TIỂU LUẬN ROBOT CÔNG NGHIỆP NHÓM 04

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ========== BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP Đề tài THIẾT KẾ ROBOT 4 BẬC TỰ DO Sinh viên thực hiện Nguyễn Xuân Nam (NT) Thịnh Kiên Cường Phan Đình Diệu Trần Ngọc Dũng Trần Văn Tấn Thái Đắc Tường Giảng viên hướng dẫn ThS Hồ Sỹ Phương Nghệ An, 2022 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT 3 1 1 Khái niệm về Robot 3 1 2 Sự phát triển của Robot công nghiệp 3 1 3 Ứng dụng robot công nghiệp đe.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

=====***=====

BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN

ROBOT CÔNG NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ ROBOT 4 BẬC TỰ DO

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Nam (NT)

Thịnh Kiên Cường Phan Đình Diệu Trần Ngọc Dũng Trần Văn Tấn Thái Đắc Tường

Giảng viên hướng dẫn: ThS Hồ Sỹ Phương

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT 3

1.1 Khái niệm về Robot 3

1.2 Sự phát triển của Robot công nghiệp 3

1.3 Ứng dụng robot công nghiệp đem lại những lợi ích như thế nào? 4

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ ĐỘNG HỌC NGHỊCH CỦA ROBOT 6

2.1 Động học thuận 6

2.2 Động học nghịch 11

2.3 Động lực học robot 15

2.4 Chọn động cơ cho robot 16

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG KẾT QUẢ TRÊN MALAB VÀ SOLIDWORKS 19

3.1 Mô phỏng điều khiển robot 4 bậc trên sơ đồ 19

3.2 Thiết kế hình dạng Robot dưới phần mềm Solidworks 20

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1.1 Robot trong sản xuất công nghiệp 4

Hình 2.1 Tay máy có khâu phẳng 6

Hình 2.2 Tính ma trận tổng quát 8

Hình 2.3 Giải phương trình động học bằng Matlab 9

Hình 2.4 Kết quả 9

Hình 2.5 Tính động học nghịch bằng Matlab 14

Hình 2.6 Mô hình cánh tay robot trên Matlab 18

Hình 3.1 Mô phỏng robot 4 bậc matlab Simulink 19

Hình 3.2 Gắn động lực học vào mô hình robot 19

Hình 3.3 Phần đế robot mô phỏng Soliworks 20

Hình 3.4 Phần thân 1 robot mô phỏng Soliworks 20

Hình 3.5 Phần thân 2 robot mô phỏng Soliworks 21

Hình 3.6 Phần thân 3 robot mô phỏng Soliworks 21

Hình 3.7 Phần đầu mũi robot mô phỏng Soliworks 22

Hình 3.8 Tổng quan Robot và lắp ghép hoàn hiện gắn hệ trục toạ độ 22

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc CNH, HĐH đất nước

Sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong công cuộc này, đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ cán

bộ có tay nghề cao kết hợp chặt chẽ lý thuyết và thực tiễn vào sản xuất

Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin… ngành kỹthuật điều khiển và tự động hóa đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới Tự động hóa khôngnhững làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nângcao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm

Với sự phát triển của kinh tế xã hội hiện nay, các dây chuyền sản xuất tự động đóng vaitrò rất lớn đặc biệt là với sự đa dạng về các loại cánh tay robot, giúp công việc sản xuất được

an toàn, nhanh chóng tiện lợi nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu rủi ro Với đề tài thiết

kế robot 4 bậc tự do lần này là một cơ hội lớn để chúng em hiểu thêm về các kỹ thuật tựđộng, áp dụng được vào thực tế một cách hiệu quả

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô trong bộ môn tự động hóa đãtạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt bản đồ án này

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT

1.1 Khái niệm về Robot

Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại cácchương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ, có khả năng định vị,định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo những hànhtrình thay đổi đã được chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau

1.2 Sự phát triển của Robot công nghiệp

Quá trình phát triển của Robot công nghiệp được tóm tắt như sau:

– Năm 1950 ở Mỹ thành lập viện nghiên cứu đầu tiên

– Đầu năm 1960 công ty AMF cho ra đời sản phẩm đầu tiên có tên gọi là Versatran

– Từ năm 1967, ở Anh, người ta đã bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền củaMỹ

– Từ năm 1970, việc nghiên cứu các tính năng của robot đã được chú ý nhiều hơn và cũngbắt đầu xuất hiện ở các nước Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển

– Từ năm 1968, ở Châu Á, Nhật bắt đầu nghiên cứu những ứng dụng của IR

– Từ những năm 1980, nhất là vào những năm 1990, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹthuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã gia tăng với nhiềutính năng vượt bậc Chính vì vậy mà robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dâychuyền sản xuất tự động hiện đại như hiện nay

Đến nay, trên thế giới có khoảng trên 200 công ty sản xuất IR trong số đó bao gồm:– 30 công ty của Mỹ, ta có thể lấy một số công ty điển hình như: Robots.Pro, VecnaRobotics, Robot Dynamics …cùng với những sản phẩm nổi tiếng như: robot lấy sách tựđộng, robot HOAP-3, robot BEAR, robot tự hành Spirit and Opportunity…

– 80 công ty của Nhật, ta có thể lấy một số công ty điển hình như: Fanuc, Toyota, Honda,Hitachi, Kawasaki, shikawajima-Harima, Yasukawa…Cùng với những sản phẩm robot được

Hình 1.1 Robot trong sản xuất công nghiệp

1.3 Ứng dụng robot công nghiệp đem lại những lợi ích như thế nào?

Các loại robot ra đời có ý nghĩa vai trò vô cùng quan trọng trong sản xuất và đờisống, giúp hỗ trợ rất nhiều cho con người, nâng cao hiệu quả sản xuất, tiết kiệm chi phí,nhân công… Đặc biệt là trong những môi trường, điều kiện làm việc khắc nghiệt, độc hại vànguy hiểm

Sau đây là ứng dụng của một số loại robot công nghiệp tiêu biểu được dùng phổ biếnhiện nay:

+ Robot bốc xếp hàng hóa

Ứng dụng dùng để xếp bao từ dây chuyền sản xuất lên pallet, xếp các loại thùnghàng…

+Robot hàn gia công cơ khí

Thường được áp dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động đòi hỏi tính chuyênmôn cao, phức tạp trong các lĩnh vực như sản xuất ô tô, xe máy, giá đỡ…Ứng dụng robothàn gia công cơ khí dùng để hàn tích, hàn dây, hàn điểm, hàn laze…

+ Robot gắp và xếp sản phẩm

Dùng để gắp đặt sản phẩm từ vị trí cố định hoặc di chuyển sang vị trí, cho phép sửdụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất, từ cấp nhiên vât liệu đầu vào đến

đóng gói sản phẩm ở đầu ra Các sản phẩm thuộc dòng robot này có phạm vi ứng dụng chủyếu trong các nhà máy sản xuất, chế biến thực phẩm, nước giải khát, hàng tiêu dùng, dượcphẩm, hóa chất…

+ Robot đúc và rèn

Ứng dụng của robot công nghiệp này thường thấy trong ngành đúc, có nhiệm vụ rótkim loại nóng chảy vào khuôn, cắt mép thừa, làm sạch vật đúc hoặc làm tặng bền vật đúcbằng cách phun cát

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ ĐỘNG HỌC

NGHỊCH CỦA ROBOT 2.1 Động học thuận

Thiết kế tay máy 4 bậc tự do:

+ Ta xét tay máy có khâu phẳng như hình sau ở vị trí bất kì:

Hình 2.1 Tay máy có khâu phẳng

Hình 2.3 Giải phương trình động học bằng Matlab

Hình 2.4 Kết quả

Ta gắn hệ trục toạ độ OXYZ lên cùng với toạ độ của Robot ta tìm các giá trị còn lại:+ Sử dụng phương pháp tính toán dựa trên hình học:

+ Tính θ1:

+ Tính θ3:

Áp dụng định lí Cosin vào tam giác O2O3O4:

(O2O4)^2=(O2O3)^2+(O3O4)^2-2O2O3*O3O4∗¿Cos(180-O3)Trong đó: O2O3=L2;O3O4=L3;

+ Tính toán trên Malab:

Hình 2.5 Tính động học nghịch bằng Matlab

*Code matlab:

%Nhap bo thong so DH

a={0,0.15,0.15,0.16};anpha={90,0,0,0};theta={90,0,0,0};d={0.45,0,0,0};

%Khoi tao ma tran A

2.3 Động lực học robot

Hàm Langrange của một hệ thống năng lượng được định nghĩa:

L=K-PTrong đó: K là tổng động năng của hệ thống

P là tổng thế năng

K và P đều là những đại lượng vô hướng nên có thể chọn bất cứ hệ toạ độ thích hợp

để giải bài toán

Đồi với robot có 4 khâu ta có :

Lực (hay mommen) tổng quát tác dụng lên khâu thứ i:

2.4 Chọn động cơ cho robot

Môn men quay của động cơ tại một điểm là tỷ số giữa công suất và vận tốc góc

(tỷ số giữa vận tốc quay của động cơ chia cho bán kính động cơ)

Có công suất của động cơ thì bằng lực nhân vận tốc động cơ

P4=F M 4 v DC 4 (W)Vận tốc góc của khâu 4: ω4=v4

r4 (rad/s)

Chọn động cơ cho khâu thứ 3 :

Vì khâu thứ ba ngoài trọng lực của nó nó còn mang theo cả trọng lực của khâu thứ 4

Do vậy lực tác động của khâu 3 là

F M 3=F M 3 F M 4

Vậy: Công suất động cơ ba là:

P3=(F¿ ¿M 3+F M 4)v DC3¿ (W)Vận tốc góc của khâu 3:

T3=(F¿¿M 3+F M 4).(r¿¿DC 3+l)¿ ¿ (N.m)Tương tự với khâu 2 ta có vận tốc góc, công suất và mô men quay được tính theocông thức sau:

Đối với khâu 2:

Vận tốc góc của khâu 2:

ω2=v2

r2 (rad/s)Công suất:

P2=(F¿¿M 2+F M 3+F M 4)v DC 2¿ (W)

Mô men quay:

T3=(F¿¿M 2+F M3+F M 4).(r¿¿DC 2+L2)¿ ¿ (N.m)

T2=(F¿¿M 2+F M 3+F M 4).(r¿¿DC 2+l3)¿ ¿ (N.m)Đối với khâu 1: Ta có vận tốc góc, công suất và mô men quay được tính theo côngthức sau:

T1=(F¿¿M 1+F¿¿M 2+F M 3+F M 4).(r¿¿DC1+l1)¿ ¿ ¿ (N.m)

+ Môn men quay của đông cơ: T (N.m)

+ Vận tốc góc của động cơ: ω (Rad/s)

Đây chỉ là một trong những phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết một cách khoa học

mà nhóm em đã đưa ra để chọn lại động cơ

Hình 2.6 Mô hình cánh tay robot trên Matlab

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG KẾT QUẢ TRÊN MALAB VÀ SOLIDWORKS 3.1 Mô phỏng điều khiển robot 4 bậc trên sơ đồ

Hình 3.1 Mô phỏng robot 4 bậc matlab Simulink

Hình 3.2 Gắn động lực học vào mô hình robot

3.2 Thiết kế hình dạng Robot dưới phần mềm Solidworks

- Phần đế:

Hình 3.3 Phần đế robot mô phỏng Soliworks

- Phần thân 1:

Hình 3.4 Phần thân 1 robot mô phỏng Soliworks

- Phần thân 2:

- Phần thân 3:

Hình 3.6 Phần thân 3 robot mô phỏng Soliworks

- Phần đầu mũi:

Hình 3.7 Phần đầu mũi robot mô phỏng Soliworks

- Tổng quan Robot và lắp ghép hoàn hiện gắn hệ trục toạ độ:

Hình 3.8 Tổng quan Robot và lắp ghép hoàn hiện gắn hệ trục toạ độ

KẾT LUẬN

Nội dung tiều luận môn “Robot Công Nghiệp” là tìm hiểu về xây dựng Robot 4 bậc

tư do,bài toán động lực học, động học thuận,động học nghịch, điều khiển thiết kế simulinkdưới malab và mô phỏng trên phần mềm Solidworks

Qua bài tiều luận, chúng em đã hoàn thành tìm hiểu về các yêu cầu của bài toán trênxây dựng theo động học thuận nghịch theo các cách khác nhau và đã gần như hoàn thiện củacác loại hệ thống trên

Mặc dù nhóm đã có nhiều cố gắng xong do thời gian và trình độ có hạn, nên nội dungcủa bài tiểu luận không thể tránh khỏi thiếu sót, vì vậy chúng em rất mong có được sự đónggóp ý kiến của thầy, cô cùng các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ts.Nguyễn Mạnh Tiến,Trần Ngọc Hải, Điều khiển Robot Công nghiệp, NXB Khoa học