=> { 𝑎0 =𝜋 6 𝑎1 = 0 𝑎2 =3𝜋 2 𝑎3 = −𝜋 (2.95)
Quy luật chuyển động của biến khớp 2:
{ 𝑞2(𝑡) = −𝜋 3𝑡3+𝜋 2𝑡2+𝜋 6 𝑞∙2(𝑡) = −𝜋𝑡2+ 𝜋𝑡 𝑞∙∙2(𝑡) = −𝜋𝑡 + 𝜋 (2.96)
Đối với biến khớp 3, ta có:
q2i= 𝜋
3; q2f= 𝜋
2; 𝑞∙2𝑖 = 𝑞∙2𝑓 = 0; tf=1(s)
Thay vào hệ phương trình (2.93), ta có:
{ 𝑎0 =𝜋 3 𝑎1 = 0 𝑎3+ 𝑎2+ 𝑎1+ 𝑎0 =𝜋 2 3𝑎3+ 2𝑎2+ 𝑎1 = 0 => { 𝑎0 =𝜋 3 𝑎1 = 0 𝑎2 =3𝜋 2 𝑎3 = −𝜋 (2.97)
Quy luật chuyển động của biến khớp 3, ta có:
{ 𝑞3(𝑡) = −𝜋𝑡3+3𝜋 2 𝑡2+𝜋 3 𝑞∙3(𝑡) = −3𝜋𝑡2+ 3𝜋𝑡 𝑞∙∙3(𝑡) = −6𝜋𝑡 + 3𝜋 (2.98) Tổng kết chương 2
Trong chương này nhóm đã đưa ra phương án lập bảng D – H, tính bài toán động học thuận, động học nghịch, động lực học và quỹ đạo chuyển động của Robot tay máy Scara tạo cơ sở để thiết kế, lập trình và điều khiển hệ thống.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT SCARA
Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí
Yêu cầu thiết kế
Tay máy cần được chế tạo giống như những cánh tay với khả năng chuyển động cơ bản, bao gồm các chi tiết: cổ tay khéo léo, cử động dễ dàng; bàn tay thực hiện các thao tác, trực tiếp hoàn thành các công việc. Các chi tiết được nối với nhau bằng khớp trượt và khớp quay, giúp cánh tay Robot vừa chắc chắn, vừa linh hoạt.
Dựa trên các yêu cầu về cơ khí, thiết kế phù hợp với các yêu cầu của công việc, chúng ta đưa ra các yêu cầu như sau:
- Tải trọng:
+ Cơ cấu yêu cầu phải có khả năng chịu tải trọng, dễ dàng lắp ráp với các module mạch của tay máy Robot. Có khả năng nâng được 0.3(kg). - Hành trình di chuyển:
+ Đáp ứng được tốc độ mong muốn trong quá trình vận hành
+ Thân vỏ phải thiết kế sao cho các module mạch, cảm biến có thể dễ dàng gắn chắc chắn lên khung máy.
+ Các viền cạnh phải được bo để tránh gây ra thương tích khi vận hành máy.
+ Đế phải được cố định chắc chắn để giúp cơ cấu hoạt động ổn định. - Độ chính xác:
+ Độ chính xác trong thiết kế cơ khí đóng vai trò rất quan trọng bởi lẽ thiết cần phải kiểm tra tỉ mỉ để khi điều khiển không dẫn đến sai số.
Mô hình hóa mô phỏng hệ thống cơ khí
Hình 3-1: Mô hình hóa hệ thống cơ khí
Robot công nghiệp SCARA có 3 bậc tự do, làm nhiệm vụ vận chuyển phôi từ hai vị trí 1 và 2. Yêu cầu khoảng thời gian vận chuyển phôi từ vị trí 1 đến vị trí 2 là t. Để đảm bảo độ chính xác trong quá trình làm việc, yêu cầu độ phân giải điều khiển của các khâu tương ứng là: pg1, pg2, pg3. Phôi có dạng hình hộp chữ nhật có núm gắp, kích thước Xp, Yp, Zp, khối lượng 0.3kg.
Hình 3-2: Không gian làm việc của Robot
Xp1, Yp1 là toạ độ điểm đặt phôi trên vị trí 1. Xp2, Yp2, là toạ độ điểm đặt phôi trên vị trí 2.
Bảng 3-1: Thông số kỹ thuật của Robot Động cơ Bước Thời gian(s) 10 Pg1 (mm) 10 Pg2 (độ) 1.8 Pg3 (độ) 1.8 Zp1 (mm) 200 Zp2 (mm) 200 Xp1 (mm) 400 Xp2 (mm) 400 Yp1 (mm) 10 Yp2 (mm) 10 Khâu 2(độ) ±90 Khâu 3(độ) ±150
- Tính toán lựa chọn các khâu Chọn gốc toạ độ tại gốc Robot.
Khoảng cách từ gốc toạ độ tới phôi trên vị trí 1:
∆𝑙1=138.5 + √4002+ 102=538,62 (mm) (3.1)
Khoảng cách từ gốc toạ độ tới phôi trên vị trí 2:
∆𝑙2=138.5 + √4002+ 1002=538,62 (mm) (3.2)
Chọn độ dài khâu 1 là: l0=220 (mm)
Chiều dài từ gốc toạ độ đến gốc khâu 2 là: l1=138.5 (mm) Chọn độ dài khâu 2 là: l2=193 (mm)
Thiết kế hệ thống cơ khí
Mô hình thiết kế
Từ những yêu cầu đặt ra nhóm sinh viên nghiên cứu đưa ra mô hình thiết kế trên phần mềm SolidWorks.
Hình 3-3: Mô hình thiết kế
Yêu cầu
- Kết cấu chắc chắn.
- Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
Chọn động cơ
Giả sử tốc độ quay mong muốn của các khâu là v=0,3m/s Ta có :
𝑣 = 𝑅. 𝜔 = 𝑅. 2𝜋. 𝑓 (3.3)
f là tần số hay số vòng trên 1s, R là bán kính pully
→ 𝑓 = 𝑣
2𝜋𝑅 = 0.3
2𝜋.0.029 = 1,64 (v/s) → 𝑛𝑦𝑐 = 98 (v/p) (3.4)
Tay máy chỉ chịu tác dụng của trọng lực của các khâu, nên động cơ cần đủ công suất để tải được các khâu.
𝑃𝑐𝑡 = 𝐹. 𝑣 = 2.9,8.0,3 = 5,88 (W) (3.5)
𝑃đ𝑐 =𝑃𝑐𝑡
𝜂 = 𝑃𝑐𝑡
𝜂đ.𝜂𝑜𝑙2= 5,88
Trong đó: η𝑜𝑙, ηđ là hiệu suất ổ lăn và hiệu suất đai Chọn động cơ bước: SK4248 có P =18(W)
Chọn đai
Bảng 3-2: Bảng chọn đai
Dựa vào bảng trên ta có thể chọn được loại đai phù hợp:
Công suất là 6,25 W, tốc độ là 98v/p ta chọn loại đai XL, do loại đai này phổ biến và dễ tìm kiếm.
Thiết kế trục
Hình 3-4: Sơ đồ phân bố lực
Dời điểm đặt lực về tâm trục, Momen tác dụng lên trục là:
𝑀𝑡𝑟 = 𝑚. 𝑔. 𝑑 = 2.9,8.0,428 = 8,4 (Nm) (3.7)
Trong đó:
d là tổng chiều dài các khâu (m) m là khối lượng các khâu (kg)
Lực hướng tâm:
𝐹𝑟 = 0,2. 𝐹𝑡 = 0,2.2.𝑀𝑡𝑟
𝑑 =0,2.2.8,4
0.058 = 57,93 (N) (3.8)
Với: d là đường kính pully
Ta có biểu đồ Momen uốn theo phương x
Hình 3-5: Biểu đồ Momen uốn theo phương x
Dựa vào biểu đồ ta thấy điểm đặt lực tại tâm trục là nguy hiểm nhất Giờ ta sẽ tính trục theo Momen uốn tại vùng có tiết diện nguy hiểm này: Công thức: 3