MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng. Mục tiêu ứng dụng robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm , đồng thời cải thiện điều kiện lao động . Sự cạnh tranh hàng hóa đặt ra một vấn đề thời sự là làm sao để hệ thống tự động hóa sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng sự biến động thường xuyên của thị trường hàng hóa cạnh tranh. Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu không thể thiếu trong việc tạo ra những hệ thống sản xuất linh hoạt đó. Robot hàn chiếm 80% về Robot trong sản xuất công nghiệp. Robot hàn có độ chính xác và năng suất cao. Hàn bằng robot nâng cao Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập trình hợp lý, các robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy cách.Chuyển động của que hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công việc phải làm lại. Robot không những làm việc nhanh hơn mà còn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một hệ thống hàn tay.Quá trình hàn được tự động hóa giải phóng người công nhân khỏi những tác hại khi hàn do tiếp xúc với bức xạ hồ quang, vẩy hàn nóng chảy, khí độc. Với những ứng dụng và ưu việt như trên, việc học tập, nghiên cứu và ứng dụng Robot hàn là vấn đề cấp thiết đối với sinh viên ngành công nghệ hàn. Sinh viên được giao nhiệm vụ giải bài toán động học ngược của Robot hàn 6 bậc tự do và tịnh tiến .Trong quá trình sinh viên làm đồ án Cơ Điện tử này, đã tích lũy được kiến thức cơ bản về Robot hàn, ứng dụng của Robot hàn để phục vụ công việc và học tập trong tương lai; biết cách tìm và đọc tài liệu, đặc biệt là tài liệu tiếng anh; kiến thức về lập trình C# , ….Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Bộ môn hàn và công nghệ kim loại, đồng thời gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Bùi Văn Hạnh đã tận tình giúp đỡ, định hướng để em hoàn thành Đồ án này. YÊU CẦU ĐỀ TÀI Đề tài : “Mô phỏng chuyển động của Robot hàn AX-V6” Yêu cầu đặt ra : • Xây dựng cấu trúc, thiết lập hệ phương trình động học của Robot. • Giải bài toán động học ngược robot: o Tự xây dựng một quy luật chuyển động của khâu thao tác E của Robot. o Khảo sát bài toán động học ngược của Robot để tìm quy luật chuyển động của các khâu. o Ứng dụng phần mềm tính toán , mô phỏng số. • Thiết kế mô phỏng: o Thiết kế 2D, 3D các khâu của Robot. o Mô phỏng hoạt động của Robot. 2 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh A. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT 1. Xây dựng cấu trúc , thiết lập hệ phương trình động học của robot Cấu trúc Robot được vẽ như sau : 3 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh Đánh dấu hệ trục tọa độ theo phương pháp Denavit - Hatenberg ta có bảng DH như sau : Khâu Rot(Z) Trans(z) Trans(x) Rot(x) 1 θ1 350 -170 -90 2 θ2 0 560 0 3 θ3 0 130 -90 4 θ4 560 0 90 5 θ5 0 55 -90 6 θ6 505 0 0 Ta thiết lập phương trình động học dạng ma trận dựa vào bảng DH . Hệ tọa độ khâu cuối được mô tả thông qua ma trận: Vị trí khâu cuối được xác định bởi hệ 4 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh x E = x(t) y E = y(t) z E = z(t) Mặt khác hướng của khâu cuối cũng được xác định dựa vào các góc Cardan ta thu được hệ phương trình động học: f 1 = c 12 (α,β,η) f 2 = c 23 (α,β,η) f 3 = c 32 (α,β,η) f 4 = x(t) f 5 = y(t) f 6 = z(t) Với α,β,η là các góc Cardan và c là phẩn tử trong ma trận quay Cardan. Các ma trận quay cơ bản trong hệ tọa đồ thuần nhất bốn chiều và có dạng như sau: T x (φ) = Rot(x,φ) = 1 0 0 0 0 cosφ -sinφ 0 0 sinφ cosφ 0 0 0 0 1 T y (ψ) = Rot(y,ψ) = cosψ 0 sinψ 0 0 1 0 0 -sinψ 0 cosψ 0 0 0 0 1 5 Hình 10 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh T z (θ) = Rot(z,θ) = cosθ -sinθ 0 0 sinθ cosθ 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 Trans(a,b,c) = 1 0 0 a 0 1 0 b 0 0 1 c 0 0 0 1 2. Giải bài toán động học ngược của Robot a) Xây dựng quỹ đạo chuyển động : Ta sẽ đi xây dựng một quỹ đạo chuyển động của khâu cuối E. Ta hãy tính toán động học để điều khiển rôbốt thực hiện được thao tác công nghệ theo yêu cầu hàn một mối hàn là đường xoắn trụ trên vật thể hình trụ có kích thước chiều dài và bán kính lớn. Đường hàn là một đường xoắn ốc có góc nghiêng / 9( )rad α π = . Quỹ đạo chuyển động của mỏ hàn trong hệ tọa độ vật được cho như sau: 300 cos , 300sin 3 3 , , , 3 3 p z p z p z z x t y t z v rotx roty rotz t π π ω ω π π π α ω = − = − = = − + = − = −      ÷  ÷     Ở đây hệ tọa độ vật được xác định bởi các giá trị sau: 300, 1000, 300, 0, , 4 4 d d d d d d x y z rotx roty rotz π π = − = − = = = − = Ta tính cho rôbốt thực hiện mối hàn khi giá robot cố định, vật hàn di động với số vòng xoắn ốc của mối hàn là: nvg=2,5, vận tốc hàn: v h = 10mm/s. 6 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh Thời gian cần thiết để thực hiện là: 2 _ cos vg ds h n r t v π α = , ở đây: 300 ds r mm= . Vận tốc của mũi hàn v z theo phương z d trong hệ tọa độ vật được tính: 2 _ ds vg z r n tg v t π α = mm/s. Vận tốc góc tương đối của mỏ hàn đối với hệ tọa độ vật: _ 2 _ vg z n t π ω = (rad/s) b) Khảo sát bài toán động học ngược của Robot để tìm quy luật chuyển động của các khâu: Xét hệ phương trình động học : 1 2 3 4 11 11 5 22 22 4 33 33 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) p p p p p p f x q x t f y q y t f z q z t f c q c t f c q c t f c q c t = −   = −   = −   = −   = −  = −   , Hoặc viết gọn lại: ( ) ( , ) 0f X f p q= = Ở đây 1 2 3 4 5 6 [ ] T f f f f f f f= Hệ phương trình được gọi là hệ phương trình động học cơ bản của Robot gồm 6 phương trình. Để giải phương trình động học ngược chúng ta sử dụng giải thuật Newton- Raphson để giải hệ 6 phương trình 6 ẩn trên tại thời điểm 0. Phương pháp N-R là một phương pháp lặp, trong đó ta sẽ xây dựng chuỗi vector {q k } . Biểu thức hồi quy của nó là: q k+1 = q k - (2) Trong đó : 7 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh Thuật giải như sau: B1: Đặt k=0 B2: Chọn xấp xỉ ban đầu q 0 B3: Tính h(q k , t0) Nếu | h(q k , t0)| <ε ( Với ε là hằng số dương bé cho trước ) với mọi i=1,…,6 thì dừng, nếu không thì tiếp tục bước 4. B4: Tính ma trận Jacobi tại q k tức là B5: Thay vào phương trình (2) để tìm q k+1 B6: k=k+1 Nếu k>M với M là số bước lặp đã chọn trước thì dừng , nếu không tiếp tục từ bước 3. Trong giải thuật trên ta thoát vòng lặp trong 2 tình huống . Khi không đạt được độ chính xác cần thiết hoặc sau 1 số bước lặp nhất định. c) Ứng dụng phần mềm tính toán và mô phỏng số: Ở đây chúng ta sử dụng phần mềm tính toán Maple: 8 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh 3. Thiết kế 2D , 3D các khâu của Robot Sử dụng phần mềm Solidwork để thiết kế chi tiết đúng với yêu cầu đặt ra về kích thước, kết cấu,… Robot được thiết kế gồm các khâu bao gồm cả khâu đế: 9 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh 10 [...]... void translate(const vector3f &trans); void translate_x(const float &dist); void translate_y(const float &dist); void translate_z(const float &dist); 22 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh void rotate(const float &angle, vector3f &axis); void rotate_x(const float &angle); void rotate_y(const float &angle); void rotate_z(const float &angle); void scale(const vector3f &scale); void transformPoint(... H1.rotate_y(q[dec][2]); H2.translate_y(0); H3.translate_x(560); H4.rotate_x(0); H5.rotate_y(-90); H[2]=H5*H2*H3*H4*H1; H1.rotate_y(q[dec][3]); H2.translate_y(0); H3.translate_x(130); H4.rotate_x(-90); H5.rotate_y(0); H[3]=H5*H2*H3*H4*H1; H1.rotate_y(q[dec][4]); H2.translate_y(560); H3.translate_x(0); H4.rotate_x(-90); H5.rotate_y(00); H[4]=H5*H2*H3*H4*H1; H1.rotate_y(q[dec][5]); H2.translate_y(0); H3.translate_x(55);... này thì một điều rất quan trong là ta phải chọn vào : Do not translate STL output data to positive space ” để cho hệ tọa độ khi vẽ trong Solidworks và khi chuyển sang file *STL không bị dịch chuyển Bước 4 : Hoàn tất việc chuyển sang file *STL Như vậy qua 4 bước ta đã chuyển 1 file từ Solidworks sang file *STL và với cách làm tương tự ta sẽ chuyển tất cả các khâu của Robot sang file *STL 26 Đồ án thiết... glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); SetTimer(1,500,0);// Thoi gian moi lan thay bo so la 500ms return 0; } void CHAT12View::DisplayFunction(void) { matrix4x4f H1,H2,H3,H4,H5,H6; H1.rotate_y(q[dec][0]); H2.translate_y(0); H3.translate_x(0); H4.rotate_x(0); H5.rotate_y(180); H[0]=H5*H2*H3*H4*H1; H1.rotate_y(q[dec][1]); H2.translate_y(200); H3.translate_x(170); H4.rotate_x(-90); H5.rotate_y(0); H6.rotate_y(45);... vòng)) GL_TRIANGLES Vẽ hình tam giác.( Bộ 3 vertex được xem các đỉnh một tam giác (không lặp)) GL_QUADS Vẽ tứ giác.( Bộ 4 vertex được xem như 4 đỉnh 1 đa giác (không lặp)) GL_TRIANGLES_STRI P Vẽ tập hợp các tứ giác liền nhau chung một cạnh.( Bộ 3 vertex xem như các đỉnh tam giác (có lặp)) GL_TRIANGLE_FAN Vẽ hình quạt.( Vertex 0 là đỉnh chung kết hợp cặp đỉnh bất kỳ tạo tam giác) 2.2 Khả năng quan sát đối... CHATDoc* GetDocument() const; stlObject khau[7]; float mau[7][4]; // mau hien thi cac khau cua robot CStdioFile f; // doc file HATin.txt CString a[6]; int i,j; float q[100][6];// lua tru cac bo so q float duong[100][3]; // luu tru toa do cac khau cuoi int dec; // bien dem // Operations public: // Overrides public: virtual void OnDraw(CDC* pDC); // overridden to draw this view virtual BOOL PreCreateWindow(CREATESTRUCT&... hành Tiền thân của OpenGL là IRIS GL do 14 Đồ án thiết kế Cơ Điện Tử PGS TS Bùi Văn Hạnh hãng Silicon Graphic Library Inc phát triển cho các WorkStation đồ họa tốc độ cao từ năm 1982.Sau đó từ năm 1992 thì OpenGL đã trở thành một chuẩn công nghiệp và đắc tính kỹ thuật của OpenGL do ủy ban kỹ thuật ARB (Architectural Review Board ) phê chuẩn Trong công nghệ đồ họa động đang ngày càng được ứng dụng trong... OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct); void DisplayFunction(void); afx_msg void OnTimer(UINT_PTR nIDEvent); #ifndef _DEBUG // debug version in HAT12View.cpp inline CHAT12Doc* CHAT12View::GetDocument() const { return reinterpret_cast(m_pDocument); } #endif Trong file HATview.cpp int CHAT12View::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct) { if (CViewGL::OnCreate(lpCreateStruct) == -1) return -1; dec=0;... glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mau[i+1]); stlDrawObject(khau[i+1],STL_FACE); glPopMatrix(); } // Hien thi quy dao han glBegin(GL_LINE_STRIP); glLineWidth(30); glColor3f(1, 0, 0); for (j=0;j . đắc tính kỹ thuật của OpenGL do ủy ban kỹ thuật ARB (Architectural Review Board ) phê chuẩn. Trong công nghệ đồ họa động đang ngày càng được ứng dụng trong. lặp)) GL_TRIANGLES_STRI P Vẽ tập hợp các tứ giác liền nhau chung một cạnh.( Bộ 3 vertex xem như các đỉnh tam giác (có lặp)) GL_TRIANGLE_FAN Vẽ hình quạt.(