a, Đặt bài toán.
Cho vị trí và hướng của tay hàn tức là biết ma trận T cần phải xác định các biến khớp αi (i=1 ... 5) theo vị trí và hướng tay hàn.
b, Phương pháp giải bài toán.
-Input: Ma trận T là tích các ma trận thành phần đã tính ở chương 2 Ma trận A là tọa độ thực đã biết.
- Output: Kết quả của biến khớp qi (i = 1,2,3,4,5).
Nội dung của bài toán động học thuận là cho biết chuyển động của các tọa độ khớp, ta cần xác định chuyển động của các tọa độ khâu thao tác.
Để giải quyết được bài toán động học ngược robot hàn vật 5 bậc tự do, ta sẽ dùng phần mềm EXCEL, cụ thể hơn là gói công cụ Solver trong phần mềm đó.
Ngược lại trong bài toán động học ngược, cho biết chuyển động của các tọa độ thao tác, ta cần xác định chuyển động của các tọa độ khớp. Các phương pháp giải bài toán động học ngược được phân thành hai nhóm : các phương pháp giải tích và các phương pháp số.
Sau đây em sẽ trình bày phương pháp giải tích để giải bài toán động học ngược cho robot hàn vật 5 bậc tự do. -Từ ma trận T ta được hệ phương trình động học nghịch: (Px – a14)^2 = 0 (Py – a24)^2 = 0 (Pz – a34)^2 = 0 (Nz – a31)^2 = 0 (Sx – a12)^2 = 0
Với a14, a24, a34, a31, a12 là các tọa độ thực đã biết.
Vì Robot hàn vật có 5 bậc tự do, nên ta chỉ cần cần 5 phương trình để giải ra 5 ẩn tương ứng:
30 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Hình 2.1: Nhập dữ liệu đầu vào cho bài toán trên excel
-Thông số các điểm làm việc trên quỹ đạo chuyển động của tay hàn sau khi giải xong bài toán động học ngược trên excel
Bảng 2.2: Tọa độ vị trí làm việc và biến khớp
31 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Kết luận
Sau khi hoàn thành bài toán động học cho robot 5 bậc tự do chỉ sử dụng khớp quay, ta đã biết nội dung nghiên cứu động học của robot là việc tìm ra quan hệ chuyển động của các khâu gồm 2 bài toán là: Bài toán động học thuận và bài toán động học ngược. Mục đích của 2 bài toán động này là xác định được quan hệ giữa vị trí của khâu tác động cuối của tay máy và các biến khớp của tay máy
32 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
CHƯƠNG 3: QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ROBOT
3.1 Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian khớp
Hình 3.1 Các điểm chốt trong quỹ đạo làm việc
Sau khi giải xong bài toán động học ngược robot ta có bảng thông số quỹ đạo chuyển động của robot.
Từ đó chúng ta biểu diễn sự chuyển động của các biến khớp q ( q1,q2,q3,q4,q5) và chuyển động của tay hàn robot.
3.2 Cơ sở nội suy quỹ đạo trong không gian khớp
Quỹ đạo không gian khớp có dạng hàm bậc 3: ()= 13+ 12+ 1 + 1(*)
Phương trình tiếp tuyến với quỹ đạo U(t) hay phương trình vận tốc tại thời điểm t là:
′()=3. 12+2. 1 + 1
- Xét ( ) :
Điều kiện về vận tốc công nghệ tại điểm đầu và cuối quỹ đạo.
33 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
-Điều kiện đi qua: {
-Điều kiện chuyển tiếp trơn tại điểm chuyển tiếp:
= + Nếu ( ) ≠ ( +1) → ) = 0 + Nếu (−1)= −1 ( ) = Ta có hệ phương trình: ( ) ̇̇−1 = −1 { ̇()=
Giải hệ phương trình trên ta được phương trình ( ).
3.3 Nội suy quỹ đạo trong không gian khớp
Tính cho biến khớp q1, q2, q3, q4, q5
Biến q1 B1= [1.57078; 1.327866;0; -0.243011949 ]; B2= [1.327866; 1.084756; -0.243011949 ; -0.24186]; B3= [1.084756; 0.844153; -0.24186; -0.24145 ]; B4= [0.844153; 0.601858; -0.24145 ; -0.23879]; B5= [0.601858; 0.366575; -0.23879; -0.23824 ]; B6= [0.366575; 0.125388; -0.23824 ; -0.24184]; B7= [0.125388; -0.11711; -0.24184 -0.24208]; B8= [-0.11711; -0.35878; -0.242084 ; -0.121539]; B9= [-0.35878; -0.60186; -0.121539 ; - 0.242687]; B10= [-0.60186; -0.84415; -0.242687; -0.241453 ]; B11= [-0.84415; -1.08477; - 0.241453 ; -0.24084259]; B12= [-1.08477; -1.32584; -0.24084259 ; -0.243021]; B13= [-1.32584; -1.57081; -0.243021;0]; 35 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Biến q2 B1= [-0.62469; -1.46975;0;0]; B2= [-1.46975; 0.575241;0; 1.225841 ]; B3= [0.575241; 0.98193; 1.225841 ; 0]; B4= [0.98193; 0.904657; 0 ; -0.132014]; B5= [0.904657; 0.717902; -0.132014 ; -0.152435]; B6= [0.717902; 0.599788; - 0.152435 ;0]; B7= [0.599788; 0.618764;0; 0.05788 ]; B8= [0.618764; 0.715546; 0.05788 ; -0.13757]; B9= [0.715546; 0.893896; 0.13757 ; 0.13288]; B10= [0.893896; 0.981312;0.13288;0]; B11= [0.981312; 0.576007;0; -1.24597592 ]; B12= [0.576007; -1.51064; -1.24597592;0]; B13= [-1.51064; -0.61447;0;0] 36 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Biến q3 B1= [-0.60093; 0.735491;0; 0.676748873 ]; B2= [0.735491; 0.752565; 0.676748873 ;0]; B3= [0.752565; -0.1165;0;0]; B4= [-0.1165; 0.006516;0; 0.24139 ]; B5= [0.006516; 0.366278; 0.24139 ; 0.33393]; B6= [0.366278; 0.674371; 0.33393 ;0]; B7= [0.674371; 0.617873;0; -0.151825 ]; B8= [0.617873; 0.370722; -0.151825 ; -0.296603]; B9= [0.370722; 0.024667; -0.296603 ; - 0.243138]; B10= [0.024667; -0.11555; - 0.243138 ; 0]; B11= [-0.11555; 0.75004; 0 ; 0.04068234]; B12= [0.75004; 0.779458; 0.04068234;0]; B13= [0.779458; -0.63041; 0;0]; 37 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Biến q4 B1= [-1.85658; -2.40283;0;0]; B2= [-2.40283; -1.32838;0; 0.68741 ]; B3= [-1.32838; -1.02801; 0.68741 ;0]; B4= [-1.02801; -1.08005;0; -0.091994 ]; B5= [-1.08005; -1.212; -0.091994 ; -0.113184]; B6= [-1.212; -1.30642; -0.113184 ;0]; B7= [-1.30642; -1.29084;0; 0.04558 ]; B8= [-1.29084; -1.21525; 0.04558 ; 0.10179]; B9= [-1.21525; -1.08725; 0.10179 ; 0.09342]; B10= [-1.08725; -1.02841; 0.09342;0]; B11= [-1.02841; -1.32769; 0; - 0.69575803 ]; B12= [-1.32769; -2.41992; - 0.69575803 ;0]; B13= [-2.41992; -1.84801;0;0]; 38 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Biến q5 B1= [-1.85658; -2.40283;0;0]; B2= [-2.40283; -1.32838;0; 0.68741 ]; B3= [-1.32838; -1.02801; 0.68741 ;0]; B4= [ -1.02801; -1.08005;0; -0.091994 ]; B5= [-1.08005; -1.212; -0.091994 ; -0.113184]; B6= [-1.212; -1.30642; -0.113184 ;0]; B7= [-1.30642; -1.29084;0; 0.04558 ]; B8= [-1.29084; -1.21525; 0.04558 ; 0.10179]; B9= [-1.21525; -1.08725; 0.10179 ; 0.09342]; B10= [-1.08725; -1.02841; 0.09342;0]; B11= [-1.02841; -1.32769;0; - 0.69575803 ]; B12= [-1.32769; -2.41992; - 0.69575803 ;0]; B13= [-2.41992; -1.84801;0;0]; 39 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Sự thay đổi của biến khớp q1 theo thời gian
Hình 3.2
40 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Sự thay đổi của biến khớp q2 theo thời gian
41 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Hình 3.3
Sự thay đổi của biến khớp q3 theo thời gian
42 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Hình 3.4
Sự thay đổi của biến khớp q4 theo thời gian
43 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Hình 3.5
Sự thay đổi của biến khớp q5 theo thời gian
44 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Hình 3.6
Nhận xét:
Sau khi hoàn thành hai bài toán động học thuận và động học ngược cho Robot hàn vật bật 5 bậc tự do từ việc cho các biến khớp qi để tìm hướng và vị trí của tay hàn trong không gian làm việc và từ hướng và vị trí của tay hàn ta tìm được bộ biến khớp qi thỏa mãn yêu cầu của bài toán cho robot. Nhờ các phần mềm thông dụng và hữu ích như: Matlab, Excel mà ta có thể dễ dàng giải bài toán một cách thuận lợi trong việc vị trí của điểm tác động cuối và hướng của khâu cuối, vận tốc và gia tốc của khâu bất kì trong không gian, vị trí tay hàn, phạm vi hoạt động của Robot hàn vật 5 bậc tự do.
Sau khi xây dựng xong quỹ đạo chuyển động của tay hàn robot, ta thấy bước chuyển động của robot phù hợp với công việc hàn vật. Chuyển động theo từng điểm từ p1 đến p14 tại các điểm thời gian ta được một chu trình làm việc ổn định.Để robot làm việc được mượt mà thì xây dựng kết cấu robot là vô cùng quan trọng ,được giải quyết trong chương 4: kết cấu robot hàn vật.
45 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
CHƯƠNG 4: KẾT CẤU ROBOT HÀN VẬT
4.1 Mô phỏng robot 5 bậc tự do hàn vật trên phầm mềm vẽ 3D solidworks-Giới thiệu phần mềm solidworks -Giới thiệu phần mềm solidworks
Phần mềm Solidworks là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D do hãng Dassault System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp ứng hầu hết các nhu cầu thiết kế cơ khí hiệnnay. Solidworks được biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và được du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2018 và phần mềm này đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí và phần mềm này không những dành cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật...
-Một số chức năng căn bản trong solidworks +Chức năng CAD
Các khối được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật parametric, mô hình hóa.
Chức năng báo lỗi giúp người sử dụng dễ dàng biết được lỗi khi thực hiện lệnh.
Bảng FeatureManager design tree cho phép ta xem các đối tượng vừa tạo và có thể thay đổi thứ tự thực hiện các lệnh. Các lệnh mang tính trực quan làm cho người sử dụng dễ nhớ.
Dữ liệu được liên thông giữa các môi trường giúp cập nhật nhanh sự thay đổi của các môi trường. Hệ thống quản lý kích thước và ràng buộc trong môi trường vẽ phát giúp người sử dụng tạo các biên dạng một cách dễ dàng và tránh được các lỗi khi tạo biên dạng.
Trong môi trường Drawing cho phép ta tạo các hình chiếu vuông góc các chi tiết hoặc các bản lắp với tỉ lệ và vị trí do người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước. Công cụ tạo kích thước tự động và kích thước theo quy định của người sử dụng.
Tạo các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chóng. Chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được sử dụng dễ dàng.
Trong môi trường bản vẽ lắp (Assembly).
46 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Các chi tiết 3D sau khi thiết kế xong có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộ phận máy hoặc một máy hoàn chỉnh. Xây dựng các đường dẫn thể hiện quy trình lắp ghép.
Xác định các bậc tự do cho chi tiết lắp ghép.
Hình 4.1
+Chức năng CAE
Đây là một ưu điểm của hãng sản xuất, khi mà họ mua trọn gói bộ phần mềm phân tích cức kì nổi tiếng thế giới là Cosmos để tích hợp và chạy ngay trong môi trường của solidworks, làm cho chức năng Phân tích của Solid khó có thể có phần mềm khác so sánh được được. Với modul phân tích của Solidworks là cosmos, chúng ta có thể thực hiện được những bài phân tích vô cùng phức tạp nhưng rất hay, dưới đây là liệt kê một vài bài toán mà tôi đã dùng để tính với COSMOS:
Phân tích tĩnh học Phân tích động học
Phân tích động lực học (bài toán phân tích ứng suất khi cơ cấu chuyển động con lăn di chuyển trên ray).
Phân tích dao động. Phân tích nhiệt học.
Phân tích sự va chạm của các chi tiết.
47 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Phân tích thuỷ khí động học (thông qua bài toán phân tích lượng nước chảy qua cái robine và bố trí quạt thông gió cho CPU máy tính nhằm tản nhiệt tốt hơn).
Phân tích quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn và mức độ gia nhiệt cần thiết cho quá trình đó.
Hình 4.2
48 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
+Chức năng CAM
Để dùng được chức năng này, chúng ta phải sử dụng một modul nữa của solidworks
là SOLIDCAM. Đây là modul Cam của Solid, nó được tách ra để bán riêng. Nếu ai có điều kiện thì tải về dùng, nó chạy ngay trên giao diện của solidworks, việc sử dụng của SolidCam quả thật vô cùng thân thiện, và dễ sử dụng.
Hình 4.3
4.2 Kết cấu robot hàn vật
Mô phỏng kết cấu robot
49 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Phần đế:
Hình 4.4
50 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Phần thân
Hình 4.5
51 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Phần cánh tay
Hình 4.6
52 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Hình 4.7
Hình 4.8 Phần tay hàn:
53 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Hình 4.9
Tay máy Robot:
Hình 4.10 Kết luận
Trong quá trình thực hiện đồ án robot công nghiệp, đề tài đã hoàn thành được những vấn đề sau: - Tìm hiểu tổng quan về robot 5 bậc tự do chỉ sử dụng khớp quay.
- Nắm vững thêm khả năng thiết kế từng chi tiết, cách kết cấu hợp lý cũng như lựa chọn chế độ mô phỏng trên solidworks.
- Để đánh giá về kết quả nhóm e, cảm thấy chưa đạt được kết quả mong muốn như sự mong đợi. Trong quá trình thực hiện do không bao quát được tối đa vấn đề nên kết quả thu được chưa được như mong muốn tốt nhất. Tuy các kết quả thu được chỉ mang tính chất tương đối nhưng phần nào đã đáp ứng yêu cầu được đặt ra. Một lần nữa nhóm đồ án chân thành cảm ơn thầy giáo Ngô Văn Anvà các thầy cô đã tạo điều kiện và giúp đỡ rất nhiều để hoàn thành bản đồ án Robot công nghiệp này. Trong quá trình thực hiện khó tránh khỏi có sai sót mong quý thầy cô đóng góp và góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn.
54 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
PHU LỤC
Nhân ma trận trên matlab
55 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Giải bài toán động học ngược trên excel
56 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Cách thức vẽ trên solidworks.
Để vẽ được chính xác robot như đã thiết kế thì ta phải thực hiện như sau :
+ Xác định các thành phần của robot .
+Thiết lập chiều dài các khâu ,lấy từ bài toán động học chương 2 . +Thiết lập tiết diện ,đường kính ,bề dày của các khâu sao cho hợp lý. +Mô phỏng robot dạng 3D với những giá trị đã có ở trên .
- Sử dụng các lệnh trên thanh công cụ trong solidwork để vẽ như: Để vẽ 2D :
1) Vẽ đường thẳng chọn sketch > line.
2) Vẽ đường tròn chọn sketch > circle.
3) Vẽ hình chữ nhật chọn sketch > corner rectangle hoặc center rectangle.
4) Xóa toàn bộ chọn delete hoặc xóa đường thẳng, chi tiết nhỏ chọn trim entities. Để vẽ 3D :
1) Tạo hình khối chọn features > extruded boss/base
57 | P a g
2) Tạo hình cầu chọ features > revolved boss/base
3)Xóa hình khối lớn sử dụng extruded cut.
58 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Thành Long (2015). Robot công nghiệp. Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
[2]Nguyễn Mạnh Tiến. (2007). Điều khiển Robot công nghiệp. Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội.
[3] Đào Văn Hiệp (2004). Kỹ thuật Robot. Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội
[4] Phạm Đăng Phước (2007). Robot công nghiệp. Nhà Xuất Bản Xây Dựng,Hà Nội.
[6]Phạm Thị Vân Hà (2001). Nghiên cứu cấu trúc, hệ thống điều khiển của Robot công nghiệp để ứng dụng trong cộng nghệ hàn tự động. Luận văn cao học, trường Đại Học Thái Nguyên.
59 | P a g TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
60 | P a g