Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế điều khiển robot harmoLỜI MỞ ĐẦUCùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp cũng phát triển nhanh chóng. Việc áp dụng các máy móc hiện đại vào sản suất là một yêu cầu không thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng suất, tăng chất lượng và giảm giá thành sản phẩm.Robot có thể thực hiện những công việc mà con người khó thực hiện và thậm chí không thực hiện được như: làm những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, làm việc trong môi trường nguy hiểm (như lò phản ứng hạt nhân , dò phá mìn trong quân sự), thám hiểm không gian vũ trụ… Trong các họ Robot, chúng ta không thể không nhắc tới Robot Harmo với những đặt thù riêng mà những loại Robot khác không có. Nhờ nó mà quá trình gắp phôi, đưa phôi và nhiều công việc khác hiện nay được thực hiện tự động.Nhóm em xin được gửi lời cám ơn trân trọng và sâu sắc nhất tới thầy, PGS.TS Phạm Văn Hùng đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hướng dẫn, động viên chúng em trong suốt quá thực hiện đồ án này.Một lần nữa em xin cảm ơn. Trân trọng Sinh viên thực hiện
Mục lục Danh mục hình ảnh Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển không ngừng ngành khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng Việc áp dụng máy móc đại vào sản suất yêu cầu thiếu nhà máy nhằm tăng suất, tăng chất lượng giảm giá thành sản phẩm Robot thực cơng việc mà người khó thực chí khơng thực như: làm cơng việc đòi hỏi độ xác cao, làm việc mơi trường nguy hiểm (như lò phản ứng hạt nhân , dò phá mìn qn sự), thám hiểm không gian vũ trụ… Trong họ Robot, không nhắc tới Robot Harmo với đặt thù riêng mà loại Robot khác khơng có Nhờ mà q trình gắp phơi, đưa phôi nhiều công việc khác thực tự động Nhóm em xin gửi lời cám ơn trân trọng sâu sắc tới thầy, PGS.TS Phạm Văn Hùng tạo điều kiện tận tình hướng dẫn, động viên chúng em suốt thực đồ án Một lần em xin cảm ơn Trân trọng! Sinh viên thực Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng Một số thông số bản: + Số bậc tự do: (3 tịnh tiến, quay) + Khối lượng vật nặng: 2kg + Khối lượng chuyển động theo X0=7kg, Y0=12kg, Z0=17kg + Kích thước hành trình chuyển động: tham khảo robot Harmo UE700SW-2R + Nguồn động lực bản: tham khảo robot Harmo UE700SW-2R + Bàn tay kẹp: tham khảo robot Harmo UE700SW-2R Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng Chương THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CHO ROBOT 1.1 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC Để thiết lập phương trình động học Robot nói riêng vật khác nói chung trước hết ta phải thiết lập hệ tọa độ cho vật dó phương trình động học tương ứng với hệ tọa độ định Theo quy tắc đặt hệ tọa độ gốc hệ tọa độ thứ i gắn liền với khâu thứ i đặt giao điểm đường vng góc chung hai trục khớp động thứ i + khớp động thứ i với trục khớp động thứ i + Trong trường hợp hai trục khớp động giao gốc tọa độ lấy trùng với giao điểm Còn hai trục song song với gốc tọa độ chọn điểm trục khớp động i+1 Trục Zi hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo trục khớp động thứ i+1 Trục Xi hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo đường vng góc chung hướng từ khớp động i đến khớp động i+1 Trường hợp hai trục giao nhau, hướng trục X i trùng với hướng vecto ZixZi-1, tức vng góc cới mặt phẳng chứa Zi, Zi-1 Áp dụng nguyên tắc đặt hệ trục tọa độ vào robot Harmo ta có hệ tọa độ robot Harmo hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ động học Robot Harmo Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng 1.2 THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC 1.2.1 Xác định thông số DH Bộ thông số DH bao gồm thông số hai khâu liên tiếp Cụ thể là: + ai: Độ dài đường vng góc hai trục khớp động liền kề + αi: Góc lệch hai trục hai khớp động liền kề, góc quay quanh trục X i cho Zi-1 chuyển đến Zi theo quy tắc bàn tay phải + di: Khoảng dịch chuyển tịnh tiến hai đường vng góc chung hai trục + θi: Góc hai đường vng góc chung Là góc quay quanh trục Z i-1 để trục Xi-1 chuyển đến trục Xi Trong thông số có thơng số đặc trưng thông so thể chuyển động tương đối hai khâu (thể chuyển động khớp) Thơng số biến khớp Biến khớp θ i với khớp động khớp quay, d i khớp động khớp tịnh tiến Để phân biệt biến khớp thông số khác, ta dùng thêm dấu * bên cạnh thơng số để ký hiệu biến khớp Trong robot Harmo thông số xác định sau: + a1: khoảng cách trục khớp động khớp động + a2: khoảng cách trục khớp động khớp động + a3: khoảng cách trục khớp động khớp động + a4: khoảng cách tâm quay tay kẹp + h: khoảng cách gốc tọa độ O trục khớp động Ban đầu dịch chuyển dọc theo trục Z khoảng h, quay theo trục X góc -90 , sau trục khớp động 1, 2, 3, vng góc với nên ta có: α1 = α4 =900 Và α2 = α3 = -900 Các thông số khác robot: θ1 = 900 θ2 = -900 θ3 = 00 θ4 = θ4 Các khớp động 1, 2, khớp tịnh tiến nên d 1, d2, d3, khác Còn d4 =0 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng Trong d1, d2, d3, θ4 khớp biến Từ phần tích ta lập bảng thơng số DH robot Harmo sau Khâu θi αi di Biến khớp 900 900 a1 d1* d1* -900 -900 a2 d2* d2* 00 900 a3 d3* d3* θ4* -900 a4 θ4* 1.2.2 Thiết lập mơ hình biến đổi ma trận biến đổi Trên sở xây dựng hệ tọa độ với hai khâu động liên tiếp thơng số DH, thiết lập mối quan hệ hai hệ tọa độ liên bước sau: + Quay quanh trục Zi-1 góc θi + Tịnh tiến dọc trục Zi-1 khoảng di + Tịnh tiến dọc trục Xi-1 (đã trùng với Xi) khoảng + Quay quanh trục Xi-1 góc αi Bốn bước thể tích ma trận sau: Ai = R(z, θi).Tp(0,0,di).Tp(ai,0,0).R(x, αi) Các ma trận vế phải tính theo cơng thức phép biến đổi ma trân: - Quay quanh trục OX góc α: R (x, α) = - 1 0 cos α 0 sin α 0 − sin α cos α 0 0 1 Quay quanh trục OZ góc θ: Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng R (z, θ) = - cos θ sin θ − sin θ cos θ 0 0 0 0 1 Tịnh tiến theo phương P(Px, Py, Pz)T: T= 1 0 0 0 0 Px Py Pz 1 Áp dụng cơng thức ta có ma trận biến đổi sau: Ai = = cos θ sin θ cos θ sin θ − sin θ cos θ 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 di 0 0 − cos α sin θ cos α cos θ sin α sin α sin θ − sin α cos θ cos α 0 0 1 0 0 cos α 0 sin α 0 0 − sin α cos α 0 0 1 cos θ sin θ di Thay thông số tương ứng khâu vào ta có: 0 1 A1 = 0 0 0 0 a1 d1 0 1 0 −1 A2 = −1 0 1 0 A3 = 0 0 0 a3 −1 d3 0 1 cos θ sin θ A4 = − a2 d2 − sin θ cos θ −1 0 a4 cos θ a4 sin θ 0 0 0 0 0 l Phương trình động học robot thành lập dựa sở ma trận i-1Ai tính bước Ma trận T i tích ma trận A i ma trận mơ tả vị trí hướng tọa độ gắn liền với khâu thứ i so với hệ tọa độ cố định Đồ án thiết kế hệ thống CĐT GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng Trong trường hợp i = n, với n số hiệu hệ tọa độ gắn liền với “điểm tác động cuối” viết dạng tường minh sau: Tn = A1 A2 An = TE Trong TE ma trận mô tả trạng thái “điểm tác động cuối” viết dạng tường minh sau: U x Vx Wx U V W y y TE = y U z Vz Wz 0 0 Px Py Pz 1 Các phần tử ma trận 3x1 tọa độ P x, Py, Pz điểm tác động cuối E Mỗi ma trận quay 3x3 véc tơ đơn vị phương trục tọa độ động UVW (gắn liên với khâu cuối Robot có gốc điểm tác động cuối) biểu diễn tọa độ cố định XYZ Suy ra: U x Vx Wx U V W y y Tn = y U z Vz Wz 0 0 Px Py Pz 1 Đây phương trình động học robot, mơ tả trang thái (tọa độ, phương chiều) điểm tác động cuối Ứng dụng vào thực tế robot Harmo ta có phương trình động học robot harmo là: U x Vx Wx U V W y y 0 T4 = TP (0, 0, h).R(x,90 ) A1 A2 A3 A4 = y U z Vz Wz 0 0 1 0 = 0 0 0 0 0 1 0 0 h 0 −1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 a1 −1 d1 −1 1 0 Px Py Pz 1 1 −a2 0 d 0 0 0 a3 −1 d3 0 1 Đồ án thiết kế hệ thống CĐT cos θ sin θ = − cos θ − sin θ 0 − sin θ cos θ −1 0 −1 0 sin θ − cos θ 0 a4 cos θ 1 a4 sin θ 0 0 0 GVHD: PGS.TS Phạm Văn Hùng 0 0 0 l 1 d2 l.sin θ − a 4.cos θ + d1 − a3 − a2 −l.cos θ − a 4.sin θ − d − a1 + h 10