Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án kỹ thuật _robot 6 bậc tự do
đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 1 Lời nói đầu. Loài ng-ời chúng ta đã bắt đầu b-ớc những b-ớc 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. Ng-ời ta có thể nhờ những công nghệ đó để tạo ra những thay đổi kỳ diệu mà chúng ta ch-a thể t-ởng t-ợng nổi trong xã hội ngày nay. Con ng-ời đ-ợc giải phóng sức lao động nhờ những công nghệ mới đó. Đó có thể là những ph-ơng tiện liên lạc hiện đại , đó có thể là những Robot sinh học có khả năng t- duy nh- con ng-ời, có khả năng hoạt động một cách linh hoạt nhờ những cơ cấu đặc biệt đ-ợc kết hợp từ những công nghệ thông tin, tự động hoá và công nghệ sinh học. Đó là t-ơng lai trên thế giới, còn chúng ta là ng-ời Việt Nam đang sống, học tập và làm việc tr-ớc thềm thế kỷ mới. Đất n-ớc ta có một trình độ khoa học công nghệ t-ơng 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 n-ớc ngoài nh-ng đã cũ kỹ và lạc hậu.Vì vậy để có thể hiện đại hoá và công nghiệp hoá đất n-ớc 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 b-ớc đ-a Robot vào các nhà máy để thay thế con ng-ời, 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 l-ợng 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 th-ớc,vận chuyển và lắp giáp các chi tiết. Những ng-ời thực hiện. Phạm Minh Tuấn Lê Quang Giao. đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 2 Ch-ơng I Dựng l-ợc 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 h-ớng khác nhau trong không gian 3 chiều nên nó có một số khả năng làm đ-ợc một số công việc nh- sơn, hàn, lắp ráp, đo, cấp phôi và kiểm tra kích th-ớc 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 l-ợc đồ tổng quát của robot và một số chức năng của robot , và l-ợc 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 . đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 3 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. đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 4 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 Ch-ơng 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 l-ờng và kiểm tra đã đ-ợc 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 l-ờng với việc tính toán bài toán thuận đ-a ra liên hệ giữa toạ độ của đầu đo và gốc toạ độ chuẩn gắn với thân máy đo bằng các ph-ơng trình liên hệ. Nhờ vào các cảm biến đo góc mà chủ yếu là cảm biến quang, cảm biến đIện đ-ợc gắn trực tiếp vào các khớp của robot. Sau khi đầu đo tiếp xúc với đIểm cần đo các cảm biến sẽ đo đ-ợc các góc quay của các khớp. Sau đó các thông số này sẽ đ-ợc chuyển vào ph-ơng đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 5 trình chuyển đổi toạ độ của bài toán thuận. Giải hệ ph-ơng trình này ta sẽ đ-ợc toạ độ của điểm đo. Trong bài toán vị trí của ronot 6 bậc tự do ta có hai ph-ơng 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 đ-ợc thiết lập trong ch-ơng trình MapleVI , chúng đ-ợc nhân với nhau để ra ma trận cuối cùng , sau đó từ ma trận chuyển toạ độ cuối cùng đó ta thiết lập ph-ơng 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 : đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 6 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 . z, d 1 ) Q (z , Q x, -/2 z , s Q z, x , a Q z, -/2 Q z, x , a Q z, x , a Q z, x , a Khớp Loại khớp i d i i r i 1 Q 0 0 1 d 1 2 T -2 0 0 s 2 3 Q 0 0 3 0 4 Q -2 a 3 4 0 5 Q 0 a 4 5 0 6 Q 0 a 5 6 0 ®å ¸n tèt nghiÖp Chuyªn nghµnh c¬ tin kü thuËt 7 * C¸c ma trËn chuyÓn : CosSin 0 0 Sin Cos 0 0 M01 = 0 0 1 d 1 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 s2 M12 = 0 -1 0 0 0 0 0 1 CosSin 0 0 Sin Cos 0 0 M23 = 0 0 1 0 0 0 0 1 Cos -sin 0 a3 0 0 - 1 0 M34 = -sin 4 -cos 4 0 0 0 0 0 1 ®å ¸n tèt nghiÖp Chuyªn nghµnh c¬ tin kü thuËt 8 CosSin 0 a4 Sin Cos 0 0 M45 = 0 0 1 0 0 0 0 1 CosSin 0 a5 Sin Cos 0 0 M56 = 0 0 1 0 0 0 0 1 0 a6 0 1 0 0 M67 = 0 0 1 0 0 0 0 1 Cã : M01 . M12 . M23 . M34 . M45 . M56 . M67 =M07 r 07 = M 07 .r 7 . đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 9 2 - Thiết lập ma trận chuyển hệ toạ độ từ vị trí củaO của Robot cho đến bàn tay M theo kiểu Denavit_Hartenberg. * 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 đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 10 Các chuyển đổi hệ trục toạ độ. 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 : CosSin 0 0 [...]... : 16 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp Khi l7 > l4+ l5- l6 (III) Góc nón 11 ,12 đ-ợc tính t-ơng tự nh- trên ,theo công thức sau: L72 + l62 ( l5 + l4 )2 1 2 = arcos 2.l6.l7 -l62 + l72 + ( l4 + l6 )2 2 1 = arcos 2.( l4 +l6 ).l7 17 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp 5 Miền làm việc thứ 5 : l 7 l5 l 6 l 4 l 7 l 4 l5 l 6 Lúc này góc quay của khớp 6 quanh M bị hạn chế bởi... 0 0 0 a3 -1 0 26 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp M34 = -sin4 -cos4 0 0 0 0 0 1 0 -a5cos5 0 a5cos5 CosSin - Sin M54 = Cos 0 0 1 0 0 0 0 1 CosSin Sin Cos 0 a6cos6 0 0 1 0 0 M65 = 0 0 0 1 a6cos6 0 a6 0 M 76 = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 l xmx 0 nx 1 Xm 27 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp ly Có : ny Ym lz mz nz Zm 0 M07 = my 0 0 1 M01 M12 M23 M34 = M04(1) M07 M 76 M65 M 54 = M04(2)... thức tính vận tốc và gia tốc của từng khâu 30 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp Ch-ơng V Mô phỏng hoạt động của Robot 6 bậc t- do a I Vẽ robot Cơ sơ thiết kế mô phỏng a - Giới thiệu : Robot đ-ợc 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 hoạt động rất linh hoạt nhờ chuyển động quay... gia tốc Bài toán tính vận tốc và gia tốc của robot nhằm mục đích tính toán động học và động lực học của robot 6 bậc tự do này 29 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp Ph-ơng pháp tính toán Xét một cách tổng quát, ta xét 1 điểm Pi bất kỳ nằm trên khâu thứ i Ta có bán kính vector của điểm Pi trong hệ toạ độ thứ i (hệ toạ độ gắn với khâu thứ i) rPii = OiPi = XPi/i, YPi/i, ZPi/i T Bán kính vector... có tích của các ma trận chuyển (nh- ở bàI toán thuận ) nh- sau : M07 = M01 M12 M23 M34 M45 M 56 M67 Nhân lần l-ợt vào vế tráI và vế phảI của ph-ơng trình trên với các ma trận nghịch Ta đ-ợc : 25 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp M07 M67 = M01 M12 M23 M34 M45 M 56 M07 M67 M 56 = M01 M12 M23 M34 M45 M07 M67 M 56 M 45= M01 M12 M23 M34 M07 M 76 M65 M 54= M01 M12 M23 M34 * Ph-ơng pháp giải.. .đồ án tốt nghiệp Sin M01 = Cos 0 0 0 0 1 d1 0 0 0 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 M12 = 0 -1 0 0 1 Cos M23 = 0 Sin -s2 Sin 0 a3 Cos Cos a3 sin 0 0 1 0 0 0 0 1 cos 0 a3 Sin M34 = - sin cos 0 0 0 0 0 0 CosSin 1 0 0 1 0 a5 11 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp Sin M45 = Cos 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 CosSin a6 Sin M 56 = 0 0 0 Cos 0 0 1 0 0 0 0 1 Có : M01 M12 M23 M34 M45 M 56 =M 06 r 06 = M 06. r6... 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 đ-ợc tính theo công thức sau Cố định M để tính ( l5 + l6 )2 =l42 + l72 2.l4.l7.cos1 ( l5 + l6 )2 -( l42 + l72 ) cos1 = -2.l4.l7 l42 + l72 ( l5 + l6 )2 1 = arcos 2.l4.l7 -l42 + l72 + ( l5 + l6 )2 2 = arcos 2.( l6 +l5 ).l7 4 Miền làm việc thứ thứ t- : 16 Chuyên... ở phần trên 18 Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp Ch-ơng III Tính toán bài toán ng-ợc Tính toán bài toán ng-ợc nhằm mục đích đ-a ra đ-ợc các góc quay của các khâu để đạt đ-ợc ví trí v-ơn tới cho tr-ớc của bàn tay (hay điểm M), trong thực tế ta ứng dụng bài toán này để đ-a ra các ph-ơng án điều khiển động cơ b-ớc Có rất nhiều ph-ơng pháp để giải bài toán ng-ợc, trong nhiều tài liệu th-ờng... bán kính vector trên là : rPi0 = K0i rPii Trong đó K0i là ma trận chuyển toạ độ từ hệ H0 sang hệ Hi Dùng ph-ơng 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 robot 6 bậc tự do trong đồ án. .. tin kỹ thuật đồ án tốt nghiệp Đây là cách giải riêng của Robot này Ph-ơng pháp giải đ-ợc tóm tắt nh- sau : Từ m - chỉ ph-ơng O6M và OM - toạ độ điểm M n=m O 2M n O2O3 = O lz = n O 2 O3 cos (O2O3 , ey0 ) = cos ( lz , ez0 ) O4O5 O6 M : Là cơ cấu bốn khâu bản lề Thông số các góc xác định vị trí t-ơng đối giữa các khâu : Xác định từ chuỗi phẳng O4M = O4O5 + O5O6 + O6M Ch-ơng IV Ph-ơng án giải bài toán . Lê Quang Giao. đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 2 Ch-ơng I Dựng l-ợc đồ tổng quát. Robot 6 bậc tự do quay vạn năng bao gồm 6 khâu và 6 khớp quay có trục quay. kỹ thuật 5 trình chuyển đổi toạ độ của bài toán thuận. Giải hệ ph-ơng trình này ta sẽ đ-ợc toạ độ của điểm đo. Trong bài toán vị trí của ronot 6 bậc tự do ta có hai ph-ơng pháp tính toán. 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 . đồ án tốt nghiệp Chuyên nghành cơ tin kỹ thuật 3