a- Cấu tạo robot song song
Cấu tạo của robot bao gồm các phần như sau (Hình 3.1 và Hình 3.2):
Hình 3.45- Robot song song Delta3RUS
Bàn máy cố định A, bàn máy động B.
Ba khâu chủ động liên kết với bàn máy cố định bằng các khớp quay và được dẫn động bởi 3 động cơ, các động cơ này gắn chặt với bàn máy cố định A. Ba khâu bị động mỗi khâu là một cấu trúc hình bình hành.
Nhờ tính chất của các khâu hình bình hành nên bàn máy động là một vật rắn chuyển động tịnh tiến trong không gian. Như vậy robot có 3 bậc tự do xác định bởi 3 tọa độtrong không gian khớp.
53
b- Xây dựng mô hình động học robot song song Delta không gian 3RUS
Từ mô hình thực của robot như hình 2.1 ta thấy có các khâu hình bình hành nên việc tính toán động học trực tiếp trên robot thực là khá phức tạp. Để đơn giản ta xây dựng mô hình động học của robot dựa trên mô hình thực, nghĩa là ta thay thếcác khâu hình bình hành bằng một thanh có chiều dài bằng chiều dài khâu hình bình hành. Các thanh này một đầu được nối với các khâu dẫn động của robot bằng các khớp Cardan tại và đầu còn lại được nối với bàn máy động bằng các khớp cầu như hình 2.2.
Hình 3.46-Mô hình động học và hệ tọa độ Robot song song Delta3RUS
Từ mô hình động học của robot (hình 3.2) ta xây dựng các hệ tọa độ khảo sát như sau: chọn hệ tọa độ cố định gắn với bàn máy cố định,với gốc O là tâm bàn máy cố định. Trục hướng thẳng đứng lên trên, trục đi qua (tâm động cơ dẫn động) của chân 1, trục được chọn sao cho hệ thuận. Chọn lần lượt 3 hệ trục tọa độ cố định (i=1, 2, 3) để khảo sát các chân (i=1, 2, 3) của robot. Trong đó trục trùng với , trục đi qua điểm , trục được chọn sao cho hệ trục thuận. Như vậy, cùng với hệ tọa độ
54
cố định ban đầu kí hiệu là , ta có thêm 3 hệ tọa độ cố định (i=1, 2, 3) kí hiệu là .Như vậy, các hệ được tạo ra khi quay hệ quanh trục một góc (trong đó lần lượt là 0, 120, 240 độ).
c- Phân tích chuyển động các khâu
Từ hình 3.2 ta thấy: Robot có tất cả bảy khâu chuyển động bao gồm: Ba khâu dẫn động là các thanh có chiều dài L1 chuyển động quay quanh trục vuông góc với mặt phẳng () tại , khảo sát chuyển động các khâu này ta sử dụng các tọa độ , tương ứng (xem hình 3.2). Bàn máy động B là một vật rắn chuyển động tịnh tiến trong không gian. Do vậy, để khảo sát chuyển động của bàn máy động ta chỉ cần khảo sát tọa độ của điểm P, tâm của bàn máy động. Tọa độ điểm P có trong hệ là: .
Việc xác định vị trí khâu tương đối phức tạp. Trước hết, ta xét khâu . Tại ta dựng hệ tọa độ như sau:
Trục .
Bài toán đặt ra: Trục định vị trí khâu của robot song song Delta 3RUS trong hệ qui chiếu . Giả sử giao của hai mặt phẳng () và () là đường (hình 2.2). Ta gọi là đường nút. Ký hiệu góc giữa trục và là , góc giữa trục và là . Do trục vuông góc với mặt phẳng () mà lại nằm trong mặt phẳng () nên vuông góc với . Quay hệ quanh trục một góc .
Trục: ; trục: ; trục:
Do trục vuông góc với mặt phẳng mà lại nằm trong mặt phẳng nên vuông góc với . Quay hệ quanh trục một góc ta được
Trục: ; trục: ; trục:
Kết luận:
55
Vị trí khâu trong hệ xác định bởi hai góc và .
Tương tự như vậy vị trí các khâu và được xác định bởi các cặp góc ,.và ,
tương ứng.
Áp dụng vào mô hình robot Delta của nhóm thực hiện, ta có lần lượt những kết quả tính toán sau đây:
Trước tiên, ta đặt một số thông số quan trọng của hình học của robot:
f là Khoảng cách từ tâm O của bàn máy cố định tới trục mỗi động cơ, ở đây ta giả sử tâm O có cùng độ cao với trục các động cơ.
e là khoảng cách từ tâm E bàn máy di động tới các trục thanh nối của bàn máy động
là chiều dài của khâu dẫn động.
là chiều dài của cấu trúc hình bình hành (tức chiều dài của khâu bị động).
Đây là các thông số vật lý được xác định để thiết kế của robot. Khung tham chiếu sẽ được chọn với nguồn gốc ở trọng tâm của gá tam giác cố định, do đó, toạ độ z của gá khâu công tác kết thúc sẽ luôn luôn dương, như được hiển thị dưới đây:
56
Hình 3.47- Ký hiệu các tham số tính toán
Để chương trình xử lý động học robot được hiệu quả giảm sai số và dể dàng thiết lập cho vi điều khiển, nên ở đây ta sẽ thiết lập đơn giản động học robot bằng phương pháp hình học.