đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu. Loài ngời chúng ta đã bắt đầu bớc những bớc đầu tiên sang thế kỷ XXI, thế kỷ mà theo các nhà khoa học dự đoán là thế kỷ của công nghệ thông tin, công nghệ tự đông hoá và công nghệ sinh học. Ngời ta có thể nhờ những công nghệ đó để tạo ra những thay đổi kỳ diệu mà chúng ta cha thể tởng t- ợng nổi trong xã hội ngày nay. Con ngời đợc giải phóng sức lao động nhờ những công nghệ mới đó. Đó có thể là những phơng tiện liên lạc hiện đại , đó có thể là những Robot sinh học có khả năng t duy nh con ngời, có khả năng hoạt động một cách linh hoạt nhờ những cơ cấu đặc biệt đợc kết hợp từ những công nghệ thông tin, tự động hoá và công nghệ sinh học. Đó là tơng lai trên thế giới, còn chúng ta là ngời Việt Nam đang sống, học tập và làm việc trớc thềm thế kỷ mới. Đất nớc ta có một trình độ khoa học công nghệ tơng đối thấp, hạ tầng cơ sở vật chất nghèo nàn lạc hậu, trình độ tự động hoá không cao.Các máy móc thiết bị chủ yếu nhập của nớc ngoài nhng đã cũ kỹ và lạc hậu.Vì vậy để có thể hiện đại hoá và công nghiệp hoá đất nớc chúng ta không còn cách nào khác là phải đẩy mạnh và phát triển công nghệ tự động hoá lên một tầm cao mới với việc áp dụng các công nghệ tự động hoá tiên tiến nhất trên thế giới.Đó là từng bớc đa Robot vào các nhà máy để thay thế con ngời, thực hiện những công việc mang tính nặng nhọc,cần độ chính xác cao, làm việc liên tục không mệt mỏi, nâng cao sản l- ợng và chất lợng sản phẩm. Trong đồ án tốt nghiệp này chúng em thực hiện việc tính toán và thiết kế Robot sáu bậc tự do quay vạn năng, nó có khả năng làm một số công việc nh sơn, hàn, đo kiểm tra kích thớc,vận chuyển và lắp giáp các chi tiết. Những ngời thực hiện. Phạm Minh Tuấn Lê Quang Giao. Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 1 đồ án tốt nghiệp Chơng I Dựng lợc đồ tổng quát. Robot 6 bậc tự do quay vạn năng bao gồm 6 khâu và 6 khớp quay có trục quay bố trí trong các mặt phẳng vuông góc với nhau. Có khả năng chuyển động linh hoạt theo các hớng khác nhau trong không gian 3 chiều nên nó có một số khả năng làm đợc một số công việc nh sơn, hàn, lắp ráp, đo, cấp phôi và kiểm tra kích thớc vv . Ngoài ra ta còn có thể cải tiến , mở rộng nh thêm một số bậc tự do để robot linh hoạt hơn nữa khi yêu cầu công việc phức tạp hơn. Sau đây là các hình ảnh về lợc đồ tổng quát của robot và một số chức năng của robot , và lợc đồ về quá trìndh gắn các hệ toạ độ vào các khớp của robot phục vụ cho việc tính toán bàI toán động học thuận. 1 - Giải bài toán thuận . a - Hệ toạ độ và thông số theo W. Khallil . Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 2 đồ án tốt nghiệp Ma trận chuyển đổi toạ độ thuận . Cos i -sin i 0 d i M i-1,i = Cos i .sin i cos i .cos i -sin i -r i .sin Sin i .sin i sin i .cos i cos i r i .cos 0 0 0 1 Ma trận chuyển đổi toạ độ nghịch . Cos i cos i .sin i sin i sin i -d i . .cos i M i-1,i = -sin i cos i .cos i sin i .cos i d i .sin i i 0 - sin i cos i -r 0 0 0 1 * Hệ toạ độ và thông số theo Denavit_Hartenberg. Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 3 đồ án tốt nghiệp Ma trận chuyển đổi toạ độ thuận. Cos i -cos i .cos i sin i .cos i a i .cos i M i-1,i = Sin i cos i .cos i -sin i .cos i a i .sin i 0 sin i cos i d i 0 0 0 1 Ma trận chuyển đổi toạ độ nghịch. Cos i sin i 0 -a i M i,i-1 = -Cos i .sin i cos i .cos i sin i -d i .sin i Sin i .sin i sin i .cos i cos i -d i .cos i 0 0 0 1 Chơng II . Khảo sát bài toán hình động học thuận. Ngày nay với sự trợ giúp vô cùng đắc lực của máy móc hiện đại đặc biệt là robot, trong đó phải kể đến việc đo lờng và kiểm tra đã đợc thực hiện một cách chính xác và hiệu quả. ở đây ta muốn nói đến ứng dụng của robot 6 bậc tự do vào việc đo lờng với việc tính toán bài toán thuận đa ra liên hệ giữa toạ độ của đầu đo và gốc toạ độ chuẩn gắn với thân máy đo bằng các phơng trình liên hệ. Nhờ vào các cảm biến đo góc mà chủ yếu là cảm biến quang, cảm biến đIện đợc gắn trực tiếp vào các khớp của robot. Sau khi đầu đo tiếp xúc với đIểm cần đo các cảm biến sẽ đo đợc các góc quay của các khớp. Sau đó các thông số này sẽ đợc chuyển vào phơng trình chuyển đổi toạ độ của bài toán thuận. Giải hệ phơng trình này ta sẽ đợc toạ độ của điểm đo. Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 4 đồ án tốt nghiệp Trong bài toán vị trí của ronot 6 bậc tự do ta có hai phơng pháp tính toán . I - Thiết lập ma trận chuyển hệ tọa độ từ vị trí đầu O 1 của Robot cho đến bàn tay M. Các ma trận chuyển toạ độ này đợc thiết lập trong chơng trình MapleVI , chúng đợc nhân với nhau để ra ma trận cuối cùng , sau đó từ ma trận chuyển toạ độ cuối cùng đó ta thiết lập phơng trình rồi giải ra nghiệm tổng quát. Nghiệm đó chính là toạ độ điểm M (bàn tay) trong không gian . 1 - Thiết lập ma trận chuyển hệ toạ độ từ vị trí của O của Robot cho đến bàn tay M theo kiểu Khallil . * Hệ toạ độ Khallil : Thiết lập ma trận chuyển hệ toạ độ từ vị trí của O của Robot cho đến bàn tay M, lấy thông số và gắn hệ trục theo kiểu Khallil . Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 5 ®å ¸n tèt nghiÖp Η 0 Η 1 : Τ ( z, d 1 ) Q (z , θ 1 ) Η 1 Η 2 : Q ( x, -π/2 ) Τ( z , s 2 ) Η 2 Η 3 : Q ( z, θ 3 ) Η 3 Η 4 : Τ( x , a 4 ) Q ( z, -π/2 ) Q ( z, θ 4 ) Η 4 Η 5 : Τ( x , a 4 ) Q ( z, θ 5 ) Η 5 Η 6 : Τ( x , a 5 ) Q ( z, θ 6 ) Η 6 Η 7 : Τ( x , a 6 ) Khíp Lo¹i khíp α i d i θ i r i 1 Q 0 0 θ 1 d 1 2 T -π/2 0 0 s 2 3 Q 0 0 θ 3 0 4 Q -π/2 a 3 θ 4 0 5 Q 0 a 4 θ 5 0 6 Q 0 a 5 θ 6 0 * C¸c ma trËn chuyÓn : Cosθ1 − Sinθ1 0 0 Sin θ1 Cosθ1 0 0 M01 = 0 0 1 d 1 Chuyªn nghµnh c¬ tin kü thuËt 6 ®å ¸n tèt nghiÖp 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 -1 s2 M12 = 0 -1 0 0 0 0 0 1 Cosθ3 − Sinθ3 0 0 Sin θ3 Cosθ3 0 0 M23 = 0 0 1 0 0 0 0 1 Cosθ 4 -sinθ 4 0 a3 0 0 - 1 0 M34 = -sinθ 4 -cosθ 4 0 0 0 0 0 1 Cosθ5 − Sinθ5 0 a4 Sin θ5 Cosθ5 0 0 M45 = 0 0 1 0 Chuyªn nghµnh c¬ tin kü thuËt 7 đồ án tốt nghiệp 0 0 0 1 Cos6 Sin6 0 a5 Sin 6 Cos6 0 0 M56 = 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 a6 0 1 0 0 M67 = 0 0 1 0 0 0 0 1 Có : M01 . M12 . M23 . M34 . M45 . M56 . M67 =M07 r 07 = M 07 .r 7 . 2 - Thiết lập ma trận chuyển hệ toạ độ từ vị trí củaO của Robot cho đến bàn tay M theo kiểu Denavit_Hartenberg. Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 8 đồ án tốt nghiệp * Hệ toạ độ gắn theo kiểu Denavit_Hartenberg. Thiết lập ma trận chuyển hệ toạ độ từ vị trí của O của Robot cho đến bàn tay M, lấy thông số và gắn hệ trục theo kiểu Denavit- Hartenberg Các chuyển đổi hệ trục toạ độ. Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 9 đồ án tốt nghiệp H 0 H 1 : T(Z, d 1 ) Q(Z, 1 ). H 1 H 2 : Q(X,-/2) T(Z, S 2 ). H 2 H 3 : Q(Z, 3 ) T(X, a 3 ) Q(X, -/2). H 3 H 4 : Q(Z, 4 ) T(X, a 4 ). H 4 H 5 : Q(Z, 5 ) T(X, a 5 ). H 5 H 6 : Q(Z, 6 ) T(X, a 6 ). Từ cách xây dựng các hệ trục trên ta có bảng các thông số quan hệ Denavit- Hartenberg. Khớp Loạikhớp i d i i a i 1 2 3 4 5 6 Q T Q Q Q Q 0 -/2 -/2 0 0 0 d 1 s 2 0 0 0 0 1 0 0 0 3 a 3 4 a 4 5 a 5 6 a 6 * Các ma trận chuyển : Cos1 Sin1 0 0 Sin 1 Cos1 0 0 M01 = 0 0 1 d 1 0 0 0 1 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 10 [...]... trên và r Pii vào công thức (I) ta sẽ có các công thức tính vận tốc và gia tốc của từng khâu 30 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ Chơng V án tốt nghiệp Mô phỏng hoạt động của Robot 6 bậc t do a I Vẽ robot Cơ sơ thiết kế mô phỏng a - Giới thiệu : Robot đợc thiết kế 6 bậc tự do ,phục vụ trong công nghiệp Robot có khả năng thự hiện các thao tác kĩ thuật nh: sơn ,hàn, đo, lắp ráp Robot này có khả năng. .. 1 Có : M01 M12 M23 M34 M45 M56 =M06 r06 = M06.r6 II - Xác định miền làm việc của cơ cấu Việc xác định miền với tới của Robot là vô cùng quan trọng nó có ý nghĩa quyết định trong việc xác định khả năng làm việc của Robot Tuỳ vào khả năng linh hoạt của bàn tay xung quanh vị trí làm việc mà ta có thể định rõ đợc giới hạn làm việc của robot từ đó có thể chọn những công việc thích hợp, ví dụ nh do. .. vị trí mà việc xoay xung quanh vị trí làm việc (điểm làm việc) M là không có Nói cách khác chỉ có 1 vị trí duy nhất giữa khâu 6 và điểm làm việc M Với vị trí này khi khớp 4 quay tròn xung quanh giới hạn phạm vi làm việc của M, tổng quát hơn khi các khớp 2,1 quay quanh trục trong mặt phẳng () và () ta sẽ đợc vì ở vị trí này, vị trí tơng quan giữa khâu 6 và M bị hạn chế tối đa nếu việc áp dụng robot ở... việc của robot ta xét tới các khả năng vơn xa hoặc quay tròn xung quanh điểm làm việc theo các mặt phẳng khác nhau Ngoài ra trong việc đo lờng giới hạn làm việc của cách tay cũng quyết định bởi độ phức tạp của biên dạng vật thể cần đo mà thiết bị có khả năng đo đợc 1 Miền làm việc thứ nhất Đây là vị trí xa nhất mà điểm M có thể với tới khi khâu 2 tịnh tiến ra xa nhất và các khâu 4,5,6 đều duỗi thẳng... Track View ở mục Objects có bảy đối tợng ,bảy đối tợng này cha có sự liên kết cha và con-nên Robot cha hình thành ,danh sách phả hệ sẽ nh sau: 35 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp Liên kết các đối tợng theo phả hệ tạo ra một phả hệ liên kết chỉ đơn thuần chỉ là việc chọn một đối tợng cho nó làm con ,sau đó kích nút Select and Link trên thanh công cụ Rồi rê đối tợng đó đến đối tợng mà nó. .. chuyển theo Để liên kết các bộ phận của Robot ta sử dụng công cụ Track View của 3D max dể thiết lập.Track View hiển thị mọi đối tợng trong khung cảnh mà hiện tạI đang sử dụng chơng trình Nó hiển thị khung cảnh theo một danh sách phả hệ cây gia tộc Quan sát phả hệ trong 3D Max-Trên thanh công cụ vào Track View,rồi vào tiếp Open Track View Lúc đầu Track View -danh sách phả hệ - có 34 Chuyên nghành cơ... Ta có công thức liên hệ giữa hai bán kính vector trên là : rPi0 = K0i rPii Trong đó K0i là ma trận chuyển toạ độ từ hệ H0 sang hệ Hi Dùng phơng pháp đạo hàm trực tiếp ta sẽ có công thức tính vận tốc và gia tốc của điểm Pi nh sau : vPi=d rpio/dt=d[Koi.rpii]/dt (I) aPi=d2rpio/dt2=d2[Koi.rpii]/dt2 Nh vậy ta áp dụng công thức (I) để tính toán 1 robot bất kỳ có n khâu Bây giờ ta áp dụng (I) để tính toán. .. đờng hàn một góc nhất định không đổi, khi đó đòi hỏi vật cần hàn đó 12 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp phải đợc đặt trong vùng làm việc thích hợp của robot sao cho nó có khả năng thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra, để hàn một đờng xoắn ốc cánh tay cần hai chuyển động 1 là chuyển động thẳng 2 là chuyển động quay xung quanh trục của đờng xoắn ốc, vì thế khi xét miền làm việc của robot. .. trớc và đã xác định nên ta có thể có điều kiện tơng đơng sau đối với l7 l 7 l 5 + l 4 l 6 l6 l 7 l5 l 4 Rõ ràng đây là miền mà điểm làm việc M hoạt động rộng nhất (không bị hạn chế).Vì vậy trong miền này cơ cấu có thể đo hay hàn đợc những biên dạng hay những quĩ đạo phức tạp mà không bị cản trở, hạn chế Tơng tự nh trờng hợp miền làm việc thứ nhất với việc hoạt động (quay) của khớp (1) và (2),... ta luôn có những vị trí quét trong không gian ví dụ để đạt tới vị trí M nh trên ta luôn có vị trí tơng xứng, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc và điều kiện về độ chính xác hay sai số mà ta chọn vị trí thích hợp 3 Miền làm việc thứ ba: Khi l7 < l5+ l6- l4 (II) góc nón 1 ứng với 2vị trí giới hạn của cánh tay lắc l4 15 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp góc nón 1 , 2 đợc tính theo công thức . này chúng em thực hiện việc tính toán và thiết kế Robot sáu bậc tự do quay vạn năng, nó có khả năng làm một số công việc nh sơn, hàn, đo kiểm tra kích thớc,vận chuyển và lắp giáp các chi tiết nên nó có một số khả năng làm đợc một số công việc nh sơn, hàn, lắp ráp, đo, cấp phôi và kiểm tra kích thớc vv . Ngoài ra ta còn có thể cải tiến , mở rộng nh thêm một số bậc tự do để robot. trong việc xác định khả năng làm việc của Robot. Tuỳ vào khả năng linh hoạt của bàn tay xung quanh vị trí làm việc mà ta có thể định rõ đợc giới hạn làm việc của robot từ đó có thể chọn những công