Đang tải... (xem toàn văn)
Khác với sơ đồ nguyên lý hoạt động, trong thiết kế và sử dụng robot vào công việc cụ thể người ta quan tâm đến miền không gian thực mà bộ phận chấp hành trên tay máy (tay gắp[r]
(1)1
LỜI GIỚI THIỆU
Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao Đẳng Trung Cấp, giáo trình Robot cơng nghiệp giáo trình mơ đun đào tạo chun ngành biên soạn theo nội dung chương trình Bộ Lao động Thương binh Xã hội Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc
Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao
Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 90 gồm có:
Bài 1: Giới thiệu chung Robot công nghiệp Bài 2: Cấu trúc phân loại Robot công nghiệp
Bài 3: Các chuyển động Robot cơng nghiệp Bài Phương trình động học động lực học Robot Bài Lập trình ứng dụng Robot phần mềm
Trong trình sử dụng giáo trình, tùy theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức cho phù hợp
Giáo trình biên soạn lại từ nguồn tài liệu tham khảo khác cho phù hợp với điều kiện giảng dạy Trường Cao đẳng nghề Việt Nam- Singapore lưu hành nội
Bình Dương, ngày 10 tháng 09 năm 2017
Tham gia biên soạn
(2)2
MỤC LỤC
TRANG
LỜI GIỚI THIỆU
MỤC LỤC
BÀI
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOTCÔNG NGHIỆP
1 Sơ lược q trình phát triển robot cơng nghiệp (IR: Industrial Robot): Các khái niệm định nghĩa robot công nghiệp:
3 Ứng dụng robot công nghiệp: 12
4 Nội dung nghiên cứu phát triển robot công nghiệp: 13
4.1 Nhận xét trình phát triển: 13
4.2 Cơ-Tin-Điện tử Robot công nghiệp: 13
4.3 Các xu ứng dụng robot tương lai 14
5 Tiếp cận ứng dụng robot công nghiệp Việt Nam: 15
BÀI 16
CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP 16
1 Các phận cấu thành robot công nghiệp: 16
2 Bậc tự tọa độ suy rộng: 17
2.1 Bậc tự do: 17
2.2 Tọa độ suy rộng: 18
3 Hệ tọa độ vùng làm việc: 19
3.1 Hệ tọa độ: 19
3.2 Vùng làm việc: 21
4 Chỉ tiêu đánh giá tham số kỹ thuật: 22
4.1 Độ động cấu: 22
4.2 Hệ số phục vụ: 22
4.3 Độ dễ điều khiển cấu: 23
4.4 Các thông số kỹ thuật robot công nghiệp: 23
(3)3
6 Giới thiệu robot công nghiệp: 27
BÀI 34
CÁC CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 34
1 Các khái niệm ban đầu: 34
2 Các chuyển động bản: 35
2.1 Chuyển động tịnh tiến: 35
2.2 Chuyển động quay: 36
3 Một số kết cấu điển hình: 36
3.1 Robot cố định dùng hệ tọa độ Đề Các tọa độ trụ: 36
3.2 Robot cố định dùng hệ tọa độ cầu: 37
3.3 Robot treo: 38
3.4 Robot có kiểu điều khiển thích nghi: 39
4 Điều khiển mơ hình robot ABB IRB 120 40
BÀI 43
PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT 43
1 Phương trình động học thuận: 43
2 Phương trình động học ngược: 50
3 Giải hệ phương trình động học robot 50
3.1 Lời giải phép biến đổi Euler toán ứng dụng: 50
3.2 Lời giải phép biến đổi Roll – Pitch – Yall toán ứng dụng: 51
4 Động lực học robot: 51
5 Mô máy tính 56
BÀI 58
LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG ROBOT TRÊN PHẦN MỀM 58
1 Giới thiệu phần mềm Robot Studio: 58
2 Giao diện chức công cụ: 59
3 Các thao tác với chuột: 61
4 Các lệnh bản: 62
5 Lập trình máy tính 66
5.1 Cài đặt phần mềm máy tính 66
(4)4
5.2 Thao tác di chuyển robot phần mềm sử dụng chuột bàn phím 69
5.3 Tạo dụng cụ từ vẽ kỹ thuật 69
5.4 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 85
5.5 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 85
5.6 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ 86
5.7 Bài tập tổng hợp 86
(5)5
MƠ ĐUN ROBOT CƠNG NGHIỆP Mã mơ đun: MĐ30
Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun:
- Vị trí: Mơ đun bố trí dạy sau học xong môn học/mô đun kỹ thuật sở, MĐ22, MĐ25, MĐ26
- Tính chất: Là mơ đun chun nghề chương trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp
- Ý nghĩa vai trị mơ đun:
Mô đun Robot Công Nghiệp mảng kiến thức kỹ thiếu với công nhân kỹ thuật chuyên ngành Điện tử công nghiệp Các kiến thức kỹ từ mô đun giúp học sinh, sinh viên nắm bắt kiến thức kỹ thực hành robot công nghiệp Để thực tốt nội dung mô đun người học cần phải nắm số kiến thức kỹ mô đun kỹ thuật cảm biến, mơ đun điều khiển điện khí nén,…
Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức:
Trình bày cấu trúc rơbốt cơng nghiệp
Mơ tả q trình hoạt động rôbốt dùng công nghiệp - Về kỹ năng:
Lập trình mơ chuyển động robot Sử dụng rơbốt cơng nghiệp qui trình kỹ thuật
Sửa chữa số hư hỏng thông thường rôbốt công nghiệp
- Về lực tự chủ trách nhiệm:
Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung mô đun:
Số
TT Tên mô đun
Thời gian Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập Kiểm tra
1 Bài 1: Giới thiệu chung robot công nghiệp
1 Sơ lược q trình phát triển của robot cơng nghiệp
2 Các khái niệm định nghĩa
5 5
(6)6 robot công nghiệp
3 Ứng dụng robot công nghiệp
4 Nội dung nghiên cứu phát triển robot công nghiệp
5 Tiếp cận ứng dụng robot công nghiệp Việt Nam
1 1 Bài 2: Cấu trúc phân loại
rôbốt công nghiệp
1 Các phận cấu thành robot công nghiệp
2 Bậc tự toạ độ suy rộng
3 Hệ toạ độ vùng làm việc Chỉ tiêu đánh giá tham số kỹ thuật
5 Phân loại robot công nghiệp Giới thiệu robot công nghiệp
6.1 Robot ABB IRB 120 6.2 Robot ED 7271 6.3 Robot ED 7270 * Kiểm tra
18 5
1 1 1 12 4 4 1 Bài 3: Các chuyển động
bản robot công nghiệp Các khái niệm ban đầu Các chuyển động Một số kết cấu điển hình Điều khiển mơ hình robot
ABB IRB 120
4.1 Điều khiển xoay theo khớp
4.2 Điều khiển xoay theo dụng cụ làm việc
4.3 Điều khiển tổng hợp * Kiểm tra
18 5
1 2 12 4 1 Bài 4: Phương trình động học
và động lực học robot Phương trình động học thuận
2 Phương trình động học nghịch
3 Giải hệ phương trình động học robot
15 10
(7)7 Động lực học robot
5 Mô máy tính * Kiểm tra
1
5 Bài 5: Lập trình ứng dụng robot phần mềm
1 Giới thiệu phần mềm Robot Studio
2 Giao diện chức công cụ
3 Các thao tác với chuột
4 Các lệnh
5 Lập trình máy tính 5.1 Cài đặt phần mềm máy tính
5.2 Tạo chương trình với hệ thống robot có sẵn
5.3 Thao tác di chuyển robot phần mềm sử dụng chuột bàn phím
5.4 Tạo dụng cụ từ vẽ kỹ thuật
5.5 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ
5.6 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ
5.7 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ
5.8 Bài tập tổng hợp * Kiểm tra
32 5
1 1 26 2 4 4 1
6 Kiểm tra kết thúc 2 2
(8)8 BÀI
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOTCÔNG NGHIỆP Mã bài: MĐ30 –
Giới thiệu:
Trước bắt đầu tìm hiểu học tập robot cơng nghiệp, người học cần nắm rõ khái niệm robot, robot cơng nghiệp, lịch sử hình thành phát triển, phân loại ứng dụng robot cơng nghiệp
Mục tiêu:
- Trình bày trình phát triển, khái niệm định nghĩa robot cơng nghiệp
- Trình bày ứng dụng xu hướng phát triển Robot công nghiệp tương lai
- Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính:
1 Sơ lược q trình phát triển robot cơng nghiệp (IR: Industrial Robot):
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa công việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921
Hình 1.1 Robot phiên
(9)9
nghiệp” (Industrial Robot) Cũng khoản thời gian Mỹ xuất loại robot Unimate-1990 dùng kỹ nghệ tơ
Hình 1.2 Robot Unimate
Tiếp theo Mỹ, nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp như: Anh – 1967, Thụy Điển Nhật – 1968 theo quyền Mỹ, Cộng Hòa Liên Bang Đức – 1971, Pháp – 1972, Italia – 1973,…
Bảng 1.1 Thống kê sản lượng sản xuất robot nước
Nước sản xuất Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998
Nhật 60.118 29.765 67.000
Mỹ 4.327 7.634 11.100
Đức 5.845 5.125 8.600
Italia 2.500 2.408 4.000
Pháp 1.488 1.197 2.000
Anh 510 1.086 1.500
Hàn Quốc 1.000 1.200
2 Các khái niệm định nghĩa robot công nghiệp:
Robot có nhiều định nghĩa khác theo tiêu chuẩn khác như:
Theo tiêu chuẩn AFNOR Pháp: Robot cấu chuyển đổi tự
(10)10 chương trình, tổng hợp chương trình đặt trục toạ độ; có khả định vị, di chuyển đối tượng vật chất; chi tiết, dao cụ, gá lắp … theo hành trình thay đổi chương trình hố nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác
Theo tiêu chuẩn VDI
2860/BRD:
Robot thiết bị có nhiều trục, thực chuyển động chương trình hóa nối ghép chuyển động chúng khoảng cách tuyến tính hay phi tuyến động trình Chúng điều khiển phận hợp ghép kết nối với nhau, có khả học nhớ chương trình; chúng trang bị dụng cụ phương tiện công nghệ khác để thực nhiệm vụ sản xuất trực tiếp hay gián tiếp
Hình 1.3: Robot hình dáng người Theo tiêu chuẩn GHOST 1980:
Robot máy tự động liên kết tay máy cụm điều khiển chương trình hố, thực chu trình cơng nghệ cách chủ động với điều khiển thay chức tương tự người
Robot công nghiệp lĩnh vực riêng robot, có đặc trưng riêng sau:
- Là thiết bị vạn tự động hóa theo chương trình lập trình
lại để đáp ứng cách linh hoạt khéo léo nhiệm vụ khác
- Được ứng dụng trường hợp mang tính cơng nghiệp đặc trưng
như vận chuyển xếp dỡ nguyên vật liệu, lắp ráp, đo lường
Do có hai đặc trưng nên robot cơng nghiệp định nghĩa sau: Theo Viện nghiên cứu robot Mĩ đề xuất:
(11)11
Hình 1.4 Tay máy robot công nghiệp
Hay theo định nghĩa GHOST 25686 – 85 sau:
RBCN tay máy đặt cố định hay di động, bao gồm thiết bị thừa hành dạng tay máy có số bậc tự hoạt động thiết bị điều khiển theo chương trình, tái lập trình để hồn thành chức vận động điều khiển trong trình sản xuất
Trong môn học sâu nghiên cứu robot cơng nghiệp khía cạnh phân tích lựa chọn sử dụng, khai thác
Bảng 1.2 Tỉ lệ sản xuất robot công nghiệp ngành công nghiệp
Lĩnh vực 1985 1990
Hàn
Phục vụ máy NC hệ thống TĐLH Đúc
Lắp ráp Phun phủ Sơn
Các ứng dụng khác
35% 20% 10% 10% 10% 5% 10%
(12)12 3 Ứng dụng robot công nghiệp:
Mục tiêu việc ứng dụng robot cơng nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Lợi robot làm việc khơng biết mệt mỏi, có khả làm mơ trường phóng xạ độc hại, nhiệt độ cao,…
Hình 1.5 Robot cơng nghiệp nhà máy
Ngày nay, xuất nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm máy CNC với robot cơng nghiệp, dây chuyền đạt mức độ tự động hoá mức độ linh hoạt cao,…
Ngoài phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot sử dụng việc khai thác thềm lục địa đại dương, y học, quốc phòng, việc chinh phục vũ trụ, công nghiệp nguyên tử,…
(13)13
Như vậy, robot công nghiệp sử dụng nhiều lĩnh vực ưu điểm nó, nhiên chưa linh hoạt người nên cần người giám sát
4 Nội dung nghiên cứu phát triển robot công nghiệp: 4.1 Nhận xét trình phát triển:
Trong giai đoạn đầu phát triển người ta trọng đến việc tạo tay máy có nhiều bậc tự do, trang bị nhiều loại cảm biến để thực nhiều cơng việc phức tạp để chứng tỏ thay người nhiều loại hình cơng việc phức tạp
Khi tìm địa ứng dụng cơng nghiệp, việc đơn giản hóa kết cấu để tăng độ xác định vị, giảm giá thành đầu tư lại yêu cầu thực tế thị trường cạnh tranh
Để mở rộng phạm vi ứng dụng cho robot công nghiệp nhằm thay lao động nhiều loại hình cơng việc, ngày rõ nét xu tăng cường khả nhận biết xử lí tín hiệu từ môi trường làm việc Như việc ứng dụng thành tựu khoa học tiến kỹ thuật: lazer, hồng ngoại, xử lý ảnh…vào robot công nghiệp
Hình 1.7 Ứng dụng cảm biến vào robot đại
Cùng với xu hướng trên, robot công nghiệp định hướng tăng cường lực xử lí cơng việc để trở thành robot tinh khôn nhờ áp dụng kết nghiên cứu hệ điều khiển noron trí thơng minh nhân tạo, 4.2 Cơ-Tin-Điện tử Robot công nghiệp:
(14)14 Thuật ngữ “cơ- tin- điện tử” (mechantronic) thể kết hợp học máy với công nghệ thông tin vi điện tử Ý tưởng ban đầu cơ- tin- điện tử cài đặt thiết bị điều khiển vi điện tử vào máy thông thường Dần dần thân bên máy thay đổi chức máy thay đổi nhiều Cịn thiết bị điện tử tiến không ngừng áp dụng, ví dụ như:
IC tích hợp, vi điều khiển, PLC, Hình 1.8 Cơ tin điện tử cốt lõi robot 4.3 Các xu ứng dụng robot tương lai
Có thể kể đến số loại robot quan tâm nhiều thời gian qua là: tay máy robot (Robot Manipulators), robot di động (Mobile Robots), robot sinh học (Bio Inspired Robots) robot cá nhân (Personal Robots) Tay máy robot bao gồm loại robot công nghiệp (Industrial Robot), robot y tế (Medical Robot) hình 1.9b robot trợ giúp người tàn tật (Rehabilitation robot) Robot di động nghiên cứu nhiều xe tự hành mặt đất AGV (Autonomous Guided Vehicles) hình 1.9c, robot tự hành nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), robot tự hành không UAV (Unmanned Arial Vehicles) robot vũ trụ (Space robots) Với robot sinh học, nghiên cứu thời gian qua tập trung vào loại robot (Walking robots) robot dáng người (Humanoid Robots) hình 1.9a Bên cạnh đó, loại robot sinh học nước robot cá, cấu trúc chuyển động theo sinh vật biển nhiều nhóm nghiên cứu phát triển
a
b
c
(15)15
5 Tiếp cận ứng dụng robot công nghiệp Việt Nam:
Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot có bước tiến đáng kể 25 năm vừa qua Nhiều đơn vị toàn quốc thực nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng robot Trung tâm Tự động hoá, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Điện tử, Tin học, Tự động hố thuộc Bộ Cơng nghệp, Đại học Bách khoa TP.HCM, Viện Khoa học Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thơng tin thuộc Viện KHCNVN Bên cạnh cịn phải kể đến Công ty Cổ phần Robot TOSY, doanh nghiệp thiết kết chết tạo robot Việt Nam có nhiều sản phẩm ấn tượng trường quốc tế
Các nghiên cứu robot Việt Nam công bố nhiều Hội Nghị tạp chí quốc tế Việc phối hợp với nước Nhật, Mỹ, Singapore, Đức tổ chức hội nghị quốc tế Việt nam liên quan đến robot RESCCE’98, RESCCE’00, RESCCE’02, ICMT2004, ICARCV 2008, ITOMM 2009 chuỗi hoạt động khoa học liên tục cộng đồng Robotics Việt Nam hòa nhập vào hoạt động nghiên cứu khoa học với nước khu vực tiên tiến giới
(16)16 BÀI
CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP Mã bài: MĐ30 –
Giới thiệu:
Trước bắt đầu điều khiển robot cơng nghiệp, người học cần nắm rõ cấu trúc robot phân loại robot công nghiệp
Mục tiêu:
- Trình bày phận cấu thành robot công nghiệp - Nêu tiêu đánh giá robot công nghiệp
- Phân loại robot cơng nghiệp
- Rèn luyện tính tư tác phong cơng nghiệp Nội dung chính:
1 Các phận cấu thành robot công nghiệp:
Về mặt kết cấu, robot chế tạo khác biệt nhau, chúng xây dựng từ thành phần (hình 2.1):
(1) Tay máy bao gồm phận: đế đặt cố định gắn với phận di động, thân, cánh tay, dụng cụ (kẹp, mỏ hàn, )
(2) Nguồn cung cấp (hệ thống truyền dẫn ): điện thủy khí, phận chủ yếu tạo nên chuyển dịch khớp động
(3) Bộ điều khiển: đảm bảo hoạt động robot theo thông tin đặt trước nhận biết trình làm việc
(4) Hệ thống cảm biến: thực việc nhận biết biến đổi thông tin hoạt động thân robot môi trường xung quanh, đối tượng mà robot phục vụ
Bảng 2.1 Kí hiệu khớp nối robot:
Khớp quay Khớp tịnh tiến
2D
(17)17 Kết cấu robot:
Robot công nghiệp chuỗi động học tạo thành từ nhiều khâu liên kết với nhờ khớp động Hai khớp động tiêu biểu khớp quay khớp tịnh tiến
Hình 2.2 Hai loại khớp
2 Bậc tự tọa độ suy rộng: 2.1 Bậc tự do:
(18)18
hành robot phải đạt số bậc tự Nói chung hệ robot cấu hở, bậc tự tính theo cơng thức:
Trong đó: n - Số khâu động;
pi - Số khớp loại i (i = 1,2, .,5 : Số bậc tự bị hạn chế)
Đối với cấu có khâu nối với khớp quay tịnh tiến (khớp động loại 5) số bậc tự với số khâu động Đối với cấu hở, số bậc tự tổng số bậc tự khớp động
Để định vị định hướng khâu chấp hành cuối cách tuỳ ý khơng gian chiều robot cần có bậc tự do, bậc tự để định vị bậc tự để định hướng Một số công việc
đơn giản nâng hạ, xếp u cầu số bậc tự Các robot hàn, sơn thường yêu cầu bậc tự Trong số trường hợp cần khéo léo, linh hoạt cần phải tối ưu hoá quỹ đạo, người ta dùng robot với số bậc tự lớn
hơn Hình 2.3 Robot Elbow bậc tự
2.2 Tọa độ suy rộng:
Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với qua khớp (joints), tạo thành xích động học xuất phát từ khâu (base) đứng yên Hệ toạ độ gắn với khâu gọi hệ toạ độ (hay hệ toạ độ chuẩn) Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với khâu động gọi hệ toạ độ suy rộng
Với sơ đồ sau có khớp động loại p5, tức có bậc tự Trong độ dịch chuyển hay biến khớp (hoặc tọa độ suy rộng, có khâu chuyển động tịnh tiến so với khâu 1, cịn lại dịch chuyển góc khớp
quay Hình 2.4 Các tọa độ suy rộng robot
(19)19
của trục z, ngón trỏ phương, chiều trục x ngón biểu thị phương, chiều trục y Trong robot ta thường dùng chữ O số n để hệ toạ độ gắn khâu thứ n Như hệ toạ độ (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) ký hiệu O0; hệ toạ độ gắn khâu trung gian tương ứng O1, O2, , On-1, Hệ toạ độ gắn khâu
chấp hành cuối ký hiệu On Hình 2.5 Quy tắc bàn tay phải
3 Hệ tọa độ vùng làm việc: 3.1 Hệ tọa độ:
Các khâu robot thường thực hai chuyển động bản:
_ Chuyển động tịnh tiến theo hướng x,y,z không gian Đề Các, thông thường tạo nên hình khối, chuyển động thường ký hiệu T (Translation) P (Prismatic)
_ Chuyển động quay quanh trục x,y,z ký hiệu R (Roatation) Tùy thuộc vào số khâu tổ hợp chuyển động (R T) mà tay máy có kết cấu khác với vùng làm việc khác Các kết cấu thường gặp Robot robot kiểu toạ độ Đề các, toạ độ trụ, toạ độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ toạ độ góc (phỏng sinh)
Robot kiểu toạ độ Đề các: tay máy có chuyển động tịnh tiến theo phương trục hệ toạ độ gốc (cấu hình T.T.T) Trường cơng tác có dạng khối chữ nhật Do kết cấu đơn giản, loại tay máy có độ cứng vững cao, độ xác khí dễ đảm bảo thuờng dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn mặt phẳng
Robot kiểu toạ độ trụ: Vùng làm việc robot có dạng hình trụ rỗng.Thường khớp thứ chuyển động quay Ví dụ robot bậc tự do, cấu hình R.T.T hình vẽ Có nhiều robot kiểu toạ độ trụ như: robot Versatran hãng AMF (Hoa Kỳ)
(20)20
Robot kiểu toạ độ cầu: Vùng làm việc robot có dạng hình cầu Thường độ cứng vững loại robot thấp so với hai loại Ví dụ robot bậc tự do, cấu hình R.R.R R.R.T làm việc theo kiểu toạ độ cầu
Hình 2.8 Robot kiểu tọa độ cầu
Robot kiểu toạ độ góc (Hệ toạ độ sinh): Đây kiểu robot dùng nhiều Ba chuyển động chuyển động quay, trục quay thứ vng góc với hai trục Các chuyển động định hướng khác chuyển động quay Vùng làm việc tay máy gần giống phần khối cầu Tất khâu nằm mặt phẳng thẳng đứng nên tính toán toán phẳng Ưu điểm bật loại robot hoạt động theo hệ toạ độ góc gọn nhẹ, tức có vùng làm việc tương đối lớn so với kích cở thân robot, độ linh hoạt cao
Các robot hoạt động theo hệ toạ độ góc như: Robot PUMA hãng Unimation - Nokia (Hoa Kỳ - Phần Lan), IRb-6, IRb-60 (Thuỵ Điển), Toshiba, Mitsubishi, Mazak (Nhật Bản) V.V
Ví dụ: robot hoạt động theo hệ toạ độ góc (Hệ toạ độ sinh), có cấu hình RRR.RRR:
Hình 2.9 Robot kiểu tọa độ góc
(21)21
"Selective Compliance Assembly Robot Arm" Ba khớp kiểu Robot nầy có cấu hình R.R.T, trục khớp theo phương thẳng đứng Sơ đồ robot SCARA hình 2.10
Hình 2.10 Robot kiểu SCARA
3.2 Vùng làm việc:
Trường công tác (hay vùng làm việc, khơng gian cơng tác) robot tồn thể tích quét khâu chấp hành cuối robot thực tất chuyển động Trường công tác bị ràng buộc thông số hình học robot ràng buộc học khớp; ví dụ, khớp quay có chuyển động nhỏ góc 3600 Người ta thường dùng hai hình chiếu để mơ tả trường cơng tác robot (hình 2.11)
Hình 2.11 Biểu diễn trường công tác robot
(22)22
nhau; trường hợp này, không gian làm việc robot phần không gian giới hạn nhiều mặt cầu giao (xem hình 2.11) Điều cần quan tâm người thiết kế người khai thác sử dụng phải biết giới hạn hay đường biên vùng không gian làm việc để bố trí cách hợp lý vị trí tay máy robot với thiết bị phối hợp thao tác khác hệ thống Những phân tích cho thấy khơng bố trí cách hợp lý giới hạn mặt cấu tạo làm cho khâu tác động cuối tay máy phát huy hết tác dụng vốn có
Một điều dễ nhận thấy tay máy khâu tác động cuối tiếp cận với đối tượng thao tác nằm vị trí biên khơng gian hoạt động theo hướng Trong đó, đối tượng thao tác nằm bên vùng không gian hoạt động tay máy gần vùng trung tâm vùng không gian bao nhiêu, tay máy tiếp cận đến đối tượng nhiều hướng khác nhiêu Trong trường hợp tay máy tiếp cận với đối tượng thao tác nhiều hướng, ta có khái niệm khơng gian làm việc có độ dự phịng cao; hiểu cách khác, trường hợp nói trên, nhờ số bậc chuyển động vốn có nhiều lời giải vị trí hướng để tiếp cận đến đối tượng thao tác
4 Chỉ tiêu đánh giá tham số kỹ thuật: 4.1 Độ động cấu:
Ở điểm quỹ đạo vị trí định hướng “điểm tác động cuối” cánh tay robot xác định tọa độ x, y, z, α, β,γ Trong lúc cấu hình cấu tay máy xác định n giá trị biến khớp q1, , qn Số bậc tự cấu tay máy khác
Độ động (m) liên quan đến bậc tự (n) cấu: m = n -6
Độ động lớn, robot linh họat (có nhiều tư thế) việc định vị Tuy nhiên, độ động cao làm cho độ phức tạp cấu tay máy tăng theo không tránh khỏi việc tăng giá thành giảm độ xác chuyển động
4.2 Hệ số phục vụ:
Khác với sơ đồ nguyên lý hoạt động, thiết kế sử dụng robot vào công việc cụ thể người ta quan tâm đến miền không gian thực mà phận chấp hành tay máy (tay gắp dụng cụ) với tới nhằm mục đích khai thác hợp lý cho cơng việc sản xuất khái niệm quan trọng robot cơng nghiệp nói lên khả linh hoạt chúng, ngồi thơng số hình học thể không gian làm việc Xét tổng quát tay máy gồm chuỗi động không gian hở; điểm không gian làm việc tồn giá trị góc λ gọi góc phục vụ, cho giới hạn góc này, tay gắp robot tiếp cận với điểm nêu
(23)23
Với λ góc nón qt vùng khơng gian mà phía tay kẹp định hướng tới Độ lớn hệ số phục vụ thay đổi từ (đối với điểm nằm biên vùng không gian làm việc tay gắp có phương duỗi thẳng để tiếp cận đến điểm) đến (đối với điểm nằm vùng không gian làm việc nơi mà tay gắp tiếp cận đến điểm từ phương tùy ý)
4.3 Độ dễ điều khiển cấu:
Trong thực tế điều khiển hoạt động tay máy, từ nhận tín hiệu định vị định hướng điểm tác động cuối điểm quỹ đạo, điều khiển để đạt mục tiêu Robot phải thực hoạt động khoảng thời gian định Thời gian bao gồm thời gian tính tốn cho thông số điều khiển thời gian thực di chuyển Tổng thời gian gọi thời gian điều khiển Qua thơng số điều khiển xác định mức độ khó, dễ điều khiển
4.4 Các thông số kỹ thuật robot công nghiệp:
Hệ truyền dẫn động ghi rõ thủy lực, khí nén, động điện, Hệ điều khiển xác định theo chu kì, theo vị trí theo chu tuyến Sai số định vị bàn kẹp (mm) độ sai lệch vị trí thực so với vị trí yêu cầu Mức xác thấp ( ∆ > ± mm ) áp dụng cho loại robot vận chuyển, phun phủ,vv Mức xác trung bình (0.1 mm ≤ ∆ ≤ mm ) Thích hợp cho việc lắp ráp có khe hở, vặn vít, hàn hồ quang, vv Mức xác cao ( ∆ < 0.1 mm) dùng đo lường, lắp ráp khít,vv
(24)24 5 Phân loại robot công nghiệp:
5.1 Phân loại theo dạng hình học khơng gian hoạt động:
Để dịch chuyển khâu tác động cuối robot đến vị trí đối tượng thao tác cho trước không gian làm việc cần phải có ba bậc chuyển động chuyển dời hay chuyển động định vị (thường dùng khớp tịnh tiến khớp quay loại 5) Những robot công nghiệp thực tế thường không sử dụng bốn bậc chuyển động chuyển dời (không kể chuyển động kẹp tay gắp) thông thường với ba bậc chuyển động định vị đủ, sử dụng đến bốn bậc chuyển động định vị Robot phân loại theo phối hợp ba trục chuyển động sau bổ sung để mở rộng thêm bậc chuyển động nhằm tăng thêm độ linh hoạt Vùng giới hạn tầm hoạt động robot gọi không gian làm việc 5.1.1 Robot tọa độ vng góc:
Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động, không gian làm việc sơ đồ động học robot tọa độ vng góc
5.1.2 Robot tọa độ trụ:
(25)25 5.1.3 Robot tọa độ cầu:
Hình 2.14 Ngun lý hoạt động, khơng gian làm việc sơ đồ động học robot toạ độ cầu
5.1.4 Robot khớp lề:
Hình 2.15 Ngun lý hoạt động, khơng gian làm việc sơ đồ động học robot liên kết lề
5.2 Phân loại theo hệ:
Từ trước đến nay, lịch sử phát triển robot cơng nghiệp có giai đoạn phát triển cụ thể tùy thuộc vào phát triển khoa học công nghệ Phân loại theo hệ phân loại theo phát triển khoa học công nghệ
5.2.1 Robot hệ thứ nhất:
(26)26
Đặc điểm:
• Sử dụng tổ hợp cấu cam với cơng tắc giới hạn hành trình • Điều khiển vịng hở
• Có thể sử dụng băng từ băng đục lỗ để đưa chương trình vào điều khiển, nhiên loại khơng thay đổi chương trình
• Sử dụng phổ biến công việc gắp - đặt (pick and place) 5.2.2 Robot hệ thứ hai:
Trong trường hợp robot trang bị cảm biến (sensors) cho phép cung cấp tín hiệu phản hồi hỗ trở lại hệ thống điều khiển trạng thái, vị trí khơng gian robot thơng tin mơi trường bên ngồi trạng thái, vị trí đối tượng thao tác, máy công nghệ mà robot phối hợp, nhiệt độ môi trường, v.v giúp cho điều khiển lựa chọn thuật tốn thích hợp để điều khiển robot thực thao tác xử lý phù hợp Nói cách khác, robot với điều khiển theo chương trình tự điều chỉnh hoạt động thích ứng với thay đổi mơi trường thao tác Dạng robot với trình độ điều khiển cịn gọi robot điều khiển thích nghi cấp thấp
Robot hệ bao gồm robot sử dụng cảm biến điều khiển (sensor - controlled robots) cho phép tạo vòng điều khiển kín kiểu servo
Đặc điểm:
• Điều khiển vịng kín chuyển động tay máy
• Có thể tự định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa tín hiệu phản hồi từ cảm biến nhờ chương trình cài đặt từ trước
• Hoạt động robot lập trình nhờ cơng cụ bàn phím, pa-nen điều khiển
5.2.3 Robot hệ thứ 3:
Đây dạng phát triển cao robot tự cảm nhận Các robot trang bị thuật toán xử lý phản xạ logic thích nghi theo thơng tin tác động mơi trường lên chúng; nhờ robot tự biết phải làm để hồn thành công việc đặt cho chúng Hiện có nhiều cơng bố thành tựu lĩnh vực điều khiển phịng thí nghiệm đưa thị trường dạng robot giải trí có hình dạng động vật máy
Robot hệ bao gồm robot trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh điều khiển (Vision - controlled robots) cho phép nhìn thấy nhận dạng đối tượng thao tác
(27)27
• Có đặc điểm loại điều khiển hoạt động sở xử lý thông tin thu nhận từ hệ thống thu nhận hình ảnh (Vision systems - Camera)
• Có khả nhận dạng mức độ thấp phân biệt đối tượng có hình dạng kích thước khác biệt
5.2.4 Robot hệ thứ tư:
Bao gồm robot sử dụng thuật toán chế điều khiển thích nghi (adaptively controlled robot) trang bị bước đầu khả lựa chọn đáp ứng tuân theo mơ hình tính tốn xác định trước nhằm tạo ứng xử phù hợp với điều kiện môi trường thao tác
Đặc điểm:
• Có đặc điểm tương tự hệ thứ hai thứ ba, có khả tự động lựa chọn chương trình hoạt động lập trình lại cho hoạt động dựa tín hiệu thu nhận từ cảm biến
• Bộ điều khiển phải có nhớ tương đối lớn để giải tốn tối ưu với điều kiện biên khơng xác định trước Kết toán tập hợp tín hiệu điều khiển đáp ứng robot
5.2.5 Robot hệ thứ năm:
Là tập hợp robot trang bị trí tuệ nhân tạo (artificially intelligent robot)
Đặc điểm:
• Robot trang bị kỹ thuật trí tuệ nhân tạo nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua tiếp xúc, v.v để định giải vấn đề nhiệm vụ đặt cho
• Robot trang bị mạng Neuron có khả tự học
• Robot trang bị thuật toán dạng Neuron Fuzzy/Fuzzy Logic để tự suy nghĩ định cho ứng xử tương thích với tín hiệu nhận từ mơi trường theo thuật tốn tối ưu hay nhiều mục tiêu đồng thời
Ngoài cách phân loại nêu trên, cịn có kiểu phân loại theo nguồn điều khiển hay nguồn dẫn động Bảng cung cấp thêm thông tin để phân loại tay máy robot cách chi tiết
6 Giới thiệu robot công nghiệp:
Hiện có nhiều loại robot thị trường bật có hãng sau: Yaskawa, ABB, FANUC, Kuka, Kawasaki, Nachi-Fujikoshi, Epson, Staubli, Comau, Adept Technology Inc… Tuy nhiên giới thiệu hai hãng robot làm đại diện ABB ED
6.1 Robot ABB IRB 120:
(28)28
Hình 2.16 Vùng làm việc robot ABB IRB120 Bảng 2.3 Định nghĩa vùng di chuyển làm việc trục
Cách nhả phanh Robotbằng nút nhả phanh - Chú ý nhả phanh chắn
rằng nguồn điện cấp - Sức nặng tay máy làm
bạn bị thương làm hỏng thiết bị đặt gần tay máy
- Nhấn nút nhả phanh A tủ điều khiển IRC5 compact phanh điện từ động servo nhả
Hình 2.17 Nút nhả phanh an toàn tủ điều khiển
Giới thiệu Flexpendant
Flexpendant thiết bị điều khiển lập trình tay với hình cảm ứng lớn: 7.7 inch 640x480 pixels người sử dụng thuận tay phải hay tay trái sử dụng
Vị trí di chuyển Dạng di chuyển Giới hạn di chuyển
(29)29
Flexpendant bao gồm hình cảm ứng màu, nút dừng khẩn cấp, phím truy cập nhanh người dùng thiết lập, phím chạy chương trình, joy stick trục để di chuyển Robot Với Flexpendant hệ cịn có phím tắt chọn cách di chuyển theo trục theo trục tọa độ
Hình 2.18 Giao diện hình Flexpendant
Để vào danh mục ta kích chọn “ABB” góc trái hình
(30)30
Hình 2.20 Giao diện làm việc hình
Làm việc chung Flexpendant RobotStudioOnline
Hình 2.21 Làm việc chung hình máy tính
(31)31
Hình 2.22 Kích hoạt thiết bị tay
Có vị trí nút kích hoạt thiết bị
Ở chế độ tự động: nút kích hoạt bị đóng Ở chế độ tay :
- Vị trí đầu cuối khơng thể kích hoạt robot - Vị trí kích hoạt robot
6.2 Robot ED 7271:
Hình 2.23 Mơ hình robot ED 7271
Robot ED 7271 sản xuất Hàn Quốc, loại robot thơng minh có nhiều ứng dụng giảng dạy Bao gồm:
- 10 loại cảm biến, loại mô đun truyền động mô đun ứng dụng cần thiết cho robot thông minh
- Hệ thống cấu trúc dễ nắm bắt dựa trí tuệ nhân tạo robot - Các ví dụ phong phú từ trình độ thấp đến cao
- Dễ lắp đặt mô đun thiết bị kẹp
- Biểu trực quan, đồ họa kết cảm biến - Giao diện USB tốc độ cao(480Mbps)
(32)32
Hình 2.24 Robot ED 7270 Đặc tính
Hiểu sâu robot thơng minh bước thực hành
Các ứng dụng thay đổi thông qua chức ZigBee đọc RFID Nhận dạng vị trí hướng di chuyển robot
Nội dung đào tạo thay đổi thơng qua ngơn ngữ đối thoại (chương trình)
Xử lý hình ảnh camera USB Fan/Tilt
Thiết kế thân thiện tương tác với người Thiết bị lý tưởng cho thực hành mạng nội
Các thí nghiệm an ninh nội sử dụng chức an ninh tự động
Điều khiển robot API sử dụng ngơn ngữ lập trình Visual C++ chức điều khiển Visual Basic Scripter (VBS)
Pin Lithium Ion – thu nhỏ kích thước tăng thời gian sử dụng
Phụ kiện theo kèm gồm:
Nguồn cung cấp DC (Gồm cáp để nạp điện) Hộp đựng Robot (chất liệu nhôm)
CD phần mềm theo lưu đồ thuật toán Điểm truy cập Wireless
CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 2: Câu 1: Phân loại robot công nghiệp?
(33)33
Câu 3: Trình bày cấu tạo robot ED 7270 ED 7271? Câu 4: Trình bày cấu tạo robot ABB 120?
(34)34 BÀI
CÁC CHUYỂN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP Mã bài: MĐ30 –
Giới thiệu:
Để điều khiển robot chuyển động người học cần nắm rõ kiến thức chuyển động robot, kết cấu điển hình robot cơng nghiệp Mục tiêu:
- Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động loại khớp dùng robot công nghiệp
- Điều khiển robot ABB IRB 120 xoay theo trục theo dụng cụ làm việc
- Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung chính:
1 Các khái niệm ban đầu:
Cần làm rõ khái niệm chuyển động robot khác với khái niệm robot có khả chuyển động (tức robot di động)
Chuyển động robot khả di chuyển, xoay trở khớp khâu để thực thao tác theo yêu cầu người sử dụng Chuyển động xảy thân robot góp phần hình thành nên vùng làm việc độ dự phịng cho robot
Hình 3.1 Khả chuyển động robot
(35)35
bằng bánh xe (bánh tròn, bánh xích, bánh Omni ), chân (6 chân, chân, chân )
Hình 3.2 Robot có khả chuyển động chân
2 Các chuyển động bản:
Trên sở loại khớp sử dụng robot công nghiệp gồm khớp quay khớp tịnh tiến mà ta có chuyển động tương tự chuyển động quay chuyển động tịnh tiến Tuỳ thuộc vào số khâu tổ hợp chuyển động mà tay máy có kết cấu khác với vùng làm việc khác 2.1 Chuyển động tịnh tiến:
Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, x không gian Đề Cac, thơng thường tạo nên hình khối, chuyển động thường ký hiệu T (Translation) P (Prismatic)
(36)36 2.2 Chuyển động quay:
Chuyển động quay quanh trục x, y, x ký hiệu R (Rotation) Chuyển động thường sử dụng để tăng độ dự phòng cho robot Chuyển động quay không gian tạo nên vùng làm việc có hình trụ cầu khối cầu lồng vào
Hình 3.4 Một số vùng làm việc robot có sử dụng khớp quay
3 Một số kết cấu điển hình:
Các kết cấu nhiều tay máy theo cấu tạo chức tay người Tuy nhiên, ngày tay máy thiết kế da dạng, nhiều cánh tay robot có hình dạng khác xa cánh tay người Trong thiết kế sử dụng tay máy, cần quan tâm đến thông số hình – động học, thơng số liên quan đến khả làm việc robot như: tầm với, số bậc tự do, độ cứng vững, lực kẹp,…
Các kết cấu thường gặp robot robot kiểu toạ độ Đề Các, toạ độ trụ, toạ độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ toạ độ góc,…
3.1 Robot cố định dùng hệ tọa độ Đề Các tọa độ trụ:
(37)37
Hình 3.5 Bố trí robot cố định dùng hệ tọa độ trụ
3.2 Robot cố định dùng hệ tọa độ cầu:
Khớp cầu tạo thành từ ba khớp quay có đường tâm giao nhau, điển hình cho kết cấu cổ tay robot kiểu cầu:
Hình 3.6 Cổ tay robot kiểu cầu
(38)38
Hình 3.7 cấu tạo khớp cầu
Phương pháp tạo tọa độ cầu thứ hai, kết hợp hai chuyển động quay trùng tâm chuyển động tịnh tiến hướng kính qua tâm quay
3.3 Robot treo:
Robot treo lắp chuyển động đường ray không, ưu điểm chúng khơng chiếm diện tích sản xuất, cản trở hoạt động thiết bị khác có vùng làm việc rộng Các robot treo vận chuyển nguyên vật liệu, thiết bị phân xưởng phân xưởng Chúng phục vụ nhiều thiết bị khác dây chuyền, sử dụng chúng vào việc lắp ráp, phun sơn hàn…Các robot treo phân hai loại, chuyển động theo phương (kiểu palăng), chuyển động theo hai phương (kiểu cầu trục)
(39)39 3.4 Robot có kiểu điều khiển thích nghi:
Robot thích nghi robot có khả tự phản ứng có lợi trước diễn biến bất lợi mơi trường mà người lập trình khơng lường trước được, hệ điều khiển robot treo thường xây dựng sở điều khiển mờ Sự phản ứng robot dựa vào thông số đo mơi trường, ví dụ vị trí, tính chất vật lí đối tượng, dựa vào trạng thái cấu robot Trong trường hợp chương trình điều khiển định hướng sơ hoạt động robot, phải tìm hiểu xác hóa hoạt động sở phân tích thơng tin thu nhận từ mơi trường Nhờ khả thích nghi mà robot kiểu làm việc mà robot thơng thường khơng làm được, chẳng hạn tìm kiếm, lắp ráp, thay đổi lực kẹp phù hợp…Phần lớn robot thông thường trở thành robot thích nghi trang bị sensor để thu nhận thông tin mơi trường, chương trình phân tích thơng tin thu định với thông tin thu
Các robot sau cầm nắm vật khác hình dáng kích thước cảm biến lực gắn với ngón tay điều khiển
a b
(40)40
f g
Hình 3.9 Các dạng robot có kiểu điều khiển thích nghi
4 Điều khiển mơ hình robot ABB IRB 120 4.1 Điều khiển xoay theo khớp:
Từ ABB danh mục, chọn Jogging
Chế độ Jogging cho phép điều khiển khớp thay đổi giá trị để đưa cánh tay đến tọa độ làm việc
Hình 3.10 Giao diện hình điều khiển
(41)41
Hình 3.11 Giao diện điều khiển quay theo khớp
Điều chỉnh robot xoay theo khớp dẫn hình 4.2 Điều khiển xoay theo dụng cụ làm việc:
Trong giao diện hình làm việc Chọn dụng cụ cần thao tác
Hình 3.12 Lựa chọn dụng cụ hình
Có hai chế độ dịch chuyển cho dụng cụ:
Thẳng: Robot di chuyển thẳng không gian, phụ thuộc vào hệ tọa độ
(42)42
Xoay: Sự xoay đổi hướng công cụ Sự định hướng công cụ phụ
thuộc vào hệ trục tọa độ chọn 4.3 Điều khiển tổng hợp:
Theo yêu cầu giáo viên hướng dẫn, học sinh kết hợp điều khiển robot thực tế dịch chuyển theo khớp dịch chuyển theo dụng cụ
Hình 3.13 Bộ mơ hình robot ABB IRB 120 thực hành
CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 3: Câu 1: Trình bày chuyển động robot?
Câu 2: Trình bày kết cấu điển hình robot cơng nghiệp?
(43)43 BÀI
PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT Mã : MĐ30 –
Giới thiệu:
Để tìm hiểu tính tốn robot người học cần nắm rõ kiến thức, phương trình động học, động lực học liên quan đến robot
Mục tiêu:
- Trình bày phương trình động học thuận động học nghịch robot - Giải hệ phương trình động học robot
- Trình bạy phương trình động lực học robot - Mơ phương trình máy tính xác
- Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung chính:
1 Phương trình động học thuận: 1.1 Dẫn nhập:
Bất kỳ môt robot coi tập hợp khâu (links) gắn liền với khớp (joints) Ta đặt khớp robot hệ tọa độ Sử dụng phép biến đổi cách mơ tả vị trí tương đối hướng hệ tọa độ DENAVIT.J gọi biến đổi mô tả quan hệ khâu khâu ma trận A Nói đơn giản hơn, ma trận A mô tả biến đổi phép tịnh tiến tương đối hệ tọa độ hai khâu liền A1 mơ tả vị trí hướng khâu đầu tiên; A2 mơ tả vị trí
hướng khâu thứ hai so với khâu thứ Như vị trí hướng khâu thứ hai so với hệ tọa độ gốc biểu diễn ma trận:
T1 = A1.A2
Cũng vậy, A3 mô tả khâu thứ ba so với khâu thứ hai và:
T3=A1.A2.A3; vv…
Cũng theo Denavit, tích ma trận A gọi ma trận T, thường có hai số: Chỉ số hệ tọa độ tham chiếu tới, bỏ qua số số Chỉ số thường dùng để khâu chấp hành cuối Nếu robot có khâu ta có:
(44)44
Hình 4.1 – Các vectơ định vị trí định hướng bàn tay máy
T6 mô tả mối quan hệ hướng vị trí khâu chấp hành cuối hệ
tọa độ gốc Một robot khâu có bậc tự định vị trí định hướng trường vận động (range of motion) Ba bậc tự xác định hướng vị trí định hướng túy ba bậc tự khác xác định hướng mong muốn T6 ma trận trình bày hướng vị trí robot Hình 4.1 mơ
tả quan hệ với bàn tay máy Ta đặt gốc tọa độ hệ mô tả điểm ngón tay Gốc tọa độ mơ tả vectơ p (xác định vị trí bàn tay) Ba vectơ đơn vị mô tả hướng bàn tay xác định sau:
Vectơ có hướng mà theo bàn tay tiếp cận đến đối tượng, gọi vectơ a (approach)
Vectơ có hướng mà theo ngón tay bàn tay nắm vào cầm nắm đối tượng, gọi vectơ o (Occupation)
Vectơ cuối vectơ pháp tuyến (normal), ta có:
Chuyển vị trí T6 bao gồm phần tử :
Tổng quát, ma trận T6 biểu diễn gọn sau:
(45)45
Vectơ điểm p có kích thước 3x1, biểu diễn mối quan hệ toạ độ vị trí gốc tọa độ gắn khâu chấp hành cuối tọa độ
1.2 Bộ thông số Debavit – Hartnberg (DH) toán ứng dụng:
Một robot nhiều khâu cấu thành từ khâu nối tiếp thông qua khớp động Gốc chuẩn (Base) robot khâu số khơng tính vào số khâu Khâu nối với khâu chuẩn khớp khơng có khớp đầu mút khâu cuối Bất kỳ khâu đặc trưng hai kích thước :
Độ dài pháp tuyến chung: an
Góc trục mặt phẳng vng góc với an : αn
Thơng thường, người ta gọi an chiều dài αn góc xoắn khâu (Hình
4.2) Phổ biến hai khâu liên kết với trục khớp (Hình 4.3)
Hình 4.2 – Chiều dài góc xoắn khâu
Hình 4.3 – Các thông số khâu : θ, d, a α
Mỗi trục có hai pháp tuyến với nó, pháp tuyến dùng cho khâu (trước sau khớp) Vị trí tương đối hai khâu liên kết xác định dn khoảng cách pháp tuyến đo dọc theo trục khớp n θn
(46)46
Để mô tả mối quan hệ khâu ta gắn vào khâu hệ tọa độ Nguyên tắc chung để gắn hệ tọa độ lên khâu sau:
Gốc hệ tọa độ gắn lên khâu thứ n đặt giao điểm pháp tuyến an với
trục khớp thứ n+1 Trường hợp hai trục khớp cắt nhau, gốc tọa độ đặt điểm cắt Nếu khớp song song với nhau, gốc tọa độ chọn khớp khâu kế tiếp, điểm thích hợp
Trục z hệ tọa độ gắn lên khâu thứ n đặt dọc theo trục khớp thứ n+1 Trong trường hợp trục khớp cắt trục x chọn theo tích vectơ
Z ZnX n1
Trường hợp khớp quay θn biến khớp, trường hợp khớp tịnh
tiến dn biến khớp an
Các thông số an , αn, dn, θn gọi thông số DH Ví dụ 1: Xét tay máy có hai khâu phẳng hình 4.4:
Hình 4.4 – Tay máy có hai khâu phẳng (vị trí bất kỳ)
Ta gắn hệ tọa độ lên khâu hình vẽ: trục z0, z1 z2 vng góc
với tờ giấy
Hệ tọa độ sở O0x0y0z0, chiều x0 hướng từ O0 đến O1 Sau
thiết lập hệ tọa độ sở, hệ tọa độ O1x1y1z1 có hướng hình vẽ, O1 đặt tâm
trục khớp Hệ tọa độ O2x2y2z2 có gốc O2 đặt điểm cuối khâu
Bảng thông số Denavit-hartenbert tay máy sau:
Trong θi biến khớp (dùng dấu * để ký hiệu biến khớp)
1.3 Đặc trưng ma trận A toán ứng dụng:
Trên sở hệ tọa độ ấn định cho tất khâu liên kết robot, ta thiết lập mối quan hệ hệ tọa độ nối tiếp (n-1), (n) phép quay tịnh tiến sau :
(47)47 Tịnh tiến dọc theo zn-1 khoảng dn
Tịnh tiến dọc theo xn-1 = xn đoạn an
Quay quanh xn góc xoắn αn
1.4 Xác định T6 theo ma trận An toán ứng dụng: Ta biết: T6 = A1A2A3A4A5A6
Trong T6 miêu tả hệ tọa độ gốc (hệ tọa độ gắn với khâu
bản, cố định robot) Nếu mô tả T6 theo hệ tọa độ trung gian thứ n-1 thì:
Trong trường hợp tổng quát, xét quan hệ robot với thiết bị khác, hệ tọa độ robot có liên hệ với hệ tọa độ phép biến đổi Z, khâu chấp hành cuối lại có gắn cơng cụ, có quan hệ cụ thể phép biên đổi E (hình 4.6) vị trí hướng điểm cuối cơng cụ, khảo sát hệ hệ tọa độ tham chiếu mô tả X xác
định : X = ZT6E Hình 4.6 – Vật thể robot
1.5 Trình tự thiết lập hệ phương trình động học robot:
Để thiết lập phương trình động học robot, ta tiến hành theo bước sau:
Chọn hệ tọa độ sở, gắn hệ tọa độ mở rộng lên khâu
Việc gắn hệ tọa độ lên khâu đóng vai trị quan trọng xác lập hệ phương trình động học robot, thơng thường bước khó Trong thực tế, trục khớp robot thường song song vng góc với nhau, đồng thời thông qua phép biến đổi ma trận A ta xác định hệ tọa độ gắn khâu robot theo trình tự sau:
Giả định vị trí ban đầu (Home position) robot Chọn gốc tọa độ O0, O1,…
Các trục Zn phải chọn phương với trục khớp thứ n+1
Chọn trục Xn trục quay Zn thành Zn+1 góc Zn với Zn+1
αn+1 Nếu Zn Zn+1 song song trùng ta ngun tắc
chung hay chọn Xn theo Xn+1
(48)48
Khi gắn hệ tọa độ lên khâu, phải tuân theo phép biến đổi ma trận An Đó bốn phép biến đổi: An = Rot(z,θ) Trans(0,0,d) Trans(a,0,0) Rot(x,α)
Nghĩa ta coi hệ tọa độ thứ n+1 biến đổi hệ tọa độ thứ n; phép quay tịnh tiến biến đổi phải phép biến đổi An , thông số
DH xác định dựa vào phép biến đổi Trong trình gắn hệ tọa độ lên khâu, xuất phép quay trục Zn Zn+1 quanh trục
yn-1 vị trí ban đầu robot giả định không đúng, ta cần chọn lại vị trí ban
đầu khác cho robot
Lập bảng thông số DH (Denavit-Hartenberg) Dựa vào thông số DH xác định ma trận An Tính ma trận T viết phương trình động học robot
Ví dụ sau trình bày chi tiết bước thiết lập hệ phương trình động học robot:
Cho robot có ba khâu, cấu RRT hình 4.7 Hãy thiết lập hệ phương trình động học
robot Hình 4.7 – Robot RRT
B1 – Gắn hệ tọa độ lên khâu:
Ta giả định vị trí ban đầu chọn gốc tọa độ O0 robot hình 4.8 Các
trục z đặt phương với trục khớp Ta thấy trục z1 quay tương đối
góc 900 so với trục z
0, phép
quay quanh trục x0 góc α1 (phép biến
đổi Rot(x0, α1) biểu thức tính An)
Nghĩa trục x0 vng góc với z0 z1 Ta
chọn chiều x0 từ trái sang phải góc
quay α1 = 900 (chiều dương ngược chiều
kim đồng hồ) Đồng thời ta thấy góc O1 tịnh tiến đoạn dọc theo z0, so với
O0, phép biến đổi Trans(0,0,d1)
(tịnh tiến dọc theo z0 đoạn d1); trục
y0 y1 xác định theo quy tắc bàn tay phải
(Hình 4.8) Hình 4.8 Gắn hệ tọa độ O0 O1
Tiếp tục chọn gốc tọa độ O2 đặt trùng với O1 trục khớp thứ ba trục khớp
thứ hai cắt O1 (như hình 4.9) trục z2 phương với trục khớp thứ ba,
tức quay góc 900 so với z
1 quanh trục y1; phép biển đổi khơng có
trong biểu thức tính An nên khơng dùng được, ta cần chọn lại vị trí ban đầu
robot (thay đổi vị trí khâu thứ 3) hình 4.9
Theo hình 4.9, O2 đặt trùng với O1, trục z2 có phương thẳng đứng,
(49)49 Đầu cuối khâu thứ khơng có khớp, ta đặt O3 điểm ngón
tay, trục z3, x3 chọn hình vẽ,
ta tịnh tiến gốc tọa độ dọc theo z2
đoạn d3 (Phép biến đổi Trans(0,0,d3)),
đây khâu tịnh tiến nên d3 biến
Như việc gắn hệ tọa độ lên khâu robot hồn thành Thơng qua tích phân tích ta xác định thông số DH robot
Hình 4.9 Hệ tọa độ gắn lên khâu
B2 – Lập bảng thông số DH:
B3 – Xác định ma trận A: Ma trận An có dạng:
B4 – Tính ma trận biến đổi T: Ma trận 2T
3 = A3
Ma trận 1T
3 = A2.2T3
(50)50
Ta có hệ phương trình động học robot sau :
(Ta sơ kiểm tra kết tính tốn cách dựa vào tọa độ vị trí px,
py, pz tính so với cách tính hình học hình vẽ)
2 Phương trình động học ngược:
Việc giải tốn động học ngược robot cần thoả mãn điều kiện sau: Điều kiện tồn nghiệm:
Điều kiện nhằm khẳng định: Có tập nghiệm (1, 2,…,6di*)
sao cho robot có hình thể cho trước
(“Hình thể” khái niệm mơ tả tường minh vectơ cuối T6 vị trí hướng)
Điều kiện tập nghiệm:
Trong xác định tập nghiệm cần phân biệt rõ hai loại nghiệm :
Nghiệm toán (Mathematical Solution): Các nghiệm thoả mãn phương trình cho trước T6
Nghiệm vật lý (Physical Solution): tập nghiệm toán, phụ thuộc vào giới hạn vật lý (giới hạn góc quay, kích thước ) nhằm xác định tập nghiệm
Việc giải hệ phương trình động học tiến hành theo hai phương pháp sau:
Phương pháp giải tích (Analytical Method): Tìm cơng thức hay phương trình tốn giải tích biểu thị quan hệ giá trị không gian biến trục thông số khác thông số DH
Phương pháp số (Numerical Method): Tìm giá trị tập nghiệm kết trình lặp
3 Giải hệ phương trình động học robot
(51)51 Ta có:
Lần lượt cho cân phần tử tương ứng hai ma trận phương trình ta có phương trình sau:
3.2 Lời giải phép biến đổi Roll – Pitch – Yall toán ứng dụng: Phép biến đổi Roll, Pitch Yaw được định nghĩa:
Việc giải phương trình: T6 = RPY(, , ) xác định góc ,
Cách giải tiến hành tương tự thực lời giải cho phép quay Euler Nhân T6 với ma trận nghịch đảo Rot(z, )-1, ta có:
4 Động lực học robot:
4.1 Cơ học Lagrange với vấn đề động lực Robot:
(52)52
L = K - P Trong đó:
K tổng động hệ thống P tổng
K P đại lượng vơ hướng nên chọn hệ toạ độ thích hợp để tốn đơn giản Đối với robot n khâu ta có:
và
Ở đây, Ki Pi động khâu thứ i xét hệ toạ độ
chọn.Ta biết đại lượng Ki Pi hàm số phụ thuộc nhiều biến số:
và
Với qi toạ độ suy rộng khớp thứ i Nếu khớp thứ i khớp quay qi
là góc quay i, khớp tịnh tiến qi độ dài tịnh tiến di
Ta định nghĩa: Lực tác dụng lên khâu thứ i (i =1, 2, , n) với quan niệm lực tổngquát (Generalized forces), lực momen (phụ thuộc vào biến khớp q tịnh tiến quay), xác định bởi:
Phương trình gọi phương trình Lagrange - Euler, hay thường gọi tắt phương trình Lagrange
4.2 Hàm Lagrange lực tổng quát:
Áp dụng hàm Lagrange cho ví dụ trên, ta có:
Khi tính lực tổng qt, biến hệ: q1 = 1 q2 = 2
(53)53 4.3 Phương trình động lực học:
Xét khâu thứ i robot có n khâu Tính lực tổng quát Fi khâu thứ i
với khối lượng vi phân dm Lực tổng qt Fi đóng vai trị quan trọng
khi xây dựng sơ đồ khối để thiết lập hàm điều khiển cho robot có n bậc tự
Vận tốc điểm robot:
Một điểm khâu thứ i mô tả hệ toạ độ là: r = Ti.ir
Trong đó: ir toạ độ điểm xét khâu thứ i, ir không thay đổi theo
thời gian Ti ma trận chuyển đổi từ khâu thứ i hệ toạ độ gốc: Ti=A1A2 Ai
Như r hàm thời gian t
Hình 4.10 – Khảo sát tốc độ vi khối lượng dm
Tính động vi khối lượng dm:
Ký hiệu Ki động khâu thứ i, dKi động vi khối lượng
dm đặt vị trí ir khâu thứ i
Và đó, động khâu thứ i là:
(54)54
Ý nghĩa "giả quán tính" sử dụng thiết lập đầy đủ phần tử ma trận Ji ta liên hệ với khái niệm "mơmen qn tính độc cực" trình
bày phần tử Ji giống phần tử mơmen qn tính độc cực Ta
xét mối quan hệ sau: Theo định nghĩa ta có:
Hình 4.11 – Mơ mơ men qn tính độc cực
Bây ta nhắc lại mơ men qn tính cực độc vật thể hình 4.11
Theo định nghĩa ta có:
Đối chiếu với ma trận giả qn tính Ji, ta trình bày Ji sau:
Như ý nghĩa biểu trưng Ji rõ
(55)55
Cuối cùng, động robot có n khâu tính:
Thế robot:
Thế khâu thứ i có khối lượng mi, trọng tâm xác định vector
ri (vector biểu diễn trọng tâm khâu i hệ toạ độ bản) là:
Trong đó, vector gia tốc trọng trường g biểu diễn dạng ma trận cột:
Thế toàn cấu robot n khâu động là:
Hàm Lagrange:
Sau xác định động toàn cấu, ta có hàm Lagrange robot có n bật tự do:
Chúng ta ý rằng, hàm Lagrange chưa đề cập đến ảnh hưởng nguồn truyền động (gồm phần tĩnh (stator) phần động (Rotor) động điện)
Phương trình động lực học robot:
Ta biết lực tổng quát đặt lên khâu thứ i robot có n khâu (phương trình Lagrange – Euler):
(56)56
(p số lấy theo j k)
Cuối cùng, ta có lực tổng quát khâu p:
Để cho gọn, ta biểu diễn:
Trong đó:
- J thể tác dụng quán tính, ma trận đối xứng (n x n) - C thể tác dụng lực ly tâm Cariolis, vectơ (n x 1) - G thể tác dụng lực trọng trường, vectơ (n x 1) - Đây phương trình động lực học robot
Nếu thêm vào phương trình tác dụng khác như: FEX đặc trưng cho
các ngoại lực tác dụng lên trục, V đặc trưng cho hiệu ứng ma sát, ta có:
5 Mơ máy tính
Ứng dụng phép tính tốn học, giải hệ phương trình động học máy tính
CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 4: Câu 1: Cho robot có cấu hình
như hình vẽ 4.12 : a2=0,3m
a Xây dựng hệ tọa độ cho khâu
b Xác định bảng thông số DH cho hệ thống Xác định vị trí tay robot hệ tọa độ gốc θ1=300;
θ2=300; d1=0,1m; d2 khơng đáng
kể
Hình 4.12
(57)57
Câu 3: Cho bảng thông số DH, tìm ma trận A4, A5, A6, 3T6 ?
Câu 4: Cho robot hình 4.13 lập bảng thông số DH
(58)58 BÀI
LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG ROBOT TRÊN PHẦN MỀM Mã bài: MĐ30 –
Giới thiệu:
Để vận hành robot, lập trình cho robot người học cần trang bị kiến thức liên quan đến việc lập trình điều khiển robot, ngơn ngữ lập trình yếu tố quan trọng
Mục tiêu:
- Cài đặt phần mềm robot studio
- Trình bày giao diện phần mềm chức cơng cụ - Tạo chương trình
- Tạo dụng cụ cho robot từ vẽ kỹ thuật - Lập trình cho robot di chuyển
- Rèn luyện tính tỉ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung chính:
1 Giới thiệu phần mềm Robot Studio:
Phần mềm RobotStudio phần mềm hãng robot ABB nghiên cứu phát triển Là sản phẩm lập trình offline hàng đầu thị trường Phương pháp lập trình offline giúp giảm rủi ro cách trực quan hóa, định hình giải pháp bố trí trước robot thực tế lắp đặt, điều tạo chất lượng sản phẩm cao thông qua việc đưa đường xác
Ưu điểm phần mềm RobotStudio:
Dễ dàng sử dụng liệu từ dạng CAD bao gồm: IGES, STEP, VRML, VDAFS, ACIS CATIA Bằng việc sử dụng liệu xác này, chun gia lập trình robot đưa chương trình robot xác có chất lượng cao
Có thể tự động phát cảnh báo chuyển động gần đến vị trí tới hạn đo lường sử dụng để tránh trạng thái
Có thể hồn thiện tốc độ TCP, gia tốc, điểm tới hạn trục để đạt chu kỳ hoạt động định
Chế độ MultiMove: Có thể vận hành lúc nhiều robot ảo với hỗ trợ MultiMove, công nghệ IRC5 giúp vận hành nhiều robot điều khiển
(59)59
AutoReach: tự động phân tích khả với có đặc tính hữu ích giúp người sử dụng dễ dàng chuyển động robot chi tiết xung quanh tất vị trí với đến Điều giúp kiểm chứng tối ưu hóa việc bố trí trạm làm việc vài phút
2 Giao diện chức cơng cụ:
Hình 5.1 Giao diện bắt đầu phần mềm
(60)60
Bảng 5.1 Các tab chức
1
File Danh mục tính Open, Save, Print v.v
Home Xây dựng trạm, tạo hệ thống, đường dẫn chương trình, đặt đề mục
Modeling Tạo nhóm thành phần, tạo phần thân, phép đo hoạt động CAD
Simulation Cài đặt, cấu hình, điều khiển, theo dõi, ghi chép mô
Offline Đồng hóa, cấu hình nhiệm vụ định cho VIRTUAL CONTROLER (mạch điều khiển ảo) Online Quản lí mạch điều khiển thực
Add-Ins PowerPacs VSTA
Modify
Đây tab tùy thuộc theo ngữ cảnh, thẻ hữu đối tượng chọn Nó liệt kê lệnh đặc trưng cho loại đối tượng
2
Thanh công cụ truy cập nhanh
Để truy cập nhanh tới lệnh cài đặt thông dụng Để thêm mục vào công cụ, nhấn chuột phải vào mục chọn add to quick access toolbar nhấn vào mũi tên kế bên công cụ chọn customize commands
3
Trình duyệt Layout Path&Target
Trình duyệt Layout thể mục vật lý trạm robot công cụ Khi làm việc với đối tượng, bạn chọn chúng hay cửa sổ đồ họa
Trình duyệt Path&Target thể liệu chương trình hệ điều khiển, liệu công cụ, không gian làm việc tọa độ mục tiêu
4
Cửa sổ Output
Cửa sổ Output thể thông tin từ RobotStudio hệ điều khiển ảo Một sốthơng tinhoạt động: bạn tìm thêm thơng tin cách nhấn vào chúng
5 Danh mục RobotStudio Help
6
Cửa sổ đồ họa
(61)61
bắt điểm đặt bên cửa sổ đồ họa Để sử dụng cấp độ lựa chọn chế độ bắt điểm cài đặt quan trọng để làm việc thành công cửa sổ đồ họa
7
Thanh trạng thái
Là ô nằm bên phải thể trạng thái hệ điều khiển.Đèn xanh cho thấy hệ điều khiển hoạt động chế độ AUTO, màu vàng MANUAL, màu đỏ hệ chưa khởi động
3 Các thao tác với chuột:
Các thao tác phần mềm đa số thực chuột, cung cấp bảng hướng dẫn thao tác với chuột như: chọn đối tượng, xoay trạm, di chuyển trạm, phóng to thu nhỏ, phóng to khung chọn Ngồi việc sử dụng chuột, người sử dụng cần phải kết hợp với nút chức SHIFT hay CTRL để thực thao tác Các hướng dẫn cụ thể mô tả bảng 5.2
Bảng 5.2 Các thao tác với chuột
Dùng kết hợp phím chuột
Mơ tả
Chọn đối tượng Chỉ cần click chuột vào đối tượng để chọn, để chọn nhiều đổi tượng, giữ phím Ctrl click vào đối tượng
Xoay station CTRL + SHIFT + Nhấn Ctrl+Shift+chuột trái kéo chuột để kéo chuột nhằm xoay station
Với loại chuột nút, bạn sử dụng nút trái thay kết hợp bàn phím
Di chuyển trạm CTRL + Nhấn Ctrl chuột trái kéo lê để di chuyển station
Phóng to trạm CTRL + Nhấn Ctrl+chuột phải kéo giữ chuột qua trái để thu nhỏ, qua phải đểphóng tođối với chuột có nút, sử dụng nút thay cho kết hợp phím
Phóng to theo khung chuột
(62)62
Chọn theo khung SHIFT + Nhấn SHIFT + chuột trái kéo chuột qua vùng muốn lựa chọn
4 Các lệnh bản:
4.1 Câu lệnh MoveL/MoveJ
Đây hai câu lệnh để điều khiển robot di chuyển thẳng theo trục x,y,z theo hướng kết hợp
Nếu chọn lệnh MoveL (line) có nghĩa ta chọn lệnh di chuyển tuyến tính Cịn chọn lệnh MoveJ (jump) quỹ đạo đường cong
Về cấu trúc lệnh MoveL hay MoveJ tương tự Tất cần yếu tố điểm kết thúc, vận tốc, độ lượn dụng cụ làm việc sử dụng Lệnh mơ tả hình 5.3
Hình 5.3 Cấu trúc lệnh MoveL/MoveJ
4.2 Câu lệnh MoveC
Khác với lệnh MoveL/MoveJ lệnh MoveC Lệnh MoveC lệnh dùng để xác định quỹ đạo đường cung trịn mơ tả qua hình 5.4
MoveL p1, v100, z10, tool1;
L－ linearly : tuyến tính
J－ joint movement : chuyển động cong
Điểm đến Data type: robtarget
Speed : tốc độ (mm/s)
data type: speeddata
Zone
data type: zonedata TCP Data type: tooldata
MoveL p1, v100, z10, tool1;
L－ linearly : tuyến tính
J－ joint movement : chuyển động cong
Điểm đến Data type: robtarget
Speed : tốc độ (mm/s)
data type: speeddata
Zone
(63)63
Hình 5.4 Cấu trúc lệnh MoveC
Chúng ta xem ví dụ sau để hiểu rõ lệnh
Ví dụ 1: Di chuyển dụng cụ tool1 theo điểm p1,p2,p3 theo yêu cầu
Yêu cầu di chuyển dụng cụ thẳng từ điểm bắt đầu đến điểm p1, sau di chuyển thẳng đến p2, cuối di chuyển tự đến p3
Hình 5.5 Ví dụ lệnh MoveL MoveJ
4.3 Lệnh di chuyển theo tọa độ:
Ta sử dụng hàm di chuyển theo tọa độ biết xác khoảng cách điểm quỹ đạo
MoveL Offs(p1,100,50,0), v100,……
Offs(p1,100,50,0) Tọa độ cách điểm p1 100 mm theo trục X, 50 mm theo trục Y mm theo trục Z
Hướng x,y,z Offs() hệ tọa độ Wobj
MoveL RelTool(p1,100,50,0\Rx:=0 \Ry:=-0\Rz:=25), v100,……
L－ linearly
J－ joint movement C- circularly
MoveC p1, p2, v100, z10, tool1;
Zone
Data type :zone data TCP
Data type: tooldata
Một điểm vòng tròn di chuyển của
robot
Data type :robotarget
Điểm đến Data type: robotarget
speed
data type: speeddata L－ linearly
J－ joint movement C- circularly
MoveC p1, p2, v100, z10, tool1;
Zone
Data type :zone data TCP
Data type: tooldata
Một điểm vòng tròn di chuyển của
robot
Data type :robotarget
Điểm đến Data type: robotarget
speed
data type: speeddata
MoveC p1, p2, v100, z10, tool1;
Zone
Data type :zone data TCP
Data type: tooldata
Một điểm vòng tròn di chuyển của
robot
Data type :robotarget
Điểm đến Data type: robotarget
speed
(64)64
RelTool(p1,100,50,0\Rx:=30\Ry:=-60 \Rz:=45) Robot di chuyển đến vị trí cách điểm P1 100mm theo trục X, 50mm theo trục Y, 0mm theo trục Z, đồng thời xoay quanh trục Z góc 25 độ
Hướng x,y,z RelTool() hệ tọa độ Tool 。
Ví dụ 2: Vẽ hình chữ nhật, kích thước 100mm*50mm hình 5.6
Cách 1: Sử dụng câu lệnh MoveL
MoveL p1,v100,… MoveL p2,v100,… MoveL p3,v100,… MoveL p4,v100,… MoveL p1,v100,…
Cách 2: sử dụng lệnh MoveL Offs
MoveL p1,v100,…
MoveL Offs(p1,100,0,0),v100,… Hình 5.6
MoveL Offs(p1,100,-50,0),v100,… MoveL Offs(p1,0,-50,0),,v100,… MoveL p1,v100,…
4.4 Câu lệnh Move AbsJ
Hình 5.7 Cấu trúc lệnh MoveAbsJ
MoveAbsJ jpos1, v100, z10, tool1;
speed
Data type: speeddata
zone
Data type:zonedata TCP Data type: tooldata
Destination point Data type :jointtarget
MoveAbsJ jpos1, v100, z10, tool1;
speed
Data type: speeddata
zone
Data type:zonedata TCP Data type: tooldata
(65)65
Lệnh MoveAbsJ sử dụng để đưa dụng cụ nơi trở lại điểm bắt đầu (jointtarget)
4.5 Lệnh Set
Set dùng để thiết lập giá trị tín hiệu thành
Set do1; với do1： Kiểu liệu: signaldo Tín hiệu do1 thiết lập giá trị
4.6 Lệnh Reset
Reset dùng để thiết lập giá trị tín hiệu Reset do1;
do1： Kiểu liệu : signaldo Giá trị tín hiệu do1 thành 4.7 Lệnh WaitDI
WaitDI di1, 1;
di1： Kiểu liệu : signaldi Tín hiệu
1： Kiểu liệu : dionum Giá trị chờ đợi tín hiệu
Đợi đến tín hiệu di1 có giá trị
[\MaxTime] ( num )
Thời gian đợi tối đa, theo giây
[\TimeFlag] ( bool ) Bool，TRUE or FALSE。
WaitDI di1, 1\MaxTime:=5\TimeFlag:=flag1;
Nếu khai báo [\MaxTime], thời gian vượt thời gian quy định, đoạn chương trình xử lý lỗi(error handler) gọi có
(ERR_WAIT_MAXTIME), khơng có chương trình báo lỗi ngừng chạy
Nếu khai báo [\MaxTime] [\TimeFlag],
Khi khơng có error handler chương trình chạy tiếp
Biến flag nhận giá trị TRUE vượt thời gian maxtime, ngược lại FALSE
4.8 Lệnh WaitTime
WaitTime 5;
(66)66 Đợi khoảng thời gian xác định 5 Lập trình máy tính
5.1 Cài đặt phần mềm máy tính
Download phần mềm từ trang chủ Abb.com Chú ý lựa chọn phiên phù hợp với robot sử dụng
Tiến hành cài đặt máy tính
Hình 5.8 bắt đầu cài đặt
Nhấp đúp vào biểu tượng để chạy chương trình cài đặt
Hình 5.9 lựa chọn ngơn ngữ cài đặt
(67)67
Hình 5.10 Giao diện cài đặt
Nhấp đúp vào để cài đặt chương trình
(68)68
Nhấp đúp vào để cài đặt phần cứng ảo cho robot
Nhấp đúp vào để cài đặt phần mềm chương trình
Sau cài đặt xong, xuất biểu tượng hình desktop
Nếu sử dụng hệ điều hành 64bit xuất biểu tượng 5.1 Tạo chương trình với hệ thống robot có sẵn
B1: Trên tab File nhấn chọn New sau chọn Station with Robot Controller B2:Theo mặc định, template system liệt kê ô bên phải cửa sổ Chọn IRB1600_5kg_1.2m type A cách click đơi chuột
Hình 5.12 Chọn robot có sẵn hệ thống
(69)69
Hình 5.13 Chọn phần cứng theo yêu cầu
B4: Trên tab File chọn Save as
B5: Duyệt đến thư mục\courseware\station lưu tên trạm: MyStation_1 5.2 Thao tác di chuyển robot phần mềm sử dụng chuột bàn phím
Sử dụng kiến thức bảng 5.2 để thực yêu cầu giáo viên 5.3 Tạo dụng cụ từ vẽ kỹ thuật
5.3.1 Công cụ (tool) có sẵn thư viện: B1: Tạo trạm với robot hình:
Hình 5.14 Tạo trạm ảo theo yêu cầu
(70)70
Hình 5.15 lựa chọn dụng cụ có sẵn
B3: Trong cửa sổ Layout, click chuột phải vào Tool, chọn Attach to > …
(71)71
B4: Hộp thoại Update position lên, chọn Yes
Hộp thoại hỏi có muốn cập nhật vị trí cho dụng cụ vừa gắn lên robot hay không? Chúng ta chọn Yes để cập nhật vị trí dụng cụ
Hình 5.17 Cập nhật vị trí dụng cụ
B5: Tool gắn vào Robot
Hình 5.18 dụng cụ thêm vào robot
Chú ý: Muốn tháo Tool ra, cửa số Layout, click phải vào Tool chọn Detach
5.3.2 Tạo tool mới:
(72)72
Hình 5.19 bắt đầu với trạm trống
B1: Vào tab Home > Import Geometry > Browse for Geometry để duyệt đến thư mục Geometry chứa bảng vẽ Tool từ phần mềm CAD
Có thể thêm vẽ từ phần mềm khác vào thư viện phần mềm Tất đưa vào thư mục Geometry
Hình 5.20 Nhập dụng cụ từ vẽ kỹ thuật
(73)73
Hình 5.21 lựa chọn vẽ dụng cụ
Ta Tool nằm trạm hình dưới:
(74)74
B3: Chọn cấp bậc lựa chọn Surface Selection Snap Center, chế độ Surface Selection chế độ chọn bề mặt vẽ chế độ Snap Center dùng để định tâm bề mặt vẽ
Hình 5.23 chọn chế độ bề mặt
Hình 5.24 chọn chế độ lấy tâm
B4: Điều chỉnh vị trí hiển thị đế Tool hình 5.25 để lấy mặt đế
(75)75
Trong cửa sổ Layout, click phải vào SpintecTool chọn Set Local Origin Set Local Origin chế độ gắn hệ tọa độ tạm thời cho bản vẽ
Hình 5.26 Chọn chế độ đặt tọa độ cho dụng cụ
B5: Hãy chắn dấu nhắc trỏ nằm ô Position: ô cho biết xác tọa độ vẽ so với tọa độ gốc
(76)76
Rê chuột click vào bề mặt tròn đế Tool: ý chấm trắng đục tâm vẽ
Hình 5.28 chọn tâm mặt dụng cụ
Sau click xong, ta thơng số hình:
Hình 5.29 Tọa độ dụng cụ
(77)77
Hình 5.30 Chỉnh hướng cho dụng cụ
Ta tọa độ Local hình:
Hình 5.31 Hệ tọa độ dụng cụ gắn
B6: Trong cửa sổ Layout, click phải vào SpintecTool chọn Set Position trả tất giá trị sau nhấn Apply nhấn Close
(78)78
B7: Phóng đại xoay tới có tầm nhìn rõ tới chóp cơng cụ
Hình 5.33 Chóp dụng cụ
B8: Chọn chế độ Surface Selection Snap Center
Hình 5.34 Chọn chế độ bề mặt tâm
B9: Trong tab Home, mục Frame chọn Create Frame
Hình 5.35 tạo tọa độ làm việc cho dụng cụ
(79)79
Hình 5.36 Tọa độ làm việc dụng cụ
Sau nhấn Create nhấn Close Ta khung Frame hình dưới:
(80)80
B11: Trong cửa sổ Layout, click phải vào Frame_1 chọn Set normal to surface
Hình 5.38 Điều chỉnh tọa độ làm việc theo trục z
B12: Trong hộp thoại Set normal to surface, nhấp chuột vào ô phía sau cửa sổ Graphics nhấp vào bề mặt chóp cơng cụ Sau nhấn Apply
Hình 5.39 Chọn bề mặt dụng cụ
(81)81
Hình 5.40 Tọa độ làm việc sau điều chỉnh
B13: Trong tab Modeling, chọn Create tool
Hình 5.41 Bắt đầu chuyển từ vẽ qua dụng cụ thật
(82)82
Hình 5.42 Chọn tên dụng cụ theo ý muốn
Để chọn Geometry nhấn chọn mục Use Existing, danh sách trổ xuống chọn phần SpintecTool
Hình 5.43 chọn vẽ dụng cụ sử dụng
Điền 3kg phần Mass
(83)83
Hình 5.44 chọn chế độ khối trọng tâm
Trong hộp thoại Create Tool, click chuột vào phần Center of Gravity, sau cửa sổ đồ họa click vào Tool để bắt điểm tâm trọng lượng
Hình 5.45 Tọa độ trọng tâm dụng cụ
Sau nhấn Next
Trong phần TCP name nhập tSpintec
Hình 5.46 nhập tên dụng cụ
Trong phần Values from Target/Frame click vào ô chọn Frame_1
(84)84 Click nút mũi tên để nhập TCP
Hình 5.48 thêm tọa độ làm việc vào dụng cụ
Sau nhấn Done
Bây ta tạo Tool, cửa sổ Layout click chuột phải vào Frame_1 chọn Delete
(85)85
B15: Add vào cánh tay robot gắn Tool tạo vào để kiểm tra ( cách làm tương tụ phần 5.4.1)
5.4 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ Tạo dụng cụ với hệ tọa độ làm việc hình 5.50
Hình 5.50 Dụng cụ với hệ tọa độ làm việc
Điều khiển robot sử dụng dụng cụ với hệ tọa độ thứ để gắp vật liệu sau:
Hình 5.51 Gắp vật liệu E F dụng cụ với tọa độ
5.5 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ
(86)86
Hình 5.52 Gắp vật liệu E F dụng cụ với tọa độ
5.6 Lập trình điều khiển robot xoay gắp vật liệu dụng cụ
Tương tự mục 5.5 với dụng cụ dùng tọa độ khơng gắp sản phẩm, dùng để xoay, vặn vít Sử dụng tọa độ để vặn vít vào vị trí
5.7 Bài tập tổng hợp
Bài tập 1: Tạo Tools Rơ bơt dựa mơ hình CAD cấp sẵn hình 5.53
Hình 5.53
(87)87
Lập trình mơ Robot IRB 120 dùng nhọn Tool1 (bài tập 1) theo cạnh vật thể theo thứ tự D,C,B,A hình 5.54 theo chiều kim đồng hồ với yêu cầu tốc độ độ lượn đoạn code mẫu
Code chương trình mẫu có dạng sau:
MoveAbsJ Home,v500,z100,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveJ P_10_kiemtra,v500,z100,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveL P_20_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveL P_30_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table; MoveC
P_40_kiemtra,P_50_kiemtra,v100,fine,Tool_kiemtra\WObj:=Wobj_table;
Hình 5.54
CÂU HỎI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 5:
Câu 1: Cho hệ thống hình 5.55 lập trình cho robot ABB IRB120 vận hành lắp ráp sản phẩm hoàn chỉnh Sản phẩm gồm: Đế, ổ bi, trục, nắp vặn vít góc
Cho biết hệ thống sử dụng vẽ cơng cụ có sẵn thư viện Geometry Sau lập trình máy tính xong, sinh viên phải kết nối với robot thực hành robot
Yêu cầu thực hành:
(88)88
(89)89
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 TS Phạm Đăng Phước, Robot Công Nghiệp, Nhà xuất Hồ Chí Minh 2006 2 GSTSKH Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp - NXBKH kỹ thuật
2006
3 Nguyễn Thiện Phúc, Tay máy - người máy công nghiệp - NXBKH kỹ
thuật 1983