Thiết Kế Robot 4 Bậc Tự Do - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.pdf) (62 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Điện - Điện tử

Thiết kế robot 4 bậc tự do

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.2 MB, 62 trang )

GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DOLỜI CẢM ƠNLời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo đãhướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình trong thờ gian em làm ĐồÁn đo lường và điề u khiể n bằ ng máy tı́nh vừa qua, đặc biệt là khoa Cơ –Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành đồ ánnày. Em cũng vô cùng biết ơn thầy Phạm Quố c Phương là người trực tiếphướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho em hoàn thành Đồ Án Thiết KếVà Thi Công Mạch này.Vì đồ án và thiết kế thi công mạch với kiến thức và thời gian có hạnnên sẽ không tránh khỏi nhiều sai sót.Với ước mong học hỏi em rất mong nhận được sự góp ý của các thầycô giáo chỉ bảo, hướng dẫn thêm để rút kinh nghiệm lần sau làm tốt hơn.Xin chân thành cảm ơn.Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày Tháng NămSinh Viên thực hiệnPhạm Tấn TínLê Quang Đức1ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGLỜI MỞ ĐẦUThông qua các phương tiện thông tin trên cá c diễ n đà n Internetvà cá c trung tâm học tâ p̣ thư c̣ hà nh , cho thấy nhu cầu học tâ p̣ vànghiên cứu cũng như tự mà y mò tı ̀ m hiể u về nhiều lı ñ h vư c̣trong ngành điện điện tử nói chung và ngành tư ̣ đô ṇ g hó a nóiriêng là rấ t cao. Hiê ̣n nay trong cá c nhà máy có cá c dây chuyềnsả n xuấ t , có rấ t nhiề u cá c tay máy hoa ṭ đô ṇ g. Robot côngnghiệp đã có mặt trong sản xuất từ nhiều năm trước, ngày nayrobot công nghiệp được dùng ở nhiều lĩnh vực sản xuất. đó làxuất phát từ những ưu điểm mà robot đó đã được chọn và đúc kêtlại trong quá trình sản xuất,robot có những tính năng mà conngười không thể có được, khả năng làm việc ổn định,làm việctrong môi trường độc hại. Do đó việc đầu tư nghiên cứu, chế tạora những loại robot phục vụ cho công cuộc tự động hóa sản xuấtlà rất cần thiết cho hiện tại và trong tương lai.Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày thángnămSinh Viên thực hiệnPhạm Tấn TínLê Quang Đức2GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DONHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNHọ tên sinh viên: Th.S PHẠM QUỐC PHƯƠNG: PHẠM TẤN TÍNLÊ QUANG ĐỨCLớp: 12DTD01MSSV: 12110500441211050001Tên đề tài: ROBOT 4 BẬC TỰ DO............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ĐIỂM ĐÁNH GIÁ :…………………………XẾP LOẠI:…………………TP.HCM, ngàythángnăm 2015GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN( Ký và ghi rõ họ tên)3GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DONHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNGIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNHọ tên sinh viên:: PHẠM TẤN TÍNLÊ QUANG ĐỨCLớp: 12DTD01MSSV: 12110500441211050001Tên đề tài: ROBOT 4 BẬC TỰ DO............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ĐIỂM ĐÁNH GIÁ:…………………………XẾPLOẠI:…………………….TP.HCM, ngàythángnămGIÁO VIÊN PHẢN BIỆN( Ký và ghi rõ họ tên)4ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGMU C̣ LU C̣CHƯƠNG 1: GIỚ I THIÊ Ụ CƠ BẢ N VỀ ROBOT CÔNGNGHIÊ P̣1.1.1.2.1.3.1.4.1.5.SƠ LƯỢT SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP……....6CÁC KHÁI NIỆM VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP :…………............8CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP : …...……...10PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP : ……………..….………....12THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CHO CƠ HỆ. ……....12CHƯƠNG 2 : GIỚ I THIỆU VỀ ROBOT TỌA ĐỘ CẦ U 4 BẬC2.1 ROBOT CÔNG NGHIÊ P̣ IRB 460……………….……..….………...202.2 ROBOT TỌA ĐỘ CẦ U 4BẬC ……………….………..….………....21CHƯƠNG 3 : ĐỘN G HỌC THUÂ Ṇ VÀ NGƯỢC CỦA ROBOT3.1 ĐỘN G HỌC THUẬN CỦ AROBOT…………….……………..…….223.2 ĐỘN G HỌC NGƯỢC CỦ AROBOT…………….…………….….....24CHƯƠNG 4 : BOARD ĐIỀ U KHIỂ N VÀ ĐỘN G CƠ4.1BOARD ĐIỀ U KHIỂ N…………………..…………………………….....274.2 SHIELD MẠCH GIẢ M Á P DC LM2596 CÓ HIỂ N THI ̣ – NGUỒ N.....374.3 ĐỘN G CƠ SERVO……………………………………………...….....38CHƯƠNG 5 : CHƯƠNG TRÌ N H ĐIỀ U KHIỂ N5.1 LABVIEW LÀ GÌ ? …………….…………….….……………....…….435.2. ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN VỚI LABVIEW VÀ ARDUINO…..................525.3. GÓI VIS ARDUINO…………….………………………….………...555.4. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ RC SERVO VỚI LABVIEW VÀ ARDUINO ..58CHƯƠNG 6 :Ứ NG DU Ṇ G6.1 Ứ NG DỤN G…………….…………….…….…………….…..………...616.2 ƯU ĐIỂ M…………….…………..….…………….…………..………..616.3 KHUYẾT ĐIỂM.............................................................................615ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGChương I: GIỚ I THIÊ Ụ CƠ BẢ N VỀ ROBOT CÔNG NGHIÊ P̣1.1. SƠ LƯỢT QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNGNGHIỆP (IR : INDUSTRIAL ROBOT)Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” cónghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots củaKarel Capek, vào năm 1921. Trong vở kịch nầy, Rossum và con trai củaông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phụcvụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹthuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của conngười.Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and FoundryCompany) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Ngườimáy công nghiệp” (Industrial Robot). Ngày nay người ta đặt tên ngườimáy công nghiệp (hay robot công nghiệp) cho những loại thiết bị códáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều khiển tự độngđể thực hiện một số thao tác sản xuất.Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hailĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa(Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC - NumericallyControlled machine tool).Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-tớ) đã phát triểnmạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệuphóng xạ. Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi mộtbức tường có một hoặc vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được côngviệc bên trong. Các cơ cấu điều khiển từ xa thay thế cho cánh tay củangười thao tác; nó gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ởbên ngoài (chủ). Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng mộtcơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tuỳ ý của tay cầm và bộkẹp. Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay cầm.Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đápứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Nhữngrobot đầu tiên thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấuđiều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển củangười máy công nghiệp. Một trong những robot công nghiệp đầu tiênđược chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ. Cũng vào khoảngthời gian nầy ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate ư1900 được dùng đầutiên trong kỹ nghệ ôtô.Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất6GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DOrobot công nghiệp : Anh 1967, Thụy Điển và Nhật 1968 theo bản quyềncủa Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở Ý - 1973. . .Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năngnhận biết và xử lý. Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ)đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”, có khả năngnhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến.Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằngmáy vi tính, gọi là robot T3 (The Tomorrow Tool : Công cụ của tươnglai). Robot nà y có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 KG.Có thể nói, Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơcấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệthống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộcảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí khôn nhân tạo, hệchuyên gia ...Trong những năm sau nầy, việc nâng cao tính năng hoạt động của robotkhông ngừng phát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biếnkhác nhau để nhận biết môi trường chung quanh, cùng với những thànhtựu to lớn trong lĩnh vực Tin học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ robot vớinhiều tính năng đăc biệt, Số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thànhngày càng giảm. Nhờ vậy, robot công nghiệp đã có vị trí quan trọngtrong các dây chuyền sản xuất hiện đại.Một vài số liệu về số lượng robot được sản xuất ở một vài nước côngnghiệp phát triển như sau :Nước SXNăm 1990Năm 1994Năm 1998Nhật66.11829.75667000Mỹ4.2377.63411000Đức5.8455.1258.600Ý2.5002.4084000Pháp1.4481.1972000Anh51010861500Hàn Quốc10001200Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra Robot nhưng nước phát triển cao nhấttrong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo sử dụng lại là Nhật Bản.7ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNG1.2 KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP :1.2.1. Định nghĩa robot công nghiệp :Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) :Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình,lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trụctoạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vậtchất : chi tiết, dao cụ, gá lắp . . . theo những hành trình thay đổi đãchương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) :Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình được thiếtkế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùngthông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thànhcác nhiệm vụ khác nhau.Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga) :Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di độngđược, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chươngtrình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điềukhiển trong quá trình sản xuất.Có thể nói Robot công nghiệp là một máy tự động linh hoạt thay thế từngphần hoặc toàn bộ các hoạt động cơ bắp và hoạt động trí tuệ của conngười trong nhiều khả năng thích nghi khác nhau.Robot công nghiệp có khả năng chương trình hoá linh hoạt trên nhiềutrục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng. Robot côngnghiệp được trang bị những bàn tay máy hoặc các cơ cấu chấp hành, giảiquyết những nhiệm vụ xác định trong các quá trình công nghệ : hoặc trựctiếp tham gia thực hiện các nguyên công (sơn, hàn, phun phủ, rót kimloại vào khuôn đúc, lắp ráp máy . . .) hoặc phục vụ các quá trình côngnghệ (tháo lắp chi tiết gia công, dao cụ, đồ gá . . .) với những thao táccầm nắm, vận chuyển và trao đổi các đối tượng với các trạm công nghệ,trong một hệ thống máy tự động linh hoạt, được gọi là “Hệ thống tự độnglinh hoạt robot hoá” cho phép thích ứng nhanh và thao tác đơn giản khinhiệm vụ sản xuất thay đổi.1.2.2. Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom) :Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển độngquay hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian,cơ cấu chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do. Nói chungcơ hệ của robot là một cơ cấu hở.Do đó bậc tự do của nó có thể tính theo công thức :8GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DO5w  6n   ipii 1Ở đây: n - Số khâu động;pi - Số khớp loại i (i = 1,2,. . .,5 : Số bậc tự do bị hạn chế).Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặctịnh tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động . Đốivới cơ cấu hở, số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trongkhông gian 3 chiều robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để địnhvị và 3 bậc tự do để định hướng. Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắpxếp... có thể yêu cầu số bậc tự do ít hơn. Các robot hàn, sơn... thườngyêu cầu 6 bậc tự do. Trong một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạthoặc khi cần phải tối ưu hoá quỹ đạo,... người ta dùng robot với số bậc tựdo lớn hơn 6.1.2.3. Hệ toạ độ (Coordinate frames) :Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua cáckhớp (joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản(base) đứng yên. Hệ toạ độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ toạ độ cơ bản(hay hệ toạ độ chuẩn). Các hệ toạ độ trung gian khác gắn với các khâuđộng gọi là hệ toạ độ suy rộng. Trong từng thời điểm hoạt động, các toạđộ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch dài hoặccác chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớpquay . Các toạ độ suy rộng còn được gọi là biến khớp.(hình 1.1)Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo qui tắc bàn tayphải : Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè3 ngón : cái, trỏ và giữa theo 3 phương vuông góc nhau, nếu chọn ngóncái là phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉphương, chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu thịphương, chiều của trục y (hình 1.2).Trong robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉhệ toạ độ gắn trên khâu thứ n. Như vậy hệ toạ độ cơbản (Hệ toạ độ gắn với khâu cố định) sẽ được ký hiệulà O0; hệ toạ độ gắn trên các khâu trung gian tương9ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGứng sẽ là O1, O2,..., On-1, Hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối kýhiệu là On.1.2.4. Trường công tác của robot (Workspace or Range of motion):Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của robot làtoàn bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi robot thực hiệntất cả các chuyển động có thể. Trường công tác bị ràng buộc bởi cácthông số hình học của robot cũng như các ràng buộc cơ học của cáckhớp; ví dụ, một khớp quay có chuyển động nhỏ hơn một góc 3600.Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của mộtrobot (hình 1.3).1.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP :1.3.1. Các thành phần chính của robot công nghiệp :Một robot công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như : cánhtay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, cáccảm biến, bộ điều khiển , thiết bị dạy học, máy tính ... các phần mềm lậptrình cũng nên được coi là một thành phần của hệ thống robot.Cánh tay robot (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết vớinhau bằng các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bảncủa robot.Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc động cơ bước), cáchệ thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạtđộng.Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của robot, dụng cụ của robotcó thể có nhiều kiểu khác nhau như : dạng bàn tay để nắm bắt đối tượnghoặc các công cụ làm việc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn ...10ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGThiết bị dạy-hoc (Teach-Pendant) dùng để dạy cho robot các thao tác cầnthiết theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó robot tự lặp lại các độngtác đã được dạy để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học).Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot đượccài đặt trên máy tính, dùng điều khiển robot thông qua bộ điều khiển(Controller). Bộ điều khiển còn được gọi là Mođun điều khiển (hay Unit,Driver), nó thường được kết nối với máy tính. Một mođun điều khiển cóthể còn có các cổng Vào - Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bịkhác nhau như các cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái của bản thân,xác định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dò tìm khác; điều khiểncác băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với robot ...1.3.2. Kết cấu của tay máy :Như đã nói trên, tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khảnăng làm việc của robot. Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theocấu tạo và chức năng của tay người; tuy nhiên ngày nay, tay máy đượcthiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tay robot có hình dáng rất khác xa cánhtay người. Trong thiết kế và sử dụng tay máy, chúng ta cần quan tâm đếncác thông số hình - động học, là những thông số liên quan đến khả nănglàm việc của robot như : tầm với (hay trường công tác), số bậc tự do (thểhiện sự khéo léo linh hoạt của robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng,lực kẹp . . .Các khâu của robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản :• Chuyển động tịnh tiến theo hướng x,y,z trong không gian Descarde,thông thường tạo nên các hình khối, các chuyển động nầy thường ký hiệulà T (Translation) hoặc P (Prismatic).11ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNG1.4 PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP :Robot công nghiệp rất phong phú đa dạng, có thể được phân loạitheo các cách sau:1.4.1. Phân loại theo kết cấu :Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề các,Kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA nhưđã trình bày ở trên.1.4.2. Phân loại theo hệ thống truyền động :Có các dạng truyền động phổ biến là :Hệ truyền động điện : Thường dùng các động cơ điện 1 chiều (DC :Direct Current) hoặc các động cơ bước (step motor). Loại truyền độngnầy dễ điều khiển, kết cấu gọn.Hệ truyền động thuỷ lực : có thể đạt được công suất cao, đáp ứng nhữngđiều kiện làm việc nặng. Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấucồng kềnh, tồn tại độ phi tuyến lớn khó xử lý khi điều khiển.Hệ truyền động khí nén : có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫnngược nhưng lại phải gắn liền với trung tâm tạo ra khí nén. Hệ nầy làmviệc với công suất trung bình và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thíchhợp với các robot hoạt động theo chương trình định sẳn với các thao tácđơn giản “nhấc lên - đặt xuống” (Pick and Place or PTP : Point ToPoint).1.4.3. Phân loại theo ứng dụng :Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất có Robot sơn, robot hàn,robot lắp ráp, robot chuyển phôi .v.v...1.4.4. Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điềukhiển :Có robot điều khiển hở (mạch điều khiển không có các quan hệ phảnhồi), Robot điều khiển kín (hay điều khiển servo) : sử dụng cảm biến,mạch phản hồi để tăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển.Ngoài ra còn có thể có các cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm vàmục đích nghiên cứu.12ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNG1.5 THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CHO CƠ HỆ.1.5.1.LÝ THUYẾT MỞ ĐẦU:1.5.1.1.Mối quan hệ giữa các khâu khớp trong tay máy:Bất kỳ một robot nào cũng có thể coi là một tập hợp các khâu (links) gắnliền với các khớp (joints). Ta hãy đặt trên mỗi khâu của robot một hệ toạđộ. Sử dụng các phép biến đổi thuần nhất có thể mô tả vị trí tương đối vàhướng giữa các hệ toạ độ nầy. Denavit. J. đã gọi biến đổi thuần nhất môtả quan hệ giữa một khâu và một khâu kế tiếp là một ma trận A. Nói đơngiản hơn, một ma trận A là một mô tả biến đổi thuần nhất bởi phép quayvà phép tịnh tiến tương đối giữa hệ toạ độ của hai khâu liền nhau. A1 môtả vị trí và hướng của khâu đầu tiên; A2 mô tả vị trí và hướng của khâuthứ hai so với khâu thứ nhất. Như vậy vị trí và hướng của khâu thứ hai sovới hệ toạ độ gốc được biểu diễn bởi ma trận.T2 = A1.A2Cũng như vậy, A3 mô tả khâu thứ ba so với khâu thứ hai và :T3 = A1.A2.A3Cũng theo Denavit, tích của các ma trận A được gọi là ma trận T, thườngcó hai chỉ số: trên và dưới. Chỉ số trên chỉ hệ toạ độ tham chiếu tới, bỏqua chỉ số trên nếu chỉ số đó bằng 0. Chỉ số dưới thường dùng để chỉkhâu chấp hành cuối.Hình 3.1 mô tả quan hệ đó với bàn tay máy. Ta đặt gốc toạ độ của hệ môtả tại điểm giữa của các ngón tay. Gốc toạ độ nầy được mô tả bởi vectơ p(xác định vị trí của bàn tay). Ba vectơ đơn vị mô tả hướng của bàn tayđược xác định như sau:Hı̀nh 1.5: Cá c vector đi nḥ vi ̣ và đi nḥ hướ ng củ a bà n tay má y13GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DOVectơ a:Vectơ có hướng mà theo đó bàn tay sẽ tiếp cận đến đối tượng.Vecto o:Vectơ có hướng mà theo đó các ngón tay của bàn tay nắm vàonhau khi cầm nắm đối tượng.Vecto n:Vectơ pháp tuyến n (normal).n  oaChuyển vị T6 sẽ có các phần tử:nxnT3   ynz00x0y0zaxayaz00px p y pz 1Ma trận T6 có thể biểu hiện gọn hơn như sau:T3Ma trận định hướng R Ma trận vị trí p0 0 01Ma trận R có kích thước 3x3, là ma trận trực giao biểu diễn hướng củabàn kẹp (khâu chấp hành cuối) đối với hệ toạ độ cơ bản. Việc xác địnhhướng của khâu chấp hành cuối còn có thể thực hiện theo phép quayEuler hay phép quay Roll, Pitch, Yaw.Vectơ điểm P có kích thước 3x1, biểu diễn mối quan hệ tọa độ vị trí củacủa gốc hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối đối với hệ toạ độ cơ bản.1.5.2.Các phép biến đổi thuần nhất:Khi xem xét, nghiên cứu mối quan hệ giữa robot và vật thể ta khôngnhững cần quan tâm đến vị trí (Position) tuyệt đối của điểm, đường, mặtcủa vật thể so với điểm tác động cuối (End effector) của robot mà còncần quan tâm đến vấn đề định hướng (Orientation) của khâu chấp hànhcuối khi vận động hoặc định vị tại một vị trí. Để mô tả quan hệ về vị trívà hướng giữa robot và vật thể ta phải dùng đến các phép biến đổi thuầnnhất.1.5.2.1.Phép biến đổi tịnh tiến:Giả sử cần tịnh tiến một điểm hoặc một vật thể theo vecto dẫnh  ai  b j  c k . Trước hết ta định nghĩa một ma trận chuyển đổi H.100H=trans(a,b,c)= 00 0 a1 0 b 0 1 c0 0 114GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DOGọi u là vecto biểu diễn điểm cần tịnh tiến u  x y z wThì v là vecto biển diễn điểm đã biến đổi được xác định bởi:T100v=H.u= 00 0 a   x   x  aw   x / w  a 1 0 b   y   y  bw  y / w  b 0 1 c   z   z  cw   z / w  c     0 0 1  . w =  w  =  1 Như vậy bản chất của phép biến đổi tịnh tiến là phép cộng vecto giữavecto biểu diễn cần chuyển đổi và vecto dẫn.1.5.2.2.Phép quay (Rotation) quanh các trục tọa độ:Giả sử ta cần quay một điểm hay một vật thể quanh một trục toạ độnào đó một góc  ta có các ma trận chuyển đổi như sau.010 cos 0 sin 0Rot( x,  )= 0 0 cos  0 sin 0Rot( y,  )=  0cos  sin  00Rot( z,  )=  00 sin cos 000010 sin 100 cos 00010 sin cos 000001000011.5.3 BIẾN ĐỔI TỌA ĐỘ:Phép quay Euler:Trên thực tế việc định hướng là kết quả của phép quay quanh cáctrục x, y, z. Phép quay Euler mô tả khã năng định hướng bằng cách.Quay một góc  xung quanh trục z.Quay tiếp một góc  quanh trục y mới, đó là y’.Cuối cùng là quay một góc  quanh một trục z mới là z’’.15ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGHình 1.5:EulerPhépquayTa có thể biểu diễn phép quay Euler bằng cách nhân 3 ma trận với nhau.Euler( ,  , )=Rot(z,  )Rot(y,  )Rot(z, ). cos  0 sin Euler( ,  , )=Rot(z,  ).  0cos sin  0= 00 sin 100 cos 00 sin  0 0  cos coscos  0 0  sin 01 0  sin  cos 00 1 . 0cos cos cos  sin  sinsin  cos cos  cos sin sin  cos0=0 cos0  sin0  0 1 .  0 cos sincossin  sin0 sincos00sin 0cos0001000010001 cos cos sin  sin  cos sin  cos sin  cos cossin  sin0cos sin sin  sin cos00001Phép quay Roll-Pitch-Yaw :Hình 1.6 Phép quayRoll-Pitch-Yaw.16ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGTa tưởng tượng gắn hệ toạ độ xyz lên con tàu. Dọc theo thân tàu là trụcz.Roll là chuyển động lắc của thân tàu, tương đương với việc quay quanhthân tàu một góc  , quay quanh trục z. Pitch là sự bồng bềnh, tươngđương với việc quay một góc  xung quanh trục y.Và Yaw là sự lệchhướng, tương đương với phép quay một góc quanh trục x.(Hình 3.3.).RPY(  , , ) =Rot(z,  )Rot(y,  )Rot(x, ).Nghĩa là quay 1 góc  quanh trục x tiếp theo là quay 1 góc quanh trục y, quay một góc  quanh trục z.Hình 1.7: Các góc quay của bàn tay Robot.1.5.3 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA TAY MÁY:Bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH):Một robot nhiều khâu cấu thành từ các khâu nối tiếp nhau thông qua cáckhớp động. Gốc chuẩn (Base) của một robot là khâu số 0 và không tínhvào số các khâu. Khâu 1 nối với khâu chuẩn bởi khớp 1 và không cókhớp ở đầu mút của khâu cuối cùng. Bất kỳ khâu nào cũng được đặctrưng bởi hai kích thước:Độ dài pháp tuyến chung : an.Góc giữa các trục trong mặt phẳng vuông góc với an :  n .Hình 1.8. Chiều dài và gócxoắn của một khâu.17ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGHình 1.9: Bộ thông số Denavit-Hartenberg.Mỗi trục sẽ có hai pháp tuyến với nó, mỗi pháp tuyến dùng cho mỗi khâu(trước và sau một khớp). Vị trí tương đối của hai khâu liên kết như thếđược xác định bởi dn là khoảng cách giữa các pháp tuyến đo dọc theotrục khớp n và  n là góc giữa các pháp tuyến đo trong mặt phẳng vuônggóc với trục.dn và  n thường được gọi là khoảng cách và góc giữa các khâu.Để mô tả mối quan hệ giữa các khâu ta gắn vào mỗi khâu một hệ toạ độ.Nguyên tắc chung để gắn hệ tọa độ lên các khâu như sau :Gốc của hệ toạ độ gắn lên khâu thứ n đặt tại giao điểm của pháp tuyến anvới trục khớp thứ n+1. Trường hợp hai trục khớp cắt nhau, gốc toạ độ sẽđặt tại chính điểm cắt đó. Nếu các trục khớp song song với nhau, gốc toạđộ được chọn trên trục khớp của khâu kế tiếp, tại điểm thích hợp.Trục z của hệ toạ độ gắn lên khâu thứ n dặt dọc theo trục khớp thứ n+1.Đặc trưng của các ma trận A:Trên cơ sở các hệ toạ độ đã ấn định cho tất cả các khâu liên kết củarobot, ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa các hệ toạ độ nối tiếp nhau (n1), (n) bởi các phép quay và tịnh tiến sau đây :Quay quanh zn+1 một góc  n.Tịnh tiến dọc theo zn-1 một khoảng dn.Tịnh tiến dọc theo xn-1 = xn một đoạn an.Quay quanh xn một góc xoắn αn .18GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DOBốn phép biến đổi thuần nhất nầy thể hiện quan hệ của hệ toạ độ thuộckhâu thứ n so với hệ toạ độ thuộc khâu thứ n-1 và tích của chúng đượcgọi là ma trận A :An = Rot(z,  ) Trans(0,0,d) Trans(a,0,0) Rot(x,  ).cos  sin  0An=  0cos sin  0An=  0 sin cos 000 0 10 0 01 0 0 0 1 . 0 sin  cos cos cos sin 00 0 a  101 0 0  0 cos 0 1 d  0 sin  0 0 1  . 00sin  sin  cos sin cos 00 sin cos 00001a cos a sin  d 1 Đối với một khâu đi theo một khớp quay thì d, a và a là hằng số.Như vậy ma trận A của khớp quay là một hàm số của biến khớp  .Đối với một khâu đi theo một khớp tịnh tiến thì  , a là hằng số.Ma trận A của khớp tịnh tiến là một hàm số của biến số d.PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA TAY MÁY (RRR):Hình 1.10: Hình dáng hình học tay máy RRR.19ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGCHƯƠNG 2: GIỚI THIÊ Ụ VỀ ROBOT TỌA ĐỘ CẦ U 4 BẬC2.1 ROBOT CÔNG NGHIÊ P̣ IRB 460ABB Robotics đưa vào sản xuất PalletPack 460, gói tiền chế cuả cácthành phần robot bốc xếp với robot IRB 460 được thiết kế đặc biệt chochức năng bốc xếp đầu cuối dòng tốc độ cao.Cấu hình này cung cấp phần cứng tíchhợp với đầy đủ tài liệu, giảm đáng kể chiphí toàn dự án và thời gian lắp ráp kỹthuật. Nó sẽ cho phép nhà tích hợp phânloại và thiết kế hệ thống bốc xếp mộtcách đơn giản hơn, giảm bớt những ràocản cho người sử dụng nhận ra lợi íchcủa tự động hóa dây chuyền bốc xếpbằng robot.Hiện đã có sẵn ứng dụng bốc xếp túi tốcđộ cao và bốc xếp khối hộp đầu cuốidòng; gói chức năng bao gồm robot bốcxếp IRB 460, công cụ Flex-Gripper (nắmbắt linh hoạt) cuối cánh tay, bộ PLC điềukhiển của ABB, một PLC an toàn Jokab,phần mềm hỗ trợ PalletWare, tài liệuhướng dẫn sử dụng và ABB FlexPendantvới giao diện đồ họa HMI dễ dàng sửdụng.Hı̀nh 2.1.Robot IRB 460Tâm điểm của PalletPack là IRB 460, robot bốc xếp nhanh nhất đượcbiết đến trên thị trường. IRB 460 bốn trục có tầm với 2.4 mét và côngxuất nâng 110 kg, thiết kế nhỏ gọn khiến nó trở thành sản phẩm lý tưởngcho việc tích hợp vào các dây chuyển đóng gói sẵn có.Tính năng chính của PalletPack là programming wizard khiến cho việclập trình trở thành tương tự như lập trình trên PLC truyền thống. Điềunày cho phép các nhà lập trình PLC không có bất cứ kỹ năng robot nàocũng có thể lập trình hệ thống, loại bỏ sự phức tạp trước đây khi mà cáckỹ năng đặc biệt bắt buộc phải có.Việc lập trình và vận hành được thực hiện thông qua thiết bị thân thiệnvới người sử dụng FlexPendant, giao diện HMI của ABB Robotics. Nóbao gồm giao diện đồ họa và bốn màn hình thân thiện với người sử dụng:thiết lập cài đặt xếp và dỡ, thiết lập mô hình xếp hàng, điều chỉnh hướngvà điều chỉnh chuyển động.20ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNG2.2 ROBOT TỌA ĐỘ CẦ U 4 BẬCRobot to ̣a đô ̣ cầ u 4 bâ ̣c củ a mình mô phỏ ng theo robot công nghiê ̣p IRB460 của hãng ABB , đã đươ c̣ thu nhỏ la ̣i vớ i 2 cá nh tay đò n dà i 160 mm,nặng khoảng 2kg và có thể nâng vật khoảng 250g.21ROBOT 4 BẬC TỰ DOGVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGCHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ NGƯỢC CỦ AROBOT TỌA ĐỘ CẦ U 4 BẬCHı̀nh3.1 mô hı̀nh robot to ̣a độ cầ u 4 bậc:3.1 Đô ̣ng học thuâ ̣n của robot:3.1.1 Bả ng DHθiθ1θ2θ3αi(-90,x)090aia1a2a3Did100A1=Rot(z, θ 1).Trans(a1,0, d1).Rot(x, -90)A2= Rot(z, θ 2 ).Trans(a2,0,0)A3 =Rot(z, θ 3).Trans(a3,0, 0).Rot(x, 90)A1=cos(θ 1)0- sin(θ 1)cos(θ 1).a1sin(θ 1)0cos(θ 1)sin(θ 1) .a10-10d1000122GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DOA 2=cos(θ 2)- sin(θ 2)0cos(θ 2).a2sin(θ 2)cos(θ 2)0sin(θ 2).a200100001cos(θ 3)0sin(θ 3)cos(θ 3).a3sin(θ 3)0-cos(θ 3)sin(θ 3).a301000001A 3=A2.A3=cos(θ 2+θ 3)0sin(θ 2+θ 3)cos(θ 2+θ 3).a3+ cos(θ 2).a2sin(θ 2+θ 3)0- cos(θ 2+θ 3)sin(θ 2+θ 3).a3+ sin(θ 2).a201000001A1.A2 .A3=c(θ 1).c(θ 2+θ3)-s(θ 1)c(θ 1 ). s(θ 2 +θ 3) c(θ 1 ).(a3.c(θ 2+θ 3)+a2.c(θ 2))+a1. c(θ 1)s(θ 1).c(θ 2+θ3)c(θ 1)s(θ 1). s(θ 2 +θ 3)s(θ 1).(a3.c(θ 2+θ 3)+a2.c(θ 2))+a1. s(θ 1)- sin(θ 2+θ 3)0c(θ 2 +θ 3)-a3. s(θ 2 +θ 3)-a2. s(θ 2 )+d1000123GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DO3.2 Phương trình động học ngược của robot :c(θ ). a . c(θ + θ ) + a . c(θ ) + a . c(θ ) = Xs(θ ). a . c(θ + θ ) + a . c(θ ) + a . s(θ ) = Ya . s(θ + θ ) a . s(θ ) + d = Z(3)( )=( )(θ )=(θ ).(θ ).(θ )(1)(2) sin(θ 1).Xa - a1.sin(θ 1). cos(θ 1) = Ya . cos(θ 1) – a1 sin(θ 1). cos(θ 1) tan(θ 1) = ( ) θ 1 = tan-1 ( )a . cos(θ )cos(θ )Ya . sin(θ )a . cos(θ + θ ) + a . cos(θ ) =sin(θ )a . sin(θ + θ ) a . sin(θ ) = Zda . cos(θ + θ ) + a . cos(θ )=X(4)(5)(6)24GVHD: Ths PHẠM QUỐC PHƯƠNGROBOT 4 BẬC TỰ DO(θ ).(θ )Đă ̣t A=B=C= Z. (θ )(θ )d;;.(5)2 + (6)2 2.a2.a3cos(θ 2+θ 3).cos(θ 2)+ 2.a2.a3sin(θ 2+θ 3).sin(θ 2)= B2 +C2-a32 - a22 cos(θ 2+θ 3 - θ 2) = (B2 +C2 - a32 - a22) / (2. a2.a3)Đă ̣tD = (B2 +C2-a32- a22) / (2. a2.a3) cos(θ 3)= D θ 3 = cos-1 (D)Thế và o (4) a3.cos(θ2).cos(θ3)- sin(θ2).sin(θ3)+ a2.cos(θ2) = A a3.cos(θ2).D - sin(θ2).sin(arcosD) + a2.cos(θ2) = AĐă ̣t t= tan(x) sin(x) = t / ( √1 +) cos(x) =1 / ( √1 +) a3 .(1 / (√1 +=A)). D - t /(√1 +). sin(arcos(D))+a2.(1 / (√1 +)) D.a3 - t. sin(arcosD) + a2 = A.√1 + ( D.a3 - t. sin(arcosD) + a2 ) 2 = ( A.√1 +)2 (D.a3 + a2 )2 + t2.sin2(arcosD) – 2.(Da3+a2).t.sin(arcosD) =A2 - A2.t2(sin2(arcosD)+ A2).t2 – 2.(Da3+a2).sin(arcosD).t + (D.a3 + a2 )2 –A2 =025

Tài liệu liên quan

Đồ án tính toán thiết kế robot 4 bậc tự do
- 52
- 4
- 68
Thiết kế điều khiển đồng bộ robot 4 bậc tự do
- 13
- 1
- 9
Thiết kế nhà 4 tầng hướng Đông Nam doc
- 7
- 452
- 0
Thiết kế nhà 4 tầng hướng Đông Nam pdf
- 7
- 437
- 1
Thiết kế nhà 4 tầng hướng Đông Nam potx
- 6
- 403
- 0
Thiết kế chế tạo hệ thống Robot 5 bậc tự do phục vụ đào tạo doc
- 11
- 747
- 8
Một số phương pháp nâng cao hiệu quả nhận dạng phiếu điều tra dạng dấu phục vụ cho thiết kế hệ nhập liệu tự động MarkRead doc
- 9
- 784
- 1
Tìm hiểu về cấu tạo robot 4 bậc tự do 4R và xây dựng hệ thống điều khiển robot phục vụ công nghiệp đúc áp lực
- 111
- 815
- 2
CÁC ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG TĨNH CƠ CẤU SONG SONG KHÔNG GIAN 4 BẬC TỰ DO ppt
- 8
- 587
- 1
Quy trình thiết kế bài giảng điện tử docx
- 6
- 701
- 2