Đồ án TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 1 Mục lục Phần 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc. 1 1.Giới thiệu chung về Robot và nhu cầu thực tế hiện nay 1 2.Phân tích đề bài và lựa chọn phương án thiết kế. 3 2.1.Phân tích đề bài 3 2.2. Phân tích các phương án thiết kế 3 2.3.Mô hình nhóm thiết kế 5 Phần 2 : Giải bài toán động học. 8 1.Hệ tọa độ trục và bảng DH 8 1.1.Thiết lập hệ tọa độ trục. 8 1.2. Bảng Denavit – Hartenberg. 9 2.Tính toán các ma trận thuần nhất. 10 3.Giải bài toán động học thuận. 12 3.1 Xác định vận tốc điểm tác động cuối và vận tốc khâu thao tác 12 3.2. Xây dựng quy luật chuyển động từng khâu từ đó vẽ quỹ đạo điểm E, vận tốc điểm E và vận tốc góc. 13 4.Giải bài toán động học ngược 20 Phần 3: Tính toán lực 25 1.Tính toán tĩnh . 25 2. Tính toán lực momen lớn nhất ở trạng thái tĩnh 29 Phần 4: Tính toán dẫn động cho robot 34 1.Thiết kế hệ dẫn động cho một khớp. 35 Thiết kế hệ dẫn động cho khâu thứ nhất 36 2.Chọn động cơ 36 3.Tính toán tỉ số truyền của hộp giảm tốc. 38 Phần 5 : Tính toán động lực học. 38 1.Xây dựng cấu trúc động lực học và các thành phần cần thiết để viết phương trình động lực học 38 2. Tính động năng, thế năng của robot 40 2.1 Động năng, ma trân khối lượng M(q). 40 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 2 2.2 Biểu thức thế năng của hệ. 40 3. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot 41 Phần 6 :Luật điều khiển 47 1. Hệ thống điều khiển trong không gian khớp. 47 Hệ thống điều khiển phản hồi không bù G(q) 47 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 1 Phần 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc. 1.Giới thiệu chung về Robot và nhu cầu thực tế hiện nay Robot là máy, thiết bị tự động linh hoạt phục vụ con người : - Có hình dạng giống người hoặc cánh tay người. - Có khả năng thao tác tự động. - Có khả năng bắt chước thao tác giống người. Cuộc sống ngày càng văn minh hiện đại, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao, đòi hỏi phải nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm. Vì vậy càng phải ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá vào sản xuất nên càng tăng nhanh nhu cầu về ứng dụng Robot để tạo ra các hệ thống sản xuất tự động và linh hoạt. Robot là máy, thiết bị cố định hoặc di động, được tích hợp từ nhiều bộ phận trong đó các bộ phận chính bao gồm: - Cơ cấu chấp hành. - Hệ thống dẫn động. - Hệ thống điều khiển theo chương trình có khả năng lập trình linh hoạt. - Hệ thống thông tin giám sát. Trong những năm gần đây thì việc áp dụng các loại Robot vào các dây chuyền sản xuất ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các doanh nghiệp. Ví dụ như các loại Robot: Robot hàn, Robot phun sơn ở các công ty sản xuất và lắp ráp ô tô. Đặc biệt là ở các công ty sản xuất và lắp ráp các linh kiện điện tử. Đây là công việc đòi hỏi chính xác cao, và thường lặp lại nên dễ gây mệt mỏi cho người làm vì vậy sử dụng Robot ở các công ty này là rất phổ biến. Ngoài ra hiện nay ở các phân xưởng sản xuất sử dụng rất nhiều loại xe Robocar hoặc ở các công việc trong môi trường độc hại, thường xuyên tiếp xúc với hoá chất độc hại thì cũng sử dụng Robot làm thay con người. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 2 Hình 1.1 Một số hình ảnh về robot trong công nghiệp TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 3 2.Phân tích đề bài và lựa chọn phương án thiết kế. 2.1.Phân tích đề bài Yêu cầu đặt ra của để bài là thiết kế tính toán robot hàn hồ quang với quỹ đạo đường cong bất kỳ và có kích thước mối hàn là 40cm x 40 cm x 40cm - Để đảm bảo robot có khả năng đưa đầu hàn được tới mọi vị trí trong không gian làm việc thì robot cần từ 3 bậc tự do trở lên. - Để tiếp cận bề mặt chi tiết theo hướng cụ thể thì cần thêm ít nhất 2 bậc tự do, nếu chi tiết hàn có thể chuyển động theo các phương, hoặc chuyển động quay thì robot chỉ cần 4 bậc tự do. Từ những phân tích trên và dựa vào thực tế , do khả năng còn có hạn nên nhóm chúng em đã quyết định chọn thiết kế robot 3 bậc tự do. Với yêu cầu thêm là chi tiết cần hàn chỉ bị khống chế 4 bậc tự do, sẽ thực hiện 2 chuyển động quay hoặc tịnh tiến. 2.2. Phân tích các phương án thiết kế. Phương án 1 Phương án 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 4 Phương án 3 Ba phương án trên là dạng trong thực tế được ứng dụng rất nhiều. Đặc biệt là phương án 1 trong thực tế dùng rất phổ biến do kết cấu của nó đơn giản toàn khớp quay.Nên việc tính toán cũng như lập trình điều khiển cũng dễ dàng hơn so với 2 phương án 2 và 3. Ở 2 phương án 2 và 3 do có khớp tính tiến nên robot chỉ thực sự linh hoạt khi nó có thêm 1 bậc tự do ở cổ bàn tay nắm bắt công cụ, do đó nó thường là 4 bậc tự do. Theo yêu cầu của đề tài thiết kế mô hình cũng như khả năng của nhóm còn hạn chế nên 2 phương án này áp dụng vào đề tài sẽ khó đáp ứng được yêu cầu của đề tài là hàn được đường cong bất kì cũng như nhóm khó có khả năng thiết kế và tính toán được. Vì vậy nhóm đã đi đến thống nhất chọn thiết kế theo phương án 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 5 2.3.Mô hình nhóm thiết kế Hình 1.2 Mô hình robot hàn TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 6 Hình 1.3 Khâu đế Hình 1.4 Khâu 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 7 Hình 1.5 Khâu 2 Hình 1.6 Khâu 3 [...]... Page 13 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Hình 2.2 Đồ thị vận tốc điểm thao tác cuối E Hình 2.3 Đồ thị vận tốc góc khâu thao tác cuối  Chương trình viết bằng maple: > > > > > > > Page 14 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > Page 15 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > > > > Page 16 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > Page 17 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > > Page 18 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 19 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT >... ngược ta thu được các kết quả sau: Hình 2.4 Quỹ đạo Elip trong không gian Hình 2.5 Đồ thị q 1 (t) Page 21 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Hình 2.6 Quỹ đạo q 2 (t) Hình 2.7 Quỹ đạo q 3 ( t)  Chương trình viết bằng maple: > > > > > > > Page 22 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > Page 23 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > > > > > > > > Page 24 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > Phần 3: Tính toán lực 1 .Tính toán tĩnh Lực tác... Các kết quả thu được: Mdc 1 max = 0 (N.m) Page 29 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT q1  1  Mdc 2 max = 27.906 (N.m) tại q2  k 2 ( rad ) k  Z q  k 2 ( rad )  3 q1  1  Mdc 3 max = 4.067 (N.m) tại q2  k 2 ( rad ) k  Z q  k 2 ( rad )  3  Chương trình viết bằng maple: > > > > > > > > > Page 30 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > > > Page 31 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > > > > > > > > Page 32 TÍNH... Page 8 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Sơ đồ động học robot 1.2 Bảng Denavit – Hartenberg Từ việc chọn hệ tọa độ ta có bảng DH sau: Khâu di Θi ai αi 1 d1 q1 a1 π/2 2 0 q2 a2 0 3 0 q3 a3 0 Trong đó các giá trị đã biết: d1 = 0.13 m , a1 = 0.155 m, a2 = 0.5 m, a3 = 0.4 m Page 9 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Để tiện cho quá trình tính toán, ta sẽ giữ nguyên các ký hiệu của các độ dài, góc trong các biểu thức, số liệu. .. P 1  Ta tính được: Page 28 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT  0      0 F21   0       (m3  m2  m1 ) g    (a3  xc 3 ) S1C23m3 g  a2 S1C2 m3 g  (a2  xc 2 )S1C2 m2 g  (m2  m3 )a1S1 g  m1 (a1  xc1 )S1 g   0  M   (a  x )C C m g  a C C m g  (a  x )C C m g  (m  m )a S g  m (a  x )S g  2 1 2 3 2 c2 1 2 2 2 3 1 1 1 1 c1 1   10  3 c 3 1 23 3   0     2 Tính toán lực... thái tĩnh Tính các momen động cơ cần để cho robot cân bằng từ các kết quả tính toán trên: Mdc1=0 M10 [2]=0(N/m) Để tính momen động cơ 2 ta phải chiếu vector 0M21 lên tọa độ khâu 2 2 M21=0R2T M21 =>Mdc2 =2 M21 [3]=g(C23 m3 g3 – C23 m3x23+a2C2 m3+a2C2 m2 – C2 xc2m2) Để tính momen động cơ 3 ta phải chiếu vector 0 M32 lên tọa độ khâu 2 3 M32 =0R3T M32 =>Mdc3 =3 M32 [3]=m3g(a3 – xc3 ) C23 Với các số liệu: d1=0,13(m);... ROBOT Page 19 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT > > > 4.Giải bài toán động học ngược Để giải bài toán động học thuận ta có thể sử dụng phương pháp giải tích, Newton –Raphson, với phương pháp giải tích khi áp dụng cho robot có bậc tự do ít (3 bậc trở lại) thì việc tính toán có thể thực hiện được, nhưng áp dụng cho robot có nhiều bậc (4 bậc trở lên) thì việc tính toán, giải hệ phương trình rất phức tạp Trong bài tiểu...TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Phần 2 : Giải bài toán động học 1.Hệ tọa độ trục và bảng DH 1.1 .Thiết lập hệ tọa độ trục Khâu 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... a2C1C2   r2  [a2 , 0, 0]  0 0 2  r  R r  a S C  2 2 2  2 1 2   a2 S2      Thay vào công thức: 0  F21 0 F32 0 P2 0 0 0 0 0 0  M 21  M 32  r2 F21  rc 2 P2 Page 27 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Ta tính được:  0     0 F21   0     (m3  m2 ) g       (a3  xc 3 ) S1C23m3 g  a2 S1C2 m3 g  (a2  xc 2 ) S1C2 m2 g   0  M   (a  x )C C m g  a C C m g  (a  x )C...  sin(q2  q3 ) cos(q2  q3 ) 0    sin(q1 )(q2  q3 )   3  R3  R    cos(q1 )(q2  q3 )      q1   0 0 0 T 3 Page 12 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT 3.2 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 như sau: q1  2sin(3t )  q2  2 cos(2t ) q  1  sin(2t )  3 Sử . nhóm thiết kế Hình 1.2 Mô hình robot hàn TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 6 Hình 1.3 Khâu đế Hình 1.4 Khâu 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT. khó có khả năng thiết kế và tính toán được. Vì vậy nhóm đã đi đến thống nhất chọn thiết kế theo phương án 1 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT Page 5