Thiết kế chế tạo rô bốt song song 3 bậc tự do phục vụ ứng dụng

Robot song song 3 RSS

Khâu AC đ−ợc gọi là khâu cánh tay, khâu BC đ−ợc gọi là khâu cẳng tay. Khâu BC thực chất là cơ cấu hình bình hành gồm các khâu 5, 7, 9, 11 với các khớp là khớp cầu chứ không phải là khớp quay. Hệ trục Oxyz gắn với tâm bàn cố định, hệ trục Puvw gắn với tâm bàn di động.

Dùng hệ trục A x y zi i i i gắn với tâm của khớp quay Ai, sao cho xi nằm theo h−ớng kéo dài của OAi và trục yi dọc theo trục các khớp quay, còn trục zi song song với z. Để thuận tiện cho quá trình thành lập hệ ph−ơng trình liên kết, ta quy. Khi núi tới tọa độ của một điểm nào đú mà ta khụng núi rừ là xột trong hệ toạ độ cụ thể nào thì hiểu rằng ta đang xet tọa độ của điểm đó trong hệ tọa độ cố định Oxyz.

RBSS phẳng 3 chân thường được dùng để tạo ra các đồ gá CNC để mang phôi gia công hay mang dụng cụ gia công. Trong phần phụ lục trình bày bản thuyết minh “Công trình thiết kế chế tạo cơ cấu kẹp phôi nhanh cho máy gia công CNC” và giới thiệu một số bản vẽ thiết kế đồ gá về hệ thống các xi lanh khí nén đ−ợc dùng cho đồ gá này.

Robot song song RBSS – 322

Vấn đề Robot song song (RBSS) trở nên hấp dẫn nhiều nhà nghiên cứu từ giữa thập kỷ 90 khi nó được ứng dụng dưới dạng thiết bị có tên là Hexapod để tạo ra máy công cụ CNC 5 trục. Cơ cấu này gồm có 6 chân, với độ dài thay đổi được, nối với giá và tấm động đều bằng các khớp cầu. Bằng cách thay đổi độ dài của các chân có thể điều khiển sự định vị và định hướng của tấm động theo ý muốn.

Ngoài các ứng dụng trong ngành chế tạo máy công cụ RBSS còn được áp dụng hiệu quả trong dụng cụ y học, trong hệ thống mô phỏng, trong thiết bị thiên văn, trắc địa và trong kỹ thuật phòng không v.v. Gọi điểm đầu mút của dụng cụ gắn liền với tấm động là “điểm tác động cuối” (end - effector) của Robot. Khi lập trình điều khiển chuyển động của Robot, ta quan tâm đến sự dịch chuyển của ‘điểm tác động cuối” này.

Ngôn ngữ lập trình là Visual C++ tạo điều kiện dễ dàng kết nối với các thư viện đồ hoạ mạnh và phổ biến như OpenGL. Sau khi đã nhập dữ liệu, chúng kiểm tra có nằm trong vùng làm việc không, rồi được gửi tới các chương trình con để giải bài toán động học ngược. Các kết quả đó được xử lý và truyền tới cổng nối tiếp R232C để điều khiển hoạt động của Robot qua bộ thiết bị điều khiển.

Sau khi di chuyển tới điểm đã định, tín hiệu phản hồi về sẽ là thông điệp gửi tiếp thông tin về điểm di chuyển tiếp theo. Quá trình này được thực hiện lặp lại một cách nhịp nhàng, không phải chờ đợi, cho tới khi đã tới đích cuối cùng của hành trình. Ngoài ra kết quả tính toán cho chương trình điều khiển cũng đồng thời được gửi tới chương trình mô phỏng hoạt hình của Robot.

Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ trong của bộ vi xử lý 89C 2051 thực hiện chức năng kiểm tra bus điều khiển (control bus). Giá trị xung đếm vòng quay từ encoder đưa về qua mạch phối hợp được so dánh với giá trị vòng quay từ lệnh điều khiển là tín hiệu để động cơ dừng hay hoạt động tiếp tục. Nếu giá trị này vượt quá ngưỡng đã đặt thì chương trình sẽ cho dừng động cơ và báo lỗi về bảng mạch chính.

Các sensor chỉ báo vị trí ban đầu của Robot cũng được kiểm soát để khi có lệnh chúng sẽ trở về vị trí xuất phát. Hệ thống thiết bị đã được vận hành thử nghiệm tốt và đang chuẩn bị triển khai ứng dụng trong gia công điêu khắc.

Robot “Nhện n−ớc

Robot “Nhện nước” là một đề xuất mới trong nghiên cứu ứng dụng robot song song. Robot song song (RBSS) cũng là một loại robot, nh−ng sơ đồ động của cơ cấu có các khâu không nối liên tiếp với nhau nh− cơ cấu chuỗi của robot thông thường (serie robot) mà ở một khâu nầo đó nối với nhiều khâu khác, tức là nối song song với nhau. Đối với tr−ờng hợp RBSS thì bài toán thuận lại khó hơn nhiều so với bài toán ng−ợc.

Một trong những lĩnh vực ứng dụng thành công của RBSS là đồ gá cho máy gia công CNC, trong đó cơ cấu Hexapod là ví dụ điển hình. Trong những năm gần đây RBSS còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực nâng vận chuyển và xuất hiện tên gọi mới Robocrane (robot cẩu). Robot-cẩu là tên gọi chung loại robot làm việc với chức năng nh− một thiết bị nâng vận chuyển dùng dây cáp nâng tải.

Khi thay đổi độ dài của 6 chân này thì “định vị và định hướng” của tấm động sẽ thay đổi theo. Trong thiết bị robot - cẩu, tấm động (1) đ−ợc treo trên tấm giá cố định (3) bằng 6 dây cáp có độ dài thay đổi đ−ợc nhờ cơ cấu kiểu tời quay và đảm bảo linh hoạt nối ghép giữa dây cáp với các tấm nhờ có khớp cầu. Trong trường hợp robot – cẩu thì tấm động gắn liền với đối tượng vật thể cần được nâng chuyển hoặc xếp đặt v.v.

Khi đó, việc điềukhiển “định vị và định hướng” của tấm động trở thành việc điều khiển đồng thời 6 động cơ của 6 tời quay nói trên. Robot “Nhện nước” gồm có 2 phần: Phần trên có tấm động treo trên giá đỡ nhờ 6 dây cáp, điều khiển bằng 6 tời quay. Phần dưới là một hệ thống các cơ cấu mang các vòi phun dùng để tẩy rửa các khoang hầm tầu.

“co cụm” lại hoặc “xòe rộng” ra, nên trông hình dáng bên ngoài giống nh−. Hệ thống cơ cấu này có thể “xoè ra” hoặc “co lại” nhờ chuyển động tịnh tiến của thanh trục giữa trong khớp động tịnh tiến, gắn liền với tấm động của robo - cẩu. Thiết bị này có thể ‘co cụm” lại và hạ thấp dần qua miệng hầm có kích th−ớc giới hạn và sẽ “xoè rộng” ra, đồng thời nhờ có thể thay đổi được “sự định vị và định hướng” của tấm động, mà quỹ đạo phun nước được điều khiển theo ý muốn.

Mô phỏng RBSS dùng làm đồ gá CNC

Sau đó thay các giá trị của di và αi vào 3 phương trình đầu ta sẽ tính. Tương tự như cách làm đối với bài toán động học thuận ta thay các giá.