Thiết lập phương trình động học của Robot SCARA [3] [10]. Tay máy Robot 3 bậc tự do dạng SCARA.
Đặt các hệ trục toạ độ lên các khâu khớp théo quy tắc D-H.
Hình 3.14. Hình vẽ mô phỏng 2D Robot SCARA
Xác định các thông số D-H và lập bảng thông số D-H. Bảng 3.3. Thông số D-H Khâu 𝑑𝑖 𝜃𝑖 𝑎𝑖 𝛼𝑖 1 0 𝑞1 𝐿1 0 2 0 𝑞2 𝐿2 𝜋 3 𝑞3 0 0 0
Tính toán các ma trận biến đổi toạ độ thuần nhất D-H giữa các hệ trục toạ độ.
𝐻𝑖𝑖−1 = [ 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑖 −𝑠𝑖𝑛𝜃𝑖𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑖𝑠𝑖𝑛𝛼𝑖 𝛼𝑖𝑐𝑜𝑠𝜃𝑖 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑖𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖 −𝑐𝑜𝑠𝜃𝑖𝑠𝑖𝑛𝛼𝑖 𝛼𝑖𝑠𝑖𝑛𝜃𝑖 0 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑖 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖 𝑑𝑖 0 0 0 1 ] (3.9) 𝐻10 = [ 𝑐𝑜𝑠𝑞1 −𝑠𝑖𝑛𝑞1 0 𝐿1𝑐𝑜𝑠𝑞1 𝑠𝑖𝑛𝑞1 𝑐𝑜𝑠𝑞1 0 𝐿1𝑠𝑖𝑛𝑞1 0 0 1 0 0 0 0 1 ] (3.10) 𝐻21 = [ 𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞2 0 𝐿2𝑐𝑜𝑠𝑞2 𝑠𝑖𝑛𝑞2 −𝑐𝑜𝑠𝑞2 0 𝐿2𝑠𝑖𝑛𝑞2 0 0 −1 0 0 0 0 1 ] (3.11)
𝐻32 = [ 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 𝑞3 0 0 0 1 ] (3.12) Thiết lập phương trình động học: 𝐷30(𝑞) = 𝐻10(𝑞1)𝐻21(𝑞2)𝐻32(𝑞3) = [ cos (𝑞1+ 𝑞2) 𝑠𝑖𝑛(𝑞1+ 𝑞2) 0 𝐿1𝑐𝑜𝑠𝑞1+ 𝐿2𝑐𝑜𝑠(𝑞1+ 𝑞2) 𝑠𝑖𝑛(𝑞1+ 𝑞2) −𝑐𝑜𝑠(𝑞1+ 𝑞2) 0 𝐿1𝑠𝑖𝑛𝑞1+ 𝐿2𝑠𝑖𝑛(𝑞1+ 𝑞2) 0 0 −1 −𝑞3 0 0 0 1 ] (3.13) Phương trình động học: [ cos (𝑥3, 𝑥0) 𝑐𝑜𝑠(𝑦3, 𝑥0) 𝑐𝑜𝑠(𝑧3, 𝑥0) 𝑥𝑜03 𝑐𝑜𝑠(𝑥3, 𝑦0) 𝑐𝑜𝑠(𝑦3, 𝑦0) 𝑐𝑜𝑠(𝑧3, 𝑦0) 𝑦𝑜03 𝑐𝑜𝑠(𝑥3, 𝑧0) 𝑐𝑜𝑠(𝑦3, 𝑧0) 𝑐𝑜𝑠(𝑧3, 𝑧0) 𝑧𝑜03 0 0 0 1 ] (3.14) = [ cos (𝑞1+ 𝑞2) 𝑠𝑖𝑛(𝑞1+ 𝑞2) 0 𝐿1𝑐𝑜𝑠𝑞1+ 𝐿2𝑐𝑜𝑠(𝑞1+ 𝑞2) 𝑠𝑖𝑛(𝑞1+ 𝑞2) −𝑐𝑜𝑠(𝑞1+ 𝑞2) 0 𝐿1𝑠𝑖𝑛𝑞1+ 𝐿2𝑠𝑖𝑛(𝑞1+ 𝑞2) 0 0 −1 −𝑞3 0 0 0 1 ]
Bảng 3.4. Các thành phần hệ thống Robot SCARA STT Tên thiết bị Mô Tả Hình ảnh 1 Robot Scara
-Nhà sản xuất Mitsubishi Electric Europe B.V.
-Mô tả Robot SCARA: ứng dụng siêu chính xác và cực nhanh, Dòng RH-F, 4 bậc tự do, -Tải trọng: 6kg -Khối lượng: 37kg -Phạm vi nhiệt độ hoạt động: 0-40 ° C -Bậc tự do (số trục): 4 -Tư thế lắp đặt: Lắp đặt sàn
-Cấu trúc :Kiểu nhiều khớp nằm ngang -Trục 1,2 +Loại trục: angular +Tốc độ: 20°/𝑠2 -Trục 3 +Loại trục: tuyến tính +Tốc độ: 40mm/s
2 Băng tải
-Tốc độ: 15mm/s
-Vận chuyển phôi đến vị trí để robot hút phôi
3 Phôi -Khối lượng 0.005kg -Đường kính 100mm -Chiều cao 20mm 4 Ổ chứa phôi -Chiều cao: 200mm -Đường kính: 120mm -Chứa tối đa 10 phôi
5 Cảm biến
-Phát hiện phôi đên vị trí và đặt điều kiện khởi động chu trình
Mở môi trường “mechantronics Concept Designer” trong NX để thực hiện thiết kế và mô phỏng.
Hình 3.15. Môi trường Mechantronics Concept Designer trong NX
Mở file robot sacra thêm vào và thiết lập vị trí trong môi trường vừa tạo.
Hình 3.16. Thiết lập vị trí Robot SCARA
Hình 3.17. Tạo thuộc tính va chạm cho chân đế Robot SCARA
Tương tự tạo thuộc tính va chạn cho các phần còn lại.
Hình 3.18. Tạo thuộc tính cho các phần còn lại của Robot SCARA
Tạo thuộc tính vật rắn cho từng bộ phận của robot.
Hình 3.19. Tạo thuộc tính vật lí cho chân đế
Tương tự cho các phần còn lại của robot.
Hình 3.20. Tạo thuộc tính vật lí cho các phần còn lại của Robot SCARA
Tạo thuộc tính khớp cho robot: vào tab Home, chọn Hinge Joint.
Hình 3.21. Tạo thuộc tính khớp
+ Select Attachment: chọn đối tượng chuyển động là phần thân robot. + Select Base: chọn đối tượng cố định là phần chân đế.
+ Specify Axis Vector: chọn vector cùng hướng chuyển động.
+ Specify Anchor Point: chọn điểm gốc của chuyển động chọn trùng tâm của khớp.
Giống như trên tạo được khớp giữa phần thân và cánh tay.
Hình 3.23. Tạo các khớp còn lại của Robot SCARA
Chú ý phần khớp giữa cánh tay và trục phải dung khớp trụ.
Vào tab Home, chọn Hinge Joint, chọn thuộc tính Cylindrical Joint, cửa sổ Cylindrical Joint hiện lên.
Hình 3.24. Chọn khớp trụ giữa phần cánh tay và trục của Robot SCARA
+ Select Attachment: chọn đối tượng chuyển động là phần trục. + Select Base: chọn đối tượng cố định là phần cánh tay.
+ Specify Axis Vector: chọn vector cùng hướng chuyển động.
+ Specify Anchor Point: chọn điểm gốc của chuyển động chọn trùng tâm của khớp. Chọn thêm giới hạn trên và dưới cho khớp từ -300 mm đến 0 mm.
Hình 3.25. Chọn giới hạn trên và giới hạn dưới cho khớp
Khi hai bộ phận của robot liền kề nhau, sự tiếp xúc giữa các bộ phận có thể gây ra rung động không mong muốn hoặc chuyển động đột ngột và không chính xác. Chính vì lý do này, theo nguyên tắc chung, sẽ tránh được va chạm giữa các phần tử liền kề, đảm bảo rằng các cơ cấu có các chuyển động ổn định và được kiểm soát. Để làm điều này, cần có công cụ tránh va chạm.
Tạo thuộc tính ngăn chặn va chạm Prevent Collision: vào tab Home, chọn Prevent Collision, cửa số Prevent Collision hiện lên.
+ Tạo thuộc tính ngăn chặn va chạm Prevent Collision: vào tab Home, chọn Prevent Collision, cửa số Prevent Collision hiện lên.
Hình 3.26. Tạo thuộc tính tránh va chạm giữa đế và thân Robot SCARA
Tạo 3 thuôc tính ngăn va chạm cho 4 phần của robot.
Hình 3.27. Các thuộc tính tránh va chạm giữa các phần của Robot SCARA
+ Tạo thuộc tính điều khiển vị trí Position Cotrol:
Thiết lập các thuộc tính điều khiển vị trí cho các khớp [10] [11].
Hình 3.29. Thiết lập các thuộc tính điều khiển vị trí cho các khớp
Tiếp theo thiết kế thêm các phần còn lại như: băng tải, phôi, ổ chứa phôi, tay hút để có 1 hệ thống hoàn chỉnh.
Cần cố định tay hút với trục của robot và tạo thuộc tính tránh va chạm giữa hai chi tiết.
Hình 3.31. Cố định và tránh va chạm cho tay hút
Tạo va chạm và chuyển động cho băng tải.
Hình 3.33. Tạo thuộc tính chuyển động cho băng tải
Thiết lập chu trình cấp phôi tự động: dùng lệnh Object source.
Thiết lập các tham số dính Sticky:
+Trước hết, phải tạo ra hai vật thể va chạm mới liên kết với bề mặt của các vật thể được kết dính. Các vật thể va chạm này phải là các bề mặt hình vuông.
Hình 3.35. Thiết lập tham số dính Sticky
Tiếp theo, để hai đối tượng này dính vào nhau, điều cần thiết là cả hai bề mặt phải được kích hoạt thông số Sticky. Do đó, khi bề mặt va chạm của đối tượng được nhặt được tạo ra, phải được xác nhận, từ cài đặt.
Hình 3.36. Kích hoạt thông số Sticky
Mặt khác, bề mặt va chạm được liên kết với nam châm điện hoặc cốc hút không yêu cầu kích hoạt thông số này, có thể kiểm soát trạng thái từ “Trình kiểm tra thời gian thực”.
Hình 3.37. Trình kiểm tra thời gian thực hiện
Yêu cầu tiếp theo là điều chỉnh khối lượng của vật thể cần nhặt. Để thực hiện việc này, bằng cách xác định các thuộc tính vật lý theo cách thủ công, giảm khối lượng của vật thể xuống.
Hình 3.38. Thiết lập khối lượng cho phôi
Từ “menu” NX, truy cập “Preferences” của chương trình, và sau đó là “Mechatronics Concept Designer Preferences” từ phần” Physic Engine”. Yêu cầu tiếp theo là điều chỉnh khối lượng của vật thể cần nhặt. PSU một lực kéo mặc định là 0,1 Newton được đặt. Giá trị cao hơn hoặc thấp hơn của lực này sẽ làm cho tham số ngừng hoạt động.
Hình 3.39. Đặt PSU một lực kéo mặc định là 0,1 Newton
Vận hành:
+ Khi tất cả các hoạt động đã được xác định, có tùy chọn xem tất cả danh sách từ “Trình chỉnh sửa trình tự”. Từ cửa sổ này, có thể tạo một chuỗi các thao tác để nối một loạt các chuyển động, để tuân theo một thứ tự nhất định.
+ Để làm điều này, chỉ cần nhấp vào cuối thanh cho mỗi thao tác và kéo con trỏ đến thao tác tiếp theo. Điều này đảm bảo rằng hoạt động tiếp theo bắt đầu sau khi hoạt động đầu tiên kết thúc.
Hình 3.40. Vận hành mô hình
+ Cuối cùng, một số điều kiện bắt đầu khi có phôi đi qua cảm biến, khi được đáp ứng, sẽ bắt đầu thực hiện hoạt động đầu tiên và. Vì vậy, ví dụ, một hoạt động có thể được cấu
hình để bắt đầu sau khi một cảm biến cụ thể được kích hoạt hoặc khi trạng thái của tín hiệu từ PLC là đúng.