cống làm úng ngập thành phố Việt Nam Hệ thống cống ngầm thành phố Hà Nội, đô thị Việt Nam xây dựng nhiều thời điểm khác với quy hoạch, thiết kế thiếu tính đồng tổng thể: “Các tuyến cống ngầm xây dựng bổ sung chắp vá, có tổng chiều dài ngắn nhiều so với chiều dài phố, ngõ xóm Nhiều tuyến cống ngầm có độ dốc kém, bùn cặn lắng nhiều, làm môi trường bị ô nhiễm Nhiều tuyến cống ngầm lại khơng đủ tiết diện nước hay bị phá hỏng, xây dựng lấn chiếm, gây úng ngập cục Úng ngập thường xuyên xảy vào mùa mưa” Hình 1.1: Mặt cắt cống ngầm khu phố Hàng Tre thành phố Hà Nội Hình 1.2: Hệ thống cống ngầm thành phố Hồ Chí Minh ngày 10/10/2005 Mặc dù hệ thống cống ngầm tu sửa, nâng cấp hàng năm không theo kịp đà phát triển dân số nhanh Hàng ngày 6,9 triệu dân thành phố 12 Hà Nội thải 690.000 m3 nước sinh hoạt đổ hệ thống nước thải, P P lượng lớn nước thải chảy qua cống ngầm đổ sông Hệ thống cống xuống cấp lạc hậu ngày giảm tiết diện dòng chảy nước thải không đủ thời gian để chảy sông, gây ngưng đọng làm úng lụt cục làm môi trường bị ô nhiễm Trong năm gần tốc độ phát triển đô thị ngày tăng: Các cơng trình kiến trúc đẹp xây dựng nhiều, đường phố tu sửa mở rộng Nhưng trận mưa to, nước trôi bùn đất rác từ công trường thi công đổ xuống hệ thống thoát nước cống rãnh bị tắc ngẽn cống không khơi thông kịp thời làm tuyến phố bị ngập úng gây ách tắc giao thông, nước bẩn tràn bùn đất vào nhà làm vệ sinh gây bệnh tật Hình 1.3: Đầu đường Điện Biên Phủ Hà Nội trận mưa sang ngày 3/7/2010 Ảnh Khắc Hường Thới gian qua ý thức chưa cao hộ sống dọc theo hệ thống thoát nước, thường tùy tiện thải đủ loại phế phẩm như: Rác sinh hoạt, chiếu rách, túi nylon, dép, lốp xe máy hỏng, mảnh chai lọ, bàn ghế… xuống hệ thống nước, gây ách tắc dịng chảy nói chung làm tắc cống ngầm nói riêng Rác thải ứ đọng gây mỹ quan, ô nhiễm môi trường sống người dân khu vực Dù nhận thức tính chất nghiêm trọng tắc cống hệ thống cống ngầm, quan chức thành phố không khắc phục kịp thời hệ thống cống ngầm khó tiếp cận chỗ cống bị tắc Cách thức áp dụng người chui xuống đào đường khu vực bị nghi ngờ cống bị tắc, phương pháp bị động hao tiền tốn Đó chưa kể có khu vực khơng thể đào hầm nhiều lý Vậy vấn đề trở nên cấp thiết với nhà 13 khoa học Việt Nam phải nghiên cứu thiết kế loại robot dọn rác cống ngầm để khơi thơng dịng chảy để giải phóng sức lao động người, tránh cho người công nhân phải làm việc nặng nhọc môi trường ô nhiễm 1.2 Các loại robot kiểm tra, làm sạch, thông tắc, sửa chữa đường ống, cống ngầm giới nước ta 1.2.1 Một số loại robot kiểm tra đường ống, cống ngầm giới nước ta Robot dùng để kiểm tra thực trạng đường ống, cống ngầm, robot vào ngóc ngách nhỏ hệ thống ống, cống ngầm mà người vào Môđun quan sát cho ta thấy tồn khơng gian bên lịng ống từ chi tiết nhỏ đến đường kính ống chất liệu ống bê tông hay sắt thép Phát lỗi kỹ thuật xác chỗ lịng ống gặp cố: bị mịn, bị rơi bê tơng, đoạn ống bị vỡ, vết nối bị lệch… Nhờ người ta xác định xác vị trí cống ngầm gặp cố Cấu trúc tổng thể loại robot gồm môđun: môđun di chuyển, môđun quan sát, mơđun điều khiển Hình 1.4: Ảnh robot khảo sát đường ống, cống ngầm giới 14 Hai loại robot kiểm tra cống ngầm nhập cơng ty nước thị thành phố Hồ Chí Minh Robot kiểm tra hệ thống cống ngầm, nghiên cứu chế tạo Robot Triton dùng để khảo sát hệ thống cống ngầm lắp ráp thành phố Hải Phịng thành phố Bn Ma Thuột Hình 1.5: Ảnh robot khảo sát đường ống, cống ngầm Việt Nam 1.2.2 Một số loại robot làm sạch, thông tắc, sửa chữa đường ống, cống cống ngầm giới Nhiều hệ thống ống, cống ngầm người vào thao tác khắc phục cố robot di chuyển đến nơi thao tác cách dễ dàng Robot đặt vào hệ thống ống, cống ngầm, di chuyển bên ống, cống ngầm phát đoạn ống, cống ngầm có vấn đề hay cố, mơđun cơng tác robot tiến hành làm việc để khắc phục cố: Với đoạn ống thép bị hen gỉ, môđun công tác tiến hành làm sơn lại Với đoạn sung yếu hay điểm hư hại, môđun công tác tiến hành đặt miếng dán làm từ vật liệu có khả gia cố bên đường ống Với đoạn cống ngầm mà bên có nhiều rác thải trơi mặt nước mơđun công tác vớt thu gom lại tránh cho cống khỏi bị tắc 15 Với đoạn cống ngầm bị tắc đất cát, rác thải môđun công tác tiến hành cắt, dọn rác cống không bị tắc dịng chảy khơi thơng Cấu trúc tổng thể loại robot gồm môđun: môđun di chuyển, môđun quan sát, môđun công tác môđun điều khiển Hình 1.6: Ảnh Robot làm đường ống kim loại Hình 1.7: Ảnh mơ hình Robot khắc phục cố đoạn ống bị hư hại từ bên trong, Đại học California Irvine (Mỹ) Hình 1.8: Ảnh Robot vớt thu gom rác bên cống ngầm 16 Hình 1.9: Ảnh Robot thơng tắc ống kim loại Hình 1.10: Ảnh Robot dọn rác cống ngầm 1.3 Yêu cầu thiết kế tính Robot di động làm việc hệ thống cống ngầm Từ khảo sát phân tích, vào yêu cầu chức Robot dọn rác cống ngầm, tơi đưa cấu hình Robot dọn rác cống ngầm gồm: Các điều kiện kỹ thuật cống mà Robot cần đáp ứng gồm: di chuyển dễ, thích nghi địa hình loại cống, giới hạn kích thước cống (axb hình chữ nhật ≥ R R 680x650 mm , Φhình trịn ≥ 1300 mm), có tay thao tác với nhiều loại rác, ủi bùn R R đất, quan sát điều khiển dễ dàng Phải kín khít, chịu nước, chịu mơi trường khắc nghiệt Chưa đặt yêu cầu suất 17 Mục đích việc nghiên cứu thiết kế mẫu Robot di động làm việc cống ngầm đưa vào phục vụ sản xuất môi trường độc hại khơng an tồn người Cụ thể đề tài Robot sử dụng để thay cho người lao động việc thông, dọn dẹp làm hệ thống cống ngầm chính, đảm bảo lưu thơng dịng chảy tốt Robot phải làm việc mơi trường với lớp bùn dày, có khả chống chịu nước, làm việc liên tục thời gian dài môi trường sáng tối khác Mặt khác Robot phải có khả máy ủi để dọn bùn cánh tay thao tác để dọn dẹp rác thải Cấu trúc tổng thể Robot gồm môđun sau: - Môđun di chuyển: có khả chuyển động thẳng tiến, lùi, chuyển hướng bùn ướt Đồng thời có khả mang tải trọng lớn, không bị trơn trượt di chuyển điều khiển thông qua cáp kết nối theo hai chế độ tự động tay Điều khiển tự động sử dụng trình Robot thực di chuyển theo quỹ đạo định sẵn; điều khiển tay dùng để di chuyển Robot tới vị trí thao tác cơng nghệ Để nâng cao độ ổn định Robot trình di chuyển, chế độ điều khiển tay, thao tác di chuyển Robot tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải,… thực cấp tốc độ khác nhau: nhanh (F- Fast), trung bình (N- Normal) chậm (S- Slow) - Môđun công tác (Về chất cánh tay Robot bậc tự - Multi body Robot, có cấu trúc động học hở, dạng gầu xúc sử dụng cấu khâu): Phần cánh tay thực công việc thu dọn rác thải rắn, gây cản trở dịng chảy, có khả di chuyển khâu cuối (khâu thao tác công nghệ) không gian thao tác tương đối rộng so với vị trị phần thân Robot Toàn hoạt động modul công tác điều khiển từ xa với hai chế độ: tự động tay Hai chức điều khiển tương tự modul di chuyển Phần gầu xúc điều khiển khí nén, sử dụng van khí trạng thái, cho phép điều khiển gầu xúc nâng, hạ dừng vị trí trung gian theo yêu cầu điều khiển - Mơđun điều khiển: Các phận bao gồm driver cho động servo điều khiển trung tâm thiết kế lắp đặt bên Robot Robot 18 kết nối với máy tính thơng qua cáp Robot thiết kế để điều khiển máy tính tay sử dụng gamepad Dựa yêu cầu chế độ điều khiển thơng số cụ thể đặc tính động học động lực học Robot, từ tiến hành tính tốn thiết kế lập trình điều khiển cho mơđun cụ thể Sau tích hợp để tạo hệ thống mạch điều khiển chung cho tồn hoạt động Robot - Mơđun quan sát: Gồm có camera quan sát (loại thơng thường hồng ngoại – làm việc điều kiện mơi trường ánh sáng yếu), truyền tín hiệu hình ảnh đối tượng quan sát thiết bị điều khiển từ xa Đồng thời giúp cho việc điều khiển tay di chuyển Robot thuận lợi, dễ dàng, cho phép giám sát trình làm việc tự động Robot cách chặt chẽ với độ tin cậy cao Để tăng độ linh hoạt cho camera, ta sử dụng thêm hai động cơ, giúp cho camera quay theo nhiều hướng góc độ khác Theo yêu cầu đặt trên, trước tiên cần tìm hiểu số loại robot có tính tương tự có giới để đưa cách chọn lựa xây dựng cấu trúc cách phù hợp 1.4 Phân tích lựa chọn cấu trúc tổng thể mẫu Robot 1.4.1 Môđun di chuyển - Robot dạng chân: Robot di chuyển chân loại Robot có chuyển động phức tạp cách rời rạc hoá việc tiếp xúc với mặt đất theo điểm Việc chuyển động làm cho Robot có ưu địa hình phức tạp, gồ ghề không liên tục Đồng thời cách thay đổi chiều dài chân cho phù hợp với môi trường nên Robot di chuyển êm Tuy nhiên loại Robot khó điều khiển chế tạo, tốc độ di chuyển chậm khả mang tải không cao - Robot dạng bánh xe: Phần lớn mobile Robot dùng bánh xe để di chuyển bánh xe dễ điều khiển, thơng dụng có tính kinh tế Loại Robot dễ di chuyển địa hình phức tạp, tốc độ nhanh khả mang tải lớn - Robot dạng bánh xích: Loại Robot chuyển động bánh xích giống xe tăng, phù hợp di chuyển địa hình phức tạp Để đổi 19 hướng, thay đổi tốc độ quay bánh xích chuyển động Tuy nhiên chuyển động bánh xích đổi hướng xảy tượng trượt, khó điều khiển xác Một vấn đề Robot dễ làm hỏng bề mặt nền, đặc biệt chuyển hướng Mặt khác kiểu xích đắt nên khơng có lợi mặt kinh tế chế tạo loại Robot - Robot dạng chân kết hợp với bánh: Linh hoạt, dễ di chuyển nhiều địa hình phức tạp Tuy nhiên ảnh hưởng kết cấu chân nên khả mang tải không cao, khó chế tạo điều khiển Từ yêu cầu thực tiễn đặt qua phân tích trên, ta nhận thấy việc chọn kết cấu Robot địa hình dạng bánh xe phù hợp 1.4.2 Môđun công tác Môđun công tác gổm cánh tay máy thiết bị ủi: Cánh tay máy Robot Do có phần thân di động điều kiện làm việc không gian hẹp nên cánh tay thao tác khơng cần có nhiều bậc tự Theo yêu cầu thực tế nhận thấy cánh tay Robot với bậc tự đủ để đáp ứng yêu cầu Điều cần quan tâm kết cấu khớp (các khâu liên kết với khớp quay hay tịnh tiến) Với cấu trúc 4R (toàn khớp quay), tay máy tương đối linh động, khả thay đổi vị trí cơng tác nhanh, ta lựa chọn sử dụng kết cấu Cánh tay máy Robot cấu khâu đơn giản dùng để cắt rác, gắp rác, xúc rác… nên khâu cuối cánh tay thao tác có dạng gầu xúc Để cánh tay làm việc dùng động điện chiều 24 V nguồn tạo động lực chuyển động cho khớp Hệ thống dẫn động cho khớp cánh tay truyền bánh sóng (hộp giảm tốc Harmonic) làm việc êm, có tỷ số truyền cao, độ xác cao, cấu quay có qn tính nhỏ tác động nhanh hệ thống điều khiển dùng để giảm vận tốc góc tăng mơmen xoắn từ động đến khớp quay 20 Thiết bị ủi Robot Thiết bị ủi lắp môđun di chuyển Robot Robot vừa di chuyển vừa dùng thiết bị ủi cắt rác, thu gom rác mang lượng rác khỏi hệ thống cống ngầm Thực chất thiết bị ủi bàn ủi lắp với khung ủi nhanh chống xiên Nguồn động lực cung cấp cho thiết bị ủi làm việc cung cấp thủy khí Dùng thủy khí cho phép cung cấp lực lớn, tốc độ đáp ứng điều khiển tùy theo van tiết lưu, góc làm việc điều khiển nhờ sử dụng van trạng thái Tuy nhiên, dùng xy lanh thủy lực ta phải bố trí thêm bơm thủy lực có kích thước lớn lên phần thân, làm tăng kích thước Robot, điều bất lợi Trong đó, Robot thiết kế để cấp lượng điều khiển cáp nối từ bờ tới Robot, ta cung cấp thêm đường dẫn khí kèm theo dây cáp Cách bố trí cho phép nguồn cung cấp lượng cho động nguồn động lực cho xy lanh đảm bảo ổn định 1.4.3 Môđun điều khiển Trong nội dung đồ án, tập trung chủ yếu vào phần tính tốn thiết kế khí, đây, ta đề cập đến cách lựa chọn, vị trí bố trí mơđun điều khiển Robot mà thơi Do số lượng driver dây nối lớn (6 driver cho động cơ), yêu cầu bảo vệ, chống nước cho driver mạch điều khiển chính, nên có hai phương án đưa Một đặt tất driver mạch điều khiển bờ dùng dây cáp để truyền xuống điều khiển Robot Với phương án này, động driver sử dụng dây nối, dây có đường kính mm, riêng động gắn thân Robot dùng tới 12 dây, bó lại thành cáp đường kính cáp vào cỡ 35 mm, chưa kể đến dây dẫn khí dây điều khiển Kéo theo cáp theo thân Robot bất hợp lý Phương án hai đưa đặt tất driver thân Robot, từ bờ cấp xuống cần dùng sợi dây dây nguồn, dây dẫn khí dây điều khiển, kích thước cáp nhỏ đi, hợp lý Cách bố trí thuận tiện cho việc dẫn dây, lại 21 gây khó khăn việc bố trí driver thân Robot đồng thời đặt yêu cầu chống nước cao cho phần thân Robot, nhiên phần hồn tồn thiết kế đáp ứng 1.4.4 Môđun quan sát Do điều kiện làm việc cống ngầm nên điều kiện ánh sáng không tốt, để đảm bảo quan sát tốt, ta phải bố trí thêm đèn chiếu sáng, sử dụng camera có chức hồng ngoại Để đảm bảo quan sát thuận lợi, cách bố trí tốt camera đèn ln hướng vị trí Ở đây, với mục đích làm tăng độ linh hoạt camera, giúp quan sát tới nhiều vị trí được, ta thiết kế camera giá đỡ có bậc tự do, cho phép camera di chuyển lên xuống, quay 3600 P P quanh trục Z, quay góc 1200 mặt phẳng thẳng đứng Với thiết P P kế này, cho phép camera hướng tới hầu hết vị trí cần thao tác 1.5 Mơ hình Robot thiết kế chế tạo Từ việc phân tích, lựa chọn kết cấu, kết hợp khảo sát thực tế, lựa chọn thiết bị phù hợp, ta xây dựng nên mơ hình tồng thể Robot Môđun di chuyển; Môđun công tác Mơđun quan sát; Mơđun điều khiển Hình 1.11: Mơ hình tổng thể Robot dọn rác cống ngầm 22 CHƯƠNG II ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM 2.1 Động học động lực học phần xe Robot dọn rác cống ngầm 2.1.1 Động học phần xe Robot dọn rác cống ngầm Khảo sát toán động học xe Robot chuyển động mặt phẳng: Xe Robot chuyển động mặt phẳng với bốn bánh dẫn động, hai bánh bên dẫn động chung nhờ động Hình 2.1: Động học thân xe Vì tốn ta xét xe Robot chuyển động mặt phẳng Xe có khối lượng m, khối tâm Robot C, chuyển động với vận tốc v, kích thước động học a, b, c hình 2.1 Bán kính bánh xe Robot r Để khảo sát toán động học Robot ta đưa hệ qui chiếu: hệ qui chiếu Oxyz hệ qui chiếu quán tính xem hệ qui chiếu gốc, hệ qui chiếu Cxryrzr hệ qui chiếu khơng qn tính gắn với xe có gốc trùng với trọng tâm C Robot, hướng trục xr trùng với hướng trục đối xứng dọc Robot Trong hệ toạ độ quán tính điểm C có toạ độ C(x,y,z) với zC = const 23 Để xác định vị trí hướng xe mặt phẳng cần ba toạ độ suy rộng đủ q = [x y θ] (X, Y) toạ độ C θ góc quay xe so với hệ T [ Cxryrzr Vận tốc suy rộng q = x ] T y θ Trong hệ tọa độ gắn với xe, xe chuyển động với vận tốc dài v = [v x vy 0] , quay với vận tốc góc ω = [0 ω] Vì chuyển động T T mặt phẳng nên: ω = θ Để xây dựng phương trình động học cần phải đưa cách lái cho Robot Vì đây, Robot có hai bánh lái độc lập nên phối hợp hai bánh lái theo qui luật, tạo nên cách lái cho Robot Trong cách lái cách lái bánh trước bánh sau với góc lái có lợi cản trở q trình đổi hướng Robot nhỏ Theo mơ hình ta có:  x  cos θ − sin θ 0  v x  q =  y  =  sin θ cos θ 0  v y   1  θ   θ   (2.1) Hình 2.2: Mơ hình vận tốc bánh Mối liên hệ vận tốc bánh với vận tốc xe: bánh thứ i quay với vận tốc góc ω i chuyển động với vận tốc dài vi với i = 1…4, Pi điểm tiếp xúc bánh xe với mặt phẳng chuyển động Vì xảy tượng trượt bên xe đổi hướng nên vector vận tốc vi có hai thành phần: thành phần vix tiếp tuyến với bánh 24 xe (sinh chuyển động thẳng), thành phần viy vng góc với vix (sinh chuyển động đổi hướng) vix = ri.ωi= r.ωi, i = 1, 2, 3, (2.2) Với ri bán kính lăn bánh thứ i, bánh chung bán kính lăn nên ri = r; Mơ hình động học tiến hành đánh số bánh theo thứ tự từ đến 4, xét xe quĩ đạo, thời điểm xét, tâm vận tốc tức thời xe I, I thay đổi theo chuyển động xe Pi tâm bánh (với i =1…4) Khi vector bán kính bánh d i xe dC Hình 2.3: Vận tốc bánh xe Robot Trong hệ toạ độ gắn với Robot: I(xI,yI), di = [dix diy]T dC = [dx dy]T nên: P P P P v v v ix v = x = iy = y = ω − d iy − d y d ix d x (2.3) vx vy = =ω yI x I (2.4) Từ hình 2.3 có quan hệ: d1y = d2y = dy - c d3y = d4y = dy + c (2.5) 25 d1x = d4x = dx - a d2x = d3x = dx + b Với a, b, c kích thước động học xe cho hình 2.1 Kết hợp phương trình (2.3) phương trình (2.5) ta có biểu thức quan hệ vận tốc góc bánh: vL = v1x = v2x = ω1, r = ω L r vR = v3x = v4x = ω3, r = ω R r (2.6) vF = v2y = v3y vB = v1y = v4y Ở vL, ω L vận tốc vận tốc góc bánh bên trái; vR, ω R vận tốc vận tốc góc bánh bên phải; vF, vB vận tốc theo hướng vng góc xe bánh phía trước phía sau xe Thay (2.6) (2.5) vào (2.3) ta suy ra: c   v L  1  v  1 − c   v x   R =   v F  0 − x I + b   ω       v B  0 − x I + a  (2.7) Từ hai phương trình đầu (2.7) ta có: Suy ra:  ωL + ωR  v     η =  x  = r   ω   − ωL + ωR    (2.8) Từ (2.4): vy+ xI θ = (2.9) Phương trình (2.9) khơng khả tích, phương trình thể liên kết phi hơlơnơm Từ hai phương trình đầu (2.1) v y = − x sin θ + y cos θ thay vào (2.9) ta được: 26 [− sin θ [ cos θ x I ] x ] T y θ = A(q ).q = (2.10) Khi thay (2.4) vào (2.1) có:  x  cos θ x I sin θ 0 v  q =  y  =  sin θ − x I cos θ 0  x  θ  θ   0 1   (2.11) cos θ x I sin θ 0 Đặt S(q ) =  sin θ − x I cos θ 0    0 1 q = S(q ).η (2.12) Từ (2.12) (2.10) ta có: ST (q ).A T (q ) = (2.13) Do dim( η ) = < dim(S)= 3, nên phương trình (2.12) biểu diễn động học Robot Mặt khác ta thấy hệ phi holonom liên kết biểu diễn qua phương trình (2.9) phương trình liên kết phi holonom Giải toán động học thuận phần xe Robot Trong tốn động học thuận thơng số đầu vào vận tốc góc bánh: χ = [ωL [ η = vx ωR ]T Các thông số đầu vận tốc dài vận tốc góc xe: ] T θ , biết η ta tính q = [ x y z ]T theo:  x  cos θ x I sin θ 0  v x  q =  y  =  sin θ − x I cos θ 0  v y   θ   0 1  θ  (2.14) Tính η theo χ:  ωL + ωR   vx   η =   = r   ω   − ωL + ωR    (2.8) Áp dụng toán động học thuận điều khiển tay Robot: Điều khiển tay Robot điều khiển Robot thẳng, rẽ phải, rẽ trái lùi thông qua nút điều khiển tương ứng 27 Giải toán động học ngược phần xe Robot Trong toán động học ngược ta biết quĩ đạo robốt (ζ) (đường cong ζ có phương trình giải tích y = f(x) dạng số) vận tốc vx theo qui luật cho trước Hình 2.4: Quỹ đạo chuyển động Robot Tức biết v x = v x ( t )  y = f (x ) (1.15) Xét Robot từ A → B ta có tgθA =  y − yA  yB − yA  ⇒ θA = arctg B xB − xA  xB − xA  Tổng quát chia đường cong ( ζ ) thành nhiều điểm (n điểm) ta có: v xj = v xj ( t )   y j+1 − y j     θ = arctg  j x −x  j + j    v xj = v xj ( t )  ω j = (θ j+1 − θ j ) / ∆t j = 0, n j = 0, n (2.16) (2.17) 28 Như từ đầu vào (2.15) ta chuyển thành (2.17) Các phương trình động học ngược suy từ (2.8): ωLj = (1 / r )( v xj + c.ω j ) ω Rj = (1 / r )( v xj − c.ω j ) Kết toán động học ngược áp dụng lập trình tự động cho Robot bám theo quĩ đạo cho trước theo vận tốc cho trước 2.1.2 Động lực học phần xe Robot dọn rác cống ngầm Hình 2.5: Sơ đồ mơmen lực phát động Cũng phần động học việc xét mơ hình động lực học không gian Robot phức tạp khó áp dụng vào việc xây dựng điều khiển động lực Hơn địa hình thực tế vô đa dạng nên việc đưa mẫu địa hình khơng gian tính tốn thí dụ nhỏ có ý nghĩa thực tế Bởi thay việc khảo sát mơ hình động lực khơng gian ta khảo sát mơ hình Robot phẳng τ1, τ2, τ3, τ4 momen lực phát động động bánh ứng với góc ϕ1, ϕ2, ϕ3, ϕ4 Mơ hình động lực học bánh Robot hình 2.6 hình 2.7 Theo mơ hình động lực học hệ lực tác dụng vào Robot gồm có: 29 Hình 2.6: Mơ hình động lực học bánh Hình 2.7: Mơ hình động lực học thân xe Robot Lực hoạt động Fi mô men phát động τi từ động dẫn động bánh gây Lực ma sát lăn Fsi ngược chiều chuyển động Phản lực Ni mặt đường lên bánh xe Lực ma sát trượt Fli tượng trượt bên gây Vì tốc độ Robot chậm nên bỏ qua lực hiệu ứng gyroscop gây Robot quay vịng Ta tính lực 30 Fi = τi r (2.18)   N1a = N b   N 4a = N 3b 4 ∑ N i = mg  i=1 (2.19) Có (2.19) nhờ việc cân mô men mặt phẳng thẳng đứng qua cặp bánh Từ (2.19) tính được: N1 = N = b mg 2(a + b) (2.20) (PP lăp, cách khác đo trực tiếp) N = N3 = a mg 2(a + b) Công thức tổng quát xác định loại lực ma sát sau: Ff (σ) = µ C N sgn σ + µ v σ (2.21) Ở σ vận tốc, N phản lực vng góc với mặt tiếp xúc, µ c µ v hệ số ma sát culông cản nhớt Do tốc độ Robot nhỏ nên µ C N >> µ v σ nên bỏ qua đại lượng µ v N Hàm Ff(σ) không liên tục vận tốc σ = có hàm dấu sgn(σ) Ff(σ) không khả vi σ = sgˆn(σ) = arctan(k s σ) π (2.22) Ở ks >> số xác định gần theo: lim arctan(k s σ) = sgn( x ) k →∞ π (2.23) s Theo (2.21) lực ma sát tính: Fli = µ lci N i sgˆn( v yi ) (2.24) Fsi = µ sci N i sgˆn( v xi ) 31 Sử dụng phương trình Lagrange loại I với nhân tử Lagrange cho hệ phi hononom để thiết lập phương trình động lực học cho Robot Phương trình động lực học có dạng: M (q )q + R (q ) = F(q ) + A T (q )λ (2.25) Trong (2.25): M (q )q lực quán tính, R (q ) lực cản, F(q) lực hoạt động, AT(q) có thành phần đạo hàm riêng theo thành phần q từ phương P P trình liên kết phi holonom (2.9), λ =[λ1 λ2 λ3]T nhân tử Lagrange P P Lực quán tính: mx  M (q )q =  my   Iθ  (2.26)  m 0 Với M =  m 0    0 I  (2.27) Chiếu tất lực gây tiêu hao lượng lên trục hệ toạ độ quán tính ta được: 4 i =1 i =1 Frx (q ) = cos θ∑ Fsi ( v xi ) − sin θ∑ Fli ( v yi ) , 4 i =1 i =1 Fry (q ) = sin θ∑ Fsi ( v xi ) + cos θ∑ Fli ( v yi ) (2.28) (2.29) Mô men lực cản khối tâm C:   M r (q ) = −a ∑ Fli ( v yi ) + b ∑ Fli ( v yi ) + c − ∑ Fsi ( v xi ) + ∑ Fsi ( v xi ) (2.30) i =1, i=2 , i =3 ,  i=1,  Chú ý: chiều lực cản chiếu lên trục mà ngược chiều dương, mô men thuận chiều kim đồng hồ dương Viết gộp từ (2.28) đến (2.30) ta vecto lực cản chung sau: R (q ) = [Frx (q ) Fry (q ) M r (q )] T Trong hệ toạ độ quán tính lực mô men lực hoạt động sau: 32 (2.31) Fx = cos θ∑ Fi (2.32) i =1 Fx = sin θ∑ Fi (2.33) i =1 Mô men lực hoạt động khối tâm C: M = c(− F1 − F2 + F3 + F4 ) (2.34) Viết gộp từ (2.32) đến (2.34) ta vectơ lực hoạt động chung sau: F = [Fx Fy M] T (2.35) Kết hợp với (2.18) (2.35) trở thành:   cos θ τi ∑   i =1    F=  sin θ∑ τi r i =1  c(− τ1 − τ2 + τ3 + τ4    (2.36) Cũng phần động học, phần động lực học đầu vào mô men phát động từ động Các mô men viết gộp thành:  τ   τ + τ2  τ =  L =    τ R   τ3 + τ  (2.37) Ở đây: τL, τR mô men bánh bên trái bên phải Từ (2.36) (2.37) ta có: F = B(q ).τ (2.38) cos θ cos θ 1 B(q ) =  sin θ sin θ  r  − c c  (2.39) Với: Phương trình động lực học theo Lagrange-Euler cho hệ phi holonom có dạng sau: M (q )q + R (q ) = B(q )τ + A T (q )λ 33 (2.40) Trong phương trình λ nhân tử Lagrange Để khử λ ta nhân vào bên trái vế phương trình (2.40) ma trận ST(q) Đây ma trận tính theo (2.12) P P phần động học ST (q )M (q )q + ST (q )R (q ) = ST (q )B(q )τ + ST (q )A T (q )λ (2.41) Theo (1.13) phần động học ST (q )A T (q ) = Nên (2.41) trở thành: ST (q )M (q )q + ST (q )R (q ) = ST (q )B(q )τ (2.42) Đạo hàm theo thời gian (1.12) ta có: q = S (q ).η + S(q )B(q ).η (2.43) Thay (2.43) vào (2.42): Mη + Cη + R = Bτ (2.44)  m M = ST MS =    mx I + I (2.45)  θ  C = ST MS = mx I    − θ x I  (2.46)   Frx (θ ) R = ST R =    x I Fry (θ ) + M r  (2.47) Với:  1 B = ST B =  r − c c Như từ hệ phương trình vi phân bậc ta đưa hệ phương trình vi phân bậc theo biến đầu vào η Giải toán động lực học thuận phần xe Robot Trong tốn động lực học thuận thơng số đầu vào vận tốc góc bánh mô men bánh,: γ = [ωL, ωR, τL, τR]T Các thông số đầu vận tốc P dài vận tốc góc xe: η = [vx, θ ]T P P 34 P Giải toán động lực học ngược phần xe Robot Trong toán động lực học ngược ta biết quĩ đạo robốt ( ζ ) ( đường cong ζ có phương trình giải tích y = f(x) dạng số) vận tốc vx theo qui luật cho trước Phải tìm mơ men bánh vận tốc góc bánh (2.44) Nhưng sau giải (2.44) ta phương trình theo ẩn [τL, τR,] 2.2 Động học động lực học cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm 2.2.1 Động học cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm Động học thuận cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm a) Mơ hình cấu trúc (R–R–R–R) Hệ tay máy Robot dọn rác có cấu trúc khâu khớp với khâu giá Mơ hình cấu trúc hệ có dạng RRRR: quay–quay–quay–quay b) Sơ đồ động học Hình 2.8: Sơ đồ động học Để khảo sát động lực học trước hết giải tốn động học tính tốn yếu tố động học khâu: vận tốc khối tâm, vận tốc góc Sơ đồ động học tay máy Robot dọn rác cống ngầm có dạng chuỗi hở gồm khâu hình 2.8 c) Lập ma trận biến đổi công tác cuối Chúng ta sử dụng phương pháp Denavit – Hartenberg để xác định phép biến đổi tọa độ khâu khớp từ xác định yếu tố động học cho hệ tay máy Robot dọn rác 35 Hình 2.9: Hệ tọa độ theo phương pháp D – H * Đặt hệ tọa độ, xác định thông số Hệ tọa độ xác định khâu khớp theo phương pháp D – H Các trục vng góc với mặt phẳng vẽ kí hiệu vịng trịn với dấu chấm đen Các dịch chuyển theo trục x phép biến đổi tọa độ ký hiệu a theo trục z ký hiệu d Các ký hiệu sau Ci = cosθi, Si = sinθi, Cij = cos(θi+θj), Sij = sin(θi+θj) Các biến khớp kí hiệu θi khớp i khớp quay Các ký hiệu thống trình biến đổi Các biến khớp: Với mơ hình cấu trúc xác định RRRR biến khớp xác định gồm góc khớp với khớp quay Như quy ước ta có biến khớp khớp quay: θ1, θ2, θ3, θ4 * Lập bảng thông số D – H: Bảng 2.2: Bảng thông số D – H cánh tay Robot Trục θi di αi θ1 d1 π/2 θ2 a2 θ3 0 - π/2 θ4 d4 0 36 * Xác định ma trận chuyển đổi Theo quy tắc D – H ta xác định phép biến đổi cho phép chuyển đổi tọa độ từ hệ tọa độ gốc tới hệ tọa độ công tác Cũng theo công thức biến đổi tọa độ ma trận biến đổi phép biến đổi tọa độ D – H có dạng: cos θ i  sin θ i Hi =     − sin θ i cos α i cos θ i cos α i sin α i sin θ i sin α i − cos θ i sin α i cos α i a i cos θ i  a i sin θ i  di    (2.48) Thay thông số bảng thông số D – H vào công thức tổng quát Hi ta xác định ma trận biến đổi hệ tọa độ sau: 0  d1   1 C S H12 =  0  0 − S2 C2 − S3 0 C3 0 − 0  0 1 C S H 34 =  0  0 − S4 C1 S1 S − C H 01 =  0  0 C S H 23 =  0  0 C2 S2 0 C4 0 0 0 (2.49) d4 * Tính ma trận biến đổi tổng hợp Trong phần tính ma trận chuyển đổi thành phần từ hệ tọa độ thứ i – sang hệ tọa độ thứ i, ma trận chuyển đổi tổng hợp khâu xác định sau: C1 S H 01 =  0  0 S1 − C1 0 0  d1   1 37 H02 = H01H12 − C1S2 − S1S2 C2 C1C S C H 02 =   S2   S1 a 2C1C  − C1 a 2S1C  a 2S2 + d1    (2.50) H03 = H01H12H23 = H02H23 C1C 23 S C H 03 =  23  S 23   − S1 C1 0 − C1S 23 − S1S 23 C 23 a C1 C  a 2S1C  a 2S + d1    (2.51) Ma trận chuyển đổi tổng hợp điểm công tác: H04 = H01H12H23H34 = H03H34 (2.52) C1C 23 C − S1S − C1C 23S − S1C S C C + C S − S C S + C C 23 4 H 04 =  23  S 23 C − S 23S  0  * Thiết lập phương trình động học − C1S 23 − S1S 23 C 23 − d C1S 23 + a C1C  − d 4S1S 23 + a 2S1C  d C 23 + a 2S + d    Mặt khác ta có: n x n H 04 =  y n z  0 sx sy sz ax ay az px  p y  pz   1 (2.53) Cân phần tử hai ma trận ta có hệ phương trình động học sau: n x = C1C 23 C − S1S n y = S1C 23 C + C1S nz = S 23 C s x = −C1C 23S − S1C s y = −S1C 23S + C1C s z = −S 23S a x = −C1S 23 a y = −S1S 23 a z = C 23 p x = −d C1S 23 + a C1C p y = −d 4S1S 23 + a 2S1C p z = d C 23 + a 2S + d 38 Thay giá trị biến khớp, vị trí hướng điểm cơng tác tìm cách xác định phần tử H04 theo phương trình Như tốn động học thuận giải hồn tồn: vị trí hướng điểm cơng tác xác định từ biến khớp (góc quay khớp quay) biết Giải toán động học ngược cánh tay theo điều kiện công tác Để điều khiển Robot di chuyển theo vị trí mong muốn tay không gian, cần xác định giá trị biến khớp tương ứng với vị trí hướng tay Robot mong muốn Nhiệm vụ toán động học ngược xác định tập nghiệm θi hệ để đảm bảo khâu công tác thỏa mãn yêu cầu làm việc Khi giải toán động học ngược phân biệt nghiệm tốn học nghiệm phương trình động học thỏa mãn phương trình toán nghiệm vật lý tập nghiệm toán học đảm bảo điều kiện làm việc Robot Có nhiều phương pháp khác để giải tốn động học ngược: phương pháp giải tích, phương pháp số Ở tiến hành giải toán động học ngược phương pháp số Để tìm ma trận H14 ta nhân vào đằng trước hai vế ma trận H04 với ma trận −1 nghịch đảo ma trận H01 H 01 nhận ma trận biểu diễn dạng rút gọn sau: −1 H 04 H14 = H 01 C1 0 H14 =   S1  0 S1 − C1 0  n x − d1  n y 0  n z   sx sy sz ax ay az f11 (p)  f11 (n ) f11 (s) f11 (a ) f (n ) f (s) f (a ) f (p) − d  12 12 12 1 H14 =  12 f13 (n ) f13 (s) f13 (a ) f13 (p)    0   Trong ký hiệu rút gọn: 39 px  p y  pz   1 (2.54) f11 = C1x + S1y   f12 = z  f13 = S1x − C1y  (2.55) Với x, y, z ký hiệu tương ứng thành phần véctơ n, s, a p viết dấu ngoặc đơn, Mặt khác ta có: H14 = H12 H 24 = H12 H 23H 34 C S H 14 =  0  0 − S2 C2 0 C 23C S C H14 =  23  − S4   0 C a  C S a   S3  0   0 − C 23S4 − S23S4 − C4 − S23 C 23 0 − S3 C3 −1 0 0 0 0  1 C S  0  0 − S4 C4 0 0 0  d4   1 − d 4S23 + a C  d C 23 + a 2S2     (2.56) Cân phần tử hàng cột hai ma trận H14 ta có: S1 p x − C1 p y = (2.57) Suy ra: θ1 = arctg2(p y , p x ) (2.58) Tiếp theo, cho cân phần tử hàng cột hàng cột hai ma trận H14 trên, ta có: C1 p x + S1 p y = −d 4S 23 + a C   p z − d = d C 23 + a 2S  (2.59) Bình phương hai vế phương trình cộng lại, ta nhận phương trình: (C1 p x + S1 p y ) + (p z − d ) = d + a − 2d a (S 23 C − C 23S ) (2.60) Sử dụng hàm lượng giác, phương trình viết gọn lại sau: (S 23 C − C 23S ) = sin[(θ + θ ) − θ ] = sin θ = S3 40 (2.61) Do ta nhận được: S3 = d + a − (C1 p x + S1 p y ) − (p z − d ) 2d a (2.62) Từ xác định góc θ3 theo cơng thức: θ3 = arctg2(S3 , C3 ) (2.63) Trong đó: C3 = ± − S32 ) Tiếp tục, cho cân phần tử hàng cột hàng cột hai ma trận H14 trên, ta có: C1n x − C1n y = −S4   S1s x − C1s y = −C  Giải hệ phương trình trên, ta có: S4 = −C1n x + C1n y   C = −S1s x + C1s y  (2.64) Ta xác định góc θ4 theo cơng thức: θ4 = arctg2(S4 , C ) (2.65) Để tìm ma trận H24 ta nhân vào đằng trước hai vế ma trận H14 với ma trận nghịch đảo ma trận H12 H12−1 nhận ma trận biểu diễn dạng rút gọn sau: H 24 = H12−1H14 f 21 (n ) f 21 (s) f 21 (a ) f 21 (p) − d1S2 − a  f (n ) f (s) f (a ) f 22 (p) − d1C  22 22 H24 =  22 f 23 (n ) f 23 (s) f 23 (a )  f 23 (p)   0   (2.66) Trong đó: f 21 = C (C1x + S1y) + S2 z   f 22 = −S2 (C1x + S1y) + C z   f 23 = S1x − C1y  (2.67) Mặt khác ta có: 41 H 24 = H 23H 34 C S H 24 =  0  0 C C S C H 24 =   − S4   − S3 C3 0 −1 0 − C3S4 − S3S4 − C4 0 0 0  1 C S  0  0 − S3 C3 0 − S4 C4 0 0 0  d4   1 − d 4S3  d C3     (2.68) Cân phần tử hàng cột hàng cột hai ma trận H14 trên, ta có: C (C1p x + S1p y ) + S2 (p z − d1 ) − a = −d 4S3   − S2 (C1p x + S1p y ) + C (p z − d1 ) = d 4C3  Biến đổi ta có hệ phương trình tương đương với hai biến S2 C2 (C1p x + S1p y )C + (p z − d1 )S2 = a − d 4S3   (p z − d1 )C − (C1p x + S1p y )S2 = d 4C3  (2.69) Giải hệ phương trình trên, ta có: C2 = (a − d 4S3 )(C1p x + S1p y ) + d 4C3 (p z − d1 ) (C1p x + S1p y ) + (p z − d1 ) (a − d 4S3 )(p z − d1 ) − d 4C3 (C1p x + S1p y ) S2 = (C1p x + S1p y ) + (p z − d1 ) (2.70) Ta xác định góc θ2 theo cơng thức: θ2 = arctg2(S2 , C ) (2.71) Trong phần giải trọn vẹn toán động học thuận toán động học ngược tay máy Robot dọn rác cống ngầm theo điều kiện công tác 2.2.2 Động lực học cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm Nghiên cứu động lực học công việc cần thiết để phân tích điều khiển chuyển động Robot Bài toán động học thuận cho nhận 42 xét định phản ứng động lực hệ tác dụng lực động phát động tác động động lực mơi trường Bài tốn động lực học ngược có tác dụng khảo sát tính toán khớp để đạt quỹ đạo mong muốn Bài tốn động lực học ngược có tác dụng quan trọng việc thiết kế khí tính tốn cơng suất dẫn tới việc chọn lựa động truyền khí đảm bảo kết cấu khí cứng vững tĩnh động lực học Nhiệm vụ tính tốn động lực học ngược có định tới dạng điều khiển động lực học Đây phần quan trọng phương pháp điều khiển lực theo mơmen tính tốn Tuy điều khiển lực theo phương pháp tính tốn khối lượng phức tạp * Xây dựng phương trình động lực học hệ thống Để xây dựng phương trình động lực học hệ tay máy Robot dọn rác sử dụng phương pháp tiếp cận thành lập phương trình vi phân nhờ phương pháp Lagrange loại II Đây phương trình vi phân dạng tường minh, biểu thức phương trình khơng phản lực liên kết Phương trình có dạng đơn giản mối quan hệ mômen, lực đặt khớp với tọa độ, vận tốc, gia tốc suy rộng,… mà không chứa lực liên kết Tuy khối lượng tính tốn hệ số phương trình vi phân lập theo phương pháp Lagrange loại II phức tạp khó kiểm sốt Mơ hình động lực học 43 Hình 2.10: Mơ hình động lực học hệ vị trí trọng tâm Các kích thước động lực học Các trọng tâm xác định cách xác thiết kế CAD (SolidWorks Inventor,…) Tuy nhiên để tính tốn đơn giả ta giả sử trọng tâm cách khoảng cách li mô tả hình: Bảng 2.3: Các thơng số động lực học khâu Vị trí trọng tâm TT (trong hệ tọa độ khớp) xCi yCi zCi l1 – d1 l2 – a2 Mơmen qn tính khối lượng Khối lượng (trong hệ tọa độ gắn với trọng tâm) Ixx Iyy Izz Ixy Iyz Izx m1 I1x I1y I1z 0 0 m2 I2x I2y I2z 0 0 l3 m3 I3x I3y I3z 0 0 - l4 m4 I4x I4y I4z 0 Bảng mô tả vị trí trọng tâm khối lượng mơmen qn tính khối khâu Bảng xác định thông số cách định tính Nếu dùng chương trình thiết kế CAD SolidWorks Inventor,… xác định thơng số mơ hình thiết kế Sau để thuận tiện ta trích số mơmen qn tính, … Đồng thời việc mơ hình hóa hệ tiến hành nhờ Simechanics Tuy với mục đích mong muốn tiến hành phương pháp tính tốn trực tiếp động lực học hệ tay máy Robot dọn rác cống ngầm Thiết lập phương trình động lực học a) Xác định vận tốc trọng tâm, vận tốc góc qua ma trận Jacobian tịnh tiến ma trận Jacobian quay Véc tơ hệ tọa độ suy rộng rRobot là: q = [θ1 θ2 θ3 θ ]T (2.72) Các ma trận biến đổi tính tốn phần động học sau: 44 C1 S H 01 =  0  0 S1 − C1 0 0  d1   1 C1C S C H 02 =   S2   − C1S2 − S1S2 C2 C1C 23 S C H 03 =  23  S 23   − S1 C1 − C1S 23 − S1S 23 C 23 0 C1C 23 C − S1S S C C + C S H 04 =  23  S 23 C   S1 a 2C1C  − C1 a 2S1C  a 2S2 + d1    a C1 C  a 2S1C  a 2S + d1    − C1C 23S − S1C − S1C 23S + C1C − S 23S − C1S 23 − S1S 23 C 23 − d C1S 23 + a C1C  − d 4S1S 23 + a 2S1C  d C 23 + a 2S + d    Bởi nên khâu với vận tốc góc ma trận Jacobian tính sau: * Vận tốc dài ma trận Jacobian tịnh tiến: Khâu 1: U U C1 S H 01 =  0  0 S1 − C1 0   C1 rC1 =   +  S1 d   0  d1   1 S1      − C1  ⋅ l1 − d  =      l1  45 (2,73) 0 0  ∂rC1  J T1 = = 0 0 0 ∂q 0 0 0 (2.74) Khâu 2: U U C1 C S C H 02 =   S2   − C1S − S1S C2  a C1 C   C1 C rC =  a 2S1C  +  S1C   a 2S + d   S J T2 − l 2S1C ∂rC  = = l C1 C ∂q   a C1 C  a 2S1C  a 2S + d1    S1 − C1 0 − C1S − S1S C2 − l C1S − l 2S1S l2C2 S1  l − a   l C1C  − C1  ⋅   =  l 2S1C  ; (2.75)    l 2S + d  0 0 0 (2.76) Khâu 3: U U C1C 23 S C H 03 =  23  S 23   − S1 C1 − C1S 23 − S1S 23 C 23 0  a C1C  C1C 23 rC =  a 2S1C  +  S1C 23 a 2S + d   S 23 a C1 C  a 2S1C  a 2S + d1    − S1 C1 − C1S 23    − S1S 23  ⋅   C 23  l  a 2C1C − l3C1S23  =  a 2S1C − l3S1S23   a 2S2 + d1 + l3C 23  (2.77) J T = ∂rC / ∂q − a 2S1C + l3S1S23 =  a 2C1C − l3C1S23  − a 2C1S2 − l3C1C 23 − a 2S1S2 − l3S1C 23 a 2C − l3S23 46 − l3C1C 23 − l3S1C 23 − l3S23 0 0 0 (2.78) Khâu 4: U U C1C 23C − S1S4 S C C + C S H 04 =  23  S23C   − C1C 23S4 − S1C − S1C 23S4 + C1C − C1S23 − S1S23 − S23S4 C 23 − d C1S23 + a C1C  C1C 23C − S1S4 rC =  − d 4S1S23 + a 2S1C  + S1C 23C + C1S4  d 4C 23 + a 2S2 + d1   S23C − d 4C1S23 + a 2C1C  − d 4S1S23 + a 2S1C  d 4C 23 + a 2S2 + d1    − C1C 23S4 − S1C − S1C 23S4 + C1C − S23S4   − d C1S23 + a C1C + l C1S23  ⋅   =  − d 4S1S23 + a 2S1C + l 4S1S23  − l   d C 23 + a 2S2 + d1 − l C 23  JT4  d 4S1S23 − a 2S1C − l4S1S23 ∂rC  = − d C1S23 + a C1C + l C1S23 = ∂q   − d C1C 23 + l C1C 23 − d 4S1C 23 + l 4S1C 23 − d 4S 23 + l 4S 23 − C1S23  − S1S23  ⋅ C 23  (2.79) − d C1C 23 − a C1S2 + l C1C 23 − d 4S1C 23 − a 2S1S2 + l 4S1C 23 − d 4S23 + a 2C + l 4S23 0 0 0 (2.79) * Vận tốc dài ma trận Jacobian quay: Khâu 1: U U C1 A1 =  S1  0 S1  − C1   (2.80) Tốn tử sóng véc tơ vận tốc góc khâu thứ 1: ~ (1)  ω1 = A1T A S1 0 − θ 1S1 θ 1C1   0 θ      1 ⋅  θ 1C1 θ 1S1  =  0  0  − θ 0  − C1 0  C1 =   S1 (2.81) Suy vận tốc góc khâu thứ 1: [ ω1(1) = θ ] T (2.82) 47 Ma trận Jacobian quay: J (R11) 0 0  ∂ω1(1)  = = 1 0 0 ∂q 0 0 0 (2.83) Khâu 2: U U − C1S − S1S C2 C1 C A =  S1C  S S1  − C1   (2.84) Tốn tử sóng véc tơ vận tốc góc khâu thứ 2: ~ ( 2)  ω = A T2 A  C1 C = − C1S  S1 ~ ( 2) ω2 S1C − S1S − C1   =  θ − θ 1C  S  − θ 1S1C − θ C1S  C   θ 1C1C − θ 2S1S θ C   − θ θ 1S θ 1C   − θ 1S   θ 1S1S − θ C1C − θ 1C1C − θ 2S1S − θ 2S θ 1C1   θ 1S1   (2.85) Suy vận tốc góc khâu thứ 2: [ ω(22 ) = θ 1S θ 1C θ ] T (2.86) Ma trận Jacobian quay: J (R22)  S2 ∂ω(22 )  = = C ∂q  0 0 0 0 0 (2.87) − C1S 23  − S1S 23  C 23  (2.88) Khâu 3: U U C1C 23 A =  S1C 23  S 23 − S1 C1 Toán tử sóng véc tơ vận tốc góc khâu thứ 2: 48 ~ ( 3)  ω3 = A 3T A  C1C 23 =  − S1 − C1S 23 ~ ( 3) ω3 S1C 23 C1 − S1S 23   = θ1C 23  θ 23  S 23  − θ 1S1C 23 − θ 23 C1S 23    θ 1C1C 23 − θ 23S1S 23 C 23   θ 23 C 23 − θ 1C 23 θ S − θ 1C1 − θ 1S1 θ 1S1S 23 − θ 23 C1C 23   − θ 1C1S 23 − θ 23S1C 23   − θ 23S 23  − θ 23   − θ 1S 23   23 (2.89) Suy vận tốc góc khâu thứ 3: [ ω3( 3) = θ 1S 23 − θ 23 θ 1C 23 ] T (2.90) Ma trận Jacobian quay: J (R33)  S 23 ∂ω3( 3)  = = ∂q C 23 0 − − 0 0 0 0 (2.91) Khâu 4: U U C1C 23 C − S1S A = S1C 23 C + C1S  S 23 C − C1C 23S − S1C − S1C 23S + C1C − S 23S − C1S 23  − S1S 23  C 23  Tốn tử sóng véc tơ vận tốc góc khâu thứ 2: ~ ( 4)  ω = A T4 A  C1C 23 C − S1S = − C1C 23S − S1C  − C1S 23 S1C 23 C + C1S − S1C 23S + C1C − S1S 23 S 23 C  − S 23S  ⋅ C 23  − θ 1S1C 23C − θ 23C1S23C − θ 4C1C 23S4 − θ 1C1S4 − θ 4S1C  ⋅  θ 1C1C 23C − θ 23S1S23C − θ 4S1C 23S4 − θ 1S1S4 + θ 4C1C  θ 23C 23C − θ 4S23S4  49 (2.91) θ 1S1C 23S4 + θ 23C1S23S4 − θ 4C1C 23C − θ 1C1C + θ 4S1S4 − θ 1C1C 23S4 + θ 23S1S23S4 − θ 4S1C 23C − θ 1S1C − θ 4C1S4 − θ C S − θ S C 23 23 4 23 θ 23C 23C − θ 4S23S4   − θ 23C 23S4 − θ 4S23C   − θ 23S23  (2.92) Suy vận tốc góc khâu thứ 3: ω(44 ) (2.93) ∂ω(44 ) ∂q (2.94) Ma trận Jacobian quay: J (R44) = b) Tính động hệ Động hệ tính theo cơng thức sau: T= 4 m i (J Ti q ) T J Ti q + ∑ (J Ri q ) T I i J Ri q ∑ i =1 i =1 4  T = (q ) T ∑ (m i J TTi J Ti + J TRi I i J Ri  q  i =1  (2.95) Trong đó: q = [θ1 θ2 θ ]T q = [θ θ3 θ θ θ ]T (2.96) Các ma trận Tensor quán tín đơn giản hóa thành phần mơmen qn tính Ixy, Iyz, Izx I ix I i( i ) =   0 I iy 0  I iz  (2.93) Các Jacobian thay Jacobian với hệ tọa độ i Đặt M (q ) = ∑ (m i J TTi J Ti + J TRi I i J Ri (2.94) i =1 Biểu thức động có dạng gọn sau: T = (q ) T M (q )q (2.95) M(q) ma trận khối lượng suy rộng có dạng: 50  m11 (q )  m14 (q )     ; M(q) =   m 41 (q )  m 44 (q ) q = [θ1 θ2 θ3 θ ]T q = [θ1 θ (2.96) θ θ ]T (2.97) Biểu thức động lại viết dạng sau: T= 4 ∑∑ m ij (q)q i q j i j (2.98) c) Tính lực suy rộng khơng Hình 2.11: Các lực tác dụng (khơng vẽ trọng lực) Biểu thức hệ có dạng: Π = [0 g ]{m1 rC1 + m rC + m rC + m rC } Ta tính vector trọng tâm hệ tọa độ gốc: 0 rC1 =   l1  a C1C − l C1S 23  rC =  a 2S1C − l 3S1S 23   a 2S + d + l C 23   l cθ1cθ  rC =  l sθ1cθ  l sθ + d  − d C1S 23 + a C1C + l C1S 23  rC =  − d 4S1S 23 + a 2S1C + l 4S1S 23   d C 23 + a 2S + d − l C 23  Vậy: 51 (2.99) Lực suy rộng với mơ hình tay máy Robot dọn rác cống ngầm bao gồm thành phần lực suy rộng có thế, lực suy rộng ngoại lực F4, lực suy rộng mômen động sinh Chúng ta tính thành phần Các biểu thức lực suy rộng có thế: − ∂Π =0 ∂θ1 − ∂Π = − m gl C − m g (a C − l 3S 23 ) − m g (−d 4S 23 + a C + l 4S 23 ) ; (2.101) ∂θ − ∂Π = m gl 4S 23 − m g (−d 4S 23 + l 4S 23 ) ∂θ (2.102) − ∂Π =0 ∂θ (2.103) (2.100) Suy lực suy rộng mơmen lực là: Q11 = τ1 (2.104) Q 21 = τ − m gl C − m g (a C − l 3S 23 ) − m g (−d 4S 23 + a C + l 4S 23 ) ; (2.105) Q 31 = τ + m gl 4S 23 − m g (−d 4S 23 + l 4S 23 ) (2.106) Q 41 = τ (2.107) Các τ j lực suy rộng mômen, lực động sinh Thành phần lực suy rộng tải F4    F   F δA = F4 δ r4 = − d δ r4 = − (d x δr4 x + d y δr4 y + d z δr4 z ) d4 d4 Suy     F   F  δA = F4 δ r4 = − d δ r4 = − d J T 04 δq d4 d4  δA = F4 [C1C 23 S1C 23 − S 23 ]J T 04 [δq δq Ở ma trận Jacobian gốc O4 52 δq δq ] T (2.108) J T 04  d 4S1S 23 − a 2S1C − l 4S1S 23 = − d C1S 23 + a C1C + l C1S 23  − d C1C 23 + l C1C 23 − d 4S1C 23 + l 4S1C 23 − d 4S 23 + l 4S 23 − d C1C 23 − a C1S + l C1C 23 − d 4S1C 23 − a 2S1S + l 4S1C 23 − d 4S 23 + a C + l 4S 23 0 0 0 Từ tính thành phần khác Bằng cách nhập ma trận thực phép tính ma trận matlab kết quả: Q12 , Q 22 , Q32 , Q 42 Tổng hợp kết ta tính thành phần lực suy rộng đầy đủ Viết theo dạng rút gọn: Q1 = Q11 + Q12 ; Q = Q 21 + Q 22 ; Q = Q 31 + Q 32 ; Q = Q 41 + Q 42 d) Viết phương trình vi phân hệ nhờ phương trình Lagrange II - Đạo hàm biểu thức động theo vận tốc suy rộng tọa độ suy rộng ta được: ∂T = ∑ m jk (q )q k ∂q j k =1 (2.109) ∂T 4 ∂m kl (q ) q k q l = ∑∑ ∂q j k l ∂q j (2.110) 4 ∂m (q ) d  ∂T  jk   m ( q ) q = + q k q l ∑ ∑∑ jk k   dt  ∂q j  k =1 ∂q l k =1 l =1 (2.111) Thay vào phương trình Lagrange loại II d  ∂T  ∂T ∂Π np − = − + Q j ( j = 1, 4) dt  ∂q j  ∂q j ∂q j Phương trình Lagrange hệ Robot PC viết thành: (2.112) (2.113) 4  ∂m (q ) ∂m kl (q )  ∂Π jk     k q l = − q m ( q ) q + Q npj ( j = 1,4) + − ∑ ∑∑ k jk   ∂q j  ∂q j k =1 l =1 k =1  ∂q l Do tính chất đối xứng ma trận khối lượng suy rộng ta được: 53 (2.114) ∑ m jk (q)qk + k =1 Kí hiệu: m jk , l = 4 (m jk ,l + m jl,k − m kl, j )q k q l = − ∂Π + Qnpj ( j = 1,4) ∑∑ k =1 l=1 ∂q j ∂m jk (q ) ∂q l Phương trình vi phân ta viết lại dạng sau: ∑m i =1 1i ∑m i =1 1i ∑m i =1 1i ∑m i =1 1i q i + q T Aq = Q1 q i + q T Bq = Q 2 q i + q T Cq = Q q i + q T Dq = Q Hay:  1i q i +    ∑ a jk q j q k  = Q1 ∑ j=1  k =1  (2.115)  1i q i +    ∑ b jk q j q k  = Q ∑ j=1  k =1  (2.116) ∑ m1i qi +    ∑ c jk q j q k  = Q ∑ j=1  k =1  (2.117)    ∑ d jk q j q k  = Q ∑ j=1  k =1  (2.118) ∑m i =1 ∑m i =1 i =1 ∑ m1i qi + i =1 Các lực suy rộng Q j = − ∂Π + Q npj ( j = 1,4) ∂q j Các ma trận A, B, C, D, có hệ số theo công thức: a ij = m1i , j + m1 j,i − m ij,1 (2.119) b ij = m 2i , j + m j,i − m ij, (2.120) c ij = m 3i , j + m j,i − m ij,3 (2.121) d ij = m 4i , j + m j,i − m ij, (2.122) 54 Và m jk , l = ∂m jk (q ) ∂q l Tiến hành lập chương trình tính tốn ma trận khối lượng hệ số A, B, C, D sử dụng cơng thức tính đạo hàm hàm hợp Chúng ta nhận hệ số sau: m1l ; m12 ; m12 = m 21 Đặt V = V(q, q ) = T T [ q Aq q T Bq q T Cq q T Dq ] , thành phần gọi thành phần lực nhớt coriolis Đặt thành phần lực suy rộng: Lực suy rộng lực có thế:  ∂Π − G = −G (q ) =  −  ∂q ∂Π − ∂q ∂Π − ∂q ∂Π  − ∂q  T (2.123) Lực suy rộng ngoại lực: F = F(q ) = [Q1F Q 2F Q 3F Q 4F ] T (2.124) Lực suy rộng động sinh ra: T = [τ1 τ2 τ3 τ4 ] T (2.125) Phương trình động lực học tay máy Robot có dạng ma trận sau: M (q )q + V(q, q ) = −G (q ) + F(q ) + T Hay: M (q )q + V(q, q ) + G (q ) − F(q ) = T (2.126) Phần trình bày cách thiết lập hệ phương trình động lực học cho Robot dọn rác cống ngầm dạng tường minh hệ phương trình lagrange loại II Trong phần thực việc giải khỏ trọn vẹn toán động lực học cho Robot theo yêu cầu nhiệm vụ làm việc Robot 55 CHƯƠNG III TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM 3.1 Tính tốn thiết kế môđun di chuyển cho Robot dọn rác cống ngầm 3.1.1 Xác định lực kéo công suất cần thiết cho cấu di chuyển Robot Lực kéo tiếp tuyến Robot dọn rác cống ngầm Robot di chuyển phải thoả mãn điều kiện cần đủ, theo công thức [1-24, 9]: W ≤ Pk (3.1) Trong đó: W - tổng lực cản di chuyển Robot dọn rác; Pk - lực kéo tiếp tuyến Robot dọn rác; Xác định tổng lực cản tác dụng lên Robot di chuyển a) Tổng lực cản di chuyển Robot cánh tay Robot làm việc, tính theo cơng thức [2-36, 9]: Wh1 = Wf + Wd + Wv + Wq + Wdc + Wcn (3.2a) Trong đó: Wf - lực cản lăn, biến dạng đất; Wd - lực cản dốc đất; Wv - lực cản việc quay vòng Robot dọn rác; Wq - lực cản qn tính Robot di chuyển có gia tốc; Wdc - lực cản dòng chảy Robot di chuyển gặp dòng chảy lớn; Wcn – lực cản nước lên thân Robot Robot di chuyển; Các lực cản xác định sau: * Lực cản lăn Lực cản lăn phụ thuộc vào biến dạng mặt đất lốp xe xác định theo công thức [tr76, 9]: Wf = f' Gcosα (3.3) Trong đó: f’ - hệ số cản lăn bánh xe Robot, với đất bùn có nước f´ = 0,25; 56 G - trọng lượng Robot rác chứa khâu 4, G = 1501 N; α - góc nghiêng mặt đất nơi Robot làm việc so với phương ngang, α = 120 P P Wf = f' Gcosα =0,25.1501 cos120 = 367,05 N P P * Lực cản dốc xác định theo công thức [2-34, 9]: Wd = G ⋅ sin α (3.4) Wd = 1501.sin120 = 312,08 N P P * Lực cản quay vòng Robot Khi Robot di chuyển đất mềm lực cản quay vịng xác định gần theo công thức [2-37, 9]; Wq = 0,3 Wf (3.5) Wv = 0,3 367,05 = 110,12 N * Lực cản quán tính Lực cản quán tính xuất Robot chuyển động có gia tốc xác định theo công thức [1-48, 9]: Wq = G v ⋅ g t (3.6) Trong đó: g – gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s2; P P v - vận tốc di chuyển Robot, v = 0,392 m/s; t - thời gian gia tốc, t = 1,27 s; Wq = 1501 0,392 = 47,23 N ⋅ 9,81 1,27 * Lực cản dòng chảy xác định theo công thức [1-49, 9]: Wdc = k1 ⋅ k ⋅ p ⋅ F (3.7) Trong đó: F - diện tích chắn dịng chảy Robot, F = 3225 cm2; P P p – áp suất dòng chảy tạo ra, p = 0,025 N/cm2; P P k1 - hệ số kể đến đặc điểm bề mặt chắn dòng chảy Robot, k1 = 0,55; k2 - hệ số kể đến đặc tính xung động dịng chảy, k2 = 1,48 57 Wdc = 0,55.1,48.0,025.3225 = 50,42 N * Xác định lực cản nước lên thân Robot Robot di chuyển, theo công thức [3.2, 7]: Wcn = f.γ.F.v1,825.9,81 P (3.8) P Trong đó: F - diện tích tồn bề mặt Robot tiếp xúc với nước F = 2,55 m2; P P γ - trọng lượng riêng nước γ = 55 kG/m3; P P v – vận tốc Robot, chọn v = 0,392 m/s; f - hệ số, f = 0,1392 + 0,258 = 0,202 2,68 + L L – chiều dài Robot cánh tay nằm ngang, L = 1,4 m; Wcn = 0,202.55.2,55.0,3921,825.9.81 = 50,42 N P P Thay số liệu tính tốn vào cơng thức ta có: Wh1 = 367,05 + 312,08 + 110,12 + 47,23 + 50,42 + 50,42 = 952,52 N b) Tổng lực cản Robot di chuyển làm nhiệm vụ ủi: Bàn ủi đặt vng góc với phương di chuyển Robot q trình làm việc, theo cơng thức [tr201, 9] ta có: Wh2 = Wcr + Wrl + Wrc + Wbt + Wdc + Wcn (3.2b) Trong đó: Wcr - lực cản cắt rác; Wrl - lực cản di chuyển khối rác lăn trước bàn ủi; Wrc - lực cản di chuyển rác cuộn lên phía bàn ủi tạo ra; Wbt - lực cản di chuyển thân Robot; Wdc - lực cản dòng chảy Robot di chuyển gặp dòng chảy lớn; Wcn – lực cản nước lên thân Robot Robot di chuyển; * Lực cản cắt rác Lực cản cắt rác Wcr tác dụng lên dao cắt bàn máy ủi giai đoạn chuyển rác có kèm theo q trình cắt rác để bù lại lượng rác bị rơi vãi sang hai bên bàn ủi máy chuyển rác phía trước, theo công thức [4-4, 9] Wcr = k.B.h1 (3.9) 58 Trong đó: k – hệ số lực cản cắt, k = 30 kN/m2; P P B - chiều rộng bàn ủi, B = 0,53 m; h1 – chiều sâu cắt, (m), bàn ủi tiến hành cắt rác để bù lại lượng rác bị rơi vãi sang hai bên bàn ủi trình chuyển rác, chiều sâu h1 xác định theo công thức [4-4a, 9]: h1 = k V B (3.10) Trong đó: k1 – hệ số kể đến rác bị rơi vãi sang hai bên mét chiều dài quãng đường vận chuyển rác, k1 = 0,03; V- thể tích khối đất lăn trước bàn ủi, m3; P P Thể tích V phụ thuộc vào tính chất lý rác chiều cao, chiều rộng bàn ủi xác định theo công thức [4-5, 9] V= H T2 B 2k t (3.11) Ở đây: HT – chiều cao kể chắn phía bàn ủi, HT = 0,31 m; kf – hệ số phụ thuộc vào tích chất lí rác, kt = 0,7 V= 0,312.0,53 = 0,036381 m3; 2.0,7 h1 = 0,03.0,03681 = 0,00206 m; 0,53 P P Wcr = 30.0,53 0,00206 = 0,03274 kN = 32,74 N; * Lực cản di chuyển khối rác lăn trước bàn ủi tạo hình 3.1 59 Hình 3.1: Sơ đồ xác định lực cản tác dụng lên máy ủi Theo cơng thức [4-6, 9] ta có: Wrl = V.ρ.µ2 = Gd.µ2 (3.12) Trong đó: Gd – trọng lượng khối rác trước bàn ủi; Gd = V.ρ = 0,036381 14 = 0,50933 kN ρ - trọng lượng riêng rác chọn theo bảng [1-5, 9], ρ = 14 kN/m3; P P µ2 – hệ số ma sát rác rác chọn theo bảng [1-6, 9], µ2 = 0,5; Wrl = 0,50933 0,5 = 0,25467 kN = 254,67 N * Xác định lực cản di chuyển rác cuộn lên phía bàn ủi tạo Khi Robot ủi thực q trình đào tích rác, rác cuộn lên để tạo thành khối rác lăn phía trước bàn ủi, tích V trọng lượng Gd, Khối rác nén vào bề mặt làm việc bàn ủi áp lực N = Gd.cosδ Dưới tác dụng N, bề mặt tiếp xúc khối rác lăn lòng bàn ủi xuât lực ma sát Pms Hình 3.1b, chống lại chuyển động rác cuộn lên phía ủi Lực ma sát có phương vng góc với phương áp lực N xác định theo cơng thức [4-7, 9]: Pms = µ1.Gd.cosδ (3.13) 60 Chiếu lực Pms xuống phương di chuyển máy làm việc, xác định lực cản di chuyển khối rác cuộn lên phía bàn ủi tạo ra, theo cơng thức [4-8, 9]: Wrc = Pmscosδ = µ1.Gd.cos2δ P (3.14) P Trong đó: δ - góc cắt dao cắt, độ; µ1 – hệ số ma sát thép rác chọn theo bảng [1-6, 9], µ1 = 0,35; Wrc = 0,3.0,50933.cos 50 = 0,07366 kN = 73,66 N * Lực cản di chuyển thân Robot Lực cản lăn phụ thuộc vào biến dạng mặt đất lốp xe xác định theo công thức [tr76, 9]: Wbt = G m (f.cosα + sinα) (3.15) Trong đó: f - hệ số cản lăn bánh xe Robot, chọn theo bảng [4-4, 9], với đất bùn có nước f = 0,25; Gm - trọng lượng Robot, Gm = 1422,45 N; α - góc nghiêng mặt đất nơi Robot làm việc so với phương ngang, α = 120 Wbt = 1422,45 (0,25.cos12 + sin12 ) = 367,05 N Thay số liệu tính tốn vào cơng thức ta có: Wh2 = 32,74 + 254,67 + 73,66 + 643,59 + 65,63 + 50,42 = 1120,70 N Wh = Max(Wh1,Wh2) = 1120,70 N Xác định công suất cần thiết, lựa chọn động hộp giảm tốc Trên Robot cấu di chuyển gồm hai cụm chủ động lắp động cơ, công suất cần thiết cho động cơ: a) Công suất cần thiết cho động lắp cụm chủ động cấu di chuyển Robot tính theo cơng thức [3-60, 3]: N tdc = k.Wh v , kW 1000.m.η (3.16) 61 Trong đó: k – hệ số dự trữ, k = 1,546; Wh - tổng lực cản di chuyển Robot, N; v - vận tốc di chuyển Robot, chọn v = 0,392 m/s; m – số cụm chủ động lắp động cơ, m =2; η - hiệu suất truyền động đến cấu di chuyển, η = 0,85; N tdc = 1,546.1120,70 ⋅ 0,392 = 0,39951 kW ≈ 400 W 1000 ⋅ 2.0,85 b) Chọn động + Số vòng quay bánh xe để đảm bảo vận tốc di chuyển Robot, theo công thức [tr 194,3]: n lv = v , vg/ph πD bx (3.17) Trong đó: v – vận tốc di chuyển Robot, v = 0,392 m/s = 0,392.60 m/ph; D – đường kính bán xe, D = 200 mm =200.10-3 m; n lv = 0,392.60 = 37,45223 vg/ph 3,14.200.10 − + Số vòng quay sơ động theo công thức [tr 194,3]: nsb = nlv.ut = 37,45223 80 = 2996,18 vg/ph Với: ut – tỉ số truyền, ut = 80 Chọn số vòng quay đồng động ndb = 3000 vg/ph + Căn vào cơng suất cần thiết tính trên, chọn đơng có cơng suất 400W OMROM loại phanh hãm kí hiệu R7M-Z40030-S1 có khối lượng 1,9 kg, loại động có driver để điều khiển tốc độ Bảng 3.1: Các thông số động R7M-Z40030-S1 Thông số Công suất định mức Mômen định mức 62 Đơn vị Giá trị W 400 N.m 1,27 Tốc độ định mức Vg/ph (rpm) 3000 Tốc độ tức thời cực đại Vg/ph (rpm) 4500 Momen tức thời cực đại N.m 3,82 Cường độ dòng định mức A (rms) 2,0 Cường độ dòng điện tức thời cực đại A (rms) kg m (GD / 4) 6,03x10-5 kW/s 26,7 Tải trọng hướng tâm cho phép N 245 Tải trọng dọc trục cho phép N 74 Khối lượng kg 1,9 Nguồn điện vào V 24 ±10% Quán tính rotor Công suất tiêu thụ Kiểm tra mômen động cơ: Momen trục động theo bảng trên, lúc chịu tải liên tục Mđc=1,27 Nm Momen đầu hộp giảm tốc là: Mgt = Mđc.ut.η = 1,27.80.0,85 = 86,36 Nm = 8636 Ncm lớn Momen cản quay M cq max = Wh D bx 1120,70 20 = m 2 = 5603,5 Ncm Như động chọn đảm bảo công suất, tốc độ lực c) Chọn hộp giảm tốc Theo yêu cấu di chuyển, ta dùng hộp CSG model No 25 hãng Harmonic Hộp giảm tốc phải bảo đảm yêu cầu sau đây: Số vòng quay trục vào 3000 vg/ph, truyền công suất Nmax = 400W, tỷ số truyền ut = 80 Chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn CSG model No 25-80 Bảng 3.2: Đặc tính hộp giảm tốc CSG model No 25-80 Thông số Đơn vị Giá trị Mômen định mức N.m 178 Momen tức thời cực đại N.m 332 Tỉ số truyền 80 63 Hiệu suất truyền 0,85 Khối lượng N Xác định lực kéo tiếp tuyến Robot dọn rác, theo công thức [4-14a, 9]: Pk = m N η, N v (3.18) Trong đó: N – cơng suất danh nghĩa động cơ; v – tốc độ Robot, v = 0,392 m/s; η - hiệu suất truyền động từ động tới bánh xe η = 0,85 ÷ 0,95 Pk = 400 0,85 = 1734,69 N 0,392 Sau xác định lực bám Pk; ta tiến hành kiểm tra theo công thức 3.1 thấy thỏa mãn điều kiện đủ để Robot di chuyển 3.1.2 Tính tốn thiết kế truyền xích cho mơđun di chuyển Robot Chọn loại xích Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp, dùng xích lăn Xác định thơng số xích truyền: Theo bảng [5.4, 1], với u = 1, chọn số đĩa nhỏ z1 =17 số đĩa lớn z2 = u.z1 = 17 - Cơng suất tính tốn theo cơng thức [5.3,1] ta có: Nt = Nxkkzkn ≤ [N] (3.19) Trong đó: Nx – Cơng suất trục truyền cho truyền xích; Nx = PA 311,15 N tdc = 0,4 = 0,128 kW PA + PD 311,15 + 657,88 kz - hệ số răng, kz =25/z1 = 1,47; kn – hệ số vòng quay, kn = n01/n1 = 50/37,5 = 1,33; với n01 =200 vg/ph; k tính từ hệ số thành phần, theo cơng thức [5.4, 1] bảng [5.6,1] ta có: k = k0kakđckbtkđkc = 1.1.1.1,2.1.1,3 = 1,56 64 (3.20) Trong đó: k0 - hệ số kể đến vị trí truyền, k0 =1 (đường tâm đĩa xích nằm với phương năm ngang góc < 600); ka - hệ số kể đến khoảng cách trục, chiều dài xích, ka = chọn a = (30 ÷ 50)p; kđc – hệ số kể đến ảnh hưởng việc điều chỉnh lực căng xích, kđc = (điều chỉnh đĩa xích); kđ – hệ số tải trọng động, kể đến tính chất tải trọng, kđ = 1,2 (tải trọng va đập) kc - hệ số kể đến chế độ làm việc truyền, kc = (làm việc ca) kbt – hệ số kể đến chất lượng bôi trơn, kbt = 1,3 (môi trường có bụi, chất lượng bơi trơn II – bảng [5.7, 1]) Như vậy: Nt = 0,128.1,56.1,33.1,47 = 0,39 kW Theo bảng [5.5, 1] với n01 = 50 vg/ph, chọn truyền xích dãy có bước xích p =15,875 mm, thỏa mãn điều kiện bền mòn: Nt < [N] = 0,75 kW; Đồng thời ta có, p < pmax - Khoảng cách trục a = 39,37p = 39,37.12,7 = 500 mm Số mắt xích tính theo cơng thức [5.12,1]: x = 2a/p + (z1 + z2)/2 + (z2 – z1)2p/(4π2a) (3.21) = 2.500/12,7 + 0,5(17+17) + (17 – 17)215,875/(4π2500) = 95,74 Lấy số măt xích chẵn xc = 96, tính lại khoảng cách trục theo cơng thức [5.13,1]: { a = 0,25p x c − 0,5(z + z1 ) + { = 0,25.12,7 96 − 0,5(17 + 17) + [x − 0,5(z + z1 )] − 2[(z − z1 ) / π] c [96 − 0,5(17 + 17)] } − 2[(17 − 17) / π] (3.22) } = 501,65 mm Để xích không chịu lực căng lớn, giảm a lượng ∆a = 0,003.500 ≈ 1,65 mm, a = 500 mm 65 Số lần va đập xích theo công thức [5.12,1]: i = z1n1/(15x) = 17.37,5/(15.96) = 0,44 ≤ [i] = 60 (3.23) Tính kiểm nghiệm xích độ bền, theo công thức [5.15,1]: s = Q/(kđFt + F0 + Fv) (3.24) Trong đó: Q - tải phá hỏng, Q = 18200 N; khối lượng mét xích q = 0,75 kg; kd - hệ số tải trọng động kd = 1,7; v = Z1tn1/60000 = 17.12,7.37.5/60000 =0,135 m/s Ft – lực vòng, Ft = 1000Nx/v = 1000.0,4/0,128 = 951,83 N; Fv – lực căng lực li tâm sinh ra, Fv = qv2 = 0,8.0,1282 = 0,014 N; F0 – lực căng trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra, F0 = 9,81kfqa; Ở đây: a – khoảng cách trục, a = 0,5 m; kf – hệ số phụ thuộc độ võng f xích vị trí truyền, kf = (bộ truyền nằm ngang); F0 = 9,81.1.0,75.0,5 = 3,68 N Do đó: s = 22700/(1,7.951,83 + 3,68 + 0,014) = 11,22 Theo bảng [5.10, 1] với n = 50 vg/ph, [s] = Vậy s > [s]: truyền xích đảm bảo đủ bền Đường kính xích: Đường kính vịng chia đĩa xích, theo cơng thức [5.17,1] bảng [13.4,1] d d1 = p / sin( π / z1 ) = 12,7 / sin( π / 17) = 69,12 mm d d = p / sin( π / z ) = 12 / sin( π / 17) = 69,12 mm Đường kính vịng đỉnh răng: da1 = p[0,5 + cotg(π/Z1)] = 12,7[0,5 + cotg(π/17)] = 74,29 mm; da2 = 74,29 mm; Đường kính vịng đáy răng: df1 = dd1 – 2r = 69,12 – 2.4,33 = 60,46 mm; df2 = 60,46 mm 66 Với: r = 0,5025d1 + 0,05 = 4,33 mm d1= 8,51 mm Góc chân răng: α = 55 − 60 / Z = 55 − 60 / 17 = 510 28'14' ' Một nửa góc răng: γ = 17 − 64 / Z = 17 − 64 / 17 = 13014'7' ' Chiều rộng đĩa: b = 0,93B − 0,15 = 0,93.7,75 − 0,15 = 7,1 mm Chiều dày vành đĩa: δ = 0,93B − 0,15 = 0,93.7,75 − 0,15 = 7,1 mm - Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc đĩa xích theo công thức [5.18, 1]: σ H = 0,47 k r (Ft K d + Fvd )E /(Ak d ) = MPa ≤ [σ H ] (3.25) Trong đó: σ H - ưng suất tiếp xúc cho phép, MPa; Fvd – lực va đập m dãy xích, với m = dãy; Fvd = 13.10-7n1p3m = 13.10-737,5.12,73.1 = 0,10 N Kd – hệ số tải trọng động, Kd =1,2; kd – hệ số phân bố không tải dãy, kd = 1; kr - hệ số kể đến ảnh hưởng số đĩa xích, phụ thuộc z, kr = 0,55; A - diện tích chiếu lề, A = 51,5mm2; E – môđun đàn hồi, E = 2,1.105MPa; Vậy ta có: σ H = 0,47 0,55(951,83.1,2 + 0,10)2,1.10 /(39,6.1) = 857,88 MPa ≤ [σ H ] Như dùng thép 20X thấm cacbon, ram thấp HRC 55-60 đạt ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] = 930-1030 MPa, đảm bảo độ bền tiếp xúc cho đĩa Tương tự, σH2 ≤ [σH] (với vật liệu nhiệt luyện) Xác định lực tác dụng lên trục, theo công thức [5.20, 1]; Fr =kxFt = 1,15.951,83 = 1094,60 N; 67 (3.26) Với kx hệ số kể đến trọng lượng xích, kx= 1,15 (khi truyền nằm ngang); 3.1.3 Tính tốn thiết kế trục cho mơđun di chuyển Robot Xác định lực nén xuống bánh xe di chuyển Robot Áp lực nén bánh xe cấu di chuyển Robot, làm việc xác định hai trường sau: - Khi Robot tựa điểm tựa (trên tất bánh xe A, B, C, D) - Khi Robot tựa điểm tựa Tải trọng tác dụng lên bánh xe hai trường hợp gồm: Trọng lượng phận quay rác Gq = 351,69 N Trọng lượng phận khơng quay Gk = 1149,31 N Tải trọng dịng chảy theo phương ngang Wdc = 65,63, N Trục quay Robot trục O – O, hình 3.2 Muốn xác định lực nén lên bánh xe A, B, C, D, trước hết ta chuyển tải trọng Gq tâm đế tựa O1 Khi có mơmen lực gây Hình 3.2: Sơ đồ xác định lực nén bánh Theo phương trục x-x, công thức [1-58, 9]: M x = (G q ⋅ d + Wdc ⋅ h)sinα (3.27) Theo phương trục y-y, công thức [1-59, 9]: M y = (G q ⋅ d + Wdc ⋅ h)cosα + G k ⋅ c Trong đó: 68 (3.28) c - khoảng cách từ tâm O1 đế tựa đến trục quay O - O Robot c = 10 cm; h - khoảng cách tương ứng từ trọng tâm diện tích chắn dịng chảy đến tâm quay trục, h = 25 cm; α - góc tạo phương cần với trục dọc x-x Robot Góc thay đổi theo vị trí quay phần quay; d - khoảng cách từ trọng tâm phần quay đến trục quay O - O Robot, d = 50 cm; a) Khi Robot tựa điểm A, B, C, D: Khi lực nén bánh lên bánh xe xác định sau theo công thức [1-60, 9], [1-61, 9] [1-62, 9]: PA = PC = Gq + Gk Gq + Gk PB,D = + Mx My − 2⋅b 2⋅a (3.29) − Mx My + 2⋅b 2⋅a (3.30) Gq + Gk ± Mx My ± 2⋅b 2⋅a (3.31) Khi Robot quay góc phần tư thứ (như hình vẽ) áp lực nén lên bánh xe D có giá trị lớn ứng với góc quay α’ mà tgα , = b 60,3 = ⇒ α = 37,007 a 80 Nghĩa phương cần Robot chiếu xuống mặt phẳng ngang vng góc với đường chéo AC đế tựa biểu thị hình chữ nhật ABCD Khi có: Mx = 11571,96 Ncm PA = 303,42 N PB = 111,51 N My = 26845,62 Ncm PC = 447,08 N PDmax = 638,99 N b) Khi Robot tựa điểm A, C, D: Lực nén lên bánh xe xác định theo công thức [1-60a, 9], [1-61a, 9] [1-62a, 9]: PA = PC = Gq + Gk Gq + Gk − My − Mx b (3.32) a (3.33) 69 PD = Mx My + b a (3.34) Tương tự trường hợp trước, Robot quay góc phần tư thứ nhất, áp lực nén bánh xe D lớn nhất: Mx = 11571,96 Ncm PA = 414,93 N PB = N My = 26845,62 Ncm PC = 558,59 N PDmax = 527,48 N Dựa kết xác định lực nén lên bánh xe lớn nhất, ta lấy giá trị lớn PDmax hai trường hợp để tính tốn cụm bánh xe chọn loại bánh xe cho cấu di chuyển Tính tốn sức bền lựa chọn trục a) Chọn vật liệu chế tạo trục: Vật liệu chế tạo trục thép 18XΓT nhiệt luyện thấm C, tơi ram thấp có σb = 1600 MPa, σc = 1400 MPa, ứng suất xoắn cho phép [Mxoăn] = 35 MPa b) Xác định sơ đường kính trục theo cơng thức [10.9, 1]: d k ≥ M xoăo /(0,2[M xoăo ] mm (3.35) Trong đó: [Mxoắn] - ứng suất xoắn cho phép, [Mxoắn] = 12 ÷ 40 MPa; Mxoắn - mơmen xoắn trục, Nmm; Mxoắn = 9,55.10 N max 0,4 80.0,85 = 54116,67 Nmm; u gt ηgt = 9,55.10 n dc 3000 Với Nmax = Ntdc= 0,4 kW; ndc = 3000 vg/ph; ugt = 80; η = 0,85; n1 = 37,5 vg/ph Mômen xoắn truyền sang hai bên, phân bố tỷ lệ với tải trọng lên bánh dẫn D C Bánh D chịu tải nặng nhất, nên chịu mômen xoắn lớn nhất, theo công thức [tr200, 3]: MDxoắn = Mxoắn PD 638,99 = 54116,67 = 36693,21 Nmm 638,99 + 303,42 PD + PA MAxoắn = Mxoắn - MDxoắn = 17423,46 Nmm 70 Do đường kính sơ trục d1 = 30 mm c) Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực Chọn chiều rộng ổ lăn theo đường kính trục, theo bảng [10.2, 1] ta có: d1 = 30 mm ⇒ b01 = 19 mm Chiều dài mayơ đĩa xích, theo cơng thức [10.13, 1]: lm1 = 1,3.d1 = 1,3.30 = 39 mm Chiều dài may bánh xe, theo công thức [10.13, 1]: lm = 1,3.d1 = 1,3.30 = 39 mm Kết tính khoảng cách l1i trục từ gối đỡ đến chi tiết quay thứ i: l11 = 101 mm; l12 = 42 mm; l13 = 84 mm; d) Xác định trị số chiều lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục: Tải trọng lớn tác dụng lên bánh xe (bánh D), Fy11 = PD = 638,99 N Ngoài lực Fy11, mặt phẳng ngang trục bị uốn lực di chuyển bánh xe (∼1/2 lực cản chuyển động Robot lăn), song trị số lực nhỏ lên ta bỏ qua Lực căng xích tác dụng lên trục, Fx13 = Fr = 1097,56 N + Sơ đồ trục, chi tiết quay lực từ chi tiết quay tác dụng lên trục vẽ hình 3.3 + Tính phản lực gối đỡ trục Sử dụng phương trình mơmen phương trình hình chiếu lực mặt phẳng xOy, ta xác định phản lực gối đỡ: + Tính phản lực gối đỡ trục ∑M FY14 = − 12 Y = FY11 l11 + FY14 l13 = FY11 l11 l13 ∑ Y = −F Y11 (3.36) + FY12 + FY14 = FY12 = FY11 − FY14 ∑M 12 X (3.37) = FX13 l12 − FX14 l13 = 71 Hình 3.3: Sơ đồ đặt lực, biểu đồ mô men kết cấu trục FX14 = FX13 l12 l13 ∑X = F X12 (3.38) − FX13 + FX14 = 72 FX12 = FX13 − FX14 (3.39) Thay số vào kết sau (N) Fx11 = Fy11 = 638,99 Fz11 = Fx12 = 548,78 Fy12 = 1407,30 Fz12 = Fx13 =1097,56 Fy13 = Fz13 = Fx14 = 548,78 Fy14 = -768,31 Fz14 = e) Xác định đường kính chiều dài đoạn trục + Biểu đồ mômen uốn Mkx Mky mặt phẳng zOy zOx biểu đồ mômen xoắn Mxoắn với trục vẽ hình 3.3 biểu đồ ghi giá trị tuyệt đối mômen ứng với tiết diện thứ j Trên biểu đồ ghi giá trị tuyệt đối mômen ứng với tiết diện trục + Mômen tương đương Mtđj tiết diện j, theo công thức [10.15, 1] [10.16, 1]: M tdj = M 2xj + M 2yj + 0,75M 2xoanj , Nmm (3.40) Thay số vào công thức ta kết sau (Nmm): Mtd11 = 31777,25 Mtd13 = 61392.09 Mtd12 = 71936,95 Mtd14 = 46866.41 + Đường kính trục tiết diện j, theo công thức [10.17, 1] d j = M tdj /([0,1.σ]) , Nmm (3.42) Trong đó: [σ] – ứng suất cho phép chế tạo trục, [σ] = 70 MPa; Thay số vào công thức ta kết sau (mm) d11 = 16,56 d13 = 20,62 d12 = 21,74 d14 = 18,85 Xuất phát từ yêu cầu độ bền, lắp ghép công nghệ ta chọn đường kính đoạn trục sau hình 3.3 d11 = 25 d13 = 30 d12 = 25 d14 = 25 73 g) Tính kiểm nghiệm độ bền then Với tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép độ bền dập theo công thức [9.1, 1] độ bền cắt theo [9.2, 1] σd = 2Mxoắn /[dlt(h – t1)] ≤ [σd] (3.42) τc = 2Mxoắn /(dltb) ≤ [τc] (3.43) Trong đó: σd, τc - ứng suất dập ứng suất cắt tính tốn, MPa; d – đường kính trục, mm, xác định tính trục; Mxoắn - mômen xoắn trục, Nmm; [σd] - ứng suất dập cho phép, [σd] = 150 MPa, [τc] - ứng suất cắt cho phép, [τc] = 60 … 90 MPa; Bảng 3.3: Kết tính kiểm nghiệm then tiết diện hai trục d lt bxh t1 Mxoắn (Nmm) σd τc (MPa) (MPa) 25 32 8x7 36693,21 30,58 11,46 30 32 8x7 54116,67 37,58 14,09 Vậy tất mối ghép then đảm bảo độ bền dập độ bền cắt 3.1.4 Tính tốn chọn ổ lăn cho môđun di chuyển Robot Chọn loại ổ: Với tải trọng nhỏ có lực hướng tâm, dùng ổ bi đỡ dãy cho gối đỡ 11 14 Chọn sơ ổ: Với kết cấu trục hình 3.3 đường kính ngõng trục d = 25 mm, theo bảng [P2.7 phụ lục, 1] chọn bi đỡ dãy cỡ nhẹ 205 có đường kính d = 25 mm, đường kính ngồi D =52 mm, khả tải động C = 11 kN, khả tải tĩnh C0 = 7,09 kN Tính kiểm nghiệm khả tải ổ: Phản lực tổng hai ổ: Fl t12 = Fl 2X12 + Fl 2Y12 = 548,78 + 1407,30 = 1510,51 N 74 (3.44) Fl t14 = Fl 2X14 + Fl 2Y14 = 548,78 + (-768.307) = 944,17 N (3.45) Vậy ta tiến hành tính kiểm nghiệm cho ổ chịu tải lớn với tải trọng hướng tâm Fr = Flt12 = 1510,51 N Tải trọng động quy ước tính theo cơng thức [11.3,1]: Q = (XVFr + YFa )k t k d (3.46) Trong đó: Fa – tải trọng dọc trục, Fa = N; V – hệ số kể đến vòng quay, V = (khi vòng quay); kt – hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ, kt = (khi nhiệt độ θ ≤ 1050C; kđ – hệ số kể đến đặc tính tải trọng, kd =1,3; X – hệ số tải trọng hướng tâm, X = (ổ lăn dãy); Y - hệ số tải trọng dọc trục, Y = (ổ lăn dãy); Vậy ta có: Q = 1.1.1510,51.1.1,3 = 1963,66 N = 1,964 kN Khả tải động, theo công thức [11.1, 1]: Cd = Q E L (3.47) = 1,964.3 56,25 = 7,52 kN < C = 11 kN Tuổi thọ tính triệu vịng quay, theo cơng thức [11.2, 1]: L = 60.n 10 −6.L h (3.48) = 60.37,5.10 −6.25000 = 56,25 triệu vịng Với Lh - tuổi thọ ổ tính giờ, Lh = 25000 Kiểm nghiệm khả tải tĩnh: Với ổ bi đỡ ta có hệ số tải trọng hướng tâm X0 = 0,6 hệ số tải trọng dọc trục Y0 = 0,5; Khả tải tĩnh, theo công thức [11.19, 1]: Q t = X Fr + Y0 Fa (3.49) 75 = 0,6.1510,51 + 0,5.0 = 906,31 N < Fr0 = 1548,83 N Qt = 1,54883 kN Qt < C0 = 7,09 kN khả tải tĩnh ổ đảm bảo 3.2 Tính tốn thiết kế cánh tay máy Robot dọn rác cống ngầm 3.2.1 Tính tốn khớp quay cánh tay máy Robot Hình 3.4: Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay Các khớp quay cánh tay Robot dọn rác cống ngầm có vị trí hình 3.4; khớp quay nằm mặt phẳng ngang lắp khâu đế khâu 1, khớp quay nằm mặt phằng thẳng đứng lối khâu khâu 2, khớp quay nằm mặt phằng thẳng đứng lối khâu khâu 3, khớp quay năm khâu khâu Nguyên tắc chung để tính tốn động học khớp quay là: + Xác định tải trọng tác dụng lên khớp quay Dựa vào tải trọng này, ta xác định tổng mômen cản tác dụng lên khớp quay làm việc, gọi tắt mơmen cản quay Mcq Sau đó, dựa vào giá trị mômen cản quay, ta xác định mômen chủ động công suất cần thiết động để khắc phục Mcq Nhờ vậy, chọn động 76 hợp lý dẫn động cho khớp quay đảm bảo cho khớp quay làm việc bình thường + Đồng thời, dựa vào tải trọng tác dụng lên khớp quay, ta xác định ứng suất tiếp xúc khớp quay, từ kiểm tra sức bền theo ứng suất tiếp xúc cho phép chọn khớp quay cho phù hợp Tính tốn khớp quay số cánh tay máy Robot Điều kiện tính tốn: - Tại vị trí đào tích rác - Khâu cánh tay Robot làm việc gầu gần chứa đầy rác - Robot làm việc bề mặt nghiêng so với phương ngang góc α1 Với điều kiện làm việc vậy, khớp quay cánh tay Robot thường chịu tải trọng sau: + Mômen mặt phẳng thẳng đứng Md Mômen tải trọng nằm mặt phẳng đứng gây so với tâm Robot, hình 3.5 Hình 3.5: Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay Các tải trọng gây mơmen Md gồm có: - Tải trọng tĩnh như: Trọng lượng tay gẩu Gtg gầu chứa đầy rác GG+r - Tải trọng động như: Lực quán tính Pq nâng hạ thiết bị làm việc, lực dòng chảy Pdc tác dụng lên Robot a) Xác định mômen cản quay Mômen cản quay xác định theo công thức tổng quát [1-73, 9]: M cq = M1 + M + M (3.50) 77 Trong đó: M1 - mômen cản khâu 4, rác phản lực lưỡi cắt gây ra; M2 – mômen cản lực qn tính gây ra; M3 – mơmen cản dịng chảy gây ra; Các mơmen nêu xác định sau: * Xác định mômen cản khâu 4, rác phản lực lưỡi cắt gây M1 M = Pd l + G G + r d5 d + G gt , Ncm 2 (3.51) Ở đây: Pd - phản lực lưỡi cắt gây ra, Pd = 80 N; GG+r - trọng lượng gầu rác khâu 4, GG+r = 101,23 N; Ggt - trọng lượng tay gầu khâu 4, Ggt = 4,08 N; d4/2, d5/2, l6 – khoảng cách Pd, GG+r, Ggt, đến tâm khớp quay số 4: d4 = 4,2 cm, d5 = 18 cm, l6 = cm M = 80.9 + 101,23 4,2 18 + 4,08 2 = 1639,64 Ncm * Xác định mơmen cản quay lực qn tính gây M2, theo công thức [tr52, 3]: M2 = (4G G + r d 2n + 0,5G gt d 24 ) ⋅ n 3,75.t , Ncm Trong đó: n – số vòng quay khớp 4, n = 37,5 vg/ph; t - thời gian gia tốc quay, t = s; M2 = (4.101,23.0,14 + 0,5.4,08.0,042 )37,5 3,75.1 = 79,40 Ncm * Xác định mômen cản quay lực dịng chảy gây M3 Mơmen xác định gần theo công thức sau: 78 (3.52) Nếu ký hiệu Pi lực dòng chảy tác dụng lên phận thứ i cánh tay quay với khớp quay ta xác định lực dòng chảy Pdc tác dụng lên cánh tay Robot theo công thức: Pdc = ∑ Pi = ∑ pFi , N (3.53) Trong đó: Fi - Diện tích chắn dịng chảy phận thứ i, cm2; p – Áp suất dòng chảy nơi Robot làm việc, p = 0,025 N/cm2; Pdc ≈ 0,025.(l5.2l6 + d4l4)sinα1 = 2,5.(16.2.9 + 4,2.4)sinα1 = 7,62sinα1, N Mômen cản quay dịng chảy xác định gần theo cơng thức [1-78, 9]: M = ∑ Pi h i ≈ Pdc.h, Ncm (3.54) hi - khoảng cách tương ứng từ trọng tâm diện tích chắn dịng chảy thứ i đến tâm quay khớp, cm; h= = (l + l )sinα1 (4 + 16)sinα1 = 10sinα1 M3 = 10sinα1.7,62sinα1 = 76,2sinα12 , Ncm Trường hợp ta xét với: α1 = 900 ⇒ M3max = 76,2 Ncm Từ kết tìm ta xác định mômen cản quay: M cq max = 1639,64 + 79,40 + 76,2 = 1795,24 Ncm a) Xác định công suất cần thiết, lựa chọn động hộp giảm tốc * Công suất cần thiết động để dẫn động cánh tay quay theo công thức [1-81,9]: 79 k ⋅ M cq max ⋅ n k Nd /c = 9,55 ⋅10 η , kW (3.55) Trong đó: Mcq - tính Ncm; ngt - tốc độ quay khớp 4, ngt = 38,33 vg/ph; k - hệ số dự trữ, k =2,42; η - hiệu suất truyền động đến cấu di chuyển, η = 0,85; N tdc = 2,41.1795,24.38,33 9,55.10 ⋅ 0,85 = 0,19987 kW = 199,87 W * Chọn động + Số vòng quay động nđc = 3000 vg/ph + Căn vào công suất cần thiết tính trên, chọn đơng có cơng suất 200W OMROM loại phanh hãm kí hiệu R7M-Z20030-S1 có khối lượng 1,5 kg, loại động có driver để điều khiển tốc độ Bảng 3.4: Các thông số động R7M-Z20030-S1 Thông số Đơn vị Giá trị W 200 Mômen định mức N.m 0,637 Tốc độ định mức Vg/ph (rpm) 3000 Tốc độ tức thời cực đại Vg/ph (rpm) 4500 Momen tức thời cực đại N.m 1,91 Cường độ dòng định mức A (rms) 1,1 Cường độ dòng điện tức thời cực đại A (rms) 3,3 kg m (GD / 4) 3,30x10-5 kW/s 12,1 Tải trọng hướng tâm cho phép N 245 Tải trọng dọc trục cho phép N 74 Công suất định mức Qn tính rotor Cơng suất tiêu thụ 80 Khối lượng kg 1,5 Nguồn điện vào V 24 ±10% Kiểm tra mômen động cơ: Momen trục động theo bảng trên, lúc chịu tải liên tục Mđc= 0,637 Nm Momen đầu hộp giảm tốc là: Mgt = Mđc.ut.η = 0,637.80.0,85 = 43,316 Nm = 4331,6 Ncm lớn Momen cản quay Mcqmax = 1795,24 Ncm Như động chọn đảm bảo công suất, tốc độ lực * Chọn hộp giảm tốc Theo yêu cấu di chuyển, ta dùng hộp CSG model No 17 hãng Harmonic Hộp giảm tốc phải bảo đảm yêu cầu sau đây: Số vòng quay trục vào 3000 vg/ph, truyền công suất Nmax = 200W, tỷ số truyền ut = 80 Chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn CSG model No 17-80 Bảng 3.5: Đặc tính hộp giảm tốc CSG model No 17-80 Thông số Đơn vị Giá trị Mômen định mức N.m 56 Momen tức thời cực đại N.m 113 Tỉ số truyền 80 Hiệu suất truyền 0,85 Khối lượng N Tính tốn khớp quay số cánh tay máy Robot dọn rác Xác định tải trọng tác dụng lên khớp quay Điều kiện tính tốn: - Tại vị trí đào tích rác; - Các khâu 3, cánh tay Robot làm việc khâu chứa đầy rác; - Robot làm việc bề mặt nghiêng so với phương ngang góc α1 Với điều kiện làm việc vậy, khớp quay cánh tay Robot thường chịu tải trọng sau: 81 Hình 3.6: Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay + Mômen mặt phẳng thẳng đứng Md Mômen tải trọng nằm mặt phẳng đứng gây so với tâm Robot, hình 3.6 Các tải trọng gây mơmen Md gồm có: - Tải trọng tĩnh như: Trọng lượng khâu 3, tay gầu gầu chứa đầy rác - Tải trọng động như: Lực quán tính Pq nâng hạ thiết bị làm việc, lực dòng chảy Pdc tác dụng lên Robot a) Xác định mômen cản quay Mômen cản quay xác định theo công thức tổng quát [1-73, 9]: M cq = M + M + M (3.56) Trong đó: M1 – mômen cản trọng lượng cánh tay Robot, rác phản lực lưỡi cắt; M2 – mômen cản lực qn tính gây ra; M3 – mơmen cản tải trọng dịng chảy gây ra; Các mơmen nêu xác định sau: * Xác định mômen cản trọng lượng khâu 4, cánh tay Robot với rác phản lực lưỡi cắt gây M1: M = Pd (l + l + l ) + G G + r r3 + G k r2 + G k r1 l l  l  = Pd (l + l + l ) + G G + r ( + l + l ) + G gt ( + l ) + G k 3  cos α1 2 2  82 16 35 = 80(16 + + 20) + [101,23( + + 35) + 4,08( + 35) + 74,36 ] cos α1 2 = 4400 + 6210,07 cosα1, Ncm Ở đây: Gk3 - trọng lượng khâu 3, Gk3 = 74,36 N; r3, r2, r1 – khoảng cách GG+r, Ggt, Gk3 đến tâm khớp quay số 3; l3 - chiều dài khâu 3: l3 = 35 cm; Trường hợp ta xét với: α1 = 00 ⇒ M1max = 10610,07 Ncm * Xác định mômen cản quay lực qn tính gây M2, theo cơng thức [1-75, 9]: M2 = ω.100 ω.100 m i ri2 = G i ri2 (N.cm) ∑ ∑ t t.g (3.57) Trong đó: Gi - trọng lượng phận thứ i quay toàn Robot quanh khớp 3, N; ω - vận tốc góc khớp 3, ω = 1500/s =2,617 rad/s; t - thời gian gia tốc quay, t = 1,27; ri - khoảng cách tương ứng từ điểm đặt Gi đến tâm quay khớp 3, m; M2 = ω.100 (G G + r r32 + G gt r22 + G k r12 ) t.g = l l ω.100 [G G +r ( l5 + l + l3 ) + G gt ( + l3 ) + G k ( ) ] cos α1 2 t.g = 2,617.100 0,16 0,04 + 0,04 + 0,35) + 4,08( + 0,35) [101,23( 1,27.9,81 2 + 74,36( 0,35 ) ] cos α1 = 529,221 cos α1 , Ncm Trường hợp ta xét với: α1 = 00 ⇒ M2max = 529,22 Ncm * Xác định mômen cản quay lực dịng chảy gây M3 Mơmen xác định gần theo công thức sau: 83 Nếu ký hiệu Pi lực dòng chảy tác dụng lên phận thứ i cánh tay quay với khớp quay ta xác định lực dịng chảy Pdc tác dụng lên cánh tay Robot theo công thức: Pdc = ∑ Pi = ∑ pFi , N (3.58) Trong đó: Fi - Diện tích chắn dịng chảy phận thứ i, cm2 p – Áp suất dòng chảy nơi Robot làm việc, p = 0,025 N/cm2; Pdc ≈ 0,025.(l5.2l6 + d4l4 + l3hn3).sinα1 = 0,025(16.2.9 + 4,2.4 + 35.7,2) sin α1 = 13,92 sin α1 , N Ở đây: hn3 - cạnh tiết diện hình vng mặt cắt B-B khâu 3, hn3 = 7,2 cm; U U Mômen cản quay dịng chảy xác định gần theo cơng thức [1-78, 9]: M = ∑ Pi h i ≈ Pdc.h, Ncm (3.59) hi - khoảng cách tương ứng từ trọng tâm diện tích chắn dịng chảy thứ i đến tâm quay khớp, cm h= = (l + l + l )sinα1 (35 + + 16)sinα1 = 27,5sinα1 M3 = 13,22 sin α1 27,5sinα1 = 382,80sinα12 , Ncm Trường hợp ta xét với: α1 = 900 ⇒ M3max = 382,80 Ncm Từ kết tìm ta xác định mômen cản quay: M cq max = M max + M max + M max = 10610,07 + 529,22 + 382,80 84 = 11522,09 Ncm b) Xác định công suất cần thiết, lựa chọn động hộp giảm tốc * Công suất cần thiết động để dẫn động cánh tay quay, theo công thức [1-81, 9]: Nd /c = k ⋅ M cq ⋅ n k 9,55 ⋅10 η , kW (3.60) Trong đó: Mcq - tính Ncm; nk3 - tốc độ quay khớp 3, nk3 = 25 vg/ph; k - hệ số dự trữ, k = 1,12; η - hiệu suất truyền động đến cấu di chuyển, η = 0,85; N tdc = 1,12.11522,09.25 9,55.10 ⋅ 0,85 = 0,397448 kW = 397,44 W * Chọn động + Số vòng quay động nđc = 3000 vg/ph + Căn vào công suất cần thiết tính trên, chọn đơng có cơng suất 400W OMROM loại phanh hãm kí hiệu R7M-Z40030-S1 có khối lượng 1,9 kg, loại động có driver để điều khiển tốc độ Bảng 3.6: Các thông số động R7M-Z40030-S1 Thông số Đơn vị Giá trị W 400 Mômen định mức N.m 1,27 Tốc độ định mức Vg/ph (rpm) 3000 Tốc độ tức thời cực đại Vg/ph (rpm) 4500 Momen tức thời cực đại N.m 3,82 Cường độ dòng định mức A (rms) 2,0 Cường độ dòng điện tức thời cực đại A (rms) kg m (GD / 4) 6,03x10-5 Cơng suất định mức Qn tính rotor 85 Công suất tiêu thụ kW/s 26,7 Tải trọng hướng tâm cho phép N 245 Tải trọng dọc trục cho phép N 74 Khối lượng kg 1,9 Nguồn điện vào V 24 ±10% Kiểm tra mômen động cơ: Momen trục động theo bảng trên, lúc chịu tải liên tục Mđc=1,27 Nm Momen đầu hộp giảm tốc là: Mgt = Mđc.ut.η = 1,27.120.0,85 = 129,54 Nm = 12954 Ncm lớn Momen cản quay Mcqmax = 11522,09 Ncm Như động chọn đảm bảo công suất, tốc độ lực * Chọn hộp giảm tốc Theo yêu cấu di chuyển, ta dùng hộp CSG model No 17 hãng Harmonic Hộp giảm tốc phải bảo đảm yêu cầu sau đây: Số vòng quay trục vào 3000 vg/ph, truyền công suất Nmax = 400W, tỷ số truyền ut = 120 Chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn CSG model No 17-120 Bảng 3.7: Đặc tính hộp giảm tốc CSG model No 17-120 Thông số Đơn vị Giá trị Mômen định mức N.m 70 Momen tức thời cực đại N.m 112 Tỉ số truyền 120 Hiệu suất truyền 0,85 Khối lượng N Tính tốn khớp quay số cánh tay máy Robot dọn rác Xác định tải trọng tác dụng lên khớp quay Điều kiện tính tốn: - Tại vị trí đào tích rác - Các khâu 2, 3, cánh tay Robot làm việc khâu chứa đầy rác - Robot làm việc bề mặt nghiêng so với phương ngang góc α1 86 Hình 3.7: Sơ đồ lực mặt phẳng đứng tác dụng lên khớp quay Với điều kiện làm việc vậy, khớp quay cánh tay Robot thường chịu tải trọng sau: + Mômen mặt phẳng thẳng đứng Md Mômen tải trọng nằm mặt phẳng đứng gây so với tâm Robot, hình 3.7 Các tải trọng gây mơmen Md gồm có: - Tải trọng tĩnh như: Trọng lượng khâu 2, 3, tay gầu gầu chứa đầy rác - Tải trọng động như: Lực quán tính Pq nâng hạ thiết bị làm việc, lực dòng chảy Pdc tác dụng lên Robot a) Xác định mômen cản quay Mômen cản quay xác định theo công thức tổng quát [1-73, 9]: M cq = M + M + M (3.61) Trong đó: M1 – mômen cản trọng lượng cánh tay Robot, rác phản lực lưỡi cắt; M2 – mômen cản lực qn tính gây ra; M3 – mơmen cản tải trọng dịng chảy gây ra; Các mơmen nêu xác định sau: 87 * Xác định mômen cản trọng lượng khâu 4, 3, cánh tay Robot với rác phản lực lưỡi cắt gây M1: M = Pd (l + l + l + l ) + G G + r r4 + G gt r3 + G k r2 + G k r1 1 = Pd (l + l + l + l ) + [G G + r ( l + l + l + l ) + G gt ( l + l + l ) 2 1 + G k3 ( l + l ) + G k l ] cos α1 2 16 = 80(16 + + 35 + 45) + [101,23( + + 35 + 45) + 4,08( + 35 + 45) 2 + 74,36( 35 45 + 45) + 111,83 ] cos α1 2 = 8000 + 16811,40 cosα1, Ncm Ở đây: Gk2 - trọng lượng khâu 2, Gk2 = 24811,40 N; r3, r3, r2, r1 – khoảng cách GG+r, Ggt, Gk3, Gk2 đến tâm khớp quay số 2; l2 - chiều dài khâu 2: l2 = 45 cm; Trường hợp ta xét với: α1 = 00 ⇒ M1max = 25811,40 Ncm * Xác định mơmen cản quay lực qn tính gây M2, theo công thức [1-75, 9]: M2 = ω.100 ω.100 m i ri2 = G i ri2 (N.cm) ∑ ∑ t t.g (3.62) Trong đó: Gi - trọng lượng phận thứ i quay toàn Robot quanh khớp 2, N; ω - vận tốc góc khớp 2, ω = 112,50/s =1,9625 rad/s; t - thời gian gia tốc quay, t = 1,5; ri - khoảng cách tương ứng từ điểm đặt Gi đến tâm quay khớp 2, m; M2 = = ω.100 (G G + r r42 + G gt r32 + G k r22 + G k r12 ) t.g l l ω.100 [G G + r ( l + l + l + l ) + G gt ( + l + l ) + G k ( + l ) t.g 2 88 l + G k ( ) ] cos α1 = 1,9625.100 0,16 0,04 + 0,04 + 0,35 + 0,45) + 4,08( [101,23( 1,5.9,81 2 + 0,35 + 0,45) + 74,36( 0,45 0,35 + 0,45) + 111,83( ) ] cos α1 2 = 1902,26 cos α1 , Ncm Trường hợp ta xét với: α1 = 00 ⇒ M2max = 1902,26 Ncm * Xác định mơmen cản quay lực dịng chảy gây M3 Mômen xác định gần theo công thức sau: Nếu ký hiệu Pi lực dòng chảy tác dụng lên phận thứ i cánh tay quay với khớp quay ta xác định lực dòng chảy Pdc tác dụng lên cánh tay Robot theo công thức: Pdc = ∑ Pi = ∑ pF i , N (3.63) Trong đó: Fi - Diện tích chắn dịng chảy phận thứ i, cm2; p – Áp suất dòng chảy nơi Robot làm việc, p = 0,025 N/cm2; Pdc ≈ 0,025.(l5.2l6 + d4l4 + l3bn3+ l2bn2).sinα1 = 0,025(16.2.9 + 4,2.4 + 35.7,2 + 45.10) sin α1 = 25,17 sin α1 , N Ở đây: bn2 – chiều rộng tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 2, bn2 = 10 cm; U U Mơmen cản quay dịng chảy xác định gần theo công thức [1-78, 9]: M = ∑ Pi h i ≈ Pdc.h, Ncm (3.64) hi - khoảng cách tương ứng từ trọng tâm diện tích chắn dịng chảy thứ i đến tâm quay khớp, cm h= (l + l + l + l )sinα1 89 = (45 + 35 + + 16)sinα1 = 50sinα1 M3 = 25,17 sin α1 50sinα1 = 1258,5sinα12 , Ncm Trường hợp ta xét với: α1 = 900 ⇒ M3max = 1258,5 Ncm Từ kết tìm ta xác định mômen cản quay: M cq max = M max + M max + M max = 25811,40 + 1902,26 + 1258,5 = 27972,15 Ncm b) Xác định công suất cần thiết, lựa chọn động hộp giảm tốc * Công suất cần thiết động để dẫn động cánh tay quay, theo công thức [1-81, 9]: Nd /c = k ⋅ M cq ⋅ n k 9,55 ⋅10 η , kW (3.65) Trong đó: Mcq - tính Ncm; nk2 - tốc độ quay khớp 2, nk2 = 18,75 vg/ph; k - hệ số dự trữ, k = 1,57; η - hiệu suất truyền động đến cấu di chuyển, η = 0,85; N tdc = 1,16.27972,15.18,75 9,55.10 ⋅ 0,85 = 0,74948 kW = 749,48 W * Chọn động + Số vòng quay động nđc = 3000 vg/ph + Căn vào cơng suất cần thiết tính trên, chọn đơng có cơng suất 750W OMROM loại phanh hãm kí hiệu R7M-Z75030-S1 có khối lượng 3,5 kg, loại động có driver để điều khiển tốc độ 90 Bảng 3.8: Các thông số động R7M-Z75030-S1 Thông số Đơn vị Giá trị W 750 Mômen định mức N.m 2,39 Tốc độ định mức rpm 3000 Tốc độ tức thời cực đại rpm 4500 Momen tức thời cực đại N.m 7,16 Cường độ dòng định mức A (rms) 3,7 Cường độ dòng điện tức thời cực đại A (rms) 11,1 kg m (GD / 4) 1,50x10-4 kW/s 38,1 Tải trọng hướng tâm cho phép N 392 Tải trọng dọc trục cho phép N 147 Khối lượng kg 3,5 Nguồn điện vào V 24 ±10% Cơng suất định mức Qn tính rotor Công suất tiêu thụ Kiểm tra mômen động cơ: Momen trục động theo bảng trên, lúc chịu tải liên tục Mđc=2,39 Nm Momen đầu hộp giảm tốc là: Mgt = Mđc.ut.η = 2,39.160.0,85 = 325,04 Nm = 32504 Ncm lớn Momen cản quay Mcqmax = 27972,15 Ncm Như động chọn đảm bảo công suất, tốc độ lực * Chọn hộp giảm tốc Theo yêu cấu di chuyển, ta dùng hộp CSG model No 25 hãng Harmonic Hộp giảm tốc phải bảo đảm yêu cầu sau đây: Số vòng quay trục vào 3000 vg/ph, truyền công suất Nmax = 750W, tỷ số truyền ut = 160 Chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn CSG model No 25-160 91 Bảng 3.9: Đặc tính hộp giảm tốc CSG model No 25-160 Thông số Đơn vị Giá trị Mômen định mức N.m 229 Momen tức thời cực đại N.m 408 Tỉ số truyền 160 Hiệu suất truyền 0,85 Khối lượng N Tính tốn khớp quay số cánh tay máy Robot dọn rác Xác định tải trọng tác dụng lên khớp quay Điều kiện tính tốn: - Tại vị trí kết thúc giai đoạn đào tích rác, khâu chứa đầy rác - Cánh tay Robot làm việc khâu đầy rác thoát khỏi tầng đào - Bắt đầu quay cánh tay Robot đến vị trí đổ rác - Robot làm việc bề mặt nghiêng so với phương ngang góc α1 Với điều kiện làm việc vậy, khớp quay cánh tay Robot thường chịu tải trọng sau: + Mômen mặt phẳng thẳng đứng Md Mômen tải trọng nằm mặt phẳng đứng gây so với tâm Robot, hình 3.4 Các tải trọng gây mơmen Md gồm có: - Tải trọng tĩnh như: Trọng lượng khớp quay, khâu khâu chứa đầy rác GG+r - Tải trọng động như: Lực quán tính Pq cánh tay làm việc, lực dòng chảy Pdc tác dụng lên Robot; lực dòng chảy nằm mặt phẳng chứa cánh tay trục quay khớp Robot a) Xác định mômen cản quay Mômen cản quay xác định theo công thức tổng quát [1-73, 9]: M cq = M + M + M + M (3.66) Trong đó: M1 – mơmen cản trọng lượng cánh tay Robot, rác phản lực lưỡi cắt; 92 M2 – mômen cản lực quán tính gây ra; M3 – mơmen cản lực dịng chảy gây ra; M4 – mômen cản độ dốc mặt đất nơi Robot làm việc; Các mômen nêu xác định sau: * Xác định mômen cản trọng lượng khâu 4, 3, 2, cánh tay Robot với rác phản lực lưỡi cắt gây M1: M = G G + r r4 + G gt r3 + G k r2 + G k r1 + G k1 = [G G + r ( + G k2 h n1 l5 l l + l + l + l ) + G gt ( + l + l ) + G k3 ( + l ) 2 l2 h ] cos α1 + G k1 n1 2 35 16 = [101,23( + + 35 + 45) + 4,08( + 35 + 45) + 74,36( + 45) 2 + 111,83 45 13 ] cos α1 + 60,14 2 = 16811,4 cos α1 + 390,91 , Ncm Ở đây: Gk1 - trọng lượng khâu khớp 2, Gk1 = 60 N; r3, r3, r2, r1 – khoảng cách GG+r, Ggt, Gk3, Gk2 đến tâm khớp quay số 1, l1 - chiều dài khâu 1, l1 = 10 cm hn1 – chiều dài tiết diện hình chữ nhật khâu 1, hn1 = 13 cm; Trường hợp ta xét với: α1 = 00 ⇒ M1max = 17202,31 Ncm * Xác định mômen cản quay lực qn tính gây M2, theo cơng thức [1-75, 9]: G k1 h 2n1 ω.100 M2 = (∑ G i ri + ) (N.cm) t.g (3.67) Trong đó: Gi - trọng lượng phận thứ i quay toàn Robot quanh khớp 1, N; ω - vận tốc góc khớp 1, ω = 112,50/s =1,9625 rad/s ⇒ n = 18,75 vg/phút; 93 t - thời gian gia tốc quay, t = 1,5 s; ri - khoảng cách tương ứng từ điểm đặt Gi đến tâm quay khớp 1, m; M2 = = G h2  ω.100   G G +r r42 + G gt r32 + G k 3r22 + G k r12 + k1 n1  t.g   l l ω.100 {[G G + r ( l + l + l + l ) + G gt ( + l + l ) + G k ( + l ) 2 t.g l2 G k1h 2n1 } + G k ( ) ] cos α1 + = 1,9625.100 0,16 0,04 + 0,04 + 0,35 + 0,45) + 4,08( + 0,35 [101,23( 1,5.9,81 2 60,14.13 0,35 0,45 + 0,45) + 74,36( + 0,45) + 111,83( ) ] cos α1 + ] 2 = 1902,26 cos α1 + 3,39 Ncm Trường hợp ta xét với: α1 = 00 ⇒ M2max = 1905,65 Ncm * Xác định mơmen cản quay lực dịng chảy gây M3 Mômen xác định gần theo công thức sau: Nếu ký hiệu Pi lực dòng chảy tác dụng lên phận thứ i cánh tay quay với khớp quay ta xác định lực dòng chảy Pdc tác dụng lên cánh tay Robot theo công thức: Pdc = ∑ Pi = ∑ pFi , N (3.68) Trong đó: Fi - Diện tích chắn dịng chảy phận thứ i, cm2; p – Áp suất dòng chảy nơi Robot làm việc, p = 0,025 N/cm2; Pdc ≈ 0,025[(l5.2l6 + d4l4 + l3bn3 + l2bn2)sinα1 + l1bn1] = 0,025[(16.2.9 + 4,2.4 + 35.7,2 + 45.10) sin α1 + 10.13] = 25,17 sin α1 + 3,25 N Với: bn4 - cạnh ngồi tiết diện hình vng mặt cắt B-B khâu 3, hn = 7,2 cm; U 94 U Mơmen cản quay dịng chảy xác định gần theo công thức [1-78, 9]: M = ∑ Pi h i ≈ Pdc.h, Ncm (3.69) hi - khoảng cách tương ứng từ trọng tâm diện tích chắn dòng chảy thứ i đến tâm quay khớp, cm h= = l1 + (l + l + l + l )sinα1 10 + (45 + 35 + + 16)sinα1 = 50sinα1 + cm M3 = (25,17 sin α1 + 3,25)(50sinα1 + 5), Ncm α1 = 900 ⇒ M3max = 1563,1 Ncm * Xác định mômen cản quay độ dốc M4, theo cơng thức [1-79, 9]: Hình 3.8: Sơ đồ lực tác dụng lên khớp quay nghiêng góc α M = ∑ G i ⋅ b i sin α , Ncm (3.70) Trong đó: 95 Gi - trọng lượng phận thứ i quay với khớp 1, N; bi - khoảng cách từ điểm đặt Gi đến tâm quay khớp 1, cm; α - góc nghiêng mặt nơi Robot làm việc so với phương ngang, α = 120 M = (G G + r b + G kgt b + G k b + G k b + G k1 b1 ) sin α = {[G G + r [( + G k [( l5 l + l + l + l ) sin α1 + l1 ] + G gt [( + l + l ) sin α1 + l1 ] 2 l3 l l + l ) sin α1 + l1 ] + G k ( sin α1 + l1 ) + G k1 } sin α 2 16 = {101,23[( + + 35 + 45) sin α1 + 10] + 4,08 [( + 35 + 45) sin α1 + 10] 2 + 74,36[( 35 45 10 + 45) sin α1 + 10] + 111,83( sin α1 + 10) + 60,14 } sin 12 2 = (16811,4sinα1 + 3215,7) sin 12 Trường hợp ta xét với: α1 = 900 ⇒ M4max = 4163,87 Ncm Từ kết tìm ta xác định mômen cản quay: M cq max = M max + M max + M max + M max = 17202,31 + 1905,65 + 1563,1 + 4163,87 = 24834,92 Ncm b) Xác định công suất cần thiết, lựa chọn động hộp giảm tốc * Công suất cần thiết động để dẫn động cánh tay quay, theo công thức [1-81, 9]: Nd /c = k ⋅ M cq ⋅ n k1 9,55 ⋅10 η , kW (3.71) Trong đó: Mcq - tính Ncm; nk1 - tốc độ quay khớp 1, nk1 = 18,75 vg/ph; k - hệ số dự trữ, k = 1,30; η - hiệu suất truyền động đến cấu di chuyển, η = 0,85; 96 N tdc = 1,30.24834,92 18,75 9,55.10 ⋅ 0,85 = 0,74574kW = 745,74W * Chọn động + Số vòng quay động nđc = 3000 vg/ph + Căn vào công suất cần thiết tính trên, chọn đơng có cơng suất 750W OMROM loại phanh hãm kí hiệu R7M-Z75030-S1 có khối lượng 3,5 kg, loại động có driver để điều khiển tốc độ Bảng 3.10: Các thông số động R7M-Z75030-S1 Thông số Đơn vị Giá trị W 750 Mômen định mức N.m 2,39 Tốc độ định mức rpm 3000 Tốc độ tức thời cực đại rpm 4500 Momen tức thời cực đại N.m 7,16 Cường độ dòng định mức A (rms) 3,7 Cường độ dòng điện tức thời cực đại A (rms) 11,1 kg m (GD / 4) 1,50x10-4 kW/s 38,1 Tải trọng hướng tâm cho phép N 392 Tải trọng dọc trục cho phép N 147 Khối lượng kg 3,5 Nguồn điện vào V 24 VDC±10% Công suất định mức Qn tính rotor Cơng suất tiêu thụ Kiểm tra mômen động cơ: Momen trục động theo bảng trên, lúc chịu tải liên tục Mđc=2,39 Nm Momen đầu hộp giảm tốc là: Mgt = Mđc.ut.η = 2,39.160.0,85 = 325,04 Nm = 32504 Ncm lớn Momen cản quay Mcqmax = 24834,92 Ncm Như động chọn đảm bảo công suất, tốc độ lực 97 * Chọn hộp giảm tốc Theo yêu cấu di chuyển, ta dùng hộp CSG model No 25 hãng Harmonic Hộp giảm tốc phải bảo đảm yêu cầu sau đây: Số vòng quay trục vào 3000 vg/ph, truyền công suất Nmax = 750W, tỷ số truyền ut = 160 Chọn hộp giảm tốc tiêu chuẩn CSG model No 25-160 Bảng 3.11: Đặc tính hộp giảm tốc CSG model No 25-160 Thơng số Đơn vị Giá trị Mômen định mức N.m 229 Momen tức thời cực đại N.m 408 Tỉ số truyền 160 Hiệu suất truyền 0,85 Khối lượng N 3.2.2 Tính tốn thiết kế khâu cách tay máy Robot dọn rác cống ngầm Hình 3.9: Sơ đồ lực tác dụng lên cánh tay Robot vị tri tính tốn 98 Để khơi thơng dịng chảy rác làm tắc hệ thống cống ngầm, ta sử dụng Robot dọn rác thông cống Căn vào loại rác làm tắc hệ thống cống ngầm hình dạng hệ thống cống ngầm mà khâu cuối cánh tay Robot lưỡi cắt dạng mũi khoan hay dạng gầu đào cắt lấy rác…Trong phần tính tốn tính tốn lưới cắt có dạng tổng hợp Điều kiện tính tốn: + Khảo sát vị trí cánh tay hình 3.9 + Lưỡi cắt cánh tay Robot tiếp tục làm việc gặp chướng ngại vật đào lấy rác nên chịu tải trọng động Pd chướng ngại vật gây + Khâu chứa đầy rác Tính tốn thiết kế khâu a) Chọn thơng số hình học cho gầu q – dung tích hình học gầu, q = 290,16.10-5 m3; Chiều dày thành gầu bt tính theo cơng thức sau: b t = (20 ÷ 35)3 q , mm (3.72) = 213 290,16.10 −5 ≈ mm Đai gầu thường có tiết diện hình chữ nhật với chiều rộng bd chiều cao hd; bd = (1,8 ÷ 2)bt, mm (3.73) = 1,8 ≈ mm hd = (1,5 ÷ 2)ht, mm (3.74) = 1,5 ≈ mm b) Tính tốn thiết kế tay gầu cho khâu Muốn tính sức bền thiết kế tay gầu cho khâu 4, trước hết ta tách khâu khỏi khâu 3, khớp đặt lực liên kết X4, Z4 * Xác định ngoại lực tác dụng lên khâu Để xác định phản lực nêu cần dựa vào lực biết là: Ptmax, Gtg, GG+r 99 Hình 3.10: Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot + Xác định phản lực X4 Z4: Các phản lực xác định dựa vào phương trình cân hình chiếu lực tác dụng lên khâu Robot xuống hệ trục tọa độ x’O4z’ Ta tính được: X = Pd + (G G + r + G tg ) cos α1 Z = Pt + (G G + r + G tg ) sin α1 (3.75) M u4 = Pd (l + l ) + G G + r (0,5l + l ) cos α1 + G tg 0,5l cos α1 M x4 = Pd l Trong đó: α2 - góc nghiêng khâu so với trục Z’; Pd - phản lực lưỡi cắt có kể đến tải trọng động kd chướng ngại vật gây ra, xác định theo công thức [2-14a, 9]: (3.76) Pd = k d P1 kd - hệ số tải trọng động, kd = 1,33; P1 - lực cản đào tiếp tuyến lưỡi cắt xác định theo công thức [2.41, 9]: P1 = k.b.hmax = 1.1.18.3 ≈ 60 N k – hệ số lực cản đào, k = ÷ N/cm2; b – chiều rộng phôi cắt, b = 18 cm; hmax – chiều dày lớn phoi cắt, hmax = cm; P1 = 1.1.18.3 ≈ 60 N Pd = 1,33.60 = 80 N 100 Pt – lực dọc cắt rác tác dụng lên khâu 4, Pt = 75 N; GG+r - trọng lượng gầu rác, GG+r = 101,23 N; Gtg - trọng lượng tay gầu khâu 4, Gtg = 4,08 N; l4, l5 – chiều dài tay gầu gầu khâu 4, l4 = cm, l5 =16 cm; l6 - khoảng cách từ lực Pd đến điểm A theo phương dọc trục X, l6 = cm; * Xác định nội lực tay gầu khâu Tiết diện nguy hiểm tay gầu khâu mặt cắt A-A qua khớp thứ U U Tiết diện chịu nội lực sau: Hình 3.11: Mặt cắt ngang tiết diện A-A U U + Mômen uốn mặt phẳng chứa tay gầu khâu 4: M u = M u4 = 80(16 + 4) + 101,23(0,5.16 + 4)cosα1 + 4,08.0,5.4cosα1 = 1600 + 1222,92cosα1 , Ncm + Lực nén khâu 4: N max = Z = 75 + ( 101,23 + 4,08)sinα1 = 75 + 105,31sin α1 , N + Mômen xoắn khâu 4: Mxoắn = Mx4 = 80.9 = 720 Ncm * Kiểm tra sức bền cho khâu + Ứng suất pháp lớn mặt cắt A-A, xác định theo công thức [tr120, 6]: U U 101 Mu N + Wu F σ= (3.77) Trong đó: Wu – mơđuyn chống uốn, xác định theo công thức [tr102, 2]: Wu = 0,1d 3n (1 − η ) η= (3.78) d t 3,6 = = 0,86 d n 4,2 dt – đường kính tiết diện mặt cắt A-A khâu 4, dt = 3,6 cm; U U dn - đường kính ngồi tiết diện mặt cắt A-A khâu 4, dn = 4,2 cm; U U Wu = 0,1.4,23(1- 0,864) = 3,41 cm3 F – diện tích mặt cắt ngang khâu tiết diện mặt cắt A-A U F= 1 π(d 2n − d 2t ) = 3,14(4,2 − 3,6 ) = 3,67 cm3 4 σ= 1600 + 1222,92cosα1 75 + 105,31sin α1 + 3,41 3,67 U = 489,64 + 358,63 cos α1 + 28,69 sin α1 , N/cm2 + Ứng suất tiếp mômen xoắn gây ra, xác định theo công thức [tr120, 6]: τ= M xoăo Wxoăo (3.79) Trong đó: Wxoắn – mô men chống xoắn mặt cắt theo công thức [tr118, 6]: Wxoắn = 2.Wu = 2.3,41 = 6,82 cm3 τ= 720 = 105,58 N/cm2 6,82 Để khâu đảm bảo đủ sức bền ứng suất nội lực gây tiết diện nguy hiểm mặt cắt A-A khâu phải thỏa mãn điều kiện, theo công thức U U [tr146, 2] [7-30, 6]: 102 σ td = σ + 4τ ≤ [σ] = σ gh (3.80) n Tay gầu có dạng hình trịn chế tạo từ thép CT3, có giới hạn chảy σgh = 22 kN/cm2 = 22000 N/cm2 n - hệ số an toàn, trường hợp n = 1,4÷1,6; σ td = (489,64 + 358,63 cos α1 + 28,69 sin α1 ) + ⋅105,58 Ở ta xét: α1 = ⇒ σ td = 874,21 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 α1 = 450 ⇒ σ td = 792,2 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 α1 = 900 ⇒ σ td = 559,69 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 Tính tốn thiết kế khâu cánh tay Robot Hình 3.12: Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot Muốn tính sức bền khâu 3, ta tách khâu khỏi khâu khớp 4, đặt vào phản lực liên kết X4 Z4; đồng thời tách khâu khỏi Robot từ khớp 3, thay vào vị trí khớp lực liên kết X3 Z3 khâu a) Xác định ngoại lực tác dụng lên khâu Để xác định phản lực nêu cần dựa vào lực, mômen uốn xoắn biết là: X4, Z4, Gk3 + Xác định phản lực X3 Z3: 103 Các phản lực xác định dựa vào phương trình cân hình chiếu lực tác dụng lên khâu Robot xuống hệ trục tọa độ x’O3z’ hình 3.12 Ta tính được: X = X + G k cos α1 = Pd + (G G + r + G tg + G k ) cos α1 Z = Z + G k sin α1 = Pt + (G G + r + G tg + G k ) sin α1 M u3 = M u4 + X l + G k (3.81) l cos α1 l l  l  = Pd (l + l + l ) +  G G + r ( + l + l ) + G tg ( + l ) + G k 3  cos α1 2 2  M x3 = M x4 = Pd l Trong đó: Gk3 - trọng lượng khâu 3, Gk3 = 74,36 N; l3 – chiều dài khâu 3, l3 = 35 cm; b) Xác định nội lực khâu Tiết diện nguy hiểm khâu mặt cắt B-B qua khớp thứ Tiết diện U U khâu chịu nội lực sau: + Mômen uốn mặt phẳng chứa khâu 3: M u = M u3 35 16 = 80(16 + + 35) + [101,23( + + 35) + 4,08( + 35) + 74,36 ] cos α1 2 = 4400 + 6210,07cosα1 , Ncm + Lực nén khâu 3: N max = Z = 75 + (101,23 + 4,08 + 74,36) sin α1 = 75 + 179,67 sin α1 , N + Mômen xoắn khâu 2: 104 Mxoắn = Mx3 = 80.9 = 720 Ncm Hình 3.13: Mặt cắt ngang tiết diện B-B U c) Kiểm tra sức bền cho khâu + Ứng suất pháp lớn mặt cắt B-B, xác định theo công thức [tr120, 6]: U U Mu N + Wu F σ= (3.82) Trong đó: Wu – môđuyn chống uốn: b 3n Wu = (1 − λ4 ) λ= (3.83) b t 6,6 = b n 7,2 bt3 – cạnh tiết diện hình vng mặt cắt B-B khâu 3, bt3 = 6,6 cm; U U bn3 - cạnh ngồi tiết diện hình vng mặt cắt B-B khâu 3, bn3 = 7,2 cm; U U 7,  6,6  Wu = 1 − ( )  = 18,285 cm3  7,  F – diện tích mặt cắt ngang khâu tiết diện mặt cắt B-B U F = b 2n − b 2t = 7,2 − 6,6 = 8,28 cm2 σ= 4400 + 6210,07cosα1 75 + 179,67 sin α1 + 18,285 8,28 = 249,69 + 339,63cosα1 + 21,70sinα1 , N/cm2 105 U + Ứng suất tiếp mômen xoắn gây ra, tính theo cơng thức [4-25, 2]: τ= M xoăo 2F* δ (3.84) Trong đó: δ – chiều dày thành mặt cắt B-B, δ = mm; U U F* - diện tích giới hạn đường tâm thành (còn gọi đường chu vi trung gian S thành); F* = (b n − δ) = (7,2 – 0,3)2 = 47,61 cm2 τ= 720 = 25,20 N/cm2 2.47,61.0,3 Để khâu đảm bảo đủ sức bền ứng suất nội lực gây tiết diện nguy hiểm mặt cắt B-B khâu phải thỏa mãn điều kiện, theo công thức U U [tr146, 2] [7-30, 6]: σ td = σ + 4τ ≤ [σ] = σ gh (3.85) n Khâu có dạng hình vng, chế tạo từ thép CT3, có giới hạn chảy σgh = 22 kN/cm2 = 22000 N/cm2 n - hệ số an tồn, trường hợp n = 1,4÷1,6; σ td = (249,69 + 339,63cosα1 + 21,70sinα1 ) + ⋅ 25,20 Ở ta xét: α1 = ⇒ σ td = 591,47 N/cm2 < 22000 / 1,6 = 13750 N/cm2 α1 = 450 ⇒ σ td = 507,70 N/cm2 < 22000 / 1,6 = 13750 N/cm2 α1 = 900 ⇒ σ td = 276,03 N/cm2 < 22000 / 1,6 = 13750 N/cm2 Tính tốn thiết kế khâu cánh tay Robot Muốn tính sức bền khâu 2, ta tách khâu khỏi khâu khớp 3, đặt vào phản lực liên kết X3 Z3; đồng thời tách khâu khỏi Robot từ khớp 2, thay vào vị trí khớp lực liên kết X2 Z2 khâu 106 a) Xác định ngoại lực tác dụng lên khâu Để xác định phản lực nêu cần dựa vào lực, mômen uốn xoắn biết là: X3, Z3, Gk2 Hình 3.14: Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot + Xác định phản lực X2 Z2: Các phản lực xác định dựa vào phương trình cân hình chiếu lực tác dụng lên khâu Robot xuống hệ trục tọa độ x’O2z’ hình 3.14 Ta tính được: X = X + G k cos α1 = Pd + (G G + r + G tg + G k + G k ) cos α1 Z = Z + G k sin α1 = Pt + (G G + r + G tg + G k + G k ) sin α1 M u2 = M u3 + X l + G k (3.86) l cos α1 1 = Pd (l + l + l + l ) + [G G + r ( l + l + l + l ) + G tg ( l + l + l ) 2 1 + G k3 ( l + l ) + G k l ] cos α1 2 M x2 = M x3 = Pd l Trong đó: Gk2 - trọng lượng khâu 2, Gk2 = 111,83 N; 107 l2 – chiều dài khâu 2, l2 = 45 cm; b) Xác định nội lực khâu Tiết diện nguy hiểm khâu mặt cắt C-C qua khớp thứ Tiết diện U U khâu chịu nội lực sau: + Mômen uốn mặt phẳng chứa khâu 2: M u = M u2 16 = 80(16 + + 35 + 45) + [101,23( + + 35 + 45) + 4,08( + 35 + 45) 2 + 74,36( 35 45 + 45) + 111,83 ] cos α1 2 = 8000 + 16811,4cosα1 , Ncm + Lực nén khâu 2: N max = Z = Pt + (G G + r + G tg + G k + G k ) sin α1 = 75 + (101,23 + 4,08 + 74,36 + 111,83) sin α1 = 75 + 291,5 sin α1 , N + Mômen xoắn khâu 2: Mxoắn = Mx2 = 80.9 = 720 Ncm c) Kiểm tra sức bền cho khâu + Ứng suất pháp lớn mặt cắt C-C, xác định theo công thức [tr120, 6]: U σ= U Mu N + Wu F (3.87) Hình 3.15: Mặt cắt ngang tiết diện C-C U 108 U Trong đó: Wu – môđuyn chống uốn, xác định theo công thức [2-61, 9]: Wu = b n h 3n − b t h 3t 6h n (3.88) bt2 – chiều rộng bên tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 2; U U bn2 - chiều rộng bên ngồi tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 2; U U hn2 – chiều cao bên tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 2; U U ht2 – chiều cao bên ngồi tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 2; U U Với: bt2 = 9,4 cm, bn2 = 10 cm, hn2 = 10 cm, ht2 = 9,4 cm; Wu = 10.10 − 9,4.9.4 = 36,54 cm3 6h n F – diện tích mặt cắt ngang khâu tiết diện mặt cắt C-C U U F = b n h n − b t h t = 10.10 − 9,4.9,4 = 11,64 cm2 σ= 8000 + 16811,4cosα1 75 + 291,5 sin α1 + 36,54 11,64 = 225,38 + 460,08cosα1 + 25,04 sin α1 , N/cm2 + Ứng suất tiếp mômen xoắn gây xác định theo công thức [4-25, 2]: τ= M xoăo 2F* δ (3.89) Trong đó: δ – chiều dày thành mặt cắt C-C, δ = mm; U U F* - diện tích giới hạn đường tâm thành (còn gọi đường chu vi trung gian S thành); F* = (b n − δ)(h n − δ) = (10 − 0,3)(10 − 0,3) = 94,09 cm2 τ= 720 = 12,75 N/cm2 2.94,09.0,3 Để khâu đảm bảo đủ sức bền ứng suất nội lực gây tiết diện nguy hiểm mặt cắt C-C khâu phải thỏa mãn điều kiện, theo công thức U U [tr146, 2] [7-30, 6]: 109 σ td = σ + 4τ ≤ [σ] = σ gh (3.90) n Khâu có dạng hình chữ nhật, chế tạo từ thép CT3, có giới hạn chảy σgh = 22 kN/cm2 = 22000 N/cm2 n - hệ số an tồn, trường hợp n = 1,4÷1,6; σ td = (225,38 + 460,08cosα1 + 25,04 sin α1 ) + ⋅12,75 Ở ta xét: α1 = ⇒ σ td = 685,90 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 α1 = 450 ⇒ σ td = 568,98 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 α1 = 900 ⇒ σ td = 251,71 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 Tính tốn thiết kế khâu cánh tay Robot Muốn tính sức bền khâu 1, trước hết ta tách khâu khổi khâu khớp 2, đặt vào phản lực liên kết X2 Z2; đồng thời tách khâu khỏi khớp 1, thay vào vị trí khớp lực liên kết X1 Z1 Để xác định phản lực nêu cần dựa vào lực, mômen uốn xoắn biết là: X2, Z2, Gk1 Hình 3.16: Sơ đồ tính sức bền khâu cánh tay Robot + Xác định phản lực X1 Z1: 110 Các phản lực xác định dựa vào phương trình cân hình chiếu lực tác dụng lên khâu Robot xuống hệ trục tọa độ x’O1z’ hình 3.16 Ta tính được: X1 = Pd sin α1 − Pt cos α1 Z1 = Pt sin α1 + Pd cos α1 + G G + r + G tg + G k + G k + G k1 (3.91) Trong đó: Gk1 - trọng lượng khâu 1, Gk1 = 60,14 N; l1 – chiều dài khâu 1, l1 = 10 cm; b) Xác định nội lực khâu Tiết diện nguy hiểm khâu mặt cắt C-C qua khớp Tiết diện U U khâu chịu nội lực sau: + Mômen uốn mặt phẳng chứa khâu 1: M u = (X2sinα1 - Z2cosα1)l1 + M’u2 (3.92) = (Pt cos α1 − Pd sin α1 )[l1 + (l + l + l + l ) sin α1 ] = (75 cos α1 − 80 sin α1 )[10 + (45 + 35 + + 16) sin α1 ] = (75 cos α1 − 80 sin α1 )(10 + 100 sin α1 ) , Ncm + Lực nén khâu 1: N max = Z1 = 75 sin α1 + 80 cos α1 + 101,23 + 4,08 + 74,36 + 111,83 + 60,14 = 75 sin α1 + 80 cos α1 + 351,64 , N c) Kiểm tra sức bền cho khâu Để khâu đảm bảo đủ sức bền ứng suất nội lực gây tiết diện nguy hiểm mặt cắt D-D khâu phải thỏa mãn điều kiện, theo công thức U U [tr120, 6] [7-30, 6]: σ= σ Mu N + ≤ [σ] = gh n Wu F (3.93) 111 Hình 3.17: Mặt cắt ngang tiết diện C-C U U Trong đó: Wu – mơđuyn chống uốn xác định theo công thức [2-61, 9]: b n1h 3n1 − b t1h 3t1 Wu = h n1 (3.94) bt1 – chiều rộng bên tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 1; U U bn1 - chiều rộng bên ngồi tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 1; U U hn1 – chiều cao bên tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 1; U U ht1 – chiều cao bên ngồi tiết diện hình chữ nhật mặt cắt C-C khâu 1; U U Với: bt1 = 12 cm, bn1 = 13 cm, hn1 = 13 cm, ht1 = 12 cm; Wu = 13.133 − 12.12 = 100,32 cm3 6.13 F – diện tích mặt cắt ngang khâu tiết diện mặt cắt D-D U F = b n1 h n1 − b t h t = 13.13 − 12.12 = 25 cm2 σ= + (75 cos α1 − 80 sin α1 )(10 + 100 sin α1 ) 100,32 75 sin α1 + 80 cos α1 + 351,64 25 Ở ta xét: α = ⇒ σ = 24,74 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 α1 = 450 ⇒ σ = 21,29 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 112 U α1 = 900 ⇒ σ = 104,78 N/cm2 < 22000 = 13750 N/cm2 1,6 3.2.3 Tính ổn định Robot cánh tay máy làm việc di chuyển Tính ổn định Robot dọn rác trường hợp làm việc Hình 3.18: Sơ đồ tính ổn đỉnh Robot dọn rác Robot đào, tích rác Điều kiện để tính ổn định: - Robot đào tích rác - Cánh tay Robot làm việc mặt phẳng ngang - Cánh tay Robot nghiêng góc so với phương ngang α1 - Khâu đầy rác, lưỡi cắt gặp chướng ngại vật chịu lực cản đào lớn Pd có kể đến tải trọng động chướng ngại vật sinh Robot có xu bị lật quay cạnh lật qua điểm A Hệ số ổn định trường hợp xác định theo công thức [2-9, 9] 113 k1 = M0 ≥ 1,50 ML (3.95) Trong đó: M0 – mơmen giữ ổn định; ML – mômen lật Robot; a) mômen giữ ổn định, xác định theo công thức [2-10a,9]: M = G k ⋅ a + (G k1 + G x ) ⋅ a + Pt ⋅ a (3.96) Trong đó: Gk1 - trọng lượng khâu 1, Gk1 = 60,14 N; Gk2 - trọng lượng khâu 2, Gk2 = 111,83 N; Gx - trọng lượng môđun di chuyển thiết bị ủi, Gx = 1149,24 N; Pt – lực dọc cắt rác tác dụng lên cánh tay, Pt = 75 N; a1, a2, a3 - cánh tay đòn tương ứng lực Gk2, Gx, Pt so với cạnh lật A; a = a − l2 cos α1 = 31,25 − 22,5 cos α1 cm, a2 = 31,25 cm, a3 = h0cosα1 + a2sinα1 = 50cosα1+31,25sinα1 cm; M = 111,83(31,25 − 22,5 cos α1 ) + (60,14 + 1149,24)31,25 + 75(50 cos α1 + 31,25 sin α1 ) Ở ta xét với: α1 = 00 ⇒ M0 = 42521,64 Ncm; α1 = 450 ⇒ M0 = 43817,54 Ncm; α1 = 890 ⇒ M0 = 43652,74 Ncm; b) Mômen lật Robot, xác định theo công thức[2-10b,9]: M L = Pd b + G G + r b + G tg b + G k b1 + Pdc h dc (3.97) Trong đó: Pd - lực cản động lớn đào lưỡi cắt gặp chướng ngại vật, Pd = 80 N; GG+r - trọng lượng gầu rác khâu, GG+r = 101,23 N; Gtg - trọng lượng tay gầu khâu 4, Gtg = 4,08 N; 114 Gk3 - trọng lượng khâu 3, Gk3 = 74,36 N; b1, b2, b3, b4 - cánh tay đòn tương ứng lực nêu so với cạnh lật qua điểm A; b1 = (l'2 + l l3 )cosα1 = (l + ) cos α1 − a 2 = 62,5cos α1 – 31,25; cm b = (l + l + l4 ) cos α1 − a 2 = 82 cos α1 − 31,25; cm b = (l + l + l + l5 ) cos α1 − a 2 = 92 cos α1 − 31,25; cm b = (h + a tgα1 ) sin α1 − a / cos α1 + l + l + l + l = (50 + 31,25tgα1 ) sin α1 − 31,25 / cos α1 + 100 l2, l3, l4, l5 – chiều dài khâu 2, 3, tay gầu gầu; l2 = 45 cm, l3 = 35 cm, l4 = mm; l’2 = l2 – a2/cosα1; Pdc - lực dịng chảy, theo cơng thức [1-49, 9]: Pdc = ∑ Pi = ∑ pFi , (N) (3.98) Ở đây: Fi - Diện tích chắn dịng chảy phận thứ i, cm2; p - áp suất dòng chảy, thuờng p = 0,025 N/cm2; Pdc ≈ 0,025[htxlx + 3,14d2bx + l1bn1 + (l5.2l6 + d4l4 + l3bn3 + l2bn2)sinα1] = 0,025[35.80 + 3,14.20 + 10.13 + (16.2.9 + 4,2.4 + 35.7,2 + 45.10) sin α1 ] = 74,663 + 25,17sinα1, N h dc = h + (l + l + l + l )sinα1 115 = 50 + (16 + + 35 + 45)sinα1 = 25 + 50sinα1, cm M L = 80[(50 + 31,25tgα1 ) sin α1 − 31,25 / cos α1 + 100] + 101,23(92cosα1 - 31,25) + 4,08(82cosα1 - 31,25) + 74,36(62,5cosα1 - 31,25) + (74,663 + 25,17 sin α1 )(25 + 50 sin α1 ) Ở ta xét với: α1 = 00 ⇒ ML = 16047,11 Ncm; α1 = 450 ⇒ ML = 19134.73 Ncm; α1 = 890 ⇒ ML = 14076,99 Ncm; Từ kết tìm ta xác định mômen cản quay: α1 = 00 ⇒ k = M / M L = 2,65 ≥ 1,5 α1 = 450 ⇒ k = M / M L = 2,29 ≥ 1,5 α1 = 890 ⇒ k = M / M L = 3,10 ≥ 1,5 Vậy Robot ổn định làm việc di chuyển Trường hợp Robot di chuyển Việc kiểm tra ổn định Robot dọn rác Robot di chuyển, tiến hành hai vị trí: Robot di chuyển lên dốc di chuyển xuống dốc a) Khi Robot di chuyển lên dốc Điều kiện để tính ổn định: - Cánh tay quay phía trước Robot; - Góc nghiêng cánh tay Robot lớn nhất; - Lực dòng chảy Pdc ngược chiều với chiều di chuyển Robot; - Góc dốc mặt đường lớn có thể: αmax =120; Robot có xu lật quanh cạnh lật qua điểm tựa phía sau điểm B Hệ số ổn định trường hợp phải thoả mãn điều kiện, theo công thức [2-26, 9]: k o1 = M0 ≥ 1,50 ML (3.99) 116 Hình 3.19: Sơ đồ tính ổn định Robot di chuyển lên dốc Trong đó: M0 – mômen ổn định Robot dọn rác; ML – mômen gây lật Robot quanh điểm B; * Mômen ổn định Robot dọn rác: M = [G x c1 + G k1c + G k c + G k c + G gt c + G G c ] cos α (3.100) Trong đó: GG - trọng lượng gầu khâu 4, GG = 22,76 N; c1, c2, c3, c4, c5, c6 - cánh tay đòn tương ứng lực Gx cosα1 , Gk1 cosα1 , Gk2 cosα1 , Gk3 cosα1 ,Gk4 cosα1 , Gk5 cosα1 đến điểm lật B; c1 = 25 cm, c2 = 117 35 cm, c3 = c2 + 0,5l2cosα1 = 35 + 22,5cosα1, cm; c4 = c2 + (l2 + 0,5l3)cosα1 = 35 + 62,5cosα1, cm; c5 = c2 + (l2 + l3 + 0,5l4)cosα1 = 35 + 82cosα1, cm; c6 = c2 + (l2 + l3 + l4 + 0,5l5)cosα1 = 35 + 92cosα1, cm; M = [1149,24.25 + 60,14.35 + 111,83(35 + 22,5cosα1 ) + 74,36(35 + 62,5cosα1 ) + 4,08(35 + 82cosα1 ) + 22,76(35 + 92cosα1 )] cos12 Ở ta xét với: α1 = 00 ⇒ M0 = 46837,72 Ncm; α1 = 450 ⇒ M0 = 44089,64 Ncm; α1 = 890 ⇒ M0 = 37618,93 Ncm; * Mômen gây lật Robot quanh điểm B M L = (G x h + G k1 h + G k h + + G k h ) sin α + Pdc h dc (3.101) Trong đó: h1, h2, h3 hdc - cánh tay đòn tương ứng lực Gx sinα , Gk1 sinα , Gk2 sinα Pdc đến điểm lật B; h1 = 20 cm; h2 = 45 cm; h3 = h0 + cm; l3 + h4 = h + (l + l3 )sinα1 = 50 + l2 sinα1 = 50 + 22,5sinα1 , 62,5 sinα1 , cm; h = h + (l + l l4 )sinα1 = 50 + 82sinα1 , cm; h = h + (l + l + l + ) sin α1 = 50 + 92 sin α1 , 2 cm; Pdc - lực dịng chảy, theo cơng thức [1-49, 9]: Pdc = ∑ Pi = ∑ pFi , (N) (3.102) Ở đây: Fi - Diện tích chắn dịng chảy phận thứ i, cm2; p - áp suất dòng chảy, thuờng p = 0,025 N/cm2; Pdc ≈ 0,025[B.HT +9.bx + 2.dbxbbx + l1bn1 + (l5.2l6 + d4l4 + l3bn3 + l2bn2)sinα1] = 0,025[53.31 + 9.45 + 2.20.6 + 10.13 + (16.2.9 + 4,2.4 + 35.7,2 118 + 45.10) sin α1 ] = 60,45 + 19,41sinα1, N Với B, HT chiều rộng chiều cao bàn ủi; h dc = = h + (l + l + l + l )sinα1 50 + (16 + + 35 + 45)sinα1 = 25 + 50sinα1, cm M L = [1149,24.20 + 60,14.45 + 111,83(50 + 22,5 sin α1 ) + 74,36(50 + 62,5 sin α1 ) + 4,08(50 + 82 sin α1 ) + 22,76(50 + 92 sin α1 )] sin 12 + (60,45 + 19,41sin α1 )(25 + 50 sin α1 ) Ở ta xét với: α1 = 00 ⇒ ML = 9067,301 Ncm; α1 = 450 ⇒ ML = 12278,73 Ncm; α1 = 890 ⇒ ML = 13976,61 Ncm; Từ kết tìm ta xác định mômen cản quay: α1 = 00 ⇒ k = M / M L = 5,17 ≥ 1,5 α1 = 450 ⇒ k = M / M L = 3,59 ≥ 1,5 α1 = 890 ⇒ k = M / M L = 2,69 ≥ 1,5 Vậy Robot ổn định di chuyển lên dốc b) Khi Robot di chuyển xuống dốc Điều kiện để tính ổn định Robot di chuyển xuống dốc là: - Cánh tay Robot phía trước Robot - Cánh tay Robot vươn xa - Lực dòng chảy Pdc chiều di chuyển có phương song song với phương di chuyển Robot - Góc dốc mặt đường lớn có thể: αmax = 120 Robot có xu lật quanh điểm tựa phía trước xích di chuyển điểm C 119 Hình 3.20: Sơ đồ tính ổn định Robot xuống dốc Hệ số ổn định trường hợp phải thoả mãn điều kiện, theo công thức [2-29, 9]: k 02 = M0 ≥ 1,50 ML (3.103) M0 – mômen ổn định Robot dọn rác; ML – mômen gây lật Robot quanh điểm C; * Mômen ổn định Robot dọn rác: M = [G x r1 + G k1 r2 ] cos α − (G x h '1 + G k1 h ' ) sin α (3.104) Trong đó: r1, r2, h’1, h’2,, - cánh tay đòn tương ứng lực đến điểm lật C; r1 = 25 cm; r2 = 15 cm; h '1 = 20 cm; h ' = 45 cm; M = (1149,24.25 + 60,14.15) cos12 − (1174,85.20 + 60,14.45) sin 12 =23644,07 Ncm; * Mômen gây lật Robot quanh điểm C lực dòng chảy gây ra: M L = (G k r3 + G k r4 + G k r5 + G k r6 ) cos α + (G k h '3 + G k h ' 120 + G k h '5 + G k h '6 ) sin α + Pdc h dc (3.105) Trong đó: r3, r4, r5, h’3, hdc - cánh tay đòn tương ứng lực đến điểm lật C: r3 = 0,5l cos α1 − r2 = 22,5 cos α1 − 15 , cm; r4 = (l + 0,5l )cosα1 − r2 = 62,5cosα1 − 15 , cm; r5 = (l + l + 0,5l )cosα1 − r2 = 82cosα1 − 15 , cm; r6 = (l + l + l + l5 )cosα1 − r2 = 92cosα1 − 15 , cm; h '3 = h − 0,5l sin α1 = 50 − 22,5 sin α1 , cm; h ' = h − (l + l ) sin α1 = 50 − 62,5 sin α1 , cm; h'5 = h'3 − (l + l + l4 )sinα1 = 50 − 82sinα1 , cm; h'5 = h'3 − (l + l + l + l5 )sinα1 = 50 − 92sinα1 , cm; - Pdc - lực dòng chảy, theo công thức [1-49, 1]: Pdc = ∑ Pi = ∑ pFi , (N) (3.106) Ở đây: Fi - Diện tích chắn dịng chảy phận thứ i, cm2; p - áp suất dòng chảy, thuờng p = 0,025 N/cm2; Pdc ≈ 0,025(B.HT +9.bx + 2.dbxbbx + l1bn1) = 0,025(53.31 + 9.45 + 2.20.6 + 10.13) = 60,45 N h dc = h 50 = = 25 cm 2 M L = [111,83(22,5 cos α1 − 15) + 74,36(62,5cosα1 − 15) + 4,08(82cosα1 − 15) + 22,76(92cosα1 − 15)] cos12 + (111,83(50 − 22,5 sin α1 ) + [74,36(50 − 62,5 sin α1 ) + 4,08(50 − 82 sin α1 ) + 22,76(50 − 92 sin α1 )] sin 12 + 60,45.25 121 Ở ta xét với: α1 = 00 ⇒ ML = 9882,74 Ncm; α1 = 100 ⇒ ML = 9493,89 Ncm; Từ kết tìm ta xác định mômen cản quay: α1 = 00 ⇒ k = M / M L = 2,37 ≥ 1,5 α1 = 100 ⇒ k = M / M L = 2,49 ≥ 1,5 Vậy Robot ổn định di chuyển xuống dốc 3.3 Tính tốn thiết kế thiết bị ủi Robot 3.3.1 Xác định lực tác dụng lên Robot ủi Hình 3.21: Sơ đồ lực tác dụng lên Robot ủi Nhìn vào sơ đồ ta thấy lực tác dụng lên Robot gồm: + Trọng lượng thân Robot GT = 1279,52 N (khi không kể trọng lượng thiết bị ủi) + Trọng lượng chung Robot Gm = 1422,45 N 122 + Phản lực theo phương ngang rác tác dụng dao cắt lớn P1, theo công thức [4-23, 9]: P1 = ϕmax k d k cd G m cosα (3.107) Ở đây: ϕ max - hệ số bám lớn Robot sở, ϕ = 0,1; kd – hệ số tải trọng động, kd = 1,2; kcd – hệ số kể đến tỷ lệ trọng lượng Robot phân bánh chủ động, tất cầu chủ động, kcd = 1; α - góc nghiêng mặt đất nơi Robot làm việc so với phương ngang; P1 = 0,1.1,2.1.1422,45.cos12 = 166,96 N + Phản lực theo phương thẳng đứng rác tác dụng lên dao cắt lớn P2max, theo công thức [4-24a, 9]: P2 = P1 cot g (δ + ϕ1 ) = 166,96 cot g 720 = 54,25 N (3.108) δ - góc cắt rác dao bàn ủi, δ = 50 ÷ 550; ϕ1 - góc ma sat thép rác, tg ϕ1 = µ1 = 0,35 ⇒ ϕ1 = 19,29 ; + Trọng lượng thiết bị ủi GTB Điều kiện để tính trọng lượng thiết bị ủi: - Robot ủi bắt đầu tiến hành đào rác mặt phẳng ngang - Dao cắt bàn ủi bắt đầu ấn sâu vào rác Trọng lượng thiết bị ủi GTB thiết lập phương trình cân mơmen lực điểm C, hình 3.22 ∑M C = G TBl0 − R 2l + R 1m = ⇒ G TB = R (l − µ1m) 130,79(56 − 0,35.20,9) = = 142,93 N l0 44,55 (3.109) Trong đó: R1 – Phản lực rác tác dụng lên dao cắt theo phương tiếp tuyến, theo công thức [4-2a, 9]: 123 Hình 3.22: Sơ đồ xác định trọng lương thiết bị ủi R = µ1 ⋅ R = 0,35.130,79 = 45,78 N (3.110) µ1 - hệ số mát thép rác, µ1 = 0,35 ; R2 – Phản lực rác tác dụng lên dao cắt theo phương pháp tuyến, theo công thức [4-2, 9]: R = k '.x.B = 50.0,05154.53 = 130,79 N (3.111) Ở đây: k’ – hệ số khả chịu tải rác, thường k’ = 50 N/cm2; x – chiều rộng bị mòn dao cắt, x = 0,0493566 cm; B – chiều rộng bàn ủi, B = 53 cm; + Lực nâng thiết bị ủi S: - Lực nâng thiết bị ủi, bắt đầu ấn sâu dao cắt xuống đât để tiến hành đào tích rác Ở giai đoạn này, lực cấu nâng thiết bị ủi Smax = S1 xác định từ phương trình cân mơmen lực với điểm C hình 3.21, theo cơng thức [4-26, 9]: 124 S1 = k d = 1,1 G TBl0 + P1.m + P2 l r (3.112) 142,93.44,55 + 166,96.20,9 + 54,25.56 = 350,94 N 40,42 kd – hệ số tải trọng động kd = 1,1; Hình 3.23: Sơ đồ lực cấu nâng thiết bị ủi - Lực nâng thiết bị ủi thiết bị ủi nâng lên cuối giai đoạn đào tích rác, hình 3.23 Khi nâng thiết bị ủi cuối giai đoạn đào tích rác; lúc phía trước bàn ủi tích đầy rác; vị trí mà cấu nâng làm việc nặng nề Những lực tác dụng trường hợp gồm: Trọng lượng thiết bị ủi: GTB Trọng lượng khối đất nâng bàn ủi: Gd Lực cản trượt khối rác đươc nâng bàn ủi phần rác lại khối đất lăn trước bàn ủi:Q Phản lực rác tác dụng dao cắt: P1 P2 125 Phản lực khớp liên kết khung ủi Robot (khớp lề C); ZC XC Trọng lượng khối rác nâng bàn ủi xác định theo công thức [4-30, 9]: G d = F1Bρ = = B.H 2ρ K1 tgγ (3.113) 0,53.0,29 2.14 0,12 = 0,03744 kN = 37,44 N tg 45 Trong đó: K1 – hệ số tỷ lệ thể tích khối rác nâng lên bàn ủi thể tích khối rác lăn trước bàn ủi, K1 = 0,12; B - chiều rộng bàn ủi, B = 0,53 m; H – chiều cao bàn ủi, H = 0,29 m; ρ - lượng riêng rác, theo bảng [1-5, 9], ρ = 14 kN/m3; γ - góc chảy tự nhiên rác, theo bảng [4-1, 9], γ = 450; F1 - diện tích tiết diện ngang khối rác nâng lên bàn ủi (phần có gạch chéo hình 3.23) Lực cản trượt rác xác định theo công thức [4-31, 9]: Q = k b F2 = 0,08.1075,9 = 86,07 N (3.114) Trong đó: kb – hệ số bám rác rác chúng trượt tương nhau, theo bảng [4-5, 9], kb = 0,1 N/cm2; F2 – diện tích bề mặt trượt khối rác nâng bàn ủi phần rác lại khối rác lăn trước bàn ủi: (cm2); F2 = 0,7.B.H = 0,7.53.29 = 1075,9 cm2 (3.115) Lực nâng Smax = S2 trường hợp xác định từ phương trình cân mơmen lực lấy với điểm C, theo công thức [4-23, 9]: S2 = k d G TBl0 + G d l r + Ql + P2l + P1m r 142,93.44,55 + 37,44.50 + 86,07.56 + 54,25.56 + 166,96.20,9 = 1,1 40,42 126 (3.116) = 533,07 N 3.3.2 Tính sức bền khung ủi thiết bị ủi Hình 3.24: Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bị ủi Robot ủi Xác định lực tác dụng lên khung ủi Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bị ủi Robot thể hình 3.24 Trong đó: Các lực biết gồm: P1, P2, S =Max(S1,S2); Các phản lực khớp C1 xác định theo phương trình cân lực mơmen với điểm C2 Phương trình cân mơmen mặt phẳng xC2y: Sơ đồ lực tác dụng lên thiết bị ủi Robot thể hình 3.24 127 Trong đó: Các lực biết gồm: P1, P2, S = Max(S1,S2); Các phản lực khớp C1 xác định theo phương trình cân lực mơmen với điểm C2 Phương trình cân mơmen mặt phẳng xC2y: ∑M y C2 = → X C 2b − P1 (l + 2b) − S.b cos θ = Suy ra: X C = P1 ( l' S cos θ + 1) + 2b (3.117) 0,4 533,06 cos 700 X C = 166,69( + 1) + = 259,47 N 2.24,75 Từ phương trình cân mơmen lực mặt phẳng xC2y: ∑M z C2 = ; → ZC = − P2 ( l' G S sin θ + 1) − TB + 2b 2 (3.118) 0,4 142,93 533,06 sin 700 + 1) − + = 123,56 N ZC = −54,25( 2.24,75 2 Trong đó: θ - góc nghiêng phương lực S xy lanh thủy lực nâng thiết bị ủi so với phương ngang, θ = 700; Để tính tốn sức bền thiết kế khung ủi, trước hết cần phải xác định phản lực tác dụng lên khung ủi Muốn xác định lực tác dụng lên khung ủi, ta tách khung ủi, ta tách khung ủi khỏi bàn ủi để xét Sơ đồ lực tác dụng lên khung ủi (sau tách khỏi bàn ủi) thể hình 3.25 Hình 3.25: Lực tác dụng lên khung ủi thiết bị ủi Các lực PB1, XA1, ZA1 khớp A1 xác định từ phương trình cân lực mômen tác dụng lên khung ủi 128 ∑M PB1 = A1 = → PB1 = Z C1l1 − X C1 m' b' (3.119) 123,56.44,6 − 259,47.11,4 = 184,99 N 13,8 ∑X = → X A1 = X C1 + (PB1 + PB ) cos θ (3.120) = 259,47 + (2.184,99 cos 20 = 607,14 N ∑Z = → Z A1 = ZC1 − (PB1 + PB ) sin θ2 (3.121) = 123,56 − (2.184,99) sin 20 = -2,98 N Trong đó: θ2 – góc tạo đường tâm trục chống xiên trục x theo phương ngang, θ2 = 200; Trong trường hợp chung, thường lực chống xiên bên phải trái nhau: PB1 = PB2 Nhưng tính sức bền chống xiên phải tính trường hợp nguy hiểm, mà phản lực rác tác dụng vào dao cắt cạnh, phía bàn ủi Lúc này, hai chống xiên chịu phản lực rác lực tác dụng lên chống xiên lớn nhât: PB = 2PB1 = 2PB2= 184,99 = 369,98 N (3.122) Để xác định phản lực khớp O tác dụng lên khung ủi, ta quy ước trục x’ trụng tâm khung ủi Trục tạo với trụng x (theo phương ngang) góc θ1 = 140 Trục z’ có phương vng góc với trục x’ Chiếu lực XC1, ZC1 lên trục x z’ thu được: X'C1 = X C1 cos θ1 + ZC1 sin θ1 (3.123) = 259,47 cos140 + 123,56 sin 140 = 281,66 N Z'C1 = − X C1 sin θ1 + ZC1 cos θ1 (3.124) = −259,47 sin 140 + 123,56 cos140 = 57,12 N 129 Tính sức bền khung ủi Robot Dưới tác dụng phản lực X’C1 Z’C1 khung ủi xuất nội lực Tiết diện nguy hiểm khung tiết diện chứa mặt cắt B–B qua khớp lắp U U chống xiên - Xác định nội lực tiết diện nguy hiểm B–B khung ủi: U U Mômen uốn mặt phẳng x’O’z; hình 3.25 M 'z = Z'C1 l = 57,12.28,3 = 1616,48 Ncm (3.125) Mômen uốn mặt phẳng x’O’y; hình 3.24 M ' y = X'C1 l' = 281,66.0,4 = 112,66 N (3.126) Lực nén khung: N = X'C1 + PB cos(θ1 + θ ) (3.127) = 281,66 + 369,98 cos 340 = 588,38 N - Kiểm tra sức bền khung ủi: Ứng suất khung ủi tiết diện nguy hiểm nội lực khung sinh kiểm tra theo công thức [11-10, 6] [7-30, 6]: σ= σ M 'z M ' y N + + ≤ [σ] = ch Wy Wz ϕ0 F n (3.128) Tiết diện nguy hiểm khung ủi tiết diện B-B hình 3.25 Tiết diện U U tiết diện hình hộp chữ nhật có mơ men chơng uốn chơng xoắn xác định từ công thức: b k h k − (b k − 2δ1 )(h k − 2δ ) Wy = = 6,35 cm3 6h k (3.129) h k b k − (h k − 2δ )(b k − 2δ1 )3 Wz = = 5,1 cm3 6b k (3.130) 3 Trong đó: bk, hk – chiều rộng chiều cao tiết diện, bk = 3,5 cm, hk = cm; δ1 , δ - chiều dầy thành đứng thành ngang tiết diện, δ1 = δ = 0,3 cm; 130 σch - giới hạn chảy vật liệu dùng chế tạo tay gầu chế tạo từ thép CT3 có giới hạn chảy σch = 22 kN/cm2 = 22000 N/cm2; n - hệ số an toàn; với tay gầu: n = 1,6; Fk – diện tích tiết diện ngang khung ủi Fk = 4,74 cm2; ϕ0 - hệ số giảm ứng suất cho phép, ϕ0 = 0,8 ÷ 0,9; σk = 1616,48 112,66 588,38 + + 6,35 5,1 0,8.4,74 = 431,87 N/cm ≤ [σ] = σch 22000 = = 13750 N/cm n 1,6 Ứng xuất thỏa mãn điều kiện bền Tính sức bền chống xiên Thanh chơng xiên tính sức bền trường hợp bàn ủi tiến hành cắt rác dao cắt cạnh phía bàn ủi Lúc áp lực khối rác trước bàn ủi lực cản cắt tác dụng lên chống xiên phía chống xiên chịu nén lực lớn có giá trị: PB = 369,98 N (được tính theo 3.122) Thanh chống xiên có dạng hình trụ rỗng với đường kính ngồi D = cm đường kính d = 2,4 cm; diện tích tiết diện ngang Fcx: Fcx = π(D − d ) 3,14(32 − 2,4 ) = = 2,54 , cm2 4 (3.131) Dưới tác dụng lực PB thân chống xiên xuất ứng suất Ứng xuất thỏa mãn điều kiện bền, theo công thức [7-11, 6] [7-30,6]: σ cx = = σ PB ≤ [σ] = ch Fcx n (3.132) σ 369,98 22000 = 145,47 N/cm ≤ ch = = 13750 N/cm 2,54 n 1,6 σch - giới hạn chảy vật liệu dùng chế tạo tay gầu chế tạo từ thép CT3, có giới hạn chảy σch = 22 kN/cm2 = 22000 N/cm2 n - hệ số an toàn; với tay gầu: n = 1,6; 131 3.3.3 Tính ổn định Robot ủi Robot ủi cần kiểm tra ổn định hai vị trí sau: Dao cắt bàn ủi gặp chướng ngại vật, bắt đầu ấn sâu xuống rác Hình 3.26: Sơ đồ ổn định Robot vị trí bàn ủi bắt đầu ấn sâu dao cắt vào rác Robot có xu hướng lật quanh điểm O1 Mômen gây lật chủ yếu lực cấu nâng S gây S: lực nâng đạt giá trị lớn cấu nâng thiết bị ủi, S = S1 = 350,94 N xác định theo (3.112) Lực nâng đạt giá trị lớn lực cản đào P1 đạt giá trị lớn P1max Ở trường hợp điểm đặt P1 O điểm lật O1 nằm mặt phẳng ngang nên tính tốn, xem phản lực khớp C P1 gây có giá trị nhỏ không ảnh hưởng đến độ ổn định Robot Mômen gây lật Robot quanh điểm O1 chủ yếu lực nâng S gây Khi dao cắt gặp chướng ngại vật lực P1 đạt giá trị lớn P1max = 166,96 N xác định theo (3.107) Lúc đó, Robot dễ bị lật + Mômen lật lực S gây ra, xác định theo công thức; ML = Smaxl2 = 350,94.40,42 = 14013,12 Ncm + Mômen chống lật (mômen giữ cho Robot ổn định): 132 (3.133) M G = G T l1 = 1279,52.35 = 44783,20 Ncm (3.134) Trong đó: GT – trọng lượng Robot ủi; l1, l2 - khoảng cách từ lực GT Smax đến điểm O1; Hệ số ổn định trường hợp xác định theo công thức [4-100, 1]: k od = M G 44783,20 = = 3,162 ≥ 1,5 M L 14013,12 (3.135) Bàn ủi bắt đầu nâng lên cuối trình đào tích đât Hình 3.27: Sơ đồ tính ổn định Robot vị trí bàn ủi nâng lên cuối trình đào trước bàn ủi tích đầy rác Khi phía trước bàn ủi tích đầy rác, Robot có xu lật quanh điểm O2 hình 3.27 Muốn nâng thiết bị ủi lên để bắt đầu thực giai đoạn chuyển rác phía trước lực nâng S phải thắng lực cản áp lực khối rác trước bàn ủi tác dụng vào bàn ủi + Mômen lật lực nâng S cấu nâng tạo ra, theo công thức [4-101a, 9]: ML = Smaxl2 = 533,06 34,3 = 18283,83 Ncm (3.136) + Mômen chống lật (mômen giữ cho Robot ổn định), theo công thức [4-101, 9]: 133 M G = G T l1 = 1279,52.21,7 = 27765,58 Ncm (3.137) Trong đó: Smax – lực nâng xác định theo (3.116) GT – trọng lượng Robot ủi; l1, l2 - khoảng cách từ lực GT Smax đến điểm O2; Hệ số ổn định trường hợp xác định theo công thức [4-102,9] k od = M G 27765,58 = = 1,52 ≥ 1,5 M L 18283,83 (3.138) Vậy Robot ổn định bàn ủi làm việc 3.4 Các thông số kỹ thuật Robot dọn rác cống ngầm Đặc tính kỹ thuật: TT Tên phận Robot Trị số Đơn vị Trọng lực rác tác dụng lên cánh tay máy 80 N Lực động vng góc với lưỡi cắt 80 N Lực dọc cắt rác tác dụng lên cánh tay máy 75 N Bán kính hoạt động cánh tay máy Robot 1000 mm Số khâu cánh tay máy Robot Số khớp cánh tay máy Robot Trọng lượng rác nâng bàn ủi 34 N Lực nâng thiết bị ủi 512 N Trị số Đơn vị Thông số chuyển động: TT Phạm vi làm việc Khớp quay cánh tay Robot 360 độ Khớp quay cánh tay Robot 270 độ Khớp quay cánh tay Robot 360 độ Khớp quay cánh tay Robot 360 độ Trị số Đơn vị 112,5 độ/s Tốc độ làm việc: TT Tốc độ làm việc Khớp cánh tay Robot 134 Khớp cánh tay Robot 112,5 độ/s Khớp cánh tay Robot 150 độ/s Khớp cánh tay Robot 225 độ/s Tốc độ di chuyển Robot 0,5 m/s Trị số Đơn vị 800x600x660 mm Kích thước hình học: TT Kích thước phận Robot Môđun di chuyển Khâu cánh tay Robot 100 mm Khâu cánh tay Robot 450 mm Khâu cánh tay Robot 350 mm Khâu cánh tay Robot 200 mm Bàn ủi 530x320x56 mm Khung ủi 510x50x35 mm Trọng lượng toàn Robot 145 kG Kích thước tiết diện nhỏ cống ngầm để Robot làm việc được: TT Kích thước tiết diện nhỏ cống Tiết diện hình vng hình chữ nhật Tiết diện hình trịn 135 Trị số Đơn vị 680x650 mm Φ1300 mm KẾT LUẬN T Sau khoảng thời gian quý báo hướng dẫn tận tình GS.TSKH Đỗ Sanh, với giúp đỡ thầy Viện Cơ khí trường đại học Bách Khoa Hà Nội, luận văn đạt số kết định, không tránh khỏi thiếu sót Sau số kết hướng phát triển tiếp luận văn Các kết đạt được: - Nghiên cứu tổng quan Robot nói chung lựa chọn mơ hình Robot dọn rác cống ngầm nói riêng - Giải toán động học, động lực học cho cánh tay máy môđun công tác Robot dọn rác cống ngầm - Thiết kế hệ thống dẫn động khí cho Robot dọn rác cống ngầm - Tính tốn thiết kế khí mơđun di chuyển, cho Robot dọn rác cống ngầm - Tính tốn thiết kế khí cho mơđun chấp hành Robot dọn rác cống ngầm Hướng phát triển: Bên cạnh kết đạt được, luận văn số vấn đề chưa thực hoàn thiện nội dung cần tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu thời gian tới Thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực cho môđun cơng tác Robot: làm cho mơđun cơng tác có kết cấu gọn, nhẹ hình thức đẹp, truyền lực êm, dễ dàng đảo chiều chuyển động điều chỉnh vô cấp tốc độ, không phụ thuộc vào tải trọng Mở rộng thêm cấu chấp hành cho Robot đặc biệt khâu công tác cuối Chế tạo thử nghiểm thực tế, để đưa Robot dọn rác cống ngầm ứng dụng vào thực tế 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Tập 1,2 Nxb Giáo Dục, HN 2000 Đặng Việt Cường, Nguyễn Nhật Thăng, Nhữ Phương Mai, Sức bền vật liệu Tập Nxb Khoa học kỹ thuật, HN 2002 Huỳnh Văn Hồng, Đào Trọng Thường, Tính tốn máy trục, Nxb Khoa học kỹ thuật Nguyễn Văn Hùng (chủ biên), Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai, Máy xây dựng, Nxb Khoa học kỹ thuật, HN 2006 Nguyễn Văn Khang, Động lực học hệ nhiều vật, Nxb Khoa học kỹ thuật, HN 2007 Lê quang Minh, Nguyễn Văn Vượng, Sức bền Vật liệu Tập 1, Nxb Giáo dục, HN 1998 Trần Cơng Nghị, Tự động hóa q trình tính tốn thiết kế tàu, Đại học Giao thơng vận tải thành phố Hồ Chí Minh 7/2009 Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, Nxb Khoa học kỹ thuật, HN 2006, Lưu Bá Thuận, Tính tốn máy thi công đất, Nxb Xây dựng, HN 2005 10 PGS Hà Văn Vui, TS Nguyễn Chỉ Sáng, Sổ tay thiết kế khí Tập 1, 3, Nxb Khoa học kỹ thuật, HN 2004 11 Roland SIEGWART & Illah R.NOURBAKHSH, Introduction to Autonomous Mobile Robots, The MIT Press 12 J.G Papastavridis, Analytical Mechanics, Oxford University Press, New York 2002 13 Paul E Sandin: Robot Mechanisms and Mechanical Devices Illustrated, McGraw-Hill 14 John Holland, Designing Autonomous Mobile Robots, Newnespress 15 Lung - Wen Tsai, Robot Analysis, John Wiley and Sons, New York 1999 137 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HÀ THANH HẢI THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM PHỤ LỤC LUẬN VĂN TẬP BẢN VẼ ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM Hà Nội – 2011 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 ... thể Robot dọn rác cống ngầm 22 CHƯƠNG II ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC ROBOT DỌN RÁC DƯỚI CỐNG NGẦM 2.1 Động học động lực học phần xe Robot dọn rác cống ngầm 2.1.1 Động học phần xe Robot dọn rác cống ngầm. .. Ảnh Robot dọn rác cống ngầm 1.3 Yêu cầu thiết kế tính Robot di động làm việc hệ thống cống ngầm Từ khảo sát phân tích, vào yêu cầu chức Robot dọn rác cống ngầm, đưa cấu hình Robot dọn rác cống ngầm. .. tổng thể Robot, tính tốn thiết kế phần Robot tập trung chủ yếu vào việc thiết kế hệ thống dẫn động cho Robot dọn rác cống ngầm Luận điểm đóng góp luận văn Đưa loại Robot dọn rác cống ngầm mới;