CÁC KHỚP TRƯỢT VÀ MÔ PHỎNG KHỚP TRƯỢT CỦA ROBOT TRÊN SOLIDWORDS

LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đồ án hồn tồn chúng em tự tìm hiểu, tự làm theo hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo Lê Thị Thu Thủy Các nội dung, kết đồ án trung thực hoàn toàn chưa cơng bố hình thức Trong đồ án có sử dụng kiến thức, nhận xét, đánh thông số tác giả, quan tổ chức mà chúng em tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, ghi rõ phần tài liệu tham khảo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên không liên quan đến vi phạm quyền, quyền tác giả chúng em gây q trình thực đồ án (nếu có) Sinh viên thực Nguyễn Việt Hưng SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy Mục lục CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Một số định nghĩa robot .4 1.2 Sơ lược trình phát triển phân loại robot 1.2.1 Sơ lược q trình phát triển robot cơng nghiệp : 1.2.2 Phân Loại robot 1.3 -Ứng dụng robot công nghiệp sản suất : .15 1.4 - Tổng quan robot gắp phôi sản xuất : 16 1.5 – Giới thiệu robot gắp phôi bậc tự định thiết kế 19 1.6 Kết Luận .19 CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC ROBOT BẬC TỰ DO 20 2.1 Tính tốn động học thuận robot 20 2.1.1 Đặt toán 20 2.1.2 Sơ đồ động học 21 2.1.3 Xác định vị trí hướng kẹp 21 2.2 Bài toán động học ngược robot 24 2.2.1 Giải toán ngược EXCEL 26 2.2.2 Kết toán động học ngược 31 2.2.3 Kết Luận 33 CHƯƠNG CÁC KHỚP TRƯỢT VÀ MÔ PHỎNG KHỚP TRƯỢT CỦA ROBOT TRÊN SOLIDWORDS 34 3.1 Tìm hiểu loại khớp trượt 34 3.2 Vẽ robot va mô khớp trượt robot solidwork 36 3.2.1 Vẽ robot solidwork 36 3.2.2 Mô chuyển động khớp trượt robot solidwork 53 3.3 Kết luận 55 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 56 4.1 Những mặt thực 56 4.2 Những mặt hạn chế 56 4.3 Hướng phát triển đề tài 56 SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển vũ bão công nghệ thông tin ngày nay, nhiều lĩnh vực khí tận dụng phát triển để tạo bước nhảy vọt, có cơng nghiệp robot Trên sở mơn học robot đem lại cho sinh viên kiến thức vô quan trọng sinh viên chúng em Bên cạnh tạo hội để sinh viên chúng em tiếp cận với phần mềm tính tốn, mơ phổ biến giới matlap solidworks Sinh viên thực Nguyễn Việt Hưng SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Một số định nghĩa robot -Robot tác nhân khí, nhân tạo, ảo, thường hệ thống khí-điện tử Với xuất chuyển động mình, robot gây cho người ta cảm giác giác quan giống người Từ “robot” thường hiểu với hai nghĩa: robot khí phần mềm tự hoạt động Trong lĩnh vực Robot, Mỹ Nhật Bản nước đầu giới lĩnh vực Khơng có định nghĩa rơ-bốt thuyết phục tất người, nên robot cịn có cách định nghĩa khác sau: -Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 định nghĩa rơ-bốt sau: “Đó loại máy móc điều khiển tự động, lập trình sẵn, sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, có khả vận động theo nhiều trục, cố định di động tùy theo ứng dụng công nghiệp tự động.” -Joseph Engelberger, người tiên phong lĩnh vực robot công nghiệp nhận xét rằng: “Tôi định nghĩa rô-bốt, biết loại máy móc robot tơi nhìn thấy nó!!” -Từ điển Cambridge trực tuyến định nghĩa robot rằng: “Đó loại máy thực cơng việc cách tự động điều khiển máy tính” -Người máy hay robot cơng cụ điện tử, thủy lực, nhân tạo, ảo,… thay người công nghiệp hay môi trường nguy hiểm Robot cịn cơng cụ để giúp người giải trí, tìm hiểu khoa học 1.2 Sơ lược trình phát triển phân loại robot 1.2.1 Sơ lược q trình phát triển robot cơng nghiệp : Nhìn ngược dịng thời gian thấy từ “ robot ’’ xuất từ lâu Năm 1921 nhà viết kịch Karelcapek người Séc viết kịch tựa đề R.U.R ( Rossums Universal Robot ) mô tả loạn cỗ máy phục dịch Từ “ robot’’ có nghĩa máy móc làm SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy việc người Có lẽ gợi ý cho nhà sáng chế kĩ thuật thực mơ ước cỗ máy bắt chước thao tác lao động bắp người Thời gian sau cấu điều khiển từ xa ( Teleoperator ) đời ngày phát triển hoàn thiện Teleperator cấu sinh học, bao gồm khâu, khớp với dây chằng gắn liền với hệ điều hành cánh tay người điều khiển thông qua cấu khuếch đại khí Teleoperator cầm nắm, nâng hạ, dịch chuyển, xoay lệch đối tượng không gian hoạt động định Tuy thao tác tinh vi, khéo léo tốc độ hoạt động chậm, lực tác dụng hạn chế hệ điều khiển thuận túy khí Từ thập kỷ 50, phát triển đầy hứa hẹn kĩ thật điều khiển theo chương trình số cứng ngành vật liệu làm chỗ dựa vững cho đời cấu điều khiển vô cấp (servo mechanism) hệ điện toán (computation) Ngay ý tưởng kết hợp điều khiển NC (Numerical control) với cấu điều khiển từ xa (Teleoperator) hình thành triển khai nghiên cứu Sự phối hợp tuyệt vời khả linh hoạt khéo léo Teleoperator với độ thông minh nhạy bén hệ điều khiển NC đưa kết hệ máy móc tự động cao cấp với tên gọi “ robot’’ Năm 1961 người máy công nghiệp (IR – Industrial Robot ) đưa thị trường Tiếp theo nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp theo quyền Mỹ, Anh(1967), Thụy Điển, Nhật(1968), Đức(1971), Ngày giới có khoảng 200 cơng ty sản xuất IR, Nhật có 70 cơng ty, nước tây âu có 90 cơng ty, Mỹ có 30 cơng ty Nhờ áp dụng rộng rãi tiến khoa học kĩ thuật xử lý, tin học vật iệu nên số lượng robot cơng nghiệp tăng lên nhanh chóng, giá thành giảm rõ rệt, tính có nhiều cải tiến Robot công nghiệp phát huy mạnh SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy lĩnh vực hàn hồ quang, đúc, lắp ráp, sơn phủ, hệ thống điều khiển liên hợp Ở nước có cơng nghiệp phát triển, phủ nước áp dụng biện pháp hỗ trợ hữu hiệu như: coi robot công nghiệp ngành công nghiệp quan trọng, xây dựng nhiều chương trình nhà nước áp dụng tiến khoa học kĩ thuật vào sản xuất robot Nhờ sau thời gian ngắn sử dụng robot công nghiệp trở nên rộng lớn dạng với sở nguồn động lực phát triển “lực đẩy’’ công nghệ “lực kéo’’ thị trường Nhật Bản nước có số lượng robot dùng sản xuất cơng nghiệp nhiều giới, khoảng 70% tổng số chừng 300.000 robot cơng nghiệp tồn giới Người Nhật có quan niệm dễ dãi robot: theo họ ‘robot thiết bị thay cho lao động người’ Trong công nghiệp Nhật Bản, robot hay tay máy điều khiển cam liệt vào hàng ngũ robot Theo đó, Hiệp Hội robot Cơng nghiệp Nhật Bản (JIRA - Japan Industrial Robot Association) phân loại robot thành sáu hạng, từ tay máy người trực tiếp điều khiển động tác đến robot thông minh trang bị trí tuệ nhân tạo (theo Schlussel, 1985) Những robot hay tay máy dùng cấu cam hệ thống điều khiển có thừa nhận hay không không quan trọng ; điều quan trọng chúng đóng vai trị đáng kể việc tự động hoá sản xuất nhà máy Những robot, tay máy nói cịn gọi cách hình tượng “tự động hố cứng”, ngược lại với “tự động hoá linh hoạt”, mà đại diện chúng robot công nghiệp điều khiển chương trình, thay đổi nhiệm vụ thao tác đặt cách nhanh chóng Một số nhà khoa học hàng đầu lĩnh vực robot Nhật Bản đưa định nghĩa robot dạng yêu cầu sau: - Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) robot cơng nghiệp phải thoả mãn yếu tố sau: SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy - Có khả thay đổi chuyển động; - Có khả cảm nhận đối tượng thao tác; - Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao; - Có khả thích nghi với mơi trường hoạt động; - Có khả hoạt động tương hỗ với đối tượng bên - Theo Giáo sư Masahiro Mori (Viện cơng nghệ Tokyo) robot cơng nghiệp phải có đặc điểm sau: - Có khả thay đổi chuyển động; - Có khả xử lý thơng tin (biết suy nghĩ); - Có tính vạn năng; - Có đặc điểm người máy Từ khác biệt định nghĩa robot, vào tính linh hoạt hệ thống sản xuất có áp dụng robot P.J.McKerrow, nhà nghiên cứu robot Úc đưa định nghĩa góc độ khác Theo ơng, robot loại máy lập trình để thực công việc đa dạng tương tự máy tính, mạch điện tử lập trình để thực công việc đa dạng Các robot đóng góp vào phát triển cơng nghiệp nhiều dạng khác nhau; tiết kiệm sức người, tăng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm an tồn lao động giải phóng người khỏi công việc cực nhọc tẻ nhạt Tất nhiên, tương lai nhiều vấn đề nảy sinh robot ngày thay hoạt động người, việc đem lại lợi ích cho người, khám phá vũ trụ, khai thác nguồn lợi đại dương, robot thực làm cho sống tốt đẹp Trước vào phân tích nội dung tiếp theo, để bạn đọc có nhận dạng cách thống trình khảo sát, trình bày số phương pháp phân loại robot sử dụng công nghiệp SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy 1.2.2 Phân Loại robot Trong công nghiệp người ta sử dụng đặc điểm khác robot để giúp cho việc nhận xét dễ dàng Có yếu tố để phân loại robot sau: (1) theo dạng hình học khơng gian hoạt động, (2) theo hệ robot, (3) theo điều khiển, (4) theo nguồn dẫn động  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 khơng 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 (1) Robot toạ độ vng góc (cartesian robot): robot loại có ba bậc chuyển động gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục vng góc SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy (2) Robot toạ độ trụ (cylindrical robot): ba bậc chuyển động gồm hai trục chuyển động tịnh tiến trục quay (3) Robot toạ độ cầu (spherical robot): ba bậc chuyển động gồm trục tịnh tiến hai trục quay (4) Robot khớp lề (articular robot): ba bậc chuyển động gồm ba trục quay, bao gồm kiểu robot SCARA SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 GVHD: Lê Thị Thu Thủy  Phân loại theo hệ (1) Robot hệ thứ nhất: Bao gồm dạng robot hoạt động lặp lại theo chu trình khơng thay đổi (playback robots), theo chương trình định trước Chương trình có hai dạng; chương trình “cứng” khơng thay đổi điều khiển hệ thống cam điều khiển với chương trình thay đổi theo u cầu cơng nghệ môi trường sử dụng nhờ panel điều khiển máy tính Đặc điểm: • Sử dụng tổ hợp cấu cam với công tác 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) (2) Robot thể 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 thông tin môi 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 môi 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 vịng điều khiển kín kiểu servo Đặc điểm: • Điều khiển vịng kín chuyển động tay máy SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 10 GVHD: Lê Thị Thu Thủy Extruded hình vừa tạo Sử dụng lệnh offset Entities SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 43 GVHD: Lê Thị Thu Thủy Thay đổi khối trịn thành khối hình chữ nhật Tạo chữ SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 44 GVHD: Lê Thị Thu Thủy Chọn màu cho chữ Hình ảnh khâu hoàn thiện SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 45 GVHD: Lê Thị Thu Thủy Các chi tiết robot SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 46 GVHD: Lê Thị Thu Thủy SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 47 GVHD: Lê Thị Thu Thủy SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 48 GVHD: Lê Thị Thu Thủy  Lắp ghép robot Khởi tạo môi trường lắp ghép SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 49 GVHD: Lê Thị Thu Thủy Robot lắp ghép SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 50 GVHD: Lê Thị Thu Thủy SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 51 GVHD: Lê Thị Thu Thủy Đặt hệ trục tọa độ cho robot SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 52 GVHD: Lê Thị Thu Thủy 3.2.2 Mô chuyển động khớp trượt robot solidwork SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 53 GVHD: Lê Thị Thu Thủy SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 54 GVHD: Lê Thị Thu Thủy 3.3 Kết luận Qua việc tìm hiểu khớp trượt, em biết thêm nhiều loại khớp trượt thường dùng trình mơ chuyển động robot gắp phơi bậc tự do, em nghiên cứu nhiều phần mềm mô robot hay đa dạng như: EASY-ROB, CAD-3D, em định chọn phần mềm SOLIDWORKS để mô robot Việc sử dụng phần mềm SOLIDWORKS để mơ giúp mơ xác chi tiết robot , đánh giá khả làm việc mức độ linh hoạt robot Nghiên cứu thiết kế động học, kích thước kết cấu robot máy tính để chọn phương án động học tốt nhất, đảm bảo cho robot hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 55 GVHD: Lê Thị Thu Thủy CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Những mặt thực Đồ án em hoàn thành yêu cầu thiết kế đạt yêu cầu kỹ thuật, robot gắp vật di chuyển linh hoạt theo yêu cầu đề Sau làm đồ án, chúng em tích lũy nhiều kiến thức như:  Tìm hiểu robot nói chung robot cơng nghiệp nói riêng lĩnh vực ứng dụng robot  Giải toán động học để xác định cấu hình, quỹ đạo chuyển động, thông số biến khớp  Mô hoạt động robot phần mềm SOLIDWORKS 4.2 Những mặt cịn hạn chế Nhưng bên cạnh cịn mặt em chưa làm như:  Giải toán động lực học tay máy  Nội suy biến khớp  Mơ xác chuyển động robot từ SOLIDWORKS chuyển sang MATLAB Do hạn chế thời gian kiến thức nên đồ án em hạn chế thiếu sót Rất mong góp ý thầy bạn sinh viên để đồ án em hoàn thiện 4.3 Hướng phát triển đề tài Từ việc thiết kế robot gắp vật, ta ứng dụng nhiều lĩnh vực như: khoan, hàn, bắt vít, trạm trổ, Cụ thể thay khớp trượt bánh xe để robot di chuyển linh hoạt hơn, lập trình cho robot thơng minh hơn, chi tiết khí động tính tốn cụ thể xác có khả làm nhiều việc khác di chuyển linh hoạt TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 56 GVHD: Lê Thị Thu Thủy [1] TS Phạm Thành Long - ThS Lê Thị Thu Thủy – KS Dương Quốc Khánh – KS Vũ Đức Vương – KS Nguyễn Ngọc Hà - KS Dương Cơng Định, Giáo trình Robot Cơng Nghiệp, ĐHKTCN Thái Nguyên, Thái Nguyên [2] Nguyễn Thiện Phúc (2006) Robot công nghiệp Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [3] Đào Văn Hiệp (2004) Kỹ thuật Robot Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [4] Phạm Đăng Phước (2007) Robot công nghiệp Nhà Xuất Bản Xây Dựng,Hà Nội [5] Nguyễn Hoài Sơn – Đỗ Thanh Việt – Bùi Xuân Lâm (2002) Ứng dụng Matlab tính tốn kỹ thuật Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM [6] Phạm Minh Nguyên-Võ Ngọc Thạch (2007) Nghiên cứu động học động lực học robot công nghiệp Luận văn đại học, trường Đại Học BK.TPHCM [7] Phạm Quang Huy & Trịnh Vũ Khuyên Giáo trình thực hành thiết kế khí với Solidworks dành cho người tự học SVTH: Nguyễn Việt Hưng CĐT.02 57 ... solidwork 36 3.2.2 Mô chuyển động khớp trượt robot solidwork 53 3.3 Kết luận 55 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 56 4.1 Những mặt thực 56 4.2 Những mặt hạn chế 56... hữu ích : MatLab phương pháp GRG thực Excel mà ta giải tốn u cầu vị trí điểm tác động cuối hướng khâu cuối, vân tốc gia tốc khâu khơng gian, vị trí tay kẹp , phạm vi hoạt đọng robot SVTH: Nguyễn... gắp phôi sản xuất : 16 1.5 – Giới thiệu robot gắp phôi bậc tự định thiết kế 19 1.6 Kết Luận .19 CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC ROBOT BẬC TỰ DO 20 2.1 Tính tốn động học thuận robot