BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU BANG TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TỬ HỮU HẠN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 1 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ KS NGUYỄN HỮU BANG TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chuyên ngành : Mã số ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 60.52.04 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chuyên ngành : Mã số ngành : Giảng viên hướng dẫn : Học viên thực : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 60.52.04 TS NGUYỄN HOÀI SƠN KS NGUYỄN HỮU BANG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2006 LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN  au hai năm học tập nghiên cứu chương trình đào tạo sau đại học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, đúc kết nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn Với công trình nghiên cứu hình thức luận văn thạc sĩ, vận dụng kiến thức mà trang bị để tiến hành giải toán thực tiễn Vì đề tài luận văn nghiên cứu giải vấn đề hoàn toàn dựa sở tính toán lập trình ngôn ngữ MATLAB nên lúc đầu gặp nhiều bỡ ngỡ khó khăn, tưởng chừng vượt qua được, với hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn TS Nguyễn Hoài Sơn với hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng nghiệp Cho đến nay, luận văn đạt kết mong muốn S Đến đây, cho phép gởi lời cảm ơn chân thành đến : - Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - TS Nguyễn Hoài Sơn – trưởng khoa Xây dựng học ứng dụng – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - TS Nguyễn Tiến Dũng – trưởng phòng Đào tạo – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - Quý thầy cô khoa Cơ Khí Máy – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - Phòng Quản lý Khoa học – Quan hệ Quốc tế – Sau Đại học phòng ban trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - ThS Lê Thanh Phong – GV khoa Xây dựng học ứng dụng – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - Gia đình bạn bè đồng nghiệp Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ động viên quý báu tất người Xin trân trọng cảm ơn Tp.Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2006 Học viên thực luận văn LỜI CẢM ƠN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc  TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : NGUYỄN HỮU BANG Ngày, tháng, năm sinh : 21 – 12 – 1958 Nơi sinh : huyện Tây Sơn – tỉnh Bình Định Địa liên lạc : Nhà riêng : 791 – Nguyễn Trung Trực – An Hòa – Rạch Giá – Kiên Giang Cơ quan : 31B – Chi Lăng – Vĩnh Lạc – Rạch Giá – Kiên Giang Quá trình đào tạo - : Từ 09/1983 – 09/1987 học Đại học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Tốt nghiệp đại học 09/1987 - Từ 10/2004 – 10/2006 theo học chương trình cao học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Quá trình công tác : - Từ 10/1987 – 11/1991 công tác Nhà máy Cơ khí Bảo Lộc – Lâm Đồng - Từ 12/1991 đến công tác Trung tâm Kỹ thuật Tổng hợp Kiên Giang -     - LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT LUẬN VĂN  gày nay, Nhờ phát triển kỹ thuật số công nghệ thông tin, khả “mềm hóa” “môđun hóa” hệ thống thiết bị sản xuất thực Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) hệ thống tích hợp sản xuất dùng máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) đời Robot phận cấu thành thiếu hệ thống Robot làm công việc chuyển tiếp máy công tác, vận chuyển phân xưởng, thao tác kho tự động v.v N Giới chuyên môn quan tâm đến việc nghiên cứu xây dựng thuật toán để từ xây dựng chương trình tính toán điều khiển robot, xây dựng phương pháp tự động thiết lập giải toán động học, việc tính bền học cho robot chưa quan tâm Trong đó, có trường hợp lúc làm việc robot phải chịu lực lớn, robot SCARA sử dụng rộng rãi việc trung chuyển hàng hóa băng tải, thao tác kho tự động …Vì vậy, việc nghiên cứu, tính toán mô phân bố ứng suất trình làm việc robot SCARA để từ làm tảng cho việc xác định độ sai lệch định vị bàn kẹp tổng hợp chuyển vị khâu tạo nên tính bền điều cần thiết Qua sáu tháng nghiên cứu thực đề tài : “Tính toán mô phân bố ứng suất trình làm việc robot SCARA phương pháp phần tử hữu hạn”, luận văn đạt số kết : - Phân tích, tính toán động học động lực học robot SCARA bốn bậc tự RRTR - Thiết kế giao diện mô động học động lực học robot SCARA bốn bậc tự RRTR chương trình MATLAB - Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho khung không gian vào việc tính toán cho robot SCARA bốn bậc tự RRTR - Thiết kế giao diện mô ứng suất chuyển vị sinh trình làm việc robot SCARA bốn bậc tự RRTR chương trình MATLAB - TÓM TẮT LUẬN VĂN     - LUẬN VĂN THẠC SĨ ABSTRACT  Today, basing on the development of digital and information technology, the capacity to “ soften” and “ modulate” the manufacturing equipment system was done Flexible Manufacturing System (FMS) and Computer Integrated Manufacturing (CIM) were invented Robots are considered as unlackable components of these systems Robots work as connectors between the working machines, transport in the worshops, operate in automatic factories v v The experts only consider the study how to develop new heuristics so that they can develop programs to control robots, develop methods that can automatically establish and solve kinetic problems, these experts have not much considered mechanical enduring for roborts Whereas, there are some cases that robots have to suffer great strength while working, robots SCARA are used widely to transport goods between delivering rows, to operate in automatic factories So that the study on stress dispose in robot working time, calculating and simulating it in order to identify the location error of gripper created by the transpositive synthesis of the components and the strenght is necessary After six months to study and carry out the topic: “Calculating and simulating stress dispose in robot SCARA working time by the finite element method” the thesis now has got some results: - Analysing, calculating kinetics and dynamic of robot SCARA’s four free levels RRTR - Designing interface simulation about kinetic and dynamical of robot SCARA’s four free levels RRTR by using MATLAB program - Studying to apply the finite element method for space frame into the calculating of robot SCARA’s four free levels RRTR - Designing interface simulation about stress and displacement created in working process of robot SCARA’s four free levels RRTR by using MATLAB program - TÓM TẮT LUẬN VĂN     - LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC  Tiêu đề Trang CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 2.1 Thiết lập hệ phƣơng trình động học 2.1.1 Xác lập hệ tọa độ 2.1.2 Bảng thông số DH (Denavit – Hartenberg) 2.1.3 Xác định ma trận Tii+1 ( i = 0,1,2,3 ) theo thông số DH 2.1.4 Hệ phương trình động học 2.2 Bài toán động học ngƣợc 2.3 Nhận xét 10 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC 11 3.1 Phƣơng pháp phân tích động lực học robot 11 3.2 vận tốc gia tốc 11 3.2.1 Vận tốc 13 3.2.1.1 Tính giá trị U ijv 13 3.2.1.2 Tính giá trị vận tốc Vij 14 3.2.2 Gia tốc 15 3.2.2.1 Tính giá trị U ija 15 3.2.2.2 Tính giá trị gia tốc aoi 17 3.3 Động 18 3.4 Thế 19 3.5 Phƣơng trình động lực học cấu robot scara 19 3.5.1 Cơ sở lý thuyết 19 3.5.2 Thiết lập phương trình động lực học 20 3.5.2.1 Các giá trị Ji 20 3.5.2.2 Thiết lập ma trận D(q) 20 3.5.2.3 Thiết lập ma trận h(q) 21 3.5.2.4 Thiết lập ma trận c(q) 24 3.5.2.5 Phương trình động lực học 25 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN 27 4.1 Thiết lập mô hình hình học cho toán 27 4.2 Cơ sở lý thuyết phần tử hữu hạn toán khung không gian 27 4.2.1 Các phương trình phần tử hệ tọa độ địa phương 27 MỤC LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ 4.2.2 Phép chuyển trục từ hệ tọa độ địa phương – toàn cục 32 4.2.3 Phương pháp ba nút cho việc tính toán cosin phương 33 4.2.4 Kết phần tử 34 4.3 Nhận xét: 35 CHƢƠNG : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB 36 5.1 Giao diện dùng cho báo cáo mô 36 5.1.1 Chương trình chính: 36 5.1.2 Giao diện 38 5.2 Mô động học động lực học 38 5.2.1 Bảng thông số DH 39 5.2.2 Vẽ robot: 39 5.2.3 Mô động học thuận 40 5.2.4 Mô động học ngược 40 5.2.4.1 Vẽ quỹ đạo `40 5.2.4.2 Tải quỹ đạo 41 5.2.4.3 Phương trình tham số 42 5.2.5 Mô động lực học 42 5.2.6 Chương trình mô động học động lực học 44 5.3 Mô chuyển vị, nội lực ứng suất 45 5.3.1 Phân tích MODE 47 5.3.2 Phân tích chuyển vị đầu gripper 48 5.3.3 Phân tích nội lực 49 5.3.4 Phân tích ứng suất 53 5.3.5 So sánh ứng suất hai khâu 58 5.3.6 Chương trình tính toán-mô 58 5.4 Nhận xét 59 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60 6.1 Tóm tắt kết đề tài 60 6.2 Đánh giá kết đề tài 60 6.3 Đề nghị hướng phát triển đề tài 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 - MỤC LỤC     - LUẬN VĂN THẠC SĨ trang CHƢƠNG : DẪN NHẬP  1.1 Đặt vấn đề : Nhu cầu cạnh tranh thị trường đòi hỏi nhà sản xuất phải thường xuyên thay đổi mẫu mã, kích cỡ thường xuyên cải tiến để nâng cao chất lượng sản phẩm Sự cạnh tranh hàng hóa đặt vấn đề phải có hệ thống thiết bị sản xuất dễ dàng thay đổi linh hoạt để đáp ứng với nhu cầu thường xuyên thay đổi thị trường Nhờ phát triển kỹ thuật số công nghệ thông tin, khả “mềm hóa” hệ thống thiết bị sản xuất thực Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS đời, phương thức sản xuất đại, có ưu điểm thiết bị chủ yếu hệ thống đầu tư lần, việc đáp ứng lại thay đổi sản phẩm phần mềm máy tính Hệ thống FMS đại lại thích hợp với quy mô sản xuất vừa nhỏ Ngày nay, nước phát triển, hệ thống FMS có xu hướng thay dần hệ thống thiết bị tự động “cứng” sản xuất hàng loạt lớn sản phẩm Các hệ thống thiết bị tự động cứng đắt tiền mà cần thiết phải thay đổi theo yêu cầu sản phẩm phải đổi gần hoàn toàn thiết bị Như vậy, hệ thống thiết bị tự động cứng nhanh chóng trở nên lạc hậu không thích nghi với thị trường đầy biến động Ý tưởng chủ đạo việc tổ chức hệ thống sản xuất đại linh hoạt “linh hoạt hóa” “môđun hóa” Một hệ thống sản xuất linh hoạt gồm nhiều môđun linh hoạt Một hệ thống hệ thống CIM – hệ thống tích hợp sản xuất dùng máy tính Để tạo môđun sản xuất linh hoạt vậy, có mặt robot cần thiết thiếu, robot phận cấu thành Ở đây, robot làm công việc chuyển tiếp máy công tác (cấp thoát phôi dụng cụ cắt cho trung tâm gia công), vận chuyển phân xưởng, thao tác kho tự động v.v… Bản thân cấu tay máy robot cấu linh hoạt Đó cấu không gian hở, có bậc tự dư thừa nên độ động cao Mỗi khâu robot có nguồn động lực riêng chúng điều khiển chương trình thay đổi Kỹ thuật robot ngày hoàn thiện, tương lai, kỹ thuật robot ứng dụng nhiều thành tựu khoa học liên ngành, phát triển phần cứng lẫn phần mềm ngày chiếm ưu lĩnh vực công nghiệp Sự đa dạng sản xuất thúc đẩy đời nhiều lọai robot mới, vào năm 80 kỷ trước đời robot SCARA (Selectively Compliant Articulated Robot Arm) – tay máy mềm dẻo tùy ý Robot SCARA ứng dụng nhiều công nghiệp, cấu trúc động học robot SCARA thuộc hệ tọa độ sinh trục quay khớp động thẳng đứng Ở Việt Nam, có nhiều đơn vị nghiên cứu robot thành công việc nghiên cứu xây dựng thuật toán để từ xây dựng chương trình tính toán điều khiển robot, xây dựng phương pháp tự động thiết lập giải toán động học Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng suất xác lập phân bố ứng suất sinh trình làm việc robot để từ xác định độ sai lệch định vị bàn kẹp tổng hợp chuyển vị khâu tạo nên tính bền cho robot lĩnh vực bỏ ngỏ Chƣơng I : DẪN NHẬP LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 49 5.3.3 Phân tích nội lực: Biểu đồ nội lực khâu sở: Nội lực 10 mặt cắt cách khâu sở: Nội lực Mặt Cắt Nz(N) Qy(N) Qx(N) Mz(Nm) Mx(Nm) My(N/m) 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 19.809877 -11.07282 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 17.038917 -7.617728 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 14.267957 -4.162638 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 11.496996 -0.707549 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 8.726036 2.747540 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 5.955076 6.202630 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 3.184116 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 0.413156 13.112809 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 -2.357803 16.567899 10 9.038300 -34.55089 -27.70960 255.382246 -5.128763 20.02298 Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB 9.657720 LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 50 Biểu đồ nội lực khâu 1: Nội lực 10 mặt cắt cách khâu 1: Nội lực Mặt Cắt Nz(N) Qy(N) Qx(N) Mz(Nm) Mx(Nm) My(N/m) -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2321.3313 149.1843 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2306.1523 156.1481 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2290.9732 163.1119 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2275.7942 170.0756 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2260.6152 177.0394 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2245.4362 184.0031 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2230.2572 190.9669 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2215.0781 197.9307 -16.885309 -104.4564 227.68530 20.955445 -2199.8991 204.8944 10 -16.885309 -104.4564 227.6853 20.955445 -2184.7201 211.8582 Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 51 Biểu đồ nội lực khâu 2: Nội lực 10 mặt cắt cách khâu 2: Nội lực Mặt Cắt Nz(N) Qy(N) Qx(N) Mz(Nm) Mx(Nm) My(N/m) 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -9.118071 240.2862 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -8.240034 240.1916 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -7.361996 240.0971 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -6.483959 240.0025 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -5.605922 239.9080 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -4.727884 239.8134 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -3.849847 239.7188 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -2.971809 239.6243 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -2.093772 239.5297 10 10.368884 1.418363 13.170561 6.027250 -1.215735 239.4352 Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 52 Biểu đồ nội lực khâu 3: Nội lực 10 mặt cắt cách khâu 3: Nội lực Mặt Cắt Nz(N) Qy(N) Qx(N) Mz(Nm) Mx(Nm) My(N/m) -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.068851 -168.8868 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.059895 -131.2969 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.050939 -93.70709 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.041984 -56.11722 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.033028 -18.52735 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.024073 19.06252 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.015117 56.65239 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 -0.006161 94.24227 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 0.002793 131.8321 10 -0.562706 -751.7975 0.179112 2.759335 0.011749 169.4220 Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 53 5.3.4 Phân tích Ứng suất: Biểu đồ thể ứng suất pháp phân bố khâu 1: Biểu đồ thể ứng suất tiếp lực Qy gây phân bố khâu 1: Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 54 Biểu đồ thể ứng suất tiếp lực Qx gây phân bố khâu 1: Biểu đồ thể ứng suất tiếp lực Mz gây phân bố khâu 1: Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 55 Ứng suất 10 mặt cắt cách khâu 1: Mặt Cắt Ứng suất σmax(Nz,Mx,My) τmax(Qy) τmax(Qx) τmax(Mz) 4.42859924 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.40585882 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.3831184 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.36037798 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.33763755 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.31489713 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.29215671 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.26941629 1.52077352 1.545718 4.41466678 4.24667586 1.52077352 1.545718 4.41466678 10 4.22393544 1.52077352 1.545718 4.41466678 x107(Nm2) x105(Nm2) x105(Nm2) x105(Nm2) Biểu đồ thể ứng suất pháp phân bố khâu 2: Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 56 Biểu đồ thể ứng suất tiếp lực Qy gây phân bố khâu 2: Biểu đồ thể ứng suất tiếp lực Qx gây phân bố khâu 2: Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 57 Biểu đồ thể ứng suất tiếp lực Mz gây phân bố khâu 2: Ứng suất 10 mặt cắt cách khâu 2: Mặt Cắt Ứng suất σmax(Nz,Mx,My) τmax(Qy) τmax(Qx) τmax(Mz) 2.05426589 2.0649845 8.94127674 1.26975592 2.03721922 2.0649845 8.94127674 1.26975592 2.02017255 2.0649845 8.94127674 1.26975592 2.00312588 2.0649845 8.94127674 1.26975592 1.98607921 2.0649845 8.94127674 1.26975592 1.96903254 2.0649845 8.94127674 1.26975592 1.95198587 2.0649845 8.94127674 1.26975592 1.9349392 2.0649845 8.94127674 1.26975592 1.91789253 2.0649845 8.94127674 1.26975592 1.90084586 2.0649845 8.94127674 1.26975592 x106(Nm2) 10 x103(Nm2) x103(Nm2) Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB x105(Nm2) LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 58 5.3.5 So sánh ứng suất hai khâu 2: So sánh ứng suất cực đại 10 mặt cắt khâu 2: Hiệu số ứng suất cực đại khâu Mặt Cắt σ1- σ2 τ1(Qy)- τ2(Qy) x10 (Nm ) x10 (Nm ) x105(Nm2) x105(Nm2) 4.223172651 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.202136898 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.181101145 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.160065392 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.139029629 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.117993876 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.096958123 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.07592237 1.500123675 1.456305233 3.14491086 4.054886607 1.500123675 1.456305233 3.14491086 10 4.033850854 1.500123675 1.456305233 3.14491086 τ1(Qx)- τ2(Qx) τ1(Mz)- τ2(Mz) 5.3.6 Chƣơng trình tính toán-mô phỏng: Nhóm chương trình tính toán: - assem.m beam3d.m beam3ds.m coordxtr.m eigen.m eldia.m eldisp.m eldraw3.m extract.m gfunc.m ket_qua.m K_M.m step2.m section.m pltstyle.m Nhóm chương trình mô phỏng: - Mo_phong_US_CV.m Tam_mode.m MODE.m muoi_ch_vi.m Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB (chương trình chính) LUẬN VĂN THẠC SĨ - trang 59 Noi_luc.m chuyen_vi.m US_khau1.m US_khau2.m Dao_dong.m 5.4 Nhận xét: - Với đối tượng nghiên cứu robot SCARA bốn bậc tự RRTR dạng tổng quát Vì vậy, tính toán viết chương trình, người thực đề tài tổng quát hóa thông số đầu vào Việc làm có ưu điểm khảo sát cánh tay máy cụ thể thuộc dạng SCARA bốn bậc tự RRTR Khi sử dụng chương trình để khảo sát cánh tay máy cụ thể, người khảo sát việc nhập thông số vào giao diện khảo sát - Để khảo sát ứng suất hai khâu động 2, người thực đề tài chọn mặt cắt ngang hai khâu có dạng hình hộp rỗng giá trị kích thước dài, kích thước mặt cắt ngang hoàn toàn Kết so sánh cho thấy ứng suất sinh khâu lớn ứng suất sinh khâu hoàn toàn phù hợp với thực tế - Ứng suất pháp cực đại mặt cắt ngang có nội lực lớn lớn so với ứng suất tiếp cực đại mặt cắt Do vậy, tính bền cho robot ta cần quan tâm đến ứng suất pháp - Khi ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán cho toán khung không gian vào việc tính chuyển vị, nội lực ứng suất sinh trình làm việc robot Các hệ tọa độ địa phương lấy từ kết toán động học thuận Hay nói cách khác, kết toán động học thuận sở để giải toán tính chuyển vị, nội lực ứng suất sinh trình làm việc robot - Khi muốn khảo sát trạng thái làm việc robot vị trí cụ thể Thông qua toán động học ngược tìm kết thông số biến khớp, người thực việc nhập thông số biến khớp vừa tìm vào giao diện khảo sát trạng thái làm việc robot vị trí Chương trình cho ta biết chuyển vị cực đại, thời điểm sinh chuyển vị cực đại, nội lực khâu ứng suất pháp cực đại mặt cắt có nội lực lớn hai khâu -     - Chƣơng V : THIẾT KẾ GIAO DIỆN VỚI MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 60 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ  6.1 Tóm tắt kết đề tài : Đề tài : “TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN” thực tháng Trong khoản thời gian đó, đề tài nghiên cứu tham khảo tài liệu sách giáo khoa, tài liệu mạng Đến nay, đề tài hoàn thành đạt mục tiêu đề Sản phẩm cuối đề tài software dùng để tính toán mô phỏng: Động học, động lực học, chuyển vị gripper, nội lực khâu trạng thái ứng suất sinh trình làm việc robot SCARA bốn bậc tự RRTR dạng tổng quát Sản phẩm kết việc tìm tòi nghiên cứu, nguồn động lực người thực công tác nghiên cứu sau 6.2 Đánh giá kết đề tài : Dựa sở lý thuyết robot sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn, kết hợp với phần mềm hổ trợ tính toán, mô Matlab Việc tính toán mô cho toán lập trình ngôn ngữ Matlab, kết tính toán, mô thể giao diện trực quan chương trình xuất thông số cần thiết Đề tài đạt kết sau: 1- Xây dựng phương pháp tự động thiết lập giải toán động học cho robot SCARA bốn bậc tự RRTR sở dùng Matlab 2- Xây dựng hoàn chỉnh hệ phương trình động lực học 3- Ứng dụng thành công phương pháp phần tử hữu hạn để giải toán chuyển vị, nội lực, ứng suất sinh trình làm việc Kết vả lĩnh vực hoàn toàn Với đối tượng nghiên cứu robot SCARA bốn bậc tự RRTR dạng tổng quát Vì vậy, tính toán viết chương trình, người thực đề tài tổng quát hóa thông số đầu vào Việc làm có ưu điểm khảo sát tay máy cụ thể thuộc dạng SCARA bốn bậc tự RRTR Khi sử dụng chương trình để khảo sát tay máy cụ thể, người khảo sát việc nhập thông số vào giao diện khảo sát Khi muốn khảo sát trạng thái làm việc tay máy vị trí cụ thể Thông qua toán động học ngược tìm kết thông số biến khớp, người thực việc nhập thông số biến khớp vừa tìm vào giao diện khảo sát trạng thái làm việc robot vị trí Chương trình cho ta biết chuyển vị cực đại, thời điểm sinh chuyển vị cực đại, nội lực khâu ứng suất pháp cực đại mặt cắt có nội lực lớn hai khâu 6.3 Đề nghị hƣớng phát triển đề tài : Với kết mà đề tài đạt được, ứng dụng software để khảo sát tay máy cụ thể thuộc dạng SCARA bốn bậc tự RRTR Chƣơng VI : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 61 Hướng phát triển tiếp đề tài: - Xây dựng software với quy mô tổng quát hơn, từ khảo sát thể loại cánh tay máy bó hẹp dạng định - Từ kết chuyển vị có giai đoạn bình ổn, sai lệch định vị định hướng gripper biến dạng đàn hồi vật liệu Có thể sử dụng kết để tính toán bù sai lệch trình lập trình điều khiển robot -     - Chƣơng VI : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1] Nguyễn Thiện Phúc Robot công nghiệp Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2004 [2] Lê Hoài Quốc Kỹ thuật người máy phần I: Robot công nghiệp Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2005 [3] JOHN J.CRAIG Introduction to robotics: Mechanics and control – second edition Addison – Wesley Publishing Company, 1989 [4] Biên dịch: Trần Thế Sang Cơ sở nghiên cứu chế tạo robot Nhà xuất thống kê – Khoa khí máy Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2005 [5] Nguyễn Hoài Sơn Ứng dụng Matlab tính toán kỹ thuật Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2000 [6] Nguyễn Hoài Sơn Phương pháp phần tử hữu hạn với Matlab Nhà xuất Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2001 [7] Nguyễn Hoài Sơn Phương pháp tính – Ứng dụng tính toán kỹ thuật Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2004 [8] Nguyễn Phùng Quang Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2004 [9] Trang Web: http//www.robotic.dlr.de/ [10] Trang Web: http//www.roboticsonline/products-4axis-shtml - TÀI LIỆU THAM KHẢO     - [...]... SUẤT TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN” Hình 1.1 : Robot SCARA của hãng MITSUBISHI 1.2 Mục đích nghiên cứu : Đề tài : “TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT TRONG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN” được thực hiện nhằm mục đích :  Xác lập sự phân bố ứng suất sinh ra trong quá trình làm việc của robot SCARA  Từ nền tảng sự phân. .. dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán cho bài toán khung không gian vào việc tính toán và mô phỏng sự phân bố ứng suất trong quá trình làm việc của robot SCARA là một giải pháp đúng z0 2 θ2 θ1 d3 3 4 y0 1 x0 o Hình 4.1: Mô hình hình học cho bài toán 4.2 Cơ sở lý thuyết phần tử hữu hạn đối với bài toán khung không gian: 4.2.1 Các phƣơng trình phần tử trong hệ tọa độ địa phƣơng: Đối với phần tử. .. vậy, việc nghiên cứu, tính toán và mô phỏng sự phân bố ứng suất trong quá trình làm việc của robot SCARA để từ đó làm nền tảng cho việc xác định độ sai lệch định vị của bàn kẹp do tổng hợp chuyển vị của các khâu tạo nên và tính bền cho robot là điều cần thiết Xuất phát từ vấn đề nêu trên, với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Hoài Sơn, người nghiên cứu đã chọn đề tài : “TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT... học để mô tả chuyển động trong quá trình làm việc của robot SCARA  Tính toán sự phân bố ứng suất bằng phương pháp phần tử hữu hạn với MATLAB - Chƣơng I : DẪN NHẬP     - LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 4 CHƢƠNG 2 : PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC  2.1 THIẾT LẬP HỆ PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC : 2.1.1 Xác lập các hệ tọa độ : Việc gắn hệ tọa độ với các khâu có vai trò rất quan trọng trong việc thiết... và của lực tác động lên điểm tác động cuối đến quá trình làm việc của robot, phân tích phần tử hữu hạn, xác định độ sai lệch định vị của điểm tác động cuối do tổng hợp chuyển vị của các khâu tạo nên  Thiết kế giao diện mô phỏng : Động học, động lực học, sự phân bố ứng suất và chuyển vị bằng MATLAB  Không đi sâu vào tính bền 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu :  Tham khảo các tài liệu từ internet, sách và. .. cứu áp dụng phương pháp dùng phương trình Lagrange bậc 2 để xây dựng mô hình động lực học của robot SCARA Đồng thời với việc xây dựng mô hình động học kiểu DH (Denavit – Hartenberg) để từ đó có thể nhận được các phương trình động lực học robot ở dạng véctơ ma trận, điều này giúp thuận tiện cho việc nghiên cứu giải tích và tính toán mô phỏng trên máy tính Các phương trình động lực học robot SCARA được... chuyển động của cơ cấu robot, đồng thời xem xét các đặc tính động lực của động cơ Tính toán lực trong cơ cấu robot là việc rất cần thiết khi chọn lựa động cơ, khi kiểm tra độ bền, độ cứng vững và độ tin cậy của cơ cấu Có nhiều phương pháp nghiên cứu động lực học robot tuy nhiên, thường gặp hơn cả là phương pháp động tĩnh học xây dựng trên nguyên lý D’Alembert và phương pháp dùng phương trình Lagrange... : PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC                                                    LUẬN VĂN THẠC SĨ trang 27 CHƢƠNG 4 : PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN  4.1 Thiết lập mô hình hình học cho bài toán : Khảo sát cấu tạo cũng như quá trình làm việc của robot SCARA, người thực hiện đề tài xét thấy robot rất phù hợp với mô hình khung không gian Vì vậy, việc ứng. .. LỰC HỌC ROBOT: Nghiên cứu động lực học robot là giai đoạn cần thiết trong việc phân tích cũng như tổng hợp quá trình điều khiển chuyển động Trong nghiên cứu động lực học robot thường giải quyết hai nhiệm vụ : - Xác định môment và lực động xuất hiện trong quá trình chuyển động - Xác đinh các sai số động, tức là độ lệch so với quy luật chuyển đông của chương trình Lúc này phải khảo sát các phương trình. .. tác động cuối (bàn kẹp) của robot SCARA trong mọi thời điểm sẽ hoàn toàn được xác định từ hệ phương trình (2.9) Khi nghiên cứu về động học robot thì nội dung chủ yếu của bài toán động học thuận là thiết lập cho được hệ phương trình động học 2.2 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƢỢC : Hệ phương trình (2.9) giúp ta xác định được vị trí và hướng của bàn kẹp khi biết trước quy luât thay đổi của các giá trị biến khớp