MỤC LỤC
MỤC LỤC...
LỜI NÓI ĐẦU.....
BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC.....
1. Phân tích và lưa chọn cấu trúc......
1.1. Mục đích ứng dụng của robot.......
1.2 Đối tượng thao tác, dạng thao tác .....
1.2.1 Yêu cầu về vị trí......
1.2.2 Yêu cầu về hướng của khâu thao tác......
1.2.3 Yêu cầu về vận tốc, gia tốc khâu thao tác........
2. Thiết kế mô hình 3D.........
2.1 Khâu để......
2.2 Giới hạn khớp.......
3. Xây dựng cấu trúc, thiết lập hệ phương trình động học của robot......
3.1 Thiết lập hệ tọa độ theo quy tắc Denavit Hartenberg......
3.2 Thiết lập hệ phương trình động học của robot.......
3.3. Giải bài toán động học thuận......
3.4. Giải bài toán động học ngược.......
4. Tính toán lực.....
4.1 Phân tích trạng thái tĩnh......
4.2 Tính toán lực/momen lớn nhất ở trạng thái tĩnh......
5. Tính toán động lực học.....
5.1 Xây dựng cấu trúc động lực học và các thành phần cần thiết để viết phương trình động lực học......
5.2 Thiết lập phương trình Lagrang của robot........
5.3 Động lực học thuận..........
5.4 Động lực học ngược.........
6. Một số hệ dẫn động thường dùng.........
7. Thiết kế hệ thông điều khiển.........
KẾT LUẬN........
DANH MỤC THAM KHẢO..........
LỜI NÓI ĐẦU
Nhìn ngược dòng thời gian chúng ta có thể nhận thấy rằng từ “Robot” đã xuất hiện từ khá lâu. Năm 1921 nhà viết kịch Karelcapek người Séc đã viết một vở kịch với tựa đề R.U.R (Rossums Universal Robot) mô tả về một cuộc nổi loạn của những cỗ máy phục dịch. Từ “Robot” ở đây có nghĩa là những máy móc biết làm việc như con người. Có lẽ đó cũng là một gợi ý cho những nhà sáng chế kỹ thuật thực hiện các mơ ước về những cỗ máy bắt chước được các thao tác lao động cơ bắp của con người.
Từ thập kỷ 50, sự phát triển đầy hứa hẹn của kỹ thuật điều khiển theo chương trình số cứng và ngành vật liệu mới đã làm chỗ dựa vững chắc cho sự ra đời của các cơ cấu điều khiển vô cấp (servo mechanism) và các hệ điện toán (computation). Ngay lập tức ý tưởng kết hợp hệ điều khiển NC (Numerical control) với các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperator) được hình thành và triển khai nghiên cứu. Sự phối hợp tuyệt vời giữa khả năng linh hoạt khéo léo của Teleoperator với độ thông minh nhạy bén của hệ điều khiển NC đã đưa ra kết quả là một hệ máy móc tự động cao cấp với tên gọi “Robot”.
Kỹ thuật robot có ưu điểm quan trọng nhất là tạo nên khả năng linh hoạt hoá sản xuất. Việc sử dụng máy tính điện tử, robot và máy điều khiển theo chương trình đã cho phép tìm được những phương thức mới mẻ để tạo nên các dây chuyền tự động cho sản xuất hàng loạt với nhiều mẫu, loại sản phẩm.
BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC
Thực hiện phân công nhiệm vụ đồ án như bảng.
1. Phân tích và lưa chọn cấu trúc
1.1. Mục đích ứng dụng của robot
a) Ứng dụng:
- Máy hàn điểm là loại máy quan trọng trong công nghiệp, được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành nghề lĩnh vực của cuộc sống.
- Liên kết cố định 2 vật liệu kim loại lại với nhau ở vị trí phức tạp mà công nghệ hàn khác không giải quyết được.
- Cho những mối hàn đồng nhất và độ chuẩn xác cao.
b) Mục đích:
- Tăng tốc độ hàn so với con người.
- Chất lượng
Chuyển động nhất quán có nghĩa là chất lượng nhất quán. Với đèn hàn và các mảnh ghép pử cùng vị trí và di chuyển cùng tốc độ, chúng sẽ được hà giống nhau. Nguy cơ biến dạng không xuất hiện, và do robot không biết mệt mỏi là gì, nên sản phẩm hàn sẽ giống nhau từ đầu đến cuối. Đặc biệt quan trọng, tự động hóa mang lại cho khách hàng sự tin tưởng toàn vẹn của mỗi mối hàn.
c) Ưu điểm:
- Tạo được liên kết hàn kín
- Có thể hàn được các chi tiết mỏng đến rất mỏng,
- Năng suất cao,
- Không cần thêm kim loại phụ và khí bảo vệ,
- Các thiết bị có khả năng tự động hóa cao,
- Không yêu cầu cao đối với người vận hành,
e) Ứng dụng:
Máy hàn điểm là loại máy quan trọng trong công nghiệp, được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành nghề lĩnh vực của cuộc sống
- Liên kết cố định 2 vật liệu kim loại lại với nhau ở vị trí phức tạp mà công nghệ hàn khác không giải quyết được.
1.2 Đối tượng thao tác, dạng thao tác
Đối tượng thao tác 2 tấm thép có chiều dày mỗi tấm 0.15mm như hình.
1.2.1 Yêu cầu về vị trí
Mỏ hàn có vị trí tương đối so với tấm hàn sao cho điểm tác động cuối thao tác được tất cả các vị trí trên tấm hàn chiều dài tấm hàn.
1.2.2 Yêu cầu về hướng của khâu thao tác
Khâu thao tác có hướng vuông góc với mặt làm việc.trong quá trình hàn thì hướng của khâu thao tác là cố định đảm bảo vị trí tuyệt đối trên tấm hàn.
1.2.3 Yêu cầu về vận tốc, gia tốc khâu thao tác
- Số bậc tự docần thiết và một số phương án thiết kế cấu trúc các khâu khớp:
Đế bài ra không yêu cầu về hướng khâu cuối mà chỉ tập trung vào điểm tác động cuối cho lên ta chỉ cần thiết kế cấu hình robot chuỗi hở 3 bậc tự do chở lên.
Dưới đây là một số cấu trúc robot đề ra.
2. Thiết kế mô hình 3D
Ta có mô hình tổng thể như hình dưới.
Các khâu khớp cụ thể như sau :
2.1 Khâu để
- Khâu 1
- Khâu 2
- Khâu 3
Bảng thông số các khâu.
2.2 Giới hạn khớp
Giới hạn khớp như các bảng.
3. Xây dựng cấu trúc, thiết lập hệ phương trình động học của robot
Hệ tọa độ robot hàn cấu hình RRR thể hiện như hình dưới.
3.1 Thiết lập hệ tọa độ theo quy tắc Denavit Hartenberg
- Khâu 0: đế ta chọn hệ tọa độ XoYoZo có trục Zo chọn trùng với khớp 1, trục Xo chọn tùy ý sao cho phù hợp nhất như hình vẽ , trục Yo chọn theo quay tắc tam diện thuận.
- Khâu 1: ta chọn hệ tọa độ X1Y1Z1 có trục Z1 trùng với khớp 2, trục X1 ta chọn theohướng Zo x Z1, trục Y1 chọn theo quay tắc tam diện thuận.
3.2 Thiết lập hệ phương trình động học của robot
Từ việc chọn hệ tọa độ ta có bảng DH.
Mặt khác ta lại mô tả được hướng và vị trí qua ma trận sau thông qua vector
p=[xE, yE, zE, α, β, η]T α, β, η là 3 góc Cardan.
3.3. Giải bài toán động học thuận
a) Xác định vận tốc điểm tác động cuối và vận tốc góc khâu thao tác:
Từ phương trình động ở trên ta rút ra ( với q=[q1, q2, q3]T )
b) Xây dựng quy luật chuyển động từng khâu từ đó vẽ quỹ đạo điểm E, vận tốc điểm E và vận tốc góc.
Để khảo sát kết quả trên ta xây dựng quy luật chuyển động của các biến khớp q.
Dùng maple ta vẽ được các đồ thị sau.
3.4. Giải bài toán động học ngược
a) Giải bằng phương pháp giải tích:
Từ (3.1), (3.2), (3.3) ta xác định được dưới dạng giải tích của các biến khớp liên hệ với điểm tác động cuối, mà khi xác định được các biến khớp ngược lại ta tìm được các góc cardan( Phần công thức giải tích này được kiểm chứng ở phần mô phỏng điều khiển ).
b) Xây dựng quy luật chuyển động khâu thao tác E và giải động học ngược bằng phương pháp số Newton-Raphson.
Bài toán khi biết được xE(t), yE(t), zE(t) tại mỗi thời điểm t ta sẽ tìm được vector q=[q1, q2, q3]T tại mỗi thời điểm đó.
Ta lấy giá trị sát giá trị đầu để tiến hành quá trình lặp Newton-Raphson
Dưới đây là 1 doạn chương trình viết bằng maple sử dụng phương pháp Newton-Raphson lưu kết quả tính toán ra file txt và 1 đoạn vẽ đồ thị từ file txt được viết bằng matlab
4. Tính toán lực
4.1 Phân tích trạng thái tĩnh
Lực tác động vào khâu cuối coi như bằng không vì robot thiết kế là robot hàn điểm
Gọi xc1,yc1 ,xc2, xc3 lần lượt là khoảng cách từ gốc tọa độ của khâu 1, 2, 3 đến khối tâm của từng khâu 1, 2, 3.
4.2 Tính toán lực/momen lớn nhất ở trạng thái tĩnh
Kết quả các giá trị lực thu được như bảng.
5. Tính toán động lực học
5.1 Xây dựng cấu trúc động lực học và các thành phần cần thiết để viết phương trình động lực học
Gọi xc1,yc1 ,xc2, xc3 lần lượt là khoảng cách từ gốc tọa độ của khâu 1, 2, 3 đến khối tâm của từng khâu 1, 2, 3.
Ma trận ten xơ quán tính của hai khâu 1, 2 và 3 với trục gắn vào khối tâm song song với hệ trục của khâu cũng tương ứng là hệ quán tính chính.
5.2 Thiết lập phương trình Lagrang của robot
Để tránh dài dòng ta dài dòng ta không đi chứng mình dạng ma trận của phương trình Lagrang áp dụng luôn (có thể tham khảo cách chứng minh trong quyển Robot công nghiệp của GS. TSKH. Nguyễn Văn Khang)
Như vậy phương trình vi phân chuyển động của robot cấu hình RRR không gian có dạng ma trân.
5.3 Động lực học thuận
Với hệ phương trình động lực học đã thiết lập, và các số liệu đã thiết kế phần cơ khí, và lực tác động khâu cuối coi như không có ta tích phân số hệ phương trình động lực học đó lên với các momen động cơ cho trước.
6. Một số hệ dẫn động thường dùng
Có nhiều hộp giảm tốc được sử dụng trong thiết kế robot công nghiệp, phụ thuộc vào yêu cầu kĩ thuật, mục đích ứng dụng của robot ta có thể chọn được loại hộp giảm tốc phù hợp. Dưới đây là một số hộp giảm tốc thông dụng.
Hộp giảm tốc bánh răng trụ.
Hộp giảm tốc bánh răng trụ có đặc điểm sau:
- Hiệu suất truyền không cao
- Tỉ số kích thước trên tỉ số truyền lớn
- Độ chính xác không cao
- Tỉ số truyền thấp
- Kết cấu cơ khí đơn giản
- Giá thành rẻ, phổ biến trên thị trường
- Khả năng làm việc với phạm vi vận tốc và tải trọng rộng.
a) Khớp 1
* Số vòng quay trên trục công tác:
Số vòng quay lớn nhất của khớp 1 là 4.5 vòng/phút.
* Công suất làm việc:
Momen lớn nhất xác định từ phương trình momen theo thời gian đã xác định từ phần phân tích trạng thái tĩnh với M1=60,25
b) Khớp 2
* Số vòng quay trên trục công tác:
Số vòng quay lớn nhất của khớp 2 là: 5 vòng/phút
c) Khớp 3
* Số vòng quay trên trục công tác:
Số vòng quay lớn nhất của khớp 3 là: 8 vòng/phút
Theo tính toán t chọn được động cơ servo thích hợp: servo drive Mitsubishi MR-J2S-10A
Thông tin servo:
- Nguồn cấp 1-phase hoặc 3 phase 200VAC- 230VAC, 50/60Hz
- Công suất 0,1Kw
Chức năng điều khiển vị trí, momen và tốc độ.
* Công suất trên các trục:
- Công suất trên trục công tác: 0,032Kw
7. Thiết kế hệ thông điều khiển
Sơ đồ hệ thống điều khiển được thể hiện như hình dưới.
KẾT LUẬN
Sau khi nghiên cứu và tìm hiểu và tính toán thiết kế robot, nhóm em đã được thầy: PGS.TS ……………. hướng dẫn tận tình. Nhóm em đã tiếp thu được:
+ Kĩ năng phân tích đề tài
+ Lựa chọn cơ cấu phù hợp với dạng bài
Tính toán đưa ra các thuật toán phục vụ nghiên cứu
- Những vấn đề gặp phải trong quá trình làm
Nhóm em gặp 1 số lỗi như : typing setting trong maple 2019, lỗi mech_import trong matlab và đã sửa được lỗi trong maple
- Nhiệm vụ chưa hoàn thành: sử dụng matlab thiết kế bộ điều khiển PID
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy. Chúng em sẽ cố gắng trong các đề tài khác và mong được sự hướng dẫn của thầy.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Nhóm sinh viên thực hiện
………………..
DANH MỤC THAM KHẢO
1. Giáo trình Robotic -PGS.TS Phan Bùi Khôi
2.Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1-Trịnh Chất, Lê Văn Uyển
3. Giáo trình robot công nghiệp - Nguyễn Thiện Phúc
4. Video youtube hướng dẫn sử dụng maple
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"