Thông tin tài liệu
1 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam LỜI NÓI ĐẦU Taymáyrobotđãcómặttrongsảnxuấttừnhiềunămtrước,ngàynaytaymáyRobot đãdùngởnhiềulĩnhvựcsảnxuất,xuấtpháttừnhữngưuđiểmmàtaymáyRobotđó vàđúckếtlạitrongquátrìnhsảnxuấtlàmviệc,taymáycónhữngtínhnăngmàcon ngườikhôngthểcóđược,khảnănglàmviệcổnđịnh,cóthểlàmviệctrongmôitrường độchại… Dođóviệcđầutưnghiêccứu,chếtạoranhữnglạitaymáyRobotphụcvụ chocôngcuộctựđộnghóasảnxuấtlàrấtcầnthiếtchohiệntạivàtươnglai. Mônhọc‘Đồán:THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ‘giúpchúngembướcđầulàm quen,tìmhiểu,họccáchmôphỏngnhữngtaymáyRobotcôngngiệpvàrấtcóíchcho chúngemsaunày. TrongquátrìnhhọcmônĐỒÁN:THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬchúngem cònnhiềuthiếtsót,mongthầychỉbảothêmchoem. Chânthànhcảmơn Sinhviênthựchiện: Nguyễn Hà Nam 2 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam MỤCLUC LỜIMỞĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Kháiniệmvềrobotcôngnghiệp 1.2 SựpháttriểncủaRobotcôngnghiệptrênthếgiới 1.3 Phânloạirobotcôngnghiệp 1.4 Ứngdụngcủarobotcôngnghiệp 1.5 Hệthốngđiềukhiểnrobotcôngnghiệp 1.6 Phầnmềmvậnhànhvàmôphỏngrobot 1.7 Thuậttoánđiềukhiểnrobot CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D ROBOT 2.1Môhình3DcủarobotPUMA 2.2Cáckhâucủarobot CHƯƠNG3: TÍNHTOÁNĐỘNGHỌCTHUẬNVÀNGƯỢCROBOT.TÌMMIỀN LÀMVIỆCCỦAROBOT 3.1Đặthệtrụctọađộ 3.2.CácxácđịnhcácthôngsốđộnghọccủabảngDH 3.3ThiếtlậpbộthôngsốđộnghọctheoDenavit-Hatenberg 3.4Thiếtlậpcácphươngtrìnhđộnghọccủarobot 3.5Bàitoánđộnghọcthuận 3.6.Bàitoánđộnghọcngược 3.7Miềnlàmviệc CHƯƠNG4:TÍNHTOÁNĐỘNGLỰCHỌC 4.1Thamsốđộnglựchọccủarobot 4.2ThiếtlậpphươngtrìnhLagrangecủarobot CHƯƠNG5:THIẾTKẾQUỸĐẠO 5.1Thiếtkếquỹđạotrongkhônggiankhớp Trang 4 5 6 9 12 13 14 16 17 21 22 22 24 26 34 43 44 45 50 3 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam CHƯƠNG6: THIẾTKẾHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂN 6.1Giớithiệucácbàitoánđiềukhiểnchuyểnđộng 6.2Hệthốngđiềukhiểnđộclậpcáckhớp 6.3.Hệthốngđiềukhiểntậptrung 6.4Hệthốngđiềukhiểntrongkhônggianlàmviệc TÀILIỆUTHAMKHẢO 53 54 69 75 77 4 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Khái niệm về robot công nghiệp Robotcôngnghiệpcóthểđượcđịnhnghĩatheomộtsốtiêuchuẩnsau: TheotiêuchuẩnAFNORcủaPháp:Robotcôngnghiệplàmộtcơcấuchuyểnđộng tựđộngcóthểlậptrình,lặplạicácchươngtrình,tổnghợpcácchươngtrìnhđặtratrên cáctrụctọađộ,cókhảnăngđịnhvị,địnhhướng,dichuyểncácđốitượngvậtchấtnhư chitiết,đạocụ,gálắptheonhữnghànhtrìnhthayđổiđãđượcchươngtrìnhhóanhằm thựchiệncácnhiệmvụcôngnghệkhácnhau. TheotiêuchuẩnRIAcủaMỹ(RobotinstituteofAmerica): Robotlàmộttaymáy vạnnăngcóthểlặplạicácchươngtrình,đượcthiếtkếđểdichuyểnvậtliệu,chitiết, dụngcụ,hoặccácthiếtbịchuyêndùngthôngquacácchươngtrìnhchuyểnđộngcóthể thayđổiđểhoànthànhcácnhiệmvụkhácnhau. TheotiêuchuẩnTOCT25686-85củaNga: Robotcôngnghiệplàmộtmáytựđộng, đượcđặtcốđịnhhoặcdiđộngđược,liênkếtgiữamộttaymáyvàmộthệthốngđiều khiểntheochươngtrình,cóthểlặpđilặplạiđểhoànthànhcácchứcnăngvậnđộngvà điềukhiểntrongquátrìnhsảnxuất. Robotcôngnghiệplàtaymáy,thiếtbịcốđịnhhoặcdiđộng,đượctíchhợptừnhiều bộphậntrongđócócácbộphậnchínhgồm: Cơcấuchấphành Hệthốngdẫnđộng Hệthốngđiềukhiểntheochươngtrìnhcókhảnănglậptrìnhlinhhoạt Hệthốngthôngtingiámsát Dođó,robotcôngnghiệpcóthểđượchiểulànhữngthiếtbịtựđộnglinhhoạt,thực hiệncácchứcnănglaođộngcôngnghiệpcủaconngườidướimộthệthốngđiềukhiển theonhữngchươngtrìnhđãđượclậptrìnhsẵn.Vớiđặcđiểmcóthểlậptrìnhlạiđược, robotcôngnghiệplàthiếtbịtựđộnghóavàngàycàngtrởthànhbộphậnkhôngthể 5 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam thiếuđượccủacáchệthốngsảnxuấtlinhhoạt.Vìvậy,robotcôngnghiệptrởthành phươngtiệnhữuhiệuđểtựđộnghóa,nângcaonăngsuấtlaođộngvàgiảmnhẹchocon ngườinhữngcôngviệcnặngnhọc,độchạidướisựgiámsátcủaconngười. 1.2. Sự phát triển của Robot công nghiệp trên thế giới Thuậtngữ“Robot”xuấtpháttừtiếngSéc(Czech)“Robota”cónghĩalàcông việctạpdịchtrongvởkịchRossum’sUniversalRobotscủaKarelCapek,vàonăm 1921. Thuật ngữ Industrial Robot (IR) xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty AMF (AmericanMachineandFoundryCompany)quảngcáo,môphỏngmộtthiếtbịcódáng dấpvàcómộtsốchứcnăngnhưtayngườiđượcđiềukhiểntựđộng,thựchiệnmộtsố thaotácsảnxuấtcótêngọilà“Versatran”. QuátrìnhpháttriểncủaRobotcôngnghiệpđượctómtắtnhưsau: -Năm1950ởMỹthànhlậpviệnnghiêncứuđầutiên. -Đầunăm1960côngtyAMFchorađờisảnphẩmđầutiêncótêngọilàVersatran. -Từnăm1967,ởAnh,ngườitađãbắtđầunghiêncứuvàchếtạoIRtheobảnquyền củaMỹ. -Từnăm1970,việcnghiêncứucáctínhnăngcủarobotđãđượcchúýnhiềuhơnvà cũngbắtđầuxuấthiệnởcácnướcĐức,Ý,Pháp,ThụyĐiển. -Từnăm1968,ởChâuÁ,NhậtbắtđầunghiêncứunhữngứngdụngcủaIR. -Từnhữngnăm1980,nhấtlàvàonhữngnăm1990,doápdụngrộngrãicáctiếnbộkỹ thuậtvềvixửlývàcôngnghệthôngtin,sốlượngrobotcôngnghiệpđãgiatăngvới nhiềutínhnăngvượtbậc.Chínhvìvậymàrobotcôngnghiệpđãcóvịtríquantrọng trongcácdâychuyềnsảnxuấttựđộnghiệnđạinhưhiệnnay. Đếnnay,trênthếgiớicókhoảngtrên200côngtysảnxuấtIRtrongsốđóbaogồm: -30côngtycủaMỹ,tacóthểlấymộtsốcôngtyđiểnhìnhnhư:Robots.Pro,Vecna Robotics,RobotDynamics…cùngvớinhữngsảnphẩmnổitiếngnhư:robotlấysáchtự động,robotHOAP-3,robotBEAR,robottựhànhSpiritandOpportunity… 6 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam -80côngtycủaNhật,tacóthểlấymộtsốcôngtyđiểnhìnhnhư:Fanuc,Toyota,Honda, Hitachi,Kawasaki,shikawajima-Harima,Yasukawa…Cùngvớinhữngsảnphẩmrobot đượcápdụngphổbiếnnhư:robotAsimo,robotEMIEW2,robotSimroid,robotchơi vĩcầm,robotphẫuthuật…… Ngoàira,trên thế giớicòn có 90 côngtycủa TâyÂuvà một số côngtycủaNga, Tiệp….Dođó,tacóthểthấyrằngrobotlàmộtlĩnhvựcnghiêncứuvàứngdụngkhông thểthiếucủanhữngnướcpháttriển. TạiViệtNam,nghiêncứupháttriểnrobotđãcónhữngbướctiếnđángkểtrong 25nămvừaqua.Nhiềuđơnvịtrêntoànquốcđãthựchiệncácnghiêncứucơbảnvà nghiêncứuứngdụngvềrobotnhư:TrungtâmTựđộnghoá-ĐạihọcBáchKhoaHà Nội,ViệnĐiệntử-Tinhọc,ViệnKhoahọcvàCôngnghệquânsự,HọcviệnKỹthuật Quânsự,ViệnCơhọc,ViệnCôngnghệthôngtinthuộcViệnKHCNVN… Bêncạnhđó,cònphảikểđếnCôngtyCổphầnRobotTOSYdoanhnghiệpthiếtkếvà chếtạoRobotViệtNamcónhiềusảnphẩmấntượngtrêntrườngquốctế. Cácnghiêncứuvềđộnghọcvàđộnglựchọcrobotđượccáckhoacơkhí,chế tạomáyởcáctrườngđạihọcvàcácviệnnghiêncứuquantâm.Ngoàiviệctìmcác phươngphápgiảicácbàitoánliênquanđếncơhọccủacácloạirobotnốitiếp,song song,diđộng,thìcácchươngtrìnhmôphỏngkếtcấuvàchuyểnđộng3Dđượcápdụng vàpháttriểnđểminhhọacũngnhưphụcvụchophântích,thiếtkếrobot. Lĩnhvựcđiềukhiểnrobotrấtphongphú,từcácphươngphápđiềukhiểntruyềnthống nhưPID,phươngpháptínhmômen,phươngphápđiềukhiểntrượtđếncácphương phápđiềukhiểnthôngminhnhư:điềukhiểnsửdụngmạngnơron,logicmờ,thuậtgen vàcácphươngphápđiềukhiểntựthíchnghi,cácphươngpháphọcchorobot,cáchệ visualservoing. 1.3 Phân loại robot công nghiệp Phân loại theo kết cấu - Phânloạitheokếtcấugồmcórobotchuỗihởvàrobotchuỗikín. 7 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam + Robot chuỗi hở:làmộtchuỗiđộnghọchởvớimộtkhâucốđịnhgọilàđếvàcáckhâu động,trongđócáckhâuđộngđượcbốtrínốitiếpvớinhau.Mỗikhâuđộngđượcliên kếthaynốiđộngvớimộtkhâukhácnhờcáckhớpliênkết. Hình 1.1: Robot cấu trúc nối tiếp + Robot chuỗi kín:làmộtchuỗiđộnghọckín,ởđómỗikhâuluônluônđượcliênkết vớiítnhấthaikhâukhác. Hình 1.2: Robot cấu trúc song song Phân loại theo phương pháp điều khiển Có2kiểuđiềukhiểnrobot:ĐiềukhiểnhởvàĐiềukhiểnkín. 8 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam + Điều khiển hở:dùngtruyềnđộngbước(độngcơđiệnhoặcđộngcơthủylực,khínén) màquãngđườnghoặcgócdịchchuyểntỷlệvớixungđiềukhiển.Kiểunàyđơngiản nhưngchođộchínhxácthấp. + Điều khiển kín:(điềukhiểnkiểuservo)sửdụngtínhiệuphảnhồivịtríđểtăngđộ chínhxácđiềukhiển.Cóhaikiểuđiềukhiểnservo:Điềukhiểnđiểm-điểmvàđiềukhiển theođường(contour). - Kiểu điều khiển điểm-điểm:phầncôngtácdịchchuyểntừđiểmnàyđếnđiểmkiatheo đườngthẳngvớitốcđộkhôngcao.Kiểuđiềukhiểnnàythườngđượcdùngtrêncác Robothànđiểm,vậnchuyển,tánđinhvàbắnđinh. - Điều khiển contour:đảmbảochophầncôngtácdịchchuyểntheoquỹđạobấtkì,với tốcđộcóthểđiềukhiểnđược.CóthểgặpkiểuđiềukhiểnnàytrêncácRobothànhồ quangvàphunsơn. Phân loại theo ứng dụng Dựavàonhữngứngdụngcủarobottrongsảnxuấttacónhữngloạirobotsau:robot sơn,robothàn,robotlắpráp,robotdùngtrongngànhdịchvụ,robotchuyểnphôi. Hình 1.3: Robot sơn trong công nghiệp 9 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam Hình 1.4 Robot hàn trong công nghiệp 1.4 Ứng dụng của robot công nghiệp Trên thế giới Hiệnnaytrênthếgiới,donhucầusửdụngrobotngàycàngnhiềutrongcácquá trìnhsảnxuấtphứctạpvớimụcđíchgópphầnnângcaonăngsuấtdâychuyềncông nghệ,giảmgiáthành,nângcaochấtlượng,vànângcaokhảnăngcạnhtranhcủasản phẩmđồngthờicảithiệnđiềukiệnlaođộng,nênrobotcôngnghiệpcầncónhữngkhả năngthíchứngtốtvàthôngminhhơnvớinhữngcấutrúcđơngiảnvàlinhhoạt.Cóthể kểđếnmộtsốứngdụngđiểnhìnhcủarobottrênthếgiớinhư:Robot song song dùng trong phân loại và đóng gói sản phẩm:IRB 660 Flex Palletizer, IRB 340 FlexPicker, IRB 260 FlexPicker. Cácrobotnàycóthểgắplầnlượtcáchộpvắcxinbạiliệttừbăng tảivàđặtnóvàothùnggồm20hộpmộtcáchchínhxác. Hình 1.5: Robot dùng trong nghành dược phẩm 10 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam Hình 1.6: Robot dùng ép phun nhựa Robot vận chuyển và đóng gói sản phẩm:Robotđónggóivàvậnchuyểntrongphạmvi rộngcácsảnphẩmkhácnhau:giườngđónggóiphẳngvàngănkéo. Hình 1.7: Robot dùng trong ngành nội thất Robot dùng trong công nghệ ép phun nhựa:IRB 6650 củahãngABBcóthểthaotác nhanh,dễdànglấysảnphẩmrakhỏikhuônởvịtrítáchkhuôn,giámsát,làmsạch,điều khiểnchấtlượngdựatrêncamera. Bêncạnhđó,robotcôngnghiệpcònđượcứngdụngtrongnhiềulĩnhvựckhácnhưtrong môitrườngđộchại,ngànhnôngnghiệpvàngànhthựcphẩm. [...]... khiển như vậy, có những robot chỉ hoạt động theo trình tự bằng các công tắc vị trí, hành trình với hệ thống truyền động hở. Vì vậy, phần cứng của hệ điều khiển truyền động robot về bản chất là các hệ truyền động thông thường: biến tần động cơ, hệ điều khiển động cơ điện một chiều, xoay chiều, hệ điều khiển động cơ bước, hệ điều khiển thủy lực, khí nén ….Và trong các tay robot công nghiệp thì người ta tích hợp tất cả thành phần này trong một tủ điện điều khiển các cơ cấu chấp hành của robot. ... tiên là ta phải xây dựng mô hình toán học cho đối tượng. Công việc này giúp ta hiểu biết thêm về đối tượng, giúp ta thành công trong việc tổng hợp bộ điều khiển. Một việc quan trọng không kém giúp ta giải quyết tốt bài toán là lựa chọn luật điều khiển cho hệ thống. Từ mô hình và yêu cầu kĩ thuật ta phải chọn luật điều khiển thích hợp cho hệ thống, để kết quả của việc thiết kế hệ thống có thể đáp ứng được theo ... lắp phôi và sản phẩm cho các máy ra công bánh răng, máy khoan, máy tiện bán tự động. Hình 1.10: Robot lắp ráp sản phẩm Ngoài ra, robot còn có nhiều lĩnh vực được nghiên cứu như robot dịch vụ, robot dùng trong lĩnh vực quân sự, robot di động đồng thời kết hợp với nhận dạng và điều khiển trên cơ sở xử lý những thông tin hình ảnh, đặc biệt là kết hợp với xử lý ngôn ngữ. 1.5 Hệ thống điều khiển robot công nghiệp Hệ thống điều khiển robot thường được chia ra làm ba cấp độ: ... Tùy thuộc vào từng điều kiện làm việc, yêu cầu kĩ thuật và mô hình đối tượng mà ta chọn thuật toán điều khiển 15 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hà Nam CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D ROBOT Sử dụng phần mềm thiết kế 3D Solidwork 2.1 Mô hình 3D của robot 6 bậc tự do RRRRRR Mô hình robot không gian 6 bậc tự do đc thiết kế như sau: Hình 2.1: Mô hình 3D của ROBOT PUMA Hình 2.2: Mô hình ROBOT không gian 6 bậc tự do RRRRRR mô phỏng cơ cấu. 16 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hà Nam ... Cấp điều khiển chấp hành: Là cấp điều khiển các cơ cấu chấp hành (động cơ servo, xi lanh thủy lực …) thực hiện các chuyền động theo vị trí, tốc độ đặt ra. Cấp này là các hệ điều khiển truyền động với các mạch vòng điều khiển vị trí tốc độ dòng điện Và sự phức tạp của hệ truyền động này là sự thay đổi momen tải của các động cơ là rất nhiều khi các cánh tay robot vươn ra xa và co lại gần. Vì vậy đòi hỏi phải sử dụng các bộ điều khiển phức tạp. ... nghiệm duy nhất tùy thuộc vào cấu trúc của hệ. +mn : Để bài toán có nghiệm thì cần có các rằng buộc điều kiện về tọa độ suy rộng. Bài toán động học ngược là rất khó, đối với tay máy 6 khớp có ba khớp cuối đồng quy tại một điểm, ta có thể tách bài toán động học ngược thành hai bài toán đơn giản ... Hệ thống điều khiển robot thường được chia ra làm ba cấp độ: Cấp hệ thống: Điều khiển robot thực hiện các nhiệm vụ nằm trong dây chuyền sản xuất. Cấp điều khiển này thường là hệ thống máy tính điều khiển trung tâm đưa ra các lệnh điều khiển thông qua mạng truyền thông. Cấp điều khiển quỹ đạo: Tính toán quỹ đạo di chuyển của tay máy từ đó tính toán ra quỹ đạo vị trí tốc độ của từng khớp. Cấp này có thể sử dụng các máy tính ... học những vấn đề khó khăn cũng như mô phỏng những biểu đồ, đồ thị… và được ứng dụng trong nhiều môn học như: Toán, Lý, Công nghệ thông tin, Địa lý, Địa chất dầu khí và nhiều lĩnh vực khác. Microsoft RDS: Là một trong những phần mềm thiết kế/ mô phỏng robot tốt nhất vừa được phát triển bởi sự hợp tác giữa Microsoft và Dassault. Robot được thiết kế trong SolidWorks và sau đó được xuất sang phần mềm Microsoft VSE, phần mềm này sẽ mô phỏng hoạt động của robot. ... Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hà Nam dùng thiết lập các thông số xác định cho robot và xuất các mã chương trình 6 trục. Ngoài ra, còn một số phần mềm khác như: Easy-rob, Labview, DSpace…. Tuy nhiên, việc sử dụng các phần mềm khác nhau để mô phỏng và giám sát hoạt động của robot cũng phụ thuộc vào mục đích, hoàn cảnh và những điều kiện khách quan khác. 1.7 Thuật toán điều khiển robot Khi tiến hành thiết kế một hệ thống điều khiển tự động nói chung, công việc đầu ... 1.11: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID Kiểu điều khiển thích nghi: là tổng hợp các kĩ thuật nhằm tự động chỉnh định các bộ điều chỉnh trong mạch điều khiển nhằm thực hiện hay duy trì ở một mức độ 14 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hà Nam nhất định chất lượng của hệ khi thông số của quá trình được điều khiển không biết trước hay thay đổi theo thời gian. Hình 1.12: Sơ đồ khối của một hệ thống thích . CHƯƠNG6: THIẾTKẾHỆTHỐNGĐIỀUKHIỂN 6.1Giớithiệucácbàitoánđiềukhiểnchuyểnđộng 6.2 Hệ thống điềukhiểnđộclậpcáckhớp 6.3. Hệ thống điềukhiểntậptrung 6.4 Hệ thống điềukhiểntrongkhônggianlàmviệc TÀILIỆUTHAMKHẢO 53 54 69 75 77 4 Sinhviênthựchiện:NguyễnHàNam . Dođóviệcđầutưnghiêccứu,chếtạoranhữnglạitaymáyRobotphụcvụ chocôngcuộctựđộnghóasảnxuấtlàrấtcần thiết chohiệntạivàtươnglai. Mônhọc Đồ án :THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ‘giúpchúngembướcđầulàm quen,tìmhiểu,họccáchmôphỏngnhữngtaymáyRobotcôngngiệpvàrấtcóíchcho chúngemsaunày. TrongquátrìnhhọcmônĐỒ ÁN :THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬchúngem cònnhiều thiết sót,mongthầychỉbảothêmchoem. Chânthànhcảmơn . Dođóviệcđầutưnghiêccứu,chếtạoranhữnglạitaymáyRobotphụcvụ chocôngcuộctựđộnghóasảnxuấtlàrấtcần thiết chohiệntạivàtươnglai. Mônhọc Đồ án :THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬ‘giúpchúngembướcđầulàm quen,tìmhiểu,họccáchmôphỏngnhữngtaymáyRobotcôngngiệpvàrấtcóíchcho chúngemsaunày. TrongquátrìnhhọcmônĐỒ ÁN :THIẾTKẾHỆTHỐNGCƠĐIỆNTỬchúngem cònnhiều thiết sót,mongthầychỉbảothêmchoem.
Ngày đăng: 16/07/2015, 14:24
Xem thêm: Đồ án THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ, Đồ án THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
