HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Mục lục Trang 1 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] LỜI NÓI ĐẦU Ở một tầm nhìn rộng, trên thế giới khái niệm robot đã không còn mới mẻ nữa, thậm chí nó còn trở nên phổ biến ở những quốc gia phát triển. Robot được nghiên cứu, chế tạo, phát triển để phục vụ những nhu cầu của con người, nên những chủng loại và kiểu dáng tương đối phong phú và đa dạng. Công nghệ robot trên thế giới đã rất phát triển nhưng con người không muốn dừng lại ở đó và vẫn muốn đẩy mạnh phát triển hơn nữa cho robot, tiến đến giải phóng hoàn toàn sức lao động của con người. Ở tầm nhìn hẹp hơn, Với nước ta, một nước đang phát triển và đang trên con đường trở này một nước công nghiệp tiên tiến. Robot lại là một trong những mảng không thể thiếu trong công nghiệp hiện đại. Thế nên việc đào sâu nghiên cứu về robot đã được tiến hành từ rất sớm. Tuy ra đời muộn hơn nhưng robot Việt Nam đã và đang dần bắt kịp với các nước trên thế giới. Trong phạm vi đồ án sau đây, nhóm em xin đề cập đến những vấn đề cơ bản khi nghiên cứu một mô hình robot SCARA. Tuy còn thiếu xót, nhưng những phần cơ bản về điều khiển robot và robotics đều được trình bày trong đồ án này. Mong thầy và các bạn có thể đóng góp ý kiến để nhóm em hoàn thiện hơn nữa bài tập này. Trang 2 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] 1. Tính toán số bậc tự do cần thiết a. Số bậc tự do cần thiết Cơ cấu tay của robot phải được cấu tạo sao cho khâu cuối phải có vị trí nhất định nào đó và dễ dàng di chuyển dễ dàng trong vùng làm việc. Muốn vậy cơ cấu tay của robot phải đạt được một số bậc tự do chuyển động. Để tính số bậc tự do của robot thì ta có nhiều cách tính dưới đây ta đưa ra cách tính dựa vào định lý Gruebler. Theo Gruebler thì bậc tự do f được tính theo công thức: 0 1 .( 1) ( ) g i i f n f f λ λ = = − − − − ∑ (1.1) Trong đó : ♦ f : Là số bậc tự do của cơ cấu. ♦ λ : Bậc tự do của một vật rắn không chụi liên kết trong không gian làm việc của robot (λ = 4 ứng với không gian làm việc trong mặt phẳng, λ = 6 ứng với không gian làm việc trong không gian). ♦ n : Số khâu ( kể cả giá cố định). ♦ i f : Số bậc tự do của khớp thứ i. Trang 3 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] ♦ g : Tổng số khớp của cơ cấu. ♦ 0 f : Số bậc tự do thừa - Do mặt phẳng làm việc là mặt phẳng nghiêng 1 góc 45 o lên điểm cuối của khâu thao tác di chuyển trong không gian 3 chiều. ♦ => cần tối thiểu 3 bậc tự do để đảm bảo yêu cầu về vị trí. ♦ Robot thực hiện nhiệm vụ với hướng viết tùy ý ♦ => không cần chú ý đến hướng của khâu thao tác ♦ => Ta có thể chỉ chọn cơ cấu có 3 bậc tự do là đã đảm bảo được về bài toán vị trí nhưng để cho robot thao tác được linh hoạt hơn chúng em lựa chọn cơ cấu robot 4 bậc tự do để thực hiện tính toán và thiết kế. Ví dụ: Số bậc tự do của mô hình robot trong môn học ♦ λ = 6 (Vì không gian làm việc trong không gian ). ♦ n = 4 (Số khâu của robot). ♦ i f = 1( Vì tất cả các khớp quay trong robot đều có 1 bậc tự do). ♦ g = 4 (Tổng số khớp của cơ cấu). Trang 4 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] ♦ 0 f =0 (Không có bậc tự do thừa). Bậc tự do của robot là : 0 1 .( 1) ( ) g i i f n f f λ λ = = − − − − ∑ b. Các phương án thiết kế cấu trúc các khâu khớp Một số phương án: Trang 5 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Từ các đề xuất trên nhóm em đã chọn có cấu RTRR để robot có thể làm việc linh hoạt trong không gian làm việc. c.Thiết kế cấu trúc robot Trang 6 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu đế Trang 7 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu 1 Trang 8 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu 2 Trang 9 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu 3 Trang 10 [...]... [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Đồ thị q1,q2 theo t Đồ thị q3, và điểm tác động cuối được vẽ từ q1, q2, q3 Code chương trình tính toán được xây dựng trên phần mềm Maple: > > > ” > Trang 24 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] > > > > > > > > Trang 25 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] > > Trang 26 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] > > Trang 27 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN... NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] > > > Trang 28 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] > > Trang 29 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Trang 30 [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] HÀ NỘI 3 Tính toán lực a Phân tích trạng thái tĩnh của robot – tính toán lực và momen tại các khớp Ta có sơ đồ động học của robot: - tính toán tổng quát các thông số đầu vào của Robot ngoại lực tác dụng...HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu cuối Trang 11 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] 2 Xây dựng cấu trúc, thiết lập hệ phương trình động học của robot Ta thiết lập phương trình động học theo phương pháp ma trận Denavit Hartenberg a Thiết lập hệ tọa độ theo quy tắc Denavit Hartenberg - Theo quy tắc Denavit – Hartenberg... và khâu 3 b .Tính lực và mô men dẫn động lớn nhất Lực dẫn động lớn nhất khi ngoại lực tác dụng là lớn nhất, theo yêu cầu bài toán ta có vật nặng nhất là 35kg = 350N  Lực dẫn động lớn nhất 0F2,3Z = 350 + 30 = 380 N Trang 35   HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] 3 .Tính toán động lực học cho Robot Scara Trong quá trình di chuyển, robot tiếp xúc với môi trường sẽ sinh ra một lực cần thiết để di... 4, trục X3 ta chọn theo hướng Z2 x Z3, trục Y3 chọn theo quay tắc tam diện thuận Trang 12 [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] HÀ NỘI - Khâu 4: Ta chọn hẹ X 4Y4Z4 có trục Z4 song song Z3 , trục X4 chọn theo đường vuông góc chung Z3 và Z4, Y4 chọn theo quy tắc tam diện thuận Thiết lập hệ phương trình động học của robot Từ việc chọn hệ tọa độ ta có bảng DH sau: Khâu θ α a d 1 θ1 0 a1 0 2 θ2 180° a2 0 3... 1.25.cos(sin(3.t ) + cos(5.t )).sin 5t ) + (−0.15) )  2 2 2 & & & aE = & + & + & xE y E z E   Tiếp theo ta đi tính vận tốc góc khâu cuối ωx = ωz = ω y =  Vận tốc góc khâu cuối là: 2 ω4 = ω x2 + ω y + ω z2 d Giải bài toán động học ngược Giải bằng phương pháp giải tích: Trang 19 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Từ hệ phương trình:  xE = a2 cos( q1 + q2 ) + a1cos( q1 )  −d 4 − q3 = z E  yE = a2 sin(q1...  ⇒ q2 = arctan 2 ÷,  2.a1.a2 2.a1.a2    Có 2 giá trị cho hàm q2  ÷ ÷  (2.2) ta chọn 1 giá trị khi tính toán, mô phỏng Xét hệ phương trình trên, sử dụng các khai triển C12 = C1 C2 − S1 S 2 S12 = S1 C2 + C1 S2 Thay vào hệ, ta có hệ phương trình Trang 20 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] a2 (C1C2 − S1S2 ) + a1 C1 = xE   a2 ( S1C2 + C1S 2 ) + a1.S1 = y E Đặt a1 + a2 C2 = A   a2 S... dưới dạng giải thức của các biến khớp liên hệ với điểm tác động cuối, khi xác định được các biến khớp ngược lại ta tìm được các góc cardan Trang 22 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] e Xây dựng quy luật chuyển động khâu thao tác E và giải bài toán động học ngược bằng phần mềm Maple  f1 = xE − [a2cos(q1 + q2 ) + a1cos(q1 )] = 0   f 2 = yE − [a2 sin( q1 + q2 ) + a1 sin(q1 )] = 0  f 3 = z E −(−... 0.25sin(sin(3.t ) + cos(5.t ))+0.35sin( sin(3.t ))      −0.45 − 0.15t   Với t=0-> 12, ta vẽ được đồ thị điểm tác động cuối bằng phần mềm Maple Trang 18 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Đồ thị điểm tác động cuối (trong 12s) Ta tính được vận tốc và gia tốc của điểm tác động cuối như sau: v = x 2 + y 2 + z 2 = ((((−0.25sin(sin(3.t ) + cos(5.t )) − 0.35sin(sin(3.t ))).3cos 3t + & & & E E... 4 3 A4 =   0 0  0  0 - 0 0 0 0  1 d4   0 1 Ma trận xác định tọa độ vị trí và hướng của khâu cuối T4 =0 A1 1 A2 2 A3 3 A4 Tính ma trận: C1 S 0 0 A1 = A1 =  1 0  0 − S1 C1 0 0 0 a1C1  0 a1S1   1 0   0 1  Trang 14 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] C12 S 0 0 1 A2 = A1 A2 =  12  0   0 C12 S 0 0 1 2 A3 = A1 A2 A3 =  12  0   0 S12 −C12 0 0 S12 −C12 0 0 C12−4 S . NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu 1 Trang 8 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu 2 Trang 9 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ. TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu 3 Trang 10 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] Khâu cuối Trang 11 HÀ NỘI [TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT] 2. Xây