MỤC LỤC
Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất. Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool). “Robot là một cơ cấu chuyển đội tự động có thể chương trình hóa, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên sườn các trục tọa độ, có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất (chi tiết, dụng cụ gá. lắp.v.v.) theo những hành trình thay đổi đã chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.”.
“Robot là một tay máy có nhiều chức năng có thể lập trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, các phần tử, linh kiện, các dụng cụ và thiết bị đặc biệt thông qua việc thay đổi các chương trình hoạt động đã được lập để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau.”. “Robot công nghiệp là một thiết bị có thể được lập trình lại, được thiết kế để thực hiện hai nhiệm vụ cầm nắm và vận chuyển các phần tử, linh kiện, các dụng cụ hoặc các công cụ chế tạo đặc biệt thông qua việc thay đổi các chương trình hoạt động đã được thiết lập để thực hiện các tác vụ gia công khác nhau.”. “Robot là một máy tự động liên kết giữa một tay máy và một cụm điều khiển chương trình hóa, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sự điều khiển có thể thay thế những chức năng tương tự con người.”.
Như vậy, qua các định nghĩa trên, ta có thể hiểu đơn giản robot công nghiệp là một loại thiết bị được thiết kế và chế tạo để phục vụ một số hoạt động trong quá trình sản xuất, thông qua các chương trình được thiết lập sẵn, và có thể thay đổi tùy vào mục đích sử dụng. Một robot được gọi là robot tuần tự hay robot chuỗi hở nếu cấu trúc động học của chúng có dạng một chuỗi động học hở, gọi là robot song song nếu cấu trúc động học của chúng có dạng một chuỗi đóng và gọi là robot hỗn hợp nếu nó bao gồm hai loại chuỗi hở và chuỗi đóng. Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng về robot như Trung tâm Tự động hoá, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện điện tử, Tin học, Tự động hoá thuộc Bộ Công nghệp, Đại học.
Để tiết kiệm về mặt kinh tế nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu của bài toán đặt ra, ta lựa chon phương án robot 3 bậc tự do TRR, robot có 1 khâu tịnh tiến và 2 khâu quay xác định vị trí một điểm trên mặt phẳng và khâu cuối chuyển động quay để xác định tọa độ theo chiều cao.
Cho trước các quy luật chuyển động của các khâu, vẽ đồ thị quỹ đạo, vận tốc, gia tốc điểm thao tác robot. Đạo hàm theo thời gian t toạ độ điểm E trong hệ quy chiếu cố định ta được vận tốc điểm thao tác E. Đạo hàm theo thời gian t vận tốc điểm E trong hệ quy chiếu cố định ta được gia tốc điểm thao tác E.
Giả sử điểm thao tác của robot chuyển động thắng đều trên đoạn thẳng AB với vận tốc v = 0.02[m/s]. Trong phương trình trên ta đã biết, ,đã biết từ phương trình quỹ đạo tìm,.
Từ đó ta có tọa độ khối tâm các khâu so với hệ quy chiếu cố định R0. - m1 là khối lượng của khâu 1 được cân từ solidworks - JTi là ma trận Jacobi tịnh tiến. - JRi là ma trận Jacobi quay - Ai là ma trận cosin chỉ hướng - Ii là ma trận quán tính khối.
Step Nema 23 kết hợp với bộ truyền bánh răng đai răng giúp tăng momen xoắn lên rất lớn phù hợp cho các loại robot công nghiệp, cơ cấu máy, các bộ phận nhỏ những cần lực lớn. Đối với motor bước thường xuyên phải đảo chiều quay, tăng giảm tốc độ hoặc dừng đột ngột nên bộ truyền hoặc hộp số phải là loại chính xác và chịu được momen lớn. Trong một số trường hợp đặc biệt khi cần dừng đột ngột thì phải sử dụng thêm phanh từ.
Em sử dụng thêm hộp giảm tốc cho động cơ bước Nema 23 – 51mm để lực kéo lớn hơn và để đảm bảo hệ số an toàn cao trong quá trình robot hoạt động. Trên đây là bản báo cáo Đồ án hệ thống cơ điện tử Thiết kế cánh tay robot 3 bậc tự do của em. Đây là một đề tài có tính thực tế cao, trong thời đời công nghiệp ngày càng phát triển sự cạnh tranh không ngừng đòi hỏi năng suất và chất lượng phải được cải thiện nhờ dây chuyền máy móc hiện đại thay thế lao động thủ công của con người.
Như vậy trong đồ án môn học em đã được tìm hiểu được cách xây dựng một mô hình robot, từ tính toán thiết kế hệ thống cơ khí đến lập trình, mô phỏng hoạt động, thiết kế và tiến tới xây dựng mô hình thực tế. Vẽ đồ thị toạ độ suy rộng các khâu, cấu hình robot bằng phần mềm Matlab Hoàn thiện thiết kế 3D Solidworks cho cánh tay robot. - Thiết kế cơ khí và lập trình điều khiển chưa đồng bộ tốt gây tốn thời gian để điều chỉnh, chỉnh sửa không cần thiết.
Qua đề tài trên em đã biết cách vận dụng những kiến thức chuyên môn được đào tạo ở trường Đại học Thủy Lợi trong thời gian qua vào với thực tế cuộc sống nhất là với công nghiệp. Không chỉ vậy qua đồ án này em cũng học được rất nhiều như kĩ năng làm việc, giải quyết vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tiến Thịnh cùng các thầy cô trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đề tài này.
Do giới hạn về thời gian, kiến thức,..trong quá trình thực hiện đồ án này, em mới chỉ giải quyết một số vấn đề cơ bản trong việc thiết kế một robot ngoài ra còn rất nhiều vấn đề cần phải giải quyết để có một sản phẩm robot hoàn thiện vì vậy em rất mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài này hoàn thiện hơn nữa. - Cải tiến mô hình hoạt động với tốc độ hợp lý hơn, tải trọng vật nâng lớn hơn và đảm bảo không gian hoạt động linh hoạt có thể di chuyển mọi ngóc ngách;. - Đưa vào những thiết bị có độ chính xác cao, phân loại phôi bằng nhiều phương pháp: xử lí ảnh, màu,….