Đối với robot cấu trúc liên tục, phương pháp khảo sát động học dựa vào việc thiết lập phương trình động học cơ bản của robot được chỉ ra trong chương 1 là khá thuận lợi. Sự thuận lợi khi khảo sát và xây dựng phương trình động học robot cấu trúc liên tục thông thường là khâu tác động cuối thực hiện thao tác lên đối tượng cố định. Ta nói là không gian thao tác của robot là không gian cố định.
Đối với robot tác hợp thì như đã biết một tay robot mang đối tượng công nghệ, một tay mang bàn kẹp hoặc dụng cụ gia công (sau này ta gọi chung là dụng cụ). Quá trình công nghệ diễn ra khi dụng cụ gia công tác động lên đối tượng ở trạng thái động. Điều khiển chuyển động các cánh tay của robot MRM sao cho phối hợp đúng để thực hiện được quá trình công nghệ là một trong các vấn đề quan trọng hàng đầu khi nghiên cứu và ứng dụng MRM.
Phương pháp được sử dụng để khảo sát động học robot MRM tùy thuộc vào bài toán cụ thể. Tuy vậy dù thao tác công nghệ khá đa dạng nhưng đều có thể mô hình hóa thành quy luật tác động của dụng cụ lên đối tượng để từ đó cho phép xây dựng cơ sở lý thuyết chung cho bài toán khảo sát động học robot tác hợp MRM. Trong các công trình [2], [3] đã chỉ ra phương pháp tam diện trùng theo khi khảo sát động học robot tác hợp.
Dưới đây trình bày việc mô hình hóa thao tác công nghệ của robot thành quy luật chuyển động, xác định điều kiện công nghệ, làm cơ sở cho việc thiết lập phương trình động học robot tác hợp MRM.
2.1.1 Mô hình hóa thao tác công nghệ tương hỗ giữa dụng cụ và đối tượng công nghệ
Như đã chỉ ra ở trên, thường thì robot tác hợp được chế tạo để phối hợp
--- 36
với thao tác gia công. Các đối tượng công nghệ có thể là gia công cắt gọt các chi tiết máy, gia công các bề mặt chi tiết, hàn, sơn, mài,… trong các thao tác công nghệ có thể có yêu cầu khắt khe về vị trí và hướng tương đối giữa dụng cụ và đối tượng, có thể chỉ ở một số yếu tố. Tuy vậy dù yêu cầu ở mức nào cũng có thể biểu diễn dưới dạng mô hình quá trình dụng cụ tiếp cận và thực hiện thao tác lên đối tượng.
Hình 2.1 chỉ ra mô hình nguyên lý quá trình gia công bằng cắt gọt hoặc mài bề mặt cong. Ở đó yêu cầu khắt khe về vị trí và hướng tiếp cận của dụng cụ đối với bề mặt gia công.
Hình 2.1 Mô hình nguyên lý quá trình gia công cắt gọt Trên hình 2.1 chỉ ra:
1 Bề mặt gia công.
2 Đường dụng cụ (L).
3 Đường thao tác hiện thời của dụng cụ lên đối tượng.
4 Đầu dụng cụ.
k k k
τ ν β : Tam diện trùng theo của đầu đầu dụng cụ.
fi fi fi
τ ν β : Tam diện trùng theo của bề bặt gia công α
τ
fi
τ
fi
ν
fi
β τk
νk
βk
1
2 (L) 4 3
--- 37
Giả sử đầu dụng cụ là dao cắt gọt cần phải dịch chuyển trên bề mặt chi tiết gia công đảm bảo mũi dao tiếp xúc tại mỗi điểm trên đường biên dạng (các đường số 2). Hướng của đầu dao cũng phải đảm bảo sao cho không cắt lẹm, cắt bỏ sót bề mặt gia công. Để thực hiện quá trình công nghệ này, cần thiết phải biểu diễn hình dạng của bề mặt gia công cho phép xác định được quỹ đạo chuyển động L và hướng tiếp cận của dụng cụ lên đối tượng tại mỗi điểm trên đường L, sau đây ta còn gọi là đường dụng cụ.
Trong một số ít trường hợp các đường cong biên dạng của bề mặt gia công có thể được cho dưới dạng giải tích, khi đó việc biểu diễn hình dạng bề mặt gia công và đường L là thuận lợi. Thực tế biên dạng bề mặt gia công thường là các đường hoặc mặt cong bất kỳ, được cho dưới dạng một tập hợp điểm có tọa độ xác định bằng thực nghiệm. Để mô hình hóa được bề mặt gia công người ta sử dụng phương pháp số. Đặc biệt ngày nay nhờ sự phát triển của tin học, từ các giải thuạt bằng số người ta xây dựng được các phần mềm đồ họa như Autocad, SolidWorks, Mechanical Desktop, công cụ Object Arx,...
giúp cho việc mô hình hóa các quy luật thao tác của dụng cụ lên đối tượng công nghệ được thuận lợi.
Việc sử dụng phương pháp giải tích hoặc số để chỉ ra quy luật chuyển động thao tác công nghệ (đường L) của dụng cụ lên chi tiết gia công gọi là mô hình hóa thao tác công nghệ. Trong phạm vi luận văn giới hạn các thông số hình dạng bề mặt gia công hoặc đường dụng cụ đã xác định, trên cơ sở đó sử dụng phương pháp mô tả hình dạng bề mặt gia công bằng hệ tọa độ ba trục vuông góc, sau này sẽ gọi là tam diện vuông. Tại mỗi điểm của đường dụng cụ L trên bề mặt gia công ta sử dụng hệ tọa độ ba trục vuông gócτ ν βfi fi fi . Tam diện vuông này có gốc đặt tại điểm thuộc đường cong quỹ đạo, hướng của các trục được xác định sao cho trục τfi tiếp tuyến với đường dụng cụ, trục βfi pháp tuyến và trục νfi tạo thành hệ tọa độ thuận.
--- 38
2.1.2 Xác định điều kiện công nghệ
Ta sử dụng một tam diện vuông để mô tả vị trí và hướng của đầu dụng cụ, đây là một hệ tọa độ ba trục vuông góc τ ν βk k k (Hình 2.1). Gốc tọa độ đặt tại đầu dụng cụ (điểm tác động cuối), hướng các trục tọa độ xác định theo hình dạng kết cấu của bề mặt dụng cụ (lưỡi cắt). Khi tính toán, vị trí và hướng của dụng cụ sẽ được xác định theo vị trí và hướng của tam diện này. Không giảm tính tổng quát ta cho rằng trong quá trình thao tác công nghệ, đầu dụng cụ tức là gốc của tam diện sẽ di chuyển trên đường cong L, hướng của nó, tức là các trục của tam diện trùng với hướng của các trục của tam diện τ ν βfi fi fi. Thực tế như đã phân tích ở trên, tùy theo yêu cầu khắt khe của quá trình công nghệ cũng như đặc trưng riêng của các quá trình công nghệ mà điều kiện trên có thể ở dạng khác. Tuy nhiên có thể khái quát thành điều kiện chung mô tả quá trình chuyển động thao tác tương hỗ của các cánh tay của robot MRM. Vậy điều kiện công nghệ là sự trùng khít lên nhau của các tam diện dụng cụ và của bề mặt gia công tại mỗi điểm trong suốt quá trình công nghệ. Chính vì vậy phương pháp này được gọi là phương pháp tam diện trùng theo.
Điều kiện công nghệ được biểu diễn:
k k k fi fi fi