Phương án thiết kế cánh tay cơ khí - Quản lý hàng- 123docz.net

- Quản lý hàng hóa bảo hành, bảo trì

3.3 Phương án thiết kế cánh tay cơ khí

Vai trị của cánh tay robot: cánh tay robot là một phần không thể thiếu trong hệ thống kho hàng tự động. Nó đóng vai trị vận chuyển hàng hóa ra vào kho. Kích cỡ của cánh tay robot phụ thuộc nhiều vào kích cỡ của kho hàng. Tùy thuộc vào hình dáng kho hàng cũng có những u cầu cụ thể mà cánh tay robot có thể có số lượng bậc tự do khác nhau. Đối với các mơ hình kho chứa nhỏ cánh tay robot thường có ít nhất từ 3 đến 4 trục chuyển động. Trong trường hợp đồ án này bao gồm ba chuyển động tịnh tiến theo hệ trục tọa độ Oxyz.

Hầu hết các robot đều sử dụng một trong ba loại truyền động: Khí nén, thủy lực, điện.

Truyền động khí nén sử dụng sức mạnh của khí nén. Những động cơ này vốn đã đáng tin cậy do có ít bộ phận chuyển động, giá rẻ và phản ứng nhanh, nhưng kém hơn về độ chính xác của tốc độ và kiểm sốt vị trí. Trong ngành cơng nghiệp robot, các cơ chế chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng bật - tắt hoặc gắp và thả.

Ổ đĩa thủy lực là mối quan tâm của bạn nếu robot của bạn lớn hoặc có nhiệm vụ xử lý tải trọng lớn. Chúng hoạt động dựa trên việc chuyển đổi năng lượng từ chất lỏng thành hoạt động cơ học bằng cách bơm. Mặc dù các cơ chế thủy lực đảm bảo điều phối vận tốc, chuyển động chính xác và có tỷ lệ cơng suất trên trọng lượng phù hợp, chúng vẫn tạo ra tiếng ồn và cồng kềnh. Cũng có những rủi ro liên quan đến rò rỉ hoặc với chất lỏng dịch vụ thay đổi tính chất của nó ở các biến đổi nhiệt độ.

Động cơ điện là thiết bị cơ điện tạo ra chuyển động bằng cách biến năng lượng điện thành cơ khí. Các bộ truyền động này là tùy chọn ưa thích trong chế tạo robot bởi một số lý do sau:

o Điện là một nguồn cung cấp rộng rãi.

o Các cơ chế này phù hợp cho tất cả các kích cỡ robot.

o Chúng nhỏ gọn và nhẹ nhưng có tỷ lệ chuyển đổi năng lượng lớn, độ chính xác và độ lặp lại tuyệt vời.

o Ơ nhiễm trong mơi trường làm việc là bằng không.

o Hệ thống truyền động điện mạnh mẽ và dễ bảo trì.

Bên cạnh đó động cơ điện cũng có một số nhược điểm như khi tải trọng lớn, sẽ cần sử dụng động cơ có cơng suất lớn dẫn đến giá thành cao; kích thước, trọng lượng của động cơ càng lớn càng ảnh hưởng đến thiết kế cơ khí. Vậy nên khi ứng dựng vào thực tế cần cân nhắc tải trọng của hàng hóa để quyết định đến hình thức dẫn động cho cánh tay robot.

=>Trong đồ án kho hàng tự động lần này em sử dụng phương án dẫn động bằng động cơ điện do động cơ được sử dụng phổ biến, nhỏ gọn, nhiều mức công suất và nhiều chủng loạiđộng cơ để lựa chọn; động cơ truyền được nhiều dạng chuyển động khi kết hợp với các cơ cấu truyền động khác nhau; động cơ đem lại tính linh hoạt cao khi điều khiển được vị trí và tốc độ.

Phần khung của cánh tay robot, thực hiện các thao tác nâng hạ, vận chuyển chính trong q trình xuất nhập hàng hóa trong kho hàng. Để thiết kế được khung cánh tay robot cũng cần phụ thuộc vào khung kho hàng cùng như diện tích kho hàng.

Vị trí tương quan giữa phần khung và phần cánh tay cơ khí:

- Thiết kế cánh tay cơ khí khơng gắn cứng vào phần khung kho hàng:

Ưu điểm của phương án này đó là phần khung và cánh tay tách rời giúp dễ di chuyển và dễ tháo dời để sửa chữa. Bên cạnh những ưu điểm, phương án thiết kế này cũng tồn tại những nhược điểm như: bài toán định hướng di chuyển trở nên phức tạp. Khung và cnahs tay robot dễ bị xê dịch, khơng chắc chắn. Độ chính xác khơng cao trong q trình hoạt động.

- Thiết kế cánh tay cơ khí có phần đế gắn cứng vào khung kho hàng

Phương án này cũng có các ưu điểm sau: khoảng cách giữa phần khung và cánh tya robot ln cố định. Việc tính tốn dẫn hướng cho cơ cấu chuyển động trở nên dễ dàng. Chuyển động ít xuất hiện sai lệch đảm bảo sự chính xác nhất định.

Nhưng phương án này cũng tồn tại những nhược điểm nhất định đó là: Phần khung và cánh tay robot gắn liền với nhau dẫn đến việc công kềnh khi muốn di chuyển hay

tháo lắp sửa chữa. Chi phí chế tạo tốn kém hơn so với cánh tay robot không lắp cứng.

=> trong đồ án này em sử dụng phần cánh tay robot gắn liền với phần khung nhằm giảm thiểu sai lệch khí chuyển động cũng như tạo sự chắc chắn cho cơ cấu.

CHƯƠNG 4.

QUY TRÌNH TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 4.1 Tính tốn khung vỏ

4.1.1 Lựa chọn vật liệu làm khung

Tùy thuộc vào trọng lượng của hàng hóa cũng như mục đích sử dụng mà ta có thể sử dụng các vật liệu khác nhau để làm thành khung của khó như: gỗ, sắt, nhơm, thép, …

Thép hộp: - ưu điểm:

• Chi phí sản xuất thấp: Nguyên vật liệu để làm nên sản phẩm thép hộp thường là những nguyên liệu dễ tìm kiếm, đơn giản và giá thành rẻ. Bởi vậy nên sản phẩm thép hộp thường có chi phí rẻ hơn so với các loại thép khác. Sử dụng thép hộp sẽ giúp tiết kiệm được chi phí xây dựng cơng trình cho q khách hàng.

• Tuổi thọ cao: Tuy được cấu thành từ những nguyên liệu giá rẻ nhưng ngược lại thép hộp lại có tuổi thọ rất cao. Đặc biệt đối với dịng sản phẩm thép hộp mạ kẽm thì độ bền cịn được nhân lên rất nhiều lần. Với khả năng chống bào mịn, khơng bị gỉ sét nên tuổi thọ của các sản phẩm thường là từ 60 đến 70 năm tùy từng khu vực xây dựng.

• Dễ kiểm tra: Quý khách hàng rất đơn giản để nhìn thấy được những mối bằng mắt thường ở trên thân của thép ống, bởi vậy nếu xảy ra các vẫn đề ở các mối thì các kỹ sư cũng đơn giản hơn trong việc khắc phục và sử chữa.

- Nhược điểm: phương pháp để ghép nối thường là hàn nên thẩm mĩ kém.

19 Khung sắt đa năng:

-ưu điểm:

• Tiện lợi dễ lắp ráp, có thể mua ngun khung thay vì lắp ghép. Chúng có thể tìm mua ở bất cứ đâu như các cửa hàng bán giá kệ hay của hàng sắt

• Tuổi thọ cao: được sản xuất từ sắt một nguyên liệu có giá thành rẻ nhưng lại có tuổi thọ rất cao. Đặc biệt là đối với các loại sắt đã được sơn mạ một lớp chống han gỉ.

• Chịu lực tốt: được cấu thành từ sắt cứng nên khả năng chịu lực là rất tốt.

- Nhược điểm:

• Gía thành cao

• Trọng lượng khung nặng

• Tính thẩm mĩ kém

Hình 4.2 khung sắt đa năng

Nhơm định hình: - Ưu điểm:

• Chịu lực tốt: Là sản phẩm được cấu thành từ nguyên liệu nhôm hợp kìm nên nhơm có khả năng chịu lực tốt. Thơng thường thanh nhơm định hình có thiết kế các khoang rỗng để tăng độ cứng như chiều dày của nhôm, các ranh nhôm và các vách kỹ thuật đều được đo và thiết kế cẩn thận nhất. Sản phẩm Nhơm định hình có các cầu nối cách nhiệt, các gân tăng cứng và các rãnh khoảng trống nhiều nên làm tăng được khả năng chịu lực của sản phẩm.

• Độ thẩm mỹ cao: Các cửa kính làm từ nhơm định hình có tính thẩm mỹ cao, vách nhơm tuy có độ dày mỏng hơn các thương hiệu khác nhưng lại có kết cấu lớn nên vừa tăng được tính thẩm mỹ lại đảm bảo được khả năng chịu lực từ bên trong. Quý khách

có thể yêu cầu phối hợp với các màu kình khác nhau để phù hợp với không gian sống cũng như màu sắc chủa đạo của ngơi nhà.

• Cách nhiệt và cách âm tốt: Nhơm định hình có khả năng chịu nhiệt độ cao, các phẩn tử nhôm liên kết chặt chẽ tạo nên một hệ khung nhơm cửa kính có khả năng cách âm tốt.

• Trọng lượng nhẹ: Trọng lượng của nhơm định hình là nhẹ nhất vởi nguyên liệu sản phẩm có độ dày mỏng nhất. Thế nên sẽ làm giảm được tải trong và sức ép cho các cơng trình, đồng thời cũng giúp dễ di chuyển và lắp đặt hơn.

- Nhược điểm:

• Chưa có nhiều mẫu mã cho khách hàng lựa chọn.

• Tuổi thọ: Sau nhiều năm sử dụng sản phẩm Nhơm định hình cần được bảo dưỡng và thay thế để đảm bảo.

Trong khuôn khổ đồ án lần này, em chọn sử dụng nhơm định hình để làm khung cho kho hàng tự động vì những ưu điểm của nhơm định hình đáp ứng được các nhu cầu đề ra và các hàng hóa sử dụng trong đồ án này cũng có tải trọng nhỏ.

Hình 4.3 Nhơm định hình

4.1.2 Thiết kế khung kho hàng

Khung kho hàng được hình thành bằng việc ghép các mối nối lại với nhau bằng các mối nối. Kích thước của kho hàng được xác định dựa trên số lượng các ô chứa hàng với các giá trị mà ta mong muốn.

Trong mơ hình kho hàng của đồ án với u cầu kho hàng có sáu ơ chứa hàng chia thành hai tầng.

Ơ chứa hàng có kích thước được lựa chọn là 200x200x200(mm) Bên cạnh khung hàng là khu vực để cánh tay robot. Khu vực này đặt cánh tay cao 600(mm) rộng 200(mm) và dài 480(mm). phần cánh tay cơ khí được thiết kế nhỏ gọn đảm bảo không gian hoạt động nằm trong phần khung kho hàng.

Từ các thơng tin trên ta tính tốn được chiều dài , chiều rộng và chiều cao của khung kho hàng như sau:

- Chiều dài khung kho hàng: 200 + 200 + 200 + 200 = 800(mm) - Chiều cao khung kho hàng: 200 + 200 + 200 = 600(mm) - Chiều rộng khung kho hàng: 200 + 480 + 200 = 880(mm) Ta sử dụng các thanh nhơm định hình với hình dạng có sẵn để ghép nối thành khung kho hàng hồn chỉnh với các kích thước đã tính tốn sẵn ở trên.

Phần đế của các ô chứa dùng để đặt vật liệu hoặc các chi tiết có khối lượng khơng đáng kể. Nên ta sử dụng đế làm bằng những tấm nhựa mica kích thước 200x800x50(mm)

Kiểm tra độ bền cho thanh nhơm định hình cới kích thước 40x40 - Kiểm tra độ bền cho thanh ngang dài 88cm

Sử dụng phần mềm Inventor để kiểm tra độ bền cho thanh nhơm định hình.

Mở inventor -> open file -> chọn environments -> chọn stress analysis -> chọn create simulation.

Khi khởi tạo xong mơi trường giả lập trình tự thực hiện như sau:

• Chọn vật liệu là nhơm 6061.

Hình 4.4 Chọn vật liệu

Hình 4.5 Gắn cứng

• Chọn bề mặt tác dụng lực và giá trị lực tác dụng.

Bề mặt lực tác dụng là bề mặt thanh nhơm định hình nằm ngang. Điểm đặt lực vào giữa thanh với chiều gướng từ trên xuống. giá trị lực đặt là 13N

Hình 4.6 Đặt lực

• Chọn simulate để mơ phỏng.

Hình 4.7 Chạy mơ phỏng

Hình 4.8 Ứng suất sau khi mơ phỏng

• Chọn safety factor để hiển thị hệ số an tồn

Hình 4.9 Hệ số an tồn

Để đảm bảo độ bền thì hệ số an toàn phải lớn hơn 1. Trong trường hợp này với hệ số an toàn là 15 lớn hơn nhiều so với yêu cầu nên thanh nhơm đảm bảo được u cầu về độ bền. vì hệ số an tồn của thanh nhơm lớn hơn nhiều so với u cầu nên ta có thể giảm kích cỡ của thanh nhôm đi. Nhưng do thanh nhôm được sản xuất có các kích cỡ xác định là 20x20(mm), 40x40(mm)… nên khơng thể tùy tiện thay đổi kích thước. kích thước có thể giảm xuống 20x20(mm) và vẫn đảm bảo độ bền. Nhưng do thiết kế của nhơm định hình kích thước 20x20(mm) khơng có tính thẩm mĩ cao. Giá thành chênh lệch giữa 2 kích cỡ là khơng đáng kể. Nên vẫn chọn kích thước 40x40 cho đồ án này.

- Kiểm tra độ bền cho thanh đứng dài 600(mm)

Các bước thực hiện tương tự như khi kiểm tra độ bền cho thanh nhơm định hình nằm ngang và chỉ khác kích thước và vị chí đặt lực. Đối với hai thanh đứng có 2 lực tác dụng. Một là lực nén của các thanh nhơm định hình nằm ngang đè lên. Hai là lực khi cơ cấu chuyển động làm rung động làm rung lắc khung kho hàng gây nên.

Hình 4.10 hệ số an toàn của thanh đứng

Hệ số an tồn rất lớn. Thanh nhơm siêu bền. Để phục vụ cho việc tìm mua một cách tiện lợi và lắp ghép khung có tính thẩm mĩ cao. Nhơm định hình có kích thước 40x40(mm) được lựa chọn để xây dựng lên cả khung nhôm của kho hàng.

Mối nối sử dụng để lắp ghép có hình dạng như sau:

4.2 Tính tốn hệ truyền động

Hệ truyền động của cánh tay cơ khí thực hiện việc điều khiển q trình hoạt động của cánh tay. Có 3 chuyển động chính là 3 chuyển động thẳng tính tiến. Các trục chuyển động tương ứng với hệ trục tọa độ Oxyz.

4.2.1 Cơ cấu vít me- đai ốc trượt

Vít me – đai ốc là cơ cấu truyền động biến truyền động quay thành chuyển động tịnh tiến. Truyền đơng vít me – đai ốc có 2 loại là vít me – đai ốc trượt và vít me đai ốc bi.

Cơ cấu vít me-đai ốc trượt có những đặc điểm sau: - Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn. - Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn.

- Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren hoặc số vòng quay lớn.

- Hiệu suất truyền động thấp nên ít dùng để thực hiện những chuyển động chính.

Kết cấu vít me- đai ốc trượt:

Dạng ren: Vít me thường có 2 dạng ren chủ yếu là:

- Ren có dạng hình thang với góc 300 có ưu điểm: gia cơng đơn giản, có thể phay hoặc mài. Nếu dùng với đai ốc bổ đơi thì có thể đóng mở lên ren dễ dàng.

- Ren có hình dạng vng chỉ dùng ở những máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng.

Về mặt kết cấu nên chế tạo vít me với 2 cổ trục giống như nhau để sau một thời gian sử dụng, có thể lắp đảo ngược vít me lại nhằm làm cho bề mặt làm việc của vít me được mịn đều ở 2 bên

Ổ đỡ vít me: ổ đỡ vít me có tác dụng đảm bảo cho trục chuyển động với độ đảo hướng trục và độ hướng kính nhỏ.

Đai ốc liền: dùng trong cơ cấu vít me – đai ốc có chế độ làm việc ít, khơng u cầu độ chính xác cao, giữa các ren có thể có độ hở nhất định. Ưu điểm của đai ốc liền là đơn giản, giá thành thấp, có thể tự hãm ỡ mức độ nhất định.

Đai ốc 2 nửa: sử dụng để đóng, tách đai ốc khỏi vít me khi tiện vít me trên máy tiên vạn năng.

Để giảm độ biến dạng của vít me có thể dùng những phương pháp sau:

• Nâng cao cứng vững của gối đỡ bằng cách dùng bạc với tỷ lệ l/d lớn (với l là chiều dài và d là đường kính trong của gối đỡ).

• Khơng bố trí vít me ở ngồi thân máy mà bố trí phía trong máy nhằm giảm momen lật của bàn máy.

• Dùng gối đỡ treo phụ cho những vít me quá dài và nặng.

4.2.2 Cơ cấu vít me bi

Cơ cấu đai ốc vit me bi là cơ cấu chấp hành trượt dẫn hướng được sử dụng trong nhiều máy móc cơng nghiệp hiện nay. Cơ cấu bao gồm 3 bộ phận chính: đai ốc vitme bi, trục vít me và gối đỡ trục vit me.

Đai ốc vitme bi có cấu tạo dạng ổ bi, gồm phần vỏ ngoài và lớp bên trong có các rãnh bi.

Trục vitme bi đâm xuyên qua đai ốc vitme bi. Giữa hai thiết bị này có