Đồ án Cánh Tay Robot 6 Bậc Tự Do - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.docx) (99 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Luận Văn - Báo Cáo
>>
3. Báo cáo khoa học

Đồ án cánh tay robot 6 bậc tự do

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.64 MB, 99 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOXà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc************************NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP1.Thông tin sinh viên thực hiện đồ ánNguyễn Thanh HảiMSSV: 20138602 - Khóa 58 - Lớp NUT12 - Viện SIENguyễn Văn ChinhMSSV: 20138050 - Khóa 58 - Lớp NUT12 - Viện SIENguyễn Hoàng PhươngMSSV: 20138609 - Khóa 58 - Lớp NUT12 - Viện SIE2.Đề tài đồ án“THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT 6 BẬC TỰ DO SỬ DỤNG IN 3D”3.Nội dung yêu cầu Thiết kế, xây dựng mô hình thực nghiệm robot 6 bậc tự do. Thiết kế bộ điều khiển. Viết chương trình điều khiển.4.Nội dung thuyết minh Tổng quan về robot công nghiệp. Tính toán thiết kế chế tạo robot. Thiết kế bộ điều khiển. Thiết kế chương trình điều khiển.5.Các bản vẽ kĩ thuật Bản vẽ lắp.Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2018Trưởng Bộ MônCán bộ hướng dẫnSinh viên thực hiệnĐồ án tốt nghiệp(Ký, ghi rõ họ tên)GVHD: TS. Hoàng Hồng Hải(Ký, ghi rõ họ tên)(Ký, ghi rõ họ tên)NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................Hà Nội, ngày06 năm 2018thángĐồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiGiáo viên hướng dẫn(Ký, ghi rõ họ tên)NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hải................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ .......................................................................................................................................Hà Nội, ngàynăm 2018tháng 06Giáo viên phảnbiện(Ký, ghi rõ họ tên)MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU.....................................................................3ĐẶT VẤN ĐỀ.....................................................................4CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP.............51. Khái niệm và xu hướng phát triển của Robot côngnghiệp...........................................................................51.1. Khái niệm.............................................................51.2. Xu hướng phát triển của Robot công nghiệp...........61.3 Cấu trúc chung của Robot công nghiệp...................62. Phân loại Robot.........................................................72.1. Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạtđộng...........................................................................82.2. Phân loại theo thế hệ............................................92.3. Phân loại theo hệ thống truyền động.....................9Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hải3. Ứng dụng của Robot công nghiệp...............................93.1. Ứng dụng Robot trong các thao tác cần khuếch đạilực 93.2. Ứng dụng Robot trong các thao tác phức tạp........103.3. Làm việc trong môi trường khắc nghiệt,độc hại.. . .11CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT............12Yêu cầu nhiệm vụ thiết kế............................................121. Tính toán................................................................121.1. Động học............................................................121.1.1. Các tham số động học DH ( Denavit Hartenberg )121.1.2. Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác.........161.1.3. Hệ phương trình động học độc lập.....................181.2. Động học vi phân của Robot................................191.2.1. Bài toán động học thuận...................................191.2.2. Bài toán động học ngược...................................221.3. Tĩnh học.............................................................241.4. Động lực học robot..............................................251.4.1. Ma trận khối lượng............................................271.4.2. Lực quán tính Coriolis và quán tính li tâm..........281.4.3. Thế năng, lực thế..............................................281.4.4. Lực suy rộng của các lực ko thế.........................292. Thiết kế..................................................................292.1. Phương án thiết kế..............................................292.2. Xây dựng mô hình trên Solidworks.......................303. Chọn vật liệu...........................................................333.1. Chọn phương pháp chế tạo..................................333.2. Chọn động cơ......................................................343.3. Chọn hệ thống dẫn động.....................................373.4. Chọn ổ bi............................................................373.5. Chọn tay gắp......................................................384. Chế tạo và lắp ráp...................................................404.1. Chế tạo...............................................................404.2. Lắp ráp...............................................................41CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN...............................42Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hải1. Mạch Arduino..........................................................422. Mạch Điều khiển robot.............................................422.1. Mạch Arduino ATmega 2560................................422.2. Driver điều khiển động cơ....................................442.3. Sơ đồ nối mạch...................................................47CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN............511. Điều khiển Robot.....................................................512. Lập trình điều khiển Robot.......................................532.1. Lập trình trên Andruino.......................................532.2. Lập trình trên Python..........................................532.2.1. Giới thiệu ngôn ngữ Python...............................532.2.2. Lập trình GUI bằng Tkinter................................542.2.3. Xây dựng giao diện chương trình.......................55KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.....................................601. Kết quả...................................................................602. Phương hướng phát triển.........................................60PHỤ LỤC........................................................................611. Code chương trình...................................................611.1. Code Arduino......................................................611.2. Lập trình giao diện..............................................661.3. Code điều khiển chính.........................................70TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................84DANH MỤC HÌNH ẢNHHình 1.1 : Các loại tự động hóa công nghiệp5Hình 1.2 : Sơ đồ cấu trúc chung của Robot công nghiệp7Hình 1.3 Các thế hệ Robot9Hình 1.4 Robot bốc dỡ hàng hóa10Hình 1.5a Robot lắp ráp trong sản xuất ô tô10Hình 1.5b Robot hàn trong công nghiệp10Hình 2.1 Sơ đồ trình tự thiết kế12Hình 2.2 Chiều dài và góc xoắn của một khâu13Hình 2.3 Các thông số của khâu: θ, d, a và α.13Hình 2.4 Hệ trục tọa độ của robot trong mô hình hình học14Hình 2.5 Đồ thị quỹ đạo chuyển động của điểm tác động cuối19Hình 2.6 Đồ thị vận tốc, gia tốc điểm tác động cuối E20Hình 2.7 Vị trí robot21Hình 2.8 Bốn vị trí hình học của Robot21Hình 2.9 Mô hình Robot24Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiHình 2.10 Robot Stanford cấu hình RRTRRR28Hình 2.11 Robot KUKA cấu hình RRRRRR28Hình 2.12 Robot Elbow cấu hình RRRRRR28Hình 2.13 Mô hình 3D trên Solidworks29Hình 2.14 Khâu 129Hình 2.15 Khâu 229Hình 2.16 Khâu 330Hình 2.17 Khâu 430Hình 2.18 Khâu 530Hình 2.19 Khâu 630Hình 2.20 Robot sau khi liên kết31Hình 2.21 Động cơ bước34Hình 2.22 Ổ đũa côn37Hình 2.23 Khả năng tiếp nhận tải trọng của ổ đũa côn37Hình 2.24 Các loại tay gắp39Hình 2.25 Cơ cấu tay kẹp39Hình 2.26 Động cơ servo402Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiHình 2.27 Mô phỏng in 3D40Hình 2.28 Một số chi tiết sau khi in 3D41Hình 2.29 Robot sau khi lắp ráp41Hình 3.1 Một số ứng dụng nổi bật của Arduino42Hình 3.2 Cấu trúc cơ bản của Mega 256042Hình 3.3 Module TB6560 điều khiển động cơ bước44Hình 3.4 Thông số mạch AT 256046Hình 3.5 Sơ đồ khái quát về hệ thống sử dụng động cơ bước47Hình 3.6 Sơ đồ kết nối giữa TB6560, mạch điều khiển và động cơbước 48Hình 3.7 Sơ đồ nối mạch điều khiển cánh tay robot49Hình 3.8 Mạch điều khiển sau khi nối hoàn chỉnh50Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển vòng hở cho robot.51Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán quá trình Robot calibration52Hình 4.3 Giao diện phần mềm Arduino IDE53Hình 4.4 : Cửa sổ đơn giản với Python Tkinter54Hình 4.5 : Giao diện máy tính đơn giản với Python Tkinter553Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiHình 4.6 Giao diện điều khiển chính được viết trên Python55Hình 4.7 Khối chạy / dừng chương trình56Hình 4.8 Khối điều khiển góc khớp của robot56Hình 4.9 Chức năng “Jog in steps”56Hình 4.10 Khối điều khiển vị trí khâu cuối56Hình 4.11 Khối tùy chỉnh chương trình57Hình 4.12 Khối điều chỉnh thông số của robot58Hình 4.13 Khối calibration58LỜI MỞ ĐẦUTrên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền vớinhững sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếpcủa người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảngđường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm,giúp đỡ rất nhiều từ quý thầy cô, gia đình và bạn bèTrước tiên em xin được gửi lời cám ơn và tri ân đến ba mẹ, ngườiđã sinh và nuối em lớn không đên ngà nay, nhờ có họ là niềm phấnđấu vươn lên của em. Em xin gửi lời cảm ơn đến các quý thầy côtrong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng như các thầy cô ởviện đào tạo quốc tế SIE và viện Cơ Khí, đã nhiệt tình dạy dỗ vàtruyền đạt cho em nhiều kiến thức nền tảng để em có được hành4Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hảitrang tốt chuẩn bị bước vào đời. Đặc biệt là em muốn tỏ lòng cảmơn thật nhiều đến thầy TS.Hoàng Hồng Hải, người thầy đã âncần, tận tụy hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đồ ánnày. Trong quá trình làm việc, với sự hướng dẫn tận tình của thầyTS.Hoàng Hồng Hải và nỗ lực của bản thân, đến nay công việccủa chúng em đã hoàn thành. Trong quá trình tìm hiểu, tính toánvà lập trình có thể có sai sót. Chúng em rất mong sự chỉ bảo củathầy để đề tài được hoàn thiện hơn. Nhờ sự hướng dẫn tận tình củathầy mà em đã hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này, một lần nữacho em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, người lái đò sống mãi vớisự nghiệp giáo dục, dìu dắt những thế hệ trẻ trên con đường họctập và nghiên cứu khoa học.Sau cùng, em xin kính chúc quý thầy cô trong viện Cơ Khí vàthầy TS.Hoàng Hồng Hải thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếptục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thứccho thế hệ mai sau.Hà Nội, ngày tháng 06năm 2018Sinh viên thực hiệnNguyễn Thanh HảiNguyễn Văn ChinhNguyễn Hoàng PhươngĐẶT VẤN ĐỀNgày nay, Robot không còn là cái gì đó quá xa lạ với mọingười. Chúng dần dần được giới kỹ thuật hình dung như nhữngchiếc máy đặc biệt, được con người phỏng tác theo cấu tạo và5Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hảihoạt động của chính mình, dùng để thay thế mình trong một sốcông việc xác định. Để hoàn thành nhiệm vụ đó, Robot cần có khảnăng cảm nhận các thông số trạng thái của môi trường và thựchiện các động tác tương tự nhưcon người.Khả năng hoạt động của Robot được đảm bảo bởi hệ thốngcơ khí, gồm cơ cấu vận động để đi lại và cơ cấu hành động để cóthể làm việc. Việc thiết kế và chế tạo hệ thống này thuộc lĩnh vựckhoa học về cơ cấu truyền động, chấp hành và vật liệu cơ khí.Chức năng cảm nhận, gồm thu nhận tín hiệu về trạng tháimôi trường và trạng thái bản thân hệ thống, do các cảm biến(sensor) và các thiết bị liên quan thực hiện. Hệ thống này được gọilà hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu, hay đơn giản là hệ thốngcảm biến.Một cách đơn giản, Robotics được hiểu là một ngành khoahọc có nhiệm vụ nghiên cứu về thiết kế, chế tạo các Robot và ứngdụng chúng trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của xã hội loàingười, như nghiên cứu khoa học - kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng vàdân sinh.Ngày nay, khái niệm về Robot đã mở rộng hơn khái niệm nguyênthủy rất nhiều. Sự phỏng tác về kết cấu, chức năng, dáng vẻ củacon người là cần thiết nhưng không còn ngự trị trong kỹ thuậtRobot nữa. Kết cấu của nhiều con Robot khác xa với kết cấu các bộphận của cơ thể người và chúng cũng có thể thực hiện được nhữngviệc vượt xa khả năng của con người.6Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiCHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNGNGHIỆP1. Khái niệm và xu hướng phát triển của Robot công nghiệp1.1.Khái niệmMặc dù, như định nghĩa chung về Robot đã nêu, khôngcó gì giới hạn phạm vi ứng dụng của Robot, nhưng có mộtthực tế là hầu hết Robot hiện đang có đều được dùng trongcông nghiệp. Chúng có đặc điểm riêng về kết cấu, chức năngđã thống nhất hóa, thương mại hóa rộng rãi. Lớp Robot nàyđược gọi là Robot công nghiệp.Kỹ thuật tự động hóa trong công nghiệp đã đạt tới trìnhđộ rất cao: không chỉ tự động hóa các quá trình vật lý mà cảquá trình xử lý thông tin. Vì vậy, tự động hóa trong côngnghiệp tích hợp công nghệ sản xuất, kỹ thuật điện, điện tử,kỹ thuật điều khiển tự động trong đó có tự động hóa nhờ máytính.Hình 1.1 Các loại tự động hóa công nghiệpRobot công nghiệp có 2 đặc trưng cơ bản:-Là thiết bị vạn năng, được tự động hóa theo chương trình vàcó thể lập trình lại để đáp ứng một cách linh hoạt, khéo léocác nhiệm vụ khác nhau.7Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiĐược ứng dụng trong những trường hợp mang tính côngnghiệp đặc trưng như vận chuyển và xếp dỡ nguyên vật liệu,lắp ráp, đo lường,…Do thể hiện 2 đặc trưng cơ bản trên của Robot công nghiệp,hiện nay định nghĩa sau đây về Robot công nghiệp do viện nghiêncứu Robot của Mỹ đề xuất được sử dụng rộng rãi:Robot công nghiệp là tay máy vạn năng, hoạt động theochương trình và có thể lập trình lại để hoàn thành và nâng caohiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công nghiệp,như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bịchuyên dùng khác.Hiện nay nhu cầu sử dụng Robot trong công nghiệp ngàycàng tăng , các loại Robot được chế tạo ngày càng đa dạng , độchính xác cao hơn, linh hoạt hơn, giá cả phù hợp hơn, năng suất vàtuổi thọ cao hơn. Mặc dù dải ứng dụng của Robot ngày càng mởrộng, nhưng theo thống kê vào năm 2000 tại Mỹ , lượng Robot hànvà xử lý phôi chiếm khoảng 78% tổng số lượng Robot công nghiệpsử dụng tại thời điểm đó. Số lượng Robot lắp ráp chiếm khoảng10% , phần còn lại là của các loại Robot công nghiệp khác.-1.2.Xu hướng phát triển của Robot công nghiệpNhằm mục tiêu thiết kế, chế tạo các thế hệ Robot côngnghiệp ngày càng thông minh, linh hoạt, nhỏ gọn, tin cậy, chínhxác, tuổi thọ cao... một số vấn đề sau đang được các nhà khoa họcquan tâm giải quyết :-Tối ưu hóa cấu trúc cơ khí với việc chú ý tới việc sử dụngvật liệu nhẹ, độ bền caoCác bài toán cơ học : động hoc, động lực học-điều khiển,cân bằng…Các cơ cấu dẫn động và cảm nhận tín hiệu cũng là vấn đềquan tâm lớn trong kỹ thuật Robot.Điều khiển thông minh là hướng phát triển lớn của kỹthuật Robot, thu hút nhiều sự quan tâm của nhiều nhàkhoa học trên thế giới.1.3 Cấu trúc chung của Robot công nghiệpMọi RBCN được cấu thành bởi các hệ thống chính sau:- Tay máy (manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu,khớp. Chúng hình thành cánh tay để tạo các chuyển độngcơ bản, cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay(end effector) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trênđối tượng.8Đồ án tốt nghiệp---GVHD: TS. Hoàng Hồng HảiCơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu của taymáy. Nguồn động lực của các cơ cấu chấp hành là động cơcác loại: điện, thủy lực, khí nén hoặc kết hợp giữa chúng.Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổitín hiệu cần thiết khác. Các Robot cần hệ thống sensortrong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu củaRobot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môitrường.Hệ thống điều khiển (controller) và giao diện người dùnghiện nay thường là máy tính để giám sát và điều khiểnhoạt động của Robot.Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc chung của Robot công nghiệpTay máy là phần cơ sở, quyết định khả năng làm việc củaRBCN. Đó là thiết bị cơ khí đảm bảo cho Robot khả năng chuyểnđộng trong không gian và khả năng làm việc như nâng hạ vật, lắpráp,…Ban đầu,việc thiết kế và chế tạo tay máy là phỏng tác cấutạo và chức năng của tay người. Về sau, đây không còn là điều bắtbuộc nữa. Tay máy hiện nay rất đa dạng và có nhiều loại có dángvẻ khác rất xa với tay người. Tuy nhiên, trong kỹ thuật Robot ngườita vẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc như: vai, cánh tay, cổ tay,bàn tay và các khớp… để chỉ tay máy và các bộ phận của nó.9Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiTrong thiết kế và sử dụng tay máy, người ta quan tâm đếncác thông số có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của chúngnhư:-Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay,…-Tầm với hay vùng làm việc: kích thước và hình dạng vùngmà phần công tác có thể với tới.-Sự khéo léo, nghĩa là khả năng định vị và định hướng phầncông tác trong vùng làm việc. Thông số này liên quan đến số bậctự do của phần công tác.Ngoài ra để định vị và định hướng phần công tác một cáchtùy ý trong không gian 3 chiều cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậctự do để định vị trí, 3 bậc tự do để định hướng.2. Phân loại RobotTrong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khácnhau cơ bản nhất của Robot để giúp cho việc nhận biết được dễdàng. Có bốn yếu tố chính để phân loại Robot như sau :2.1.Phân loại theo dạng hình học của không gianhoạt độngRobot tọa độgóc (cartesianRobot)Robot tọa độtrụ(cylindricalRobot)Robot toa độcầu (sphericalRobot)Robot khớpbản lề(articularRobot)Sử dụng 3đườngtrượtvuông góc nhautrongkhônggian 3 trục tọađộ x, y, z. Robotsử dụng cáckhớp tịnh tiếnchuyểnđộngTrục cơ bảnlà trục dọc,Robotdichuyển lên vàxuốngdọctheotrục,quayquanhtrục. Phạm vilàm việc củaSử dụngcác khớp lồngvàonhau,giúp Robot cókhảnăngchuyển độnglênhoặcxuốngtheochiều ngangĐó là mộtkiểu tay máycó cấu tạo đặcbiệtgồm2khớp quay và 1khớptrượt,nhưng cả 3khớp đều cótrục song song10Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hảitheo 3 trục tọađộ, phạm vi làmviệc của Robotmở rộng theohình chữ nhật.Robotđượcmở rộng theo1 hình trụquanh trục cơbản.trụcquay. với nhau.Dạng đa khớpnối cho phépRobotmởrộngkhônggian làm việctheohìnhcầu.Do sự đơngiản về kết cấu,tay máy kiểunày có độ cứngvững cao, độchính xác đượcđảm bảo đồngđều trong toànbộ vùng làmviệc nhưng ítkhéoléo.Vìvậy,taymáykiểu tọa độ gócđược dùng đểvận chuyển lắpráp.Độ cứngvững cơ họccủa tay máytrụ tốt thíchhợp với tảinặng, nhưngđộ chính xácđịnh vị góctrongmặtphẳngnằmnganggiảmkhi tầm vớităng.Độ cứngvững của taymáy này thấphơn 2 loạitrên và độchínhxácđịnh vị phụthuộcvàotầm với. Tuynhiên loại nàycó thể nhặtđược vật dướinền.Kết cấu nàylàm tay máycứng vững hơntheophươngđứngnhưngkém cứng vữngtheophươngngang.Loạinàychuyêndùng cho côngviệc lắp ráp vớitải trọng nhỏtheophươngđứng.Bảng 1.1 Các dạng Robot theo hình học không gian2.2.Phân loại theo thế hệTheo quá trình phát triển của Robot, ta có thể chia ra theo cácthế hệ sau đây:11Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hải2.3.Hình 1.3 Các thế hệ RobotPhân loại theo hệ thống truyền động-truyềntruyềntruyềntruyềnRobotRobotRobotRobotđộngđộngđộngđộngđiềuđiềuđiềuđiềukhiểnkhiểnkhiểnkhiểnbằng điện.bằng khí nén.bằng thủy lực.hỗn hợp3. Ứng dụng của Robot công nghiệp3.1.Ứng dụng Robot trong các thao tác cần khuếchđại lựcKhông như con người,Robot hoàn toàn không biết mệt.Vìvậy,một ứng dụng phổ biến nhất của Robot là để bốc dỡ hànhóa, vật liệu, phôi có trọng lượng lớn, cồng kềnh trong cácngành công nghiệp nặng. Robot loại này có thể nâng tải trọnglên đến tối đa một tấn một cách dễ dàng với độ chính xác vị trínhỏ hơn 1mm12Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiHình 1.4 Robot bốc dỡ hàng hóa3.2.Ứng dụng Robot trong các thao tác phức tạpCon người cần 1 khoảng thời gian rất lâu để thành thạo 1công việc gồm nhiều các thao tác phức tạp trong khi Robot có thểhọc được toàn bộ kiến thức đó chỉ trong vòng một vài giờ đồnghồ.Việc thay thế con người trong các công việc như vậy là một ứngdụng khá phổ biến hiện nay,điển hình như trong rắp láp chi tiết,hàn,…Việc lắp ráp liên quan đến nhiều xử lý khác nhau: đưa mộtchi tiết vào một chi tiết kia, đặt một chi tiết trên một chi tiết khác,siết chặt đai ốc, siết vít, hay phun keo, v.v... Khi đã có một trình tựlắp ráp nhất định,việc thực thi nó làm sao để đạt năng suất caonhất lại là một vấn đề khó.Trong khi người công nhân cần nhiềuthời gian để được đào tạo và làm quen với các thao tác lắp ráp chitiết thì Robot chỉ cần 1 lần “hướng dẫn” là có thể bắt đầu làm việcvới hiệu suất cao nhất.Do đó việc ứng dụng Robot trong các dâychuyền sản xuất ko còn gì xa lạ trên thế giới.Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việcsử dụng Robot nhiều nhất: khung xe được cố định vào một xe đượcđiều khiển từ xa đi khắp nhà máy. Khi xe đến trạm hàn, kẹp sẽ cốđịnh các chi tiết đúng vào vị trí cần hàn, trong khi đó Robot dichuyển dọc theo các điểm hàn được lập trình trước.Hình 1.5a Robot lắp ráp trong sản xuất ô tôtrong công nghiệp131.5b Robot hànĐồ án tốt nghiệp3.3.GVHD: TS. Hoàng Hồng HảiLàm việc trong môi trường khắc nghiệt,độc hại.Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành côngnghiệp. Một trong số đó là nhiệt luyện và phun sơn…Một trong những công việc kém năng suất nhất của conngười là rèn luyện kim loại. Đó là do yêu cầu công việc đòi hỏilàm việc trong điều kiện nhiệt độ cao.Nhưng đây lại không phảilà vấn đề đối với Robot công nghiệp.Robot ban đầu đã được sửdụng để thay thế công nhân làm việc trong điều kiện môitrường ngặt nghèo như trong lò đúc, xưởng rèn.Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại đối với sứckhỏe của con người, nhưng lại hoàn toàn không nguy hiểm đốivới Robot.Nhận xét :Trên thế giới,Robot ngày càng được sử dụng rộng rãitrong các ngành công nghiệp.Với trình độ phát triển của khoahọc công nghệ hiện nay,khả năng của Robot là gần như bấttận.Các nhà khoa học đang ngày đêm nghiên cứu để có thểphát minh ra các loại Robot chuyên dụng có thể thay thế conngười trong nhiều lĩnh vực khác nhau.Việc phát triển và ứngdụng Robot vào sản xuất là một trong những vấn đề lớn củanhiều quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên việc chế tạo và điềukhiển một robot thực tế không hề đơn giản. Để đánh giá cũngnhư xác định độ phức tạp đó cần phải có những nghiên cứukỹ lưỡng từ những mô hình robot đơn giản nhất. Đây cũngchính là nội dung mà đồ án tốt nghiệp đề cập tới.14Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiCHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠOROBOTYêu cầu nhiệm vụ thiết kếVới đề tài được chọn là Robot 6 bậc tự do có nhiệm vụ là gắpcác sản phẩm được định trước. Như vậy ta có chu trình làm việccủa robot như sau: sau khi nhận được tín hiệu bắt đầu hoạtđộng ( có sản phẩm tới ), robot sẽ gắp sản phẩm bỏ lên cáckhay.Để gắp được 1 vật robot phải thực hiện các chuyển động sau:bao gồm chuyển động xoay thân tới phía có vật, gập thân tiếpcận vật cần gắp, kẹp vật, nâng thân lên, xoay về vị trí khay, gậpthân xuống và thả vật vào trong khay chứa.Trình tự thiết kếHình 2.1 Sơ đồ trình tự thiết kế1. Tính toán15Đồ án tốt nghiệp1.1.Động học1.1.1.Các thamHartenberg )GVHD: TS. Hoàng Hồng HảisốđộnghọcDH(DenavitMột Robot nhiều khâu cấu thành từ các khâu nối tiếpnhau thông qua các khớp động. Gốc chuẩn (Base) của mộtRobot là khâu số 0 và không tính vào số các khâu. Khâu 1 nốivới khâu chuẩn bởi khớp 1 và không có khớp ở đầu mút củakhâu cuối cùng. Bất kỳ khâu nào cũng được đặc trưng bởi haikích thước:Độ dài pháp tuyến chung: an.Góc giữa các trục trong mặt phẳng vuông góc với an :αn.Thông thường, người ta gọi an là chiều dài và αn là gócxoắn của khâu. Phổ biến là hai khâu liên kết với nhau ở chínhtrục của khớp.Mỗi trục sẽ có hai pháp tuyến với nó, mỗi pháp tuyếndùng cho mỗi khâu (trước và sau một khớp). Vị trí tương đốicủa hai khâu liên tiếp như thế được xác định bởi dn là khoảngcách giữa các pháp tuyến đo dọc theo trục khớp n và θ n làgóc giữa các pháp tuyến đo trong mặt phẳng vuông góc vớitrục. dn và θn thường được gọi là khoảng cách và góc giữa cáckhâu.Hình 2.2 Chiều dài và góc xoắn của một khâuHình 2.3 Các thông số của khâu: θ, d, a và α.16Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng HảiĐể mô tả mối quan hệ giữa các khâu ta gắn vào mỗi khâumột hệ tọa độ. Nguyên tắc chung để gắn hệ tọa độ lên các khâunhư sau:Gốc của hệ tọa độ gắn lên khâu thứ n đặt tại giao điểm củapháp tuyến an với khớp thứ n+1. Trường hợp hai trục khớp cắtnhau, gốc tọa độ sẽ đặt tại chính điểm cắt đó. Nếu các trục khớpsong song với nhau, gốc tọa độ được chọn trên trục khớp của khâukế tiếp, tại điểm thích hợp.Trục z của hệ tọa độ gắn lên khâu thứ n đặt dọc theo trụckhớp thứ n+1.Trục x thường được đặt dọc theo pháp tuyến chung và hướngtừ khớp nđến n+1.Trong trường hợp các trục khớp cắt nhau thì trục x chọntheo tích vectơTrường hợp khớp quay thì θn là các biến khớp, trong trườnghợp khớp tịnh tiếnthì dn là biến khớp và an bằng 0.-> Các thông số an, αn, dn và θn được gọi là bộ thông số DH.Thiết lập các tham số động học Denavit – HartenbergHình 2.4 Hệ trục tọa độ của robot trong mô hình hình họcKhâu17Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hải123040500600Bảng 2.1 Bảng Denavit Hartenberg các tham số độnghọc của robot , ,  ,  4 ,  5 , 6 Trong đó 1 2 3là các hằng số.X   x1 , x2 , x3 là các biến khớp, cònd1 , d 4 , d 6 ,a1, a2TVàlà vector biểu diễn vị trí của bàn kẹptrong hệ cố định.Tq   q1 , q2 , q3 , q4 , q5 , q6 vớiq1  1 , q2   2 , q3  3 , q4   4 , q5  5 , q6  6là các góc xoaycác biến khớp. Dạng tổng quát của ma trận truyền biến đổi tọa độ thuầnnhất Denavit – Hartenberg cho các khâu:cosi��sin i 1Ai  � i�0��0 sin i �cos  icos i �cos  isin  i0sin  i �sin  i cos i �sin  icos  i0ai �cos i �ai �sin  i ��di ��1� (2-1) Ma trận truyền biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit –Hartenberg của hệ tọa độOx0 y0 z0Ox1 y1 z1đối với hệ tọa độ cố định(hệ 0):cos 1 0sin 1 a1 cos 1 ���sin 1 0  cos q1 a1 sin 1 �0�A1  ��010d1 ���001 ��0(2-2)18Đồ án tốt nghiệpGVHD: TS. Hoàng Hồng Hải Ma trận truyền biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit –Ox2 y2 z2Hartenberg của hệ tọa độcos 2��sin 1A2  � 2�0��0Ox1 y1 z1 :đối với hệ tọa độ sin  2 0 a2 �cos 2 �cos 2 0 a2 �sin  2 ���010�001�(2-3) Ma trận truyền biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit –Hartenberg của hệ tọa độ:cos3��sin 2A3  � 3�0��0Ox3 y3 z3đối với hệ tọa độ0 sin 30  cos31000Ox2 y2 z20�0��0��1�(2-4) Ma trận truyền biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit –Hartenberg của hệ tọa độ:cos 4��sin 3A4  � 4�0��0Ox4 y4 z4đối với hệ tọa độ0 sin  40cos 410000�0��d4 ��1�Ox3 y3 z3(2-5) Ma trận truyền biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit –Hartenberg của hệ tọa độ:cos 5��sin 4A5  � 5�0��00Ox5 y5 z5sin 50  cos510006)19đối với hệ tọa độ0�0��0��1�Ox4 y4 z4(2-

Tài liệu liên quan

• Ứng dụng điều khiển trượt mạng nơ ron để điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do
  • 13
  • 944
  • 2
• Nghiên cứu xây dựng mô hình vật lý và hệ điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do_2
  • 78
  • 266
  • 0
• Nghiên cứu xây dựng mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do đi sâu nghiên cứu phần cứng
  • 89
  • 173
  • 4
• Báo cáo lập trình mô phỏng cánh tay robot 3 bậc tự do với matlab (GUI+CODE)
  • 71
  • 1
  • 13
• Đồ án cánh tay robot 6 bậc tự do
  • 99
  • 2
  • 42
• Nghiên cứu xây dựng mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do đi sâu nghiên cứu phần cứng
  • 92
  • 195
  • 2
• NGHIÊN CỨU-XÂY DỰNG MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 5 BẬC TỰ DO. ĐI SÂU NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
  • 85
  • 113
  • 0
• Thiết kế chế tạo và điều khiển cánh tay robot 3 bậc tự do
  • 60
  • 147
  • 2
• Nghiên cứu xây dựng mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do đi sâu nghiên cứu phần cứng
  • 87
  • 52
  • 0
• Cánh Tay Robot 4 Bậc Tự Do (Cần Thơ)
  • 84
  • 123
  • 1

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(10.95 MB - 99 trang) - Đồ án cánh tay robot 6 bậc tự do Tải bản đầy đủ ngay ×