Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot .... Vì vậy càng phải ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá vào sản xuất nên càng tăng nhanh nhu cầu về ứng dụng Robot để tạo
Trang 1Page 1
Mục lục
Phần 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc 1
1.Giới thiệu chung về Robot và nhu cầu thực tế hiện nay 1
2.Phân tích đề bài và lựa chọn phương án thiết kế 3
2.1.Phân tích đề bài 3
2.2 Phân tích các phương án thiết kế 3
2.3.Mô hình nhóm thiết kế 5
Phần 2 : Giải bài toán động học 8
1.Hệ tọa độ trục và bảng DH 8
1.1.Thiết lập hệ tọa độ trục 8
1.2 Bảng Denavit – Hartenberg 9
2.Tính toán các ma tr ận thuần nhất 10
3.Giải bài toán động học thuận 12
3.1 Xác định vận tốc điểm tác động cuối và vận tốc khâu thao tác 12
3.2 Xây dựng quy luật chuyển động từng khâu từ đó vẽ quỹ đạo điểm E, vận tốc điểm E và vận tốc góc 13
4.Giải bài toán động học ngược 20
Phần 3: Tính toán lực 25
1.Tính toán tĩnh 25
2 Tính toán lực momen lớn nhất ở trạng thái tĩnh 29
Phần 4: Tính toán dẫn động cho robot 34
1.Thiết kế hệ dẫn động cho một khớp 35
Thiết kế hệ dẫn động cho khâu thứ nhất 36
2.Chọ n động cơ 36
3.Tính toán tỉ số truyền của hộp giảm tốc 38
Phần 5 : Tính toán động lực học 38
1.Xây dựng cấu trúc động lực học và các thành phần cần thiết để viết phương trình động lực học 38
2 Tính động năng, thế năng của robot 40
2.1 Động năng, ma trân khối lượng M(q) 40
Trang 2Page 2
2.2 Biểu thức thế năng của hệ 40
3 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot 41
Phần 6 :Luật điều khiển 47
1 Hệ thống điều khiển trong không gian khớp 47
Hệ thống điều khiển phản hồi không bù G(q) 47
Trang 3Page 1
Phần 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc
1.Giới thiệu chung về Robot và nhu cầu thực tế hiện nay
Robot là máy, thiết bị tự động linh hoạt phục vụ con người :
- Có hình dạng giống người hoặc cánh tay người
- Có khả năng thao tác tự động
- Có khả năng bắt chước thao tác giống người
Cuộc sống ngày càng văn minh hiện đại, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao, đòi hỏi phải nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm Vì vậy càng phải ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá vào sản xuất nên càng tăng nhanh nhu cầu
về ứng dụng Robot để tạo ra các hệ thống sản xuất tự động và linh hoạt
Robot là máy, thiết bị cố định hoặc di động, được tích hợp từ nhiều bộ phận trong đó các bộ phận chính bao gồm:
- Cơ cấu chấp hành
- Hệ thống dẫn động
- Hệ thống điều khiển theo chương trình có khả năng lập trình linh hoạt
- Hệ thống thông tin giám sát
Trong những năm gần đây thì việc áp dụng các loại Robot vào các dây chuyền sản xuất ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các doanh nghiệp Ví dụ như các loại Robot: Robot hàn, Robot phun sơn ở các công ty sản xuất và lắp ráp ô tô Đặc biệt là ở các công ty sản xuất và lắp ráp các linh kiện điện tử Đây là công việc đòi hỏi chính xác cao, và thường lặp lại nên dễ gây mệt mỏi cho người làm vì vậy sử dụng Robot ở các công ty này là rất phổ biến Ngoài ra hiện nay ở các phân xưởng sản xuất sử dụng rất nhiều loại xe Robocar hoặc ở các công việc trong môi trường độc hại, thường xuyên tiếp xúc với hoá chất độc hại thì cũng sử dụng Robot làm thay con người
Trang 4Page 2
Hình 1.1 Một số hình ảnh về robot trong công nghiệp
Trang 5
Page 3
2.Phân tích đề bài và lựa chọn phương án thiết kế
2.1.Phân tích đề bài
Yêu cầu đặt ra của để bài là thiết kế tính toán robot hàn hồ quang với quỹ đạo đường cong bất kỳ và có kích thước mối hàn là 40cm x 40 cm x 40cm
- Để đảm bảo robot có khả năng đưa đầu hàn được tới mọi vị trí trong không gian làm việc thì robot cần từ 3 bậc tự do trở lên
- Để tiếp cận bề mặt chi tiết theo hướng cụ thể thì cần thêm ít nhất 2 bậc tự do, nếu chi tiết hàn có thể chuyển động theo các phương, hoặc chuyển động quay thì robot chỉ cần 4 bậc tự do
Từ những phân tích trên và dựa vào thực tế , do khả năng còn có hạn nên nhóm
chúng em đã quyết định chọn thiết kế robot 3 bậc tự do Với yêu cầu thêm là chi tiết cần hàn chỉ bị khống chế 4 bậc tự do, sẽ thực hiện 2 chuyển động quay hoặc tịnh tiến
2.2 Phân tích các phương án thiết kế
Phương án 1 Phương án 2
Trang 6Page 4
Phương án 3
Ba phương án trên là dạng trong thực tế được ứng dụng rất nhiều Đặc biệt là
phương án 1 trong thực tế dùng rất phổ biến do kết cấu của nó đơn giản toàn khớp
quay.Nên việc tính toán cũng như lập trình điều khiển cũng dễ dàng hơn so với 2 phương
án 2 và 3
Ở 2 phương án 2 và 3 do có khớp tính tiến nên robot chỉ thực sự linh hoạt khi nó có
thêm 1 bậc tự do ở cổ bàn tay nắm bắt công cụ, do đó nó thường là 4 bậc tự do Theo yêu
cầu của đề tài thiết kế mô hình cũng như khả năng của nhóm còn hạn chế nên 2 phương
án này áp dụng vào đề tài sẽ khó đáp ứng được yêu cầu của đề tài là hàn được đường cong
bất kì cũng như nhóm khó có khả năng thiết kế và tính toán được Vì vậy nhóm đã đi đến
thống nhất chọn thiết kế theo phương án 1
Trang 7
Page 5
2.3.Mô hình nhóm thiết kế
Hình 1.2 Mô hình robot hàn
Trang 8Page 6
Hình 1.3 Khâu đế
Hình 1.4 Khâu 1
Trang 9Page 7
Hình 1.5 Khâu 2
Hình 1.6 Khâu 3
Trang 10Page 8
Phần 2 : Giải bài toán động học
1.Hệ tọa độ trục và bảng DH
1.1.Thiết lập hệ tọa độ trục
Khâu đế: ta chọn hệ tọa độ XoYoZo có trục Zo chọn trùng với khớp 1, trục
Xo chọn tùy ý sao cho phù hợp nhất như hình vẽ, trục Yo chọn theo quy tắc tam diện thuận
Khâu 1: ta chọn hệ tọa độ X1Y1Z1 có trục Z1 trùng với khớp 2, trục X1 ta
Khâu 2: ta chọn hệ tọa độ X2Y2Z2 có trục Z2 trùng với khớp 3, trục X2 ta
thuận
Khâu 3: ta chọn hệ tọa độ X3Y3Z3 có trục Z3 song song Z2, X2 chọn theo
Các biến khớp: q1 = θ1
q2 = θ2
q3 = θ3