LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………..............................................,,..4
PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ…………………………………………………...............................................…5
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP......................................................... 6
1.1 Tổng quan về robot công nghiệp.................................................................................................... 6
1.1.1 Định nghĩa về Robot công nghiệp............................................................................................... 6
1.1.2 Ứng dụng của Robot trong công nghiệp..................................................................................... 7
1.2 Phân loại robot.............................................................................................................................. 10
1.2.1 Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động......................................................... 10
1.2.2 Phân loại theo thế hệ................................................................................................................ 11
1.2.3 Các phân loại Robot khác......................................................................................................... 11
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CẤU TRÚC VÀ THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH ROBOT.................12
2.1 Mục đích........................................................................................................................................ 12
2.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác.............................................................................................. 12
2.2.1 Đối tượng thao tác, dạng thao tác là......................................................................................... 12
2.2.2 Phân tích yêu cầu về vị trí......................................................................................................... 13
2.2.3 Phân tích yêu cầu về hướng của khâu thao tác....................................................................... 14
2.2.4 Yêu cầu về vận tốc, gia tốc khi thao tác.................................................................................... 14
2.2.5 Yêu cầu về không gian thao tác................................................................................................ 14
2.3 Xác định các đặc trưng kỹ thuật.................................................................................................... 14
2.3.1 Số bậc tự do cần thiết:.............................................................................................................. 14
2.3.2 Vùng làm việc của thể với tới của robot:................................................................................... 14
2.3.3 Yêu cầu về tải trọng.......................................................................................................,.......... 15
2.4 Các phương án thiết kế........................................................................................................,....... 15
2.5 Thông số kỹ thuật.................................................................................................................,........ 16
2.5 Thiết kế mô hình robot 3D.......................................................................................................,..... 17
2.5.1 Thiết kế 3D.........................................................................................................................,....... 17
2.5.2 Đặc trưng hình học và khối lượng.............................................................................,............... 18
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG......................................................................... 18
3.1 Khảo sát động học thuận và động học ngược...............................................................,.............. 18
3.1.1 Động học thuận.............................................................................................................,........... 18
3.1.2 Động học ngược........................................................................................................,............... 23
3.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot theo mục đích ứng dụng...............................,............... 25
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI TĨNH.......................................................................,........... 29
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC........................................................................,............. 31
CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CHO ROBOT...................................................,................. 35
6.1 Giới thiệu một số hệ dẫn động hay dùng trong robot công nghiệp ...............................,............... 36
6.2 Thiết kế cho khâu 3........................................................................................................,,.............. 40
6.2.1 Tính toán, thiết kế bộ truyền vít me - đai ốc:............................................................,,................. 40
6.2.2 Chọn động cơ cho khâu 3.......................................................................................,,................... 43
CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN............................................................,,,.............. 45
7.1 Chọn bộ điều khiển thích hợp, thiết kế mô hình điều khiển...........................................,,..,........... 45
7.2 Mô phỏng bằng matlab.................................................................................................,,..,,........... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………..............................,,..,.........….65
LỜI NÓI ĐẦU
Robot công nghiệp là một hệ thống, một cỗ máy đặc biệt được sử dụng để thực hiện một nhiệm vụ sản xuất trong ngành công nghiệp. Robot công nghiệp được tự động hóa, có thể lập trình và có khả năng di chuyển trên ba hoặc nhiều trục.
Robot là một cỗ máy đặc biệt được máy tính lập trình - có khả năng tự động (hoặc bán tự động) thực hiện một loạt các hành động phức tạp và chính xác. Robot có thể được điều khiển nhờ các lệnh được lập trình hoặc được đưa ra bởi một thiết bị điều khiển bên ngoài hoặc bộ xử lý tích hợp bên trong. Robot có thể được xây dựng trên các đường nét của hình dạng con người, nhưng hầu hết các robot là những cỗ máy được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ mà không quan tâm đến tính thẩm mỹ của chúng. Đặc biệt robot có thể ứng dung rất nhiều trong các lĩnh vực trong sản xuất, tự động hoá công nghiệp, hoá - thực phẩm và lắp ráp. Đề tài “Tính toán thiết kế mô hình ứng dụng trong lắp bu lông máy” là bước giúp sinh viên hiểu và hoàn thiện thiết kế một mô hình robot trong lính vực lắp ráp. Nội dung của đề tài gồm 6 phần:
Phần 1. Phân tích mục đích ứng dụng robot .
Phần 2. Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác.
Phần 3. Xác định đặc trưng kỹ thuật.
Phần 4. Các phương án thiết kế.
Phần 5. Thông số kỹ thuật thiết kế.
Phần 6. Thiết kế dẫn động robot.
Phần 7. Thiết kế hệ thống điều khiển.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn tới Thầy: PGS. TS. …………….. và ThS ………………, cảm ơn thầy vì những đóng góp qua những bài giảng và những hướng dẫn trong quá trình trao đổi ở các buổi học. Những góp ý, sửa chữa của thầy sẽ phần nào giúp nhóm tự tin hơn trong cách thức tiếp cận với nền công nghiệp hiện nay bởi mặc dù đã có những sự chuẩn bị của nhóm hoặc cũng có thể kiến thức nhóm mang đến trong bài tiểu luận này con sai sót và chưa đúng. Nhóm rất mong có được sự bổ sung, sửa chữa để bài làm được hoàn thiện.
Chúng em chân thành cảm ơn và chúc Thầy sức khoẻ!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20….
Nhóm sinh viên thực hiện
1/…………………
2/…………………
3/…………………
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
1. Tổng quan về robot công nghiệp
Thuật ngữ robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng sản xuất. Những robot xuất hiện lần đầu tiên trên ở trên NewYork vào ngày 09/10/1922 trong vở “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp Karen Kapek viết năm 1921, còn từ robot là cách gọi tắt của từ robota - theo tiếng Tiệp có nghĩa là công việc lao dịch.
1.1 Định nghĩa về Robot công nghiệp
Viện Nghiên cứu robot Hoa Kỳ đưa ra một định nghĩa về robot như sau: “Robot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoàn thành những nhiệm vụ đa dạng” (Schlussel, 1985).
Định nghĩa robot còn được Mikell P.Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực robot, mở rộng hơn như sau: “Robot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như ở con người”.
“Robot công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đổi vị trí của những đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hoá các quá trình sản xuất”.
Sự thống nhất trong tất cả các định nghĩa nêu trên ở đặc điểm “điều khiển theo chương trình”. Đặc điểm này của robot được thực hiện nhờ sự ra đời của những bộ vi xử lý (microprocessors) và các vi mạch tích hợp chuyên dùng được là “chip” trong những năm 70.
Một số nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực robot của Nhật Bản đưa ra những định nghĩa về robot dưới dạng những yêu cầu như sau:
Theo Giáo sư Sitegu Watanabe (Đại học Tổng hợp Tokyo) thì một robot công nghiệp phải thoả mãn yếu tố sau:
+ Có khả năng thay đổi chuyển động.
+ Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác.
+ Có số bậc chuyển động (bậc tự do) cao.
+ Có khả năng thích nghi với môi trường hoạt động.
+ Có khả năng hoạt động tương hỗ với đối tượng bên ngoài.
1.1.2 Ứng dụng của Robot trong công nghiệp
a) Trên thế giới:
Hiện nay trên thế giới, do nhu cầu sử dụng robot ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất phức tạp với mục đích góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng, và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động, nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng tốt và thông minh hơn với những cấu trúc đơn giản và linh hoạt.
Có thể kể đến một số ứng dụng điển hình của robot trên thế giới như:
- Robot song song dùng trong phân loại và đóng gói sản phẩm: IRB 660 Flex Palletizer, IRB 340 FlexPicker, IRB 260 FlexPicker. Các robot này có thể gắp lần lượt các hộp vắc xin bại liệt từ băng tải và đặt nó vào thùng gồm 20 hộp một cách chính xác.
- Robot dùng trong công nghệ ép phun nhựa: IRB 6650 của hãng ABB có thể thao tác nhanh, dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn ở vị trí tách khuôn, giám sát, làm sạch, điều khiển chất lượng dựa trên camera
b) Tại Việt Nam:
Nước ta ứng dụng của robot công nghiệp rất đa đạng, tùy vào những nghành, công việc khác nhau mà ta có thể áp dụng những robot công nghiệp riêng biệt. Dưới đây là một số nghành trong hệ thống sản xuất mà áp dụng robot
công nghiệp.
- Công nghiệp đúc: robot làm nhiệm vụ rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt mép thừa, làm sạch vật đúc hoặc làm tăng bền vật đúc bằng cách phun cát.
- Ngành gia công áp lực: các quá trình hàn và nhiệt luyện thường bao gồm nhiều công việc độc hại và ở nhiệt độ cao, điều kiện làm việc khá nặng nề, dễ gây mệt mỏi nhất là ở trong các phân xưởng rèn dập.
1.2. Phân loại robot
1.2.1 Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động
Để dịch chuyển khâu tác động cuối cùng của robot đến vị trí của đối tượng thao tác được cho trước trong không gian làm việc cần phải có ba bậc chuyển động chuyển dời hay chuyển động định vị.
- Robot toạ độ vuông góc (cartesian robot): robot loại này có ba bậc chuyển động cơ b ản gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục vuông góc.
- Robot toạ độ trụ (cylindrical robot): ba bậc chuyển động cơ bản gồm hai trục chuyển động tịnh tiến và một trục quay.
1.2.2 Phân loại theo thế hệ
Robot từ lúc ra đời đến giờ đã chải qua 5 giai đoạn hình thành và phát triển như hiện tại.
- Robot thế hệ thứ nhất: sử dụng cơ cấu cam với công tắc giới hạn hành trình và điều khiển bằng vòng hở.
- Robot thế hệ thứ hai: điều khiển bằng vòng kín, tự đưa ra quyết định lựa chọn chương trình phù hợp nhờ vào từ phản hồi từ cảm biến và lập trình được.
- Robot thế hệ thứ ba: điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh (Vision systems - Camera) và có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình dạng và kích thước khá khác biệt nhau.
1.2.2 Các phân loại Robot khác
Robot gắp - đặt, robot đường dẫn liên tục, robot dung nguồn cấp điện, robot dung nguồn khí nén, robot dùng nguồn thủy lực…
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CẤU TRÚC VÀ THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH ROBOT
2.1. Mục đích
Mục đích ứng dụng của robot là lắp bulong nắp máy. Yêu cầu robot phải di chuyển tới vị trí đặt bulong sau đó di chuyển bulong tới vị trí cần lắp và thực hiện lắp.
Để thực hiện được robot cần:
- Robot cần lấy được bulong tại vị trí khay chứa
- Di chuyển bulong tới vị trí cần lắp đặt
- Khâu thao tác thực hiện siết chặt bulong
- Trở lại lấy bulong tiếp theo
- Quá trình lặp lại
2.2. Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác
2.2.1 Đối tượng thao tác, dạng thao tác là :
* Đối tượng thao tác là bu lông M12 có:
- Vật liệu: được làm bằng thép cacbon.
- Kích thước: Ø12 mm
- Khối lương: 188 - 200g
- Vị trí : đươc đặt ở khay chứa. Dạng thao tác là : điểm - điểm
* Kích thước của vật : Như hình vẽ dưới.
2.2.2 Phân tích yêu cầu về vị trí
- Vật và bu lông nằm yên trên bàn và khay đựng
- Vật và bu long nằm trong vùng với tới của robot
2.2.4 Yêu cầu về vận tốc, gia tốc khi thao tác.
- Mỗi chu kì làm việc từ 7 - 10s
- Phải ổn định , chính xác
- Vận tốc, gia tốc vừa phải không cần quá lớn
- Vận tốc không thay đổi đột ngột
=> Tính ổn định của vận tốc và gia tốc quyết định đến hiệu suất làm việc, lắp ráp của robot
2.2.5 Yêu cầu về không gian thao tác
Không gian thao tác phải bao quát được cả các vị trí lấy bu lông và lắp bu lông
2.4 Các phương án thiết kế.
a) R-R-T:
- Ưu điểm: cấu trúc robot gọn, thao tác linh hoạt trong không gian nhỏ hẹp, tọa độ phù hợp với không gian trên bàn máy, tầm với ngắn nên vẫn đảm bảo độ cứng vững và độ chính xác cao.
- Nhược điểm: chế tạo khó khăn
b) R-T-T:
- Ưu điểm: cấu trúc robot gọn, tọa độ trụ phù hợp với không gian trên bàn làm việc.
- Nhược điểm: chế tạo khó khăn, trong không gian hẹp không linh hoạt vì có 1 trục tịch tiến theo phương song song với bề mặt.
c) R-R-T:
- Khâu 0: Khâu cố định
- Khâu 1: Quay quanh giá cố định.
- Khâu 2: Quay quanh khớp nối giữa khâu một và khâu hai.
- Khâu 3: thực hiện chuyển động tịnh tiến theo trục Z.
- Đầu lắp bu lông : được gắn cứng với khâu 3, đầu lắp bắt bu long kết hợp với các khâu tạo chuyển động từ trên xuống để có thể bắt, tháo và lắp đặt bu long hiệu quả.
2.5 Thiết kế mô hình robot 3D
2.5.1 Thiết kế 3D
Kích thước các khâu robot như hình 2.9.
2.5.2 Đặc trưng hình học và khối lượng
Đặc trưng hình học và khối lượng thể hiện như bảng.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG
3.1. Khảo sát động học thuận và động học ngược.
3.1.1 Động học thuận
Bảng DH:
- Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất cuả các khâu:
- Ma trận DH khâu 1:
- Ma trận DH khâu 2:
- Ma trận DH khâu 3:
3.1.2 Động học ngược
Phương trình xác định về vị trí như dưới:
* Khảo sát vùng làm việc của robot có biến khớp:
Không gian làm việc của Robot như hình 3.2.
3.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot theo mục đích ứng dụng
Để khảo sát bài toán động học ngược cho robot, ta cần đưa vào quỹ đạo làm việc của điểm thao tác cuối. Bài toán thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot là bài toán khá phức tạp, việc thiết kế phụ thuộc vào các tiêu chuẩn công nghệ của quá trình làm việc. Trong khuôn khổ báo cáo này, các tiêu chuẩn của quá trình công nghệ như vận tốc mài, thời gian mài, kích thước chi tiết mài được lựa chọn chưa tham khảo cụ thể cũng như ngoài thực tế.
a) Ta thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot theo quy luật hàm bậc 3:
Điểm E sau khi đã lấy được bu lông thì đưa bu lông tới vị trí cần lắp đặt. Điểm tác động E đi từ điểm A1 đến A2. A3, A4, A5.
* Giai đoạn 1 thiết kế quỹ đạo sao cho điểm E đi từ điểm A1 (-0.825, 0.015, 0.326) tới điểm A2 (-0.825, 0.015, 0.6 ) trong thời gian t2 =2s.
* Giai đoạn 2 thiết kế quỹ đạo sao cho điểm E đi từ điểm A2 (-0.825, 0.015, 0.6) tới điểm A3 (-0.35, 0.015, 0.6 ) trong thời gian t3 =5s.
* Giai đoạn 3 thiết kế quỹ đạo sao cho điểm E đi từ điểm A3 (-0.35, 0.015, 0.6) tới điểm A4 (-0.35, 0.315, 0.6 ) trong thời gian t4 =5s.
* Giai đoạn 4 thiết kế quỹ đạo sao cho điểm E đi từ điểm A4 (-0.35, 0.315, 0.6) tới điểm A5 (-0.35, 0.315, 0.576 ) trong thời gian t5 =1s.
b) Đồ thị vị trí điểm E theo thời gian:
Đồ thị vị trí như hình 3.4.
d) Đồ thị gia tốc điểm E theo thời gian:
Đồ thị gia tốc như hình 3.6.
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI TĨNH
- Khâu 1:
- Khâu 2:
- Khâu 3:
* Phương trình cân bằng lực:
Từ phương trình ta tính được lực các khâu là:
+ Lực và monen khâu 3:
+ Lực và monen khâu 2:
+ Lực và monen khâu 1:
Về các giá trị:
a1 = 0,525 (m); a1 = 0,475 (m)
r1 = - 0,2625 (m); r2 = - 0,24 (m); r2 = - 0,21 (m).
Fx = Fy = 0; Fz = 0 (N)
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC
Động lực học Robot nghiên cứu chuyển động của Robot dưới tác dụng của lực và (hoặc) momen điều khiển (lực điều khiển) để thực hiện thao tác theo mục đích công nghệ hoặc phục vụ.Đầu ra của bài toán phục vụ đắc lực cho bài toán điều khiển sau này.Giải bài toán động lực học gồm giải động lực học thuận và động lực học ngược.
- Phương trình vi phân chuyển động lagrange loại 2 dạng ma trận
- Tính ma trận khối lượng
+ Tenso quán tính.
+ Ma trận jacobi tịnh tiến:
+ Ma trận Jacobi quay:
+ Ma trận khối lượng:
+ Tính lực quán tính Coriolis:
+ Tính lực suy rộng của các lực không thế:
CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CHO ROBOT
6.1. Giới thiệu một số hệ thống dẫn động gay dung trong robot công nghiệp:
Có rất nhiều loại hộp giảm tốc được sử dụng trong thiết kế robot công nghiệp,phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật, mục đích ứng dụng của robot ta có thể chọn một hộp giảm tốc phù hợp. Dưới đây là các hộp giảm tốc thông dụng trong thiết kế robot và đặc điểm ứng dụng cơ bản của chúng.
a) Hộp giảm tốc bánh răng trụ.
Hộp giảm tốc bắng răng trụ có hiệu suất truyền không cao,có tỉ số kích thước trên tỉ số truyền lớn, độ chính xác không cao, tỉ số truyền thấp, trong các robot có yêu cầu kết cấu nhỏ, độ chính xác cao thường không sử dụng. Tuy nhiên với ưu điểm kết cấu cơ khí đơn giản, giá thành rẻ và phổ biến trên thị trường có khả năng làm việc với phạm vi vận tốc và tải trọng rộng nên bộ truyền bánh răng trụ vẫn được dùng phổ biến cho các tay máy công nghiệp.
b) Hộp giảm tốc bánh răng hành tinh
Bộ truyền hành tinh bao gồm các báng răng trung tâm,cần mang trục,các bánh vệ tinh. Bộ truyền hành tinh có nhiều ưu điểm như kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, độ chính xác cao, hiệu suất cao, quán tính nhỏ, tùy vào kết cấu mà có dải tỷ số truyền từ một tới hàng trăm lần.
d) Bộ truyền bánh răng con lăn (Bộ truyền với ăn khớp Cycloid
Bộ truyền với ăn khớp Cycloid có nhiều ưu điểm nhưu phù hợp với các bài toán đặt ra cho hệ dẫn động có kích thước nhỏ, tỷ số truyền lớn (có thể từ 6 đến 65), kích thước nhỏ gọn… Tuy nhiên việc ứng dụng bộ truyền bánh răng này vào thực tế còn nhiều hạn chế do nhiều phức tạp trong việc xây dựng biên dạng Cycloid và hiệu suất bộ truyền chưa cao do chưa khắc phục đượcma sát trượt hình thành trong quá trình làm việc.
e) Truyền động thanh răng bánh răng
Bộ truyền này có ưu điểm: đảm bảo độ chính xác truyền động vì không có sự trượt,tỉ số truyền ổn định, có thể sắp đặt vị trí tương đối theo ý muốn linh hoạt, kích thước nhỏ gọn, làm việc trong phạm vi công suất, tốc độ và tỉ só truyền khá rộng. Tuy nhiên bộ truyền này có nhược điểm: không thực hiện được tỉ số truyền vô cấp, không có khả năng tự bảo vệ an toàn khi quá tải, có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn.
6.2. Thiết kế cho khâu 3
Khâu 3 chuyển động tịnh tiến, để đạt độ chính xác cao ta chọn bộ truyền vít me - đai ốc bi cho hệ dẫn động. Tính toán, thiết kế bộ truyền vít me - đai ốc cho khâu 3. Từ đó tiến hành chọn động cơ.
6.2.1. Tính toán, thiết kế bộ truyền vít me - đai ốc:
a) Chọn vật liệu:
Vít: nhiệt luyện từ thép tôi 40CrMn
Đai ốc: để giảm ma sát và mòn ren sử dụng đai ốc được chế tạo từ đồng thanh nhôm - sắt
b) Tính thiết kế:
* Đường kính trung bình của ren
Thay số được 𝑑2 = 71,23𝑚𝑚
Chọn 𝑑2 theo tiêu chuẩn 𝑑2 = 7𝑚𝑚
Từ đó xác định được các thông số của ren:
+ Đường kính ngoài: d= 8 mm
+ Bước ren: p= 2 mm
+ Đường kính trong d1= 6 mm
c) Chọn các thông số của vít và đai ốc:
- Bước vít: 𝑝ℎ = 𝑧ℎ. 𝑝 = 1.2 = 2𝑚𝑚
- Góc vít: y= 5,190
(Với thép đồng thanh không thiếc f = 0,12; Ren hình thang) => Chiều cao đai ốc và số vòng ren
- Số vòng ren:
z = 5,25 => Chon z = 6 vòng
d) Tính kiểm nghiệm về độ bền
- Tiến hành tính toán ổ lăn để lắp vào trục vít:
Do khâu 3 thắng đứng, ta chọn ổ lăn kiểu ổ bi chặn - đỡ.
Chọn kích thước ổ lăn theo khả năng tải trong động (do số vòng quay của ổ lăn n>10vg/.ph)
+ Khả năng tải trọng động:
Q : tải trọng động quy ước, kN
L : tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay
M: bậc của đường cong mỏi, m = 3 (đối với ổ bị). Gọi Lh = 6000h là tuổi thọ của ổ tính bằng giờ:
Vận tốc của khâu 3: 𝑣3 = 0,1𝑚/𝑠 = 100𝑚𝑚/𝑠 , trục vít có bước vít p = 2mm
=> số vòng quay là 50 vg/s = 3000 vg/ph.
=> Ta chọn ổ lăn có d = 7, D = 17.
6.2.2. Chọn động cơ cho khâu 3
- Lực dẫn động lớn nhất đã xác định được: 𝐹3max =19,7
- Số vòng quay lớn nhất của bộ truyền vít me - đai ốc: n = 3000 vg/ph
- Công suất khâu 3:
Tahy số được: P3 = 2,6 W
CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
7.1. Chọn bộ điều khiển thích hợp, thiết kế mô hình điều khiển
Ở những phần trước ta đã tiến hành tính toán, xác định quy luật biến thiên của các biến khớp theo thời gian, tương ứng với quỹ đạo công tác của robot theo yêu cầu. Phần này sẽ trình bày việc điều khiển robot sao cho chúng có thể thực hiện đúng các chuyển động mong muốn.
Phương pháp điều khiển tuyến tính chỉ phù hợp với các hệ điều khiển được mô hình hóa bởi các phương trình vi phân tuyến tính. Tuy nhiên trong phần động lực học robot chúng ta đã nhận thấy, hệ phương trình động lực của chúng ta là phương trình vi phân phi tuyến, do vậy các biện pháp xấp xỉ sẽ được sử dụng để phù hợp với yêu cầu của bài toán điều khiển tuyến tính.
Xuất phát trực tiếp từ hệ phương trình vi phân chuyển động đã được nghiên cứu trong phần động lực học robot. Phương pháp điều khiển áp dụng là phương pháp điều khiển lực (momen).
Chúng ta phải xét xem cấu trúc của bộ điều khiển như thế nào thì có thể đáp ứng mục tiêu thiết kế. Trước hết chúng ta chia bộ điều khiển thành hai phần: một phần dựa trên mô hình và một phần dựa trên phản hồi.
Theo lý thuyết về dao động kỹ thuật, đây là phương trình dao động tự do có cản, ứng xử với hệ thống phụ thuộc vào hệ số kvi và kpi . Trong đó mục tiêu của chúng ta là đưa ra đáp ứng của hệ càng sát với giá trị mong muốn càng tốt, khoảng thời gian đạt được đáp ứng càng nhanh càng tốt. Giá trị kvi và kpi được tím ra bằng cách thử nghiệm trên mô hình simulink để đảm bảo yêu cầu.
Từ sơ đồ trên có thể nhận thấy rằng chúng ta đang điều khiển hệ thống trong không gian khớp theo thời gian. Tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi đều tương ứng với từng khớp (vị trí, vận tốc, gia tốc).
7.2. Mô phỏng bằng matlab
- Sơ đồ Simulink
- Đầu vào
- Sơ đồ khối PD và khối điều khiển
- Đồ thị q1 đặt và q1
- Đồ thị q2 đặt và q2
- Sơ đồ Simulink robot
Nhận xét:
Từ đồ thì ta thấy hệ thống điều khiển hoạt động rất tốt. Thời gian đáp ứng, bám quỹ đạo rất tốt (dưới 1s).
Vận tốc đặt và thực tế khớp với nhau. Đáp ứng vận tốc ở mức tốt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí.
2. Nguyễn Trọng Hiệp. Chi tiết máy (Nxb Giáo dục, 2006).
3. PGS. Phan Bùi Khôi. Slide bài giảng Robotics.
4. PGS. Phan Bùi Khôi. Slide bài giảng Tính toán thiết kế Robot.
5. PGS.TS Nguyễn Nhật Lệ - ThS.Nguyễn Văn Quyền. Giải bài toán tối ưu hóa và điều khiển tối ưu bằng phần mềm MapleSoft.
6. PGS.TS Nguyễn Quang Hoàng. Matlab & Simulink cho kỹ sư.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ TIỂU LUẬN"