PLC với cấu trúc dạng module cho phĩp mở rộng hay nđng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với cơng suất vă chi phí tương đối cao.
Ưu điểm lă nhỏ gọn nhẹ, thích hợp trong điều khiển ở mơi trường cơng nghiệp. Tuy nhiín nĩ cĩ những nhược điểm lă tốc độ xử lý chậm, khơng cĩ tính hiển thị bằng đồ họa, giâ thănh cao.
* Phương phâp điều khiển tốc độ
+ Đặc tính tốc độ của động cơ:
Việc điều khiển tốc độ của động cơ bước phụ thuộc văo khoảng thời gian giữa câc lần cấp xung cho động cơ.
Nếu t (thường tính bằng ms) căng lớn thì tốc độ quay của động cơ căng nhỏ.
+ Phương phâp điều khiển :
• Điều khiển đơn cực : chiều dịng điện qua câc cuộn dđy khơng đổi. Phương phâp điều khiển năy cĩ ưu điểm: cĩ thể sử dụng cho câc mạch cĩ cơng suất thấp, mạch điều khiển đơn giản, chi phí tính cho mỗi phần tử tạo cơng suất lă khơng đâng kể. Bín cạnh đĩ, phương phâp năy cĩ những hạn chế: số cuộn dđy đồng thời cĩ dịng điện chạy qua tối đa lă 50%, tổn thất cơng suất lớn do sử dụng điện trở phụ trong mạch cơng suất, việc giảm cường độ dịng điện bằng câch tăng điện trở sẽ gđy nĩng động cơ.
• Điều khiển lưỡng cực : chiều dịng điện qua câc cuộn dđy thay đổi. Phương phâp năy cĩ ưu điểm: dịng điện đồng thời cĩ thể được dẫn đến tất cả câc cuộn dđy, khơng cĩ chi phí thím trín mỗi phần tử tạo cơng suất ở bộ điều chỉnh dịng, tổn thất cơng suất ít, khơng cĩ sự phụ thuộc nhiệt độ được sinh ra bởi dịng điện trong chế độ điều chỉnh dịng. Bín cạnh đĩ, phương phâp năy cĩ những hạn chế: chi phí tính cho mỗi phần tử tạo cơng suất lớn hơn so với phương phâp điều khiển đơn cực, chi phí cho bộ chuyển mạch lớn.
* Điều khiển theo câch cấp xung cho câc cuộn dđy: • Điều khiển toăn bước (full-step).
• Điều khiển nửa bước (half-step). • Điều khiển vi bước (micro-step).
3.5/ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG
Giữ vai trị truyền động cho câc khđu lă động cơ bước, tuy nhiín câc động cơ năy khơng tạo chuyển động trực tiếp cho câc khđu mă phải thơng câc bộ truyền, từ câc bộ truyền năy với 1 tỷ số truyền u sẽ tạo được chuyển động tương ứng cho câc khđu.
+ Khớp 1 vă khớp 2: Bộ truyền bânh đai + dđy đai. + Khớp 3,4 : Bộ truyền bânh đai+dđy đai.
Tay gắp (Gripper) :
Việc điều khiển tay gắp năy lă do một động cơ DC thực hiện. Tay gắp được chế tạo đơn giản, gồm cĩ một trục vít vă 2 bânh vít, trục vít cĩ 2 loại ren, ren thuận vă ren ngược, hai bânh vít cĩ ren trong, mỗi bânh vít giữ chặt 1 thanh kẹp, cĩ hai thanh đỡ vă hai thanh kẹp. Hoạt động kẹp hay nhả vật được thực hiện thơng qua động cơ DC gắn trực tiếp trín khđu 3, khi động cơ quay theo chiều thuận thì thực hiện kẹp vật, khi quay theo chiều nghịch thì thực hiện nhả vật ra. Để nhận biết vị trí của tay kẹp ta bố trí cơng tắc hănh trình tại băn kẹp vă tại khđu 3.
3.6/TÍNH TÔN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG TAY MÂY
Nguồn dẫn động của tay mây được thiết kế lă câc động cơ bước. Câc động cơ năy được gắn trực tiếp lín câc khđu trước vă liín kết với khđu điều khiển bằng bộ truyền đai răng, hoặc bằng bộ truyền đai răng liín kết với bộ truyền bânh đai
răng với tỷ số truyền tương ứng với mỗi khớp khâc nhau. Hình vẽ sau thể hiện sự ăn khớp ở: Đoơng cơ 1 Bánh raíng Z11 Bánh raíng Z12 Bánh raíng Z21 Bánh raíng Z22 Hình 3.6 Sơ đồ bộ truyền ở phần đế. Câc thơng số chế tạo:
BRZ11 : Bânh răng trụ răng thẳng. Module: m =1,25mm. Số răng: z=24.
Chiều cao đỉnh răng: h=1 mm. BRZ12 : Bânh răng trụ răng thẳng
Module: m =1,25mm. Số răng: z=73.
Chiều cao đỉnh răng: h=1 mm.
Tỉ số truyền: U11= 2 1 n n = = 11 12 z z 24 73 =3,04 (4.11 - 1)
BRZ21 : Bânh răng trụ răng thẳng. Module: m =1,25mm.
Số răng: z1=28
Chiều cao đỉnh răng: h=1 mm. BRZ22 : Bânh răng trụ răng thẳng Module: m =1,25mm.
Số răng: z2=98.
Chiều cao đỉnh răng: h=1 mm.
Tỉ số truyền: U12= 2 1 n n = = 11 12 z z 28 98 =3.5 (4.11 - 1) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khớp 1 :
EMBED AutoCAD.Drawing.15
Đoơng cơ 1 Bánh đai dănBánh bi dăn
u= 4.5
Hình 3.7. Sơ đồ bộ truyền ở khớp 1
Khđu 1 hoạt động được qua câc bộ truyền: bộ truyền đai. Trong bộ truyền đai, đai được sử dụng lă đai răng, kí hiệu T5, bề rộng của dđy đai lă B=7 mm.
Thơng số chế tạo của bânh đai: da11=72 mm. da12=20 mm. m=3 mm. sd=2.42 mm. Z1=72. Z2= 16. a=160 mm. Giải thích câc thơng số:
α1 : gĩc ơm bânh đai dẫn. a : khoảng câch giữa hai trục.
da1: đường kính vịng đỉnh bânh đai dẫn. da2: đường kính vịng đỉnh bânh đai bị dẫn. d: đường kính vịng chia bânh đai dẫn.
d2: đường kính vịng chia bânh đai bị dẫn. m: module đai.
sd: chiều rộng răng của bânh đai. hd: chiều cao răng của bânh đai.
Gĩc ơm bânh đai dẫn: α’
1= π-(da2-da1)/a (8.30 - 1) = π-(m.z1-m.z2)/a = π-3.(72-16)/a Tỉ số truyền: ud= n1/n2 = z1/z2 = 72/16=4.5 (8.14 - 1) Vận tốc: Bânh dẫn: v1=π.d1n1/60.000 Bânh bị dẫn: v2=π.d2.n2/60.000 .60.000 u .n π.d d 1 2 = Khớp 2 Đoơng cơ 1 Bánh đai z11 Bánh đai z12 Bánh đai z21 Bánh đai z22 u1=4.5 u2=3.6 Hình 3.8. Sơ đồ bộ truyền ở khớp 2
Khđu 1 hoạt động được qua câc bộ truyền: bộ truyền đai. Trong bộ truyền đai, đai được sử dụng lă đai răng, kí hiệu T5, bề rộng của dđy đai lă B=7 mm.
Thơng số chế tạo của bânh đai: da21=72 mm. da22=26 mm. m=3 mm. sd=2.42 mm. Z1=72. Z2= 22. a=110 mm.
Giải thích câc thơng số:
α2 : gĩc ơm bânh đai dẫn. a : khoảng câch giữa hai trục.
da1: đường kính vịng đỉnh bânh đai dẫn. da2: đường kính vịng đỉnh bânh đai bị dẫn. d1: đường kính vịng chia bânh đai dẫn. d2: đường kính vịng chia bânh đai bị dẫn. m: module đai.
sd: chiều rộng răng của bânh đai. hd: chiều cao răng của bânh đai. Gĩc ơm bânh đai dẫn: α’
1= π-(da2-da1)/a (α’
1 tính bằng radian) = π-(m.z1-m.z2)/a = π-3.(26-31)/a Tỉ số truyền: ud= n1/n2 = z1/z2 = 72/20=3,6 (8.14 - 1) Vận tốc: Bânh dẫn: v1=π.d1n1/60.000 (5.7-2) Bânh bị dẫn: v2=π.d2.n2/60.000 uπ.d.60.000.n d 1 2 =
Động cơ bước quay một vịng (3600) cần 400 xung. cấp 1 xung thì trục động cơ quay 0,90.
Khớp 3 u2=3.6 u1=4.5 Bánh đai z22 Bánh đai z21 Bánh đai z12
Bánh đai z11 Đoơng cơ 3 u3=1
Bánh đai z31 Bánh đai z32
Hình 3.9. Sơ đồ bộ truyền đến khớp 3
Khđu 3 hoạt động được qua câc bộ truyền: bộ truyền bânh răng vă bộ truyền đai. Bộ truyền bânh răng cĩ câc thơng số giống như đối với khớp 2. Trong bộ truyền đai, đai được sử dụng lă đai răng, kí hiệu T5, bề rộng của dđy đai lă B=10 mm.
Thơng số chế tạo của bânh đai: da31=26 mm. da32=26 mm. m=3 mm. sd=2,42 mm. Z1=20. Z2= 20. a=270 mm.
Giải thích câc thơng số:
α3: gĩc ơm bânh đai dẫn. a: khoảng câch giữa hai trục. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
da1: đường kính vịng đỉnh bânh đai dẫn. da2: đường kính vịng đỉnh bânh đai bị dẫn. d1: đường kính vịng chia bânh đai dẫn. d2: đường kính vịng chia bânh đai bị dẫn.
m: module đai.
sd: chiều rộng răng của bânh đai. hd: chiều cao răng của bânh đai. Gĩc ơm bânh đai dẫn: α’
3= π-(d2-d1)/a (α’ 3 tính bằng radian) = π-(m.z1-m.z2)/a = π-2,4.(20-20)/a = 0 Tỉ số truyền: ud= n1/n2 = z1/z2 = 20/20=1 ( 8.14 - 1) Vận tốc: Bânh dẫn: v1=π.d1n1/60.000 ( 5.7- 6) Bânh bị dẫn: v2=π.d2.n2/60.000 uπ.d.60.000.n d 1 2 = Khớp 4 u2=3.6 u1=4.5 Bánh đai z22 Bánh đai z21 Bánh đai z12
Bánh đai z11 Đoơng cơ 4,5 u3=1 u4=1
Bánh đai z41 Bánh đai z42
Hình 4.0. Sơ đồ bộ truyền đến khớp 4
Khđu 3 hoạt động được qua câc bộ truyền: bộ truyền bânh răng vă bộ truyền đai. Bộ truyền bânh răng cĩ câc thơng số giống như đối với khớp 2. Trong bộ truyền đai, đai được sử dụng lă đai răng, kí hiệu T5, bề rộng của dđy đai lă B=10
Thơng số chế tạo của bânh răng: da41=26 mm. da42=26 mm. m=1.25 mm. sd=2.42 mm. Z1=20. Z2= 20. a=200 mm.
Giải thích câc thơng số:
α3: gĩc ơm bânh đai dẫn. a: khoảng câch giữa hai trục.
da1: đường kính vịng đỉnh bânh đai dẫn. da2: đường kính vịng đỉnh bânh đai bị dẫn. d1: đường kính vịng chia bânh đai dẫn. d2: đường kính vịng chia bânh đai bị dẫn. m: module đai.
sd: chiều rộng răng của bânh đai. hd: chiều cao răng của bânh đai. Đường kính vịng chia: d1= mz1
d2= mz2
Gĩc ơm bânh đai dẫn: α’
3= π-(d2-d1)/a (α’ 3 tính bằng radian) = π-(m.z1-m.z2)/a = π-2,4.(20-20)/a = 0 Tỉ số truyền: ud= n1/n2 = z1/z2 = 20/20=1 (8.14 - 1) Vận tốc: Bânh dẫn: v1=π.d1n1/60.000 Bânh bị dẫn: v2=π.d2.n2/60.000 uπ.d.60.000.n d 1 2 = ( 5.7- 6)
Gia tốc cấp cho khđu 1 lă: ω = t*γ
Suy ra: γ = ω / t = 0.54/ 0.351 = 1.5rad/s2
Momen xoay khđu 1 lă:
1 6 1 9,55.10 .n T P = =119.10-6 (kW). CHƯƠNG IV ĐỘNG LỰC HỌC TAY MÂY
4.1/NHIỆM VỤ VĂ PHƯƠNG PHÂP PHĐN TÍCH ĐỘNG HỌC TAY MÂY
Nghiín cứu động lực học robot lă cơng việc cần thiết khi phđn tích cũng như tổng hợp quâ trình điều khiển chuyển động. Việc nghiín cứu động lực học robot thường giải quyết vấn đề sau:
1/ Xâc định momen vă lực động học xuđt hiện trong quâ trình chuyển động.Khi đĩ qui luật biến đổi biến khớp coi như đê biết.
Việc tính tôn lực trong cơ cấu tay mây lă rất cần thiết để chọn cơng suất động cơ,kiểm tra độ bền,độ cứng vững đảm bảo độ tin cậy.
2/ Xâc định câc sai số động tức lă sai lệch so với quĩ đạo chuyển động theo chương trình.
Câc phương trình động lực học cần được sử dụng khi tính tôn mơ phỏng chuyển động của robor trín mây tính,thiít kế câc chương trình điều khiển thích hợp.
Động lực học: nghiín cứu câc quy luật chuyển động của vật thể dưới tâc dụng của lực.
Nĩi một câch rõ răng hơn: động lực học nghiín cứu quan hệ tương tâc qua lại giữa câc lực, lă nguyín nhđn gđy ra chuyển động mă vật thể nhận được từ tâc động của câc lực trín.
4.2/TÍNH TÔN LỰC VĂ CƠNG SUẤT TRÍN KHĐU 3
Khđu 3 được điều khiển bằng một động cơ bước (DC4), thơng qua bộ truyền với tỉ số truyền 16.2. Sơ đồ động được thể hiện như hình vẽ sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đoơng cơ 3 Boơ truyeăn bánh raíng với tỷ sô truyeăn là 3.6
Bánh đai dăn d2
Boơ truyeăn bánh raíng với tỷ sô truyeăn là4.5
Bánh đai bị dăn d3 Boơ truyeăn bánh
đai với tỷ sô truyeăn là 1
Bánh dai
Hình 4.2. Sơ đồ động của khđu 3
Khđu 3 chịu tâc dụng của câc lực được thể hiện như hình 4.3 dưới đđy:
Trong đĩ:
• Trọng lượng của vật kẹp P1=0.1 kg = 1(N)
(Trong đĩ trọng lượng tối đa của vật kẹp mă tay mây cĩ thể nđng được lă 0.15 kg, khi đĩ M2Max =1.5*250=375 [N.mm], suy ra: Momen tâc dụng lín động cơ DC4 lă: M’1Max=375/ tỷsố truyền 2 = 375/16.2= 23.15[N.mm] vă M’2Max= M2Max+2.5*225 M’2Max =937.5[N.mm], suy ra: Momen tâc dụng lín động cơ DC2 lă:
M’2Max=937.5/ tỷ số truyền 3 = 675/16.2= 56.8 [N.mm] = T0
động cơ .( M2Max: lă momen lớn nhất mă khđu 2 phải chịu với trọng lượng vật gắp =1 N được tính ở mục 4.3))
• Trọng lượng cơ cấu kẹp P1=0.2 kg =2(N)
• Trọng lượng của đầu quay P2 =0.3 kg =3(N)
• Trọng lượng thanh căng đai P3 = 0,1kg =1(N)
• Gĩc Q+R lă gĩc cho như hình 4.3, gĩc hợp bởi khđu 3 vă phương thẳng đứng với chiều dương lă chiều cùng kim đồng hồ tính từ đường thẳng đứng trùng với N1.
Phương trình cđn bằng momen:
M1=(P1*225+P2*200+P3*40)*sin(Q+R)
Suy ra: M1Max = P1*225+P2*200+P3*40 =1010[N.mm].
Giâ trị M1Max ứng với vị trí mă (Q+R)=900 lúc đĩ khđu 3 sẽ ở trạng thâi như hình vẽ dưới đđy:
Hình 4.4. Sơ đồ lực tâc dụng lín khđu 3 ở vị trí Q+R=90o
Để động cơ cĩ thể kĩo được khđu 2 thì động cơ phải đủ mạnh để thắng được
M1Max , do đĩ ta sẽ dùng giâ trị M1Max lăm giâ trị tính tôn cho cơng suất động cơ
Thơng qua bộ truyền đai với tỷ số truyền lă1, ta suy ra: momen tâc dụng lín bânh đai dẫn d1 lă:
M=M1Max/1= 1010[N.mm] (1lă tỷ số truyền của bộ truyền đai). Khi truyền động thì bộ truyền đai phải truyền momen xuắn lă T1=M Khi đĩ:Ftđ= 2T1/d2=2*1010/27.27=74 N
Trong đĩ: d2: đường kính của bânh đai bị dẫn Ftđ: lực vịng (tải trọng cĩ ích) của đai. Ta cĩ: F1 + F2 = 2F0
F1 – F2 = Ftđ
⇒ F1 = F0 + Ftđ/2 F2 = F0 –Ftđ/2
Với câc thơng số được giải thích: F0: lực căng ban đầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
F1: lực căng trín nhânh chủ động (nhânh căng) khi bộ truyền chịu tải. F2: lực căng trín nhânh bị động (nhânh chùng) khi bộ truyền chịu tải. Cơng suất truyền của đai (P1):
3 1 1 3 n .P 10 3,5. m=
m: module của dđy đai răng. n1: số vịng quay của bânh dẫn.
⇒ 13 3 1 10 n . 3,5 m P =
Vì tải trọng tâc động lín khđu 3 lă nhỏ so với tải trọng chịu đựng giới hạn của dđy đai nín ta khơng cđn tính đến độ bền của dđy đai ở đđy
Bộ truyền đai năy lại nối tiếp với bộ truyền bânh răng với tỷ số truyền lă 3.04. Momen ở bânh răng bị dẫn lă do bânh đai lớn (bânh đai dẫn của bộ truyền bânh đai) truyền cho, do đĩ, bânh răng lớn năy sẽ chịu mơmen T=T1
Câc lực tâc dụng lín bânh đai lớn : Lực vịng:
Ft2=2T1/dw2=Ft1=1010*2/ 72.77 =27.7 N (8.3 - 1)
Trong đĩ:
Bânh dẫn năy được truyền mơmen từ bộ truyền cĩ tỉ số truyền lă 4.5 rồi mới tới trục của động cơ. Do đĩ, mơmen mă trục động cơ phải chịu lă: Tđộngcơ = Tdẫn /4.5=377.7/4.5 =384[N.mm].
Cơng suất mă động cơ cần cĩ để kĩo được khđu 3 :
6
9,55.10 .n T
Pđoơngcơ = đoơnhcơ =377.7*150/(9,55.106) =2.41.10-3 (kW) =2,41 W
Momen cực đại của động cơ bước chịu được lă To=60 [N.mm] > Tđộng cơ ,do đĩ, đối với khđu 3 ta khơng cần đối trọng mă khđu 3 vẫn hoạt động tốt.
1 6 1 9,55.10 .n T P = =119.10-6.n (kW).
4.4/TÍNH TÔN CÂC LỰC VĂ CƠNG SUẤT TRÍN KHĐU 2
Khđu 2 được điều khiển bằng một động cơ bước (DC2), thơng qua hộp giảm tốc (tỷ số truyền lă 10) vă cặp bânh răng (tỷ số truyền lă 3.04).
Sơ đồ động của khđu 2 được thể hiện như hình vẽ sau:
Đoơng cơ 2 Bánh đai z11 Bánh đai z12 Bánh đai z21 Bánh đai z22 u1=4.5 u2=3.6
Hình 4.5. Sơ đồ động của khđu 2
Phđn tích câc lực tâc dụng lín khđu 2, khđu 2 chịu tâc dụng của câc lực như hình vẽ:
Hình 4.6. Sơ đồ lực tâc dụng lín khđu 2 Trong đĩ:
• Trọng lượng của khđu 3: P4= 0.6 +0.05 = 0.65(Kg)
• Trọng lượng thanh căn đai1: P5=0.1 kg =1(N)
• Trọng lượng thanh căn đai 2: P6=0.1 kg =1(N)
• Momen do khđu 3 gđy ra: M1= 1010[N.mm] Phương trình cđn bằng momen:
M2=(V1*270 + P4*270 +P5*60+P6* 210)*sin(Q) + M1 Suy ra:
M2Max = (6+0.5)*270 + 1*60+1*90 + 1010 =2915[N.mm].
Giâ trị M2Max ứng với vị trí mă (Q+R)=900 vă Q=900 lúc đĩ khđu sẽ ở trạng thâi như hình vẽ dưới đđy: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.7. Sơ đồ lực tâc dụng lín khđu 2 ở vị trí Q=90o
Để động cơ DC2 cĩ thể kĩo được khđu 2 thì động cơ phải đủ mạnh để thắng được M2Max , do đĩ ta sẽ dùng giâ trị M2Max lăm giâ trị tính tôn cho cơng suất động cơ DC3. M2Max cũng lă giâ trị ta chọn lăm momen tâc dụng lăm bânh răng bị dẫn Z22. Thơng qua bộ truyền bânh răng với tỷ số truyền lă 16.2, ta suy ra momen tâc dụng trục động cơ lă:
Tdc2=M1Max/(16.2)=62,3 [N.mm] . So với giâ trị lớn nhất T0