Nghiên cứu ứng dụng phần mềm siemens NX trong mô phỏng động học và động lực học của robot scorbot ER4U

Robot kiểu tay máy có đặc điểm chung về kết cấu dó là các khâu được nốivới nhau bằng các khớp để hình thành một chuổi động học hở tính từ thân đến phầncông tác.. Mục đích đề tài Đề tài:

Mục Lục

Đặt vấn đề

Sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin ngày nay, rất nhiều lĩnhvực trong đó cơ khí đã tận dụng được sự phát triển này để tạo ra sự nhảy vọt, trong

đó có robot công nghiệp

Robot công nghiệp là xương sống của ngành Cơ điện tử, trong dó có rấtnhiều sản phẩm robot công nghiệp ứng dụng trong công nghiệp Robot là thiết bịrất điển hình về mức độ tích hợp và được coi là một tế bào của hệ thống tự dộnglinh hoạt Trên quan điểm hệ thống điều khiển số nhiều trục đồng thời, các hiểubiết về robot công nghiệp cũng đúng với các phần tử khác như máy công cụ điềukhiển số, trung tâm gia công…

Loại robot xuất hiện khá thường xuyên trong các dây chuyền sản xuất tựđộng đó là robot kiểu tay máy Sự xuất hiện của các robot này giúp giải phóng sứclao động của con người khỏi những công việc vất vả và độc hại, giúp nâng caonăng suất lao động, chất lượng sản phẩm, qua đó giúp giảm chi phí sản xuất, giảmgiá thành sản phẩm, tạo ra tính cạnh tranh cho các sản phẩm gia công trên thịtrường

Chính vì vậy, việc nghiên cứu, sản xuất, cải tiến robot tay máy là nhiệm vụ

vô cùng quan trọng và cũng rất khó khăn, đòi hỏi đầu tư rất nhiều thời gian,côngsức và tiền bạc

Robot kiểu tay máy có đặc điểm chung về kết cấu dó là các khâu được nốivới nhau bằng các khớp để hình thành một chuổi động học hở tính từ thân đến phầncông tác Các khớp được dung phổ biến là các khớp trượt và khớp quay, tùy theo sốlượng và cách bố trí khớp mà có thể tạo ra các kiểu tay máy khác nhau Vì thế khixét về robot kiểu tay máy chúng ta đặt ra các bài toán: động học robot, động lựchọc robot Đây là những bước cơ sở ban đầu hết sức quan trọng trước khi thiết kếrobot nói chung và robot kiểu tay máy nói riêng

Nhận thức được điều đó chúng em đã chọn đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Siemens NX trong mô phỏng động học và động lực học của robot Scorbot ER4U làm đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy

Nguyễn Hải Nam, thầy Tạ Đức Hải, và các thầy trong bộ môn đã định hướng vàgiúp đỡ chúng em rất nhiệt tình trong quá trình làm đồ án này

Mục đích đề tài

Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Siemens NX trong mô phỏng động

học và động lực học của robot Scorbot ER4U nhằm nghiên cứu tầm quan trọng của

bài toán động học và động lực học robot, ở đây đó là một đối tượng thực tế, cơ bản,phổ biến Hiểu biết về động học và động lực học của Scorbot ER4U giúp chúng ta

có cái nhìn trực quan và rõ ràng hơn về động học và động lực học của robot cánhtay máy, cách giải quyết bài toán động học và động lực học robot như thế nào

Đồng thời sử dụng phần mềm Siemens NX trong mô phỏng giúp hiểu thêm về một

công cụ hỗ trợ, nâng cao kiến thức về phần mềm, qua đó hỗ trợ quá trình học tập,nghiên cứu, và làm việc sau này

Phạm vi đề tài

Scorbot Er4u là 1 tay máy robot linh hoạt và đáng tin cậy được hoạt động

trong hệ thống CIM, phục vụ cho quá trình sản xuất công nghiệp cũng như phục vụ

cho giáo dục người máy công nghiệp Scorbot er4u có thể được gắn trên mặt bàn

hoặc trên một đường trượt(trục thứ 7) Trong trường hợp hệ thống CIM tại phòng

thí nghiệm, Scorbot dược gắn trên 1 đường chạy điều khiển được

Tốc độ của robot chậm và lặp lại làm cho nó rất phù hợp cho cả hai hoạt

động độc lập và sử dụng tích hợp trong các ứng dụng workcell tự động như robot hàn, máy tầm nhìn, máy CNC và các hoạt động chăm sóc FMS khác.

Robot được hỗ trợ bởi phần mềm lập trình và điều khiển robot SCORBASE Tùy chọn phần mềm đồ họa 3D Robocell cho phép sinh viên thiết kế, tạo ra và điều

khiển mô phỏng workcell công nghiệp, và cung cấp các mô phỏng động của các thiết bị robot và workcell trong vị trí giảng dạy và thực thi chương trình.

Các robot được thiết kế để cho phép quan sát các bộ phận cơ khí làm việccủa mình trong khi đảm bảo một môi trường an toàn cho người dung ( học tập,

nghiên cứu hoặc lập trình sản xuất) Trong hệ thống CIM tại phòng thí nghiệm,

Scorbot er4u đảm nhiệm thao tác di chuyển phôi hoặc chi tiết giữa 2 trạm gia côngtiện, gia công phay và giữa các trạm này với khay chứa chạy trên dây chuyền vòngcủa hệ thống lớn

Trong hệ thống CIM tại phòng thí nghiệm, Scorbot Er4u đảm nhiệm tao tác

di chuyển phôi hoặc chi tiết giữa 2 trạm gia công tiện, gia công phay và giữa cáctrạm này với khay chứa chạy trên dây chuyền vòng của hệ thống lớn

Nội dung của đồ án gồm 4 chương:

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU MÁY

1.1 Mô phỏng động học cơ cấu máy

1.2 Mô phỏng động lực học cơ cấu máy

CHƯƠNG II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT SCORBOT ER4U

2.1 Cấu tạo của robot Scorbot ER4U

2.2 Nguyên lý hoạt động của robot Scorbot ER4U

CHƯƠNG III MÔ HÌNH HÓA ROBOT SCORBOT ER4U TRÊN PHẦN MỀM SIEMENS NX

3.1 Mô hình hóa robot SCORBOT ER4U

3.2 Mô phỏng quá trình lắp ráp robot SCORBOT ER4U

CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA SCORBOT ER4U TRÊN PHẦN MỀM SIEMEN NX

4.1 Mô phỏng động học hoạt động của robot Scorbot ER4U

4.2 Mô phỏng động lực học hoạt động của robot Scorbot ER4U

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU MÁY

Mô phỏng động học và mô phỏng động lực học cơ cấu máy chính là môphỏng chuyển động của cơ cấu máy dựa trên các thông số đầu vào đã biết trước, từ

đó đưa ra những thông số mong muốn

Mô phỏng động học và động lực học cơ cấu máy là kiểu phân tích phổ biếntrong kỹ thuật, cho phép nhà thiết kế có thể kiểm soát được chuyển động của cơcấu máy, xác định được các thông số cần thiết như vị trí, vận tốc, gia tốc (độnghọc) hay các phản lực liên kết, mối quan hệ giữa lực, momen, năng lượng… vớicác thông số chuyển động của nó (động lực học)

Trên cơ sở kết quả mô phỏng, nhà thiết kế có thể điều chỉnh hình dạng, kíchthước, vật liệu… để tối ưu hóa cơ cấu hoặc thiết kế quỹ đạo di chuyển của robot đểphù hợp với yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra

Theo quan điểm động học, một tay máy (robot công nghiệp) có thể đượcbiểu diễn bằng một chuỗi động học hở, gồm các khâu liên kết với nhau bằng cáckhớp Một đầu của của chuỗi được gắn lên thân , còn đầu kia nối với phần công tác.Thao tác trong quá trình làm việc đòi hỏi phần công tác phải được định vị và địnhhướng chính xác trong không gian Vì vậy, việc mô phỏng động học giúp giảiquyết các bài toán:

- Căn cứ vào các biến khớp để xác định vùng làm việc của phần công tác

và mô tả chuyển động của phần công tác trong vùng làm việc của nó ( Bài toán thuận)

- Xác định các biến khớp để đảm bảo chuyển động cho trước của phần công tác (Bài toán ngược)

Mô phỏng động lực học giải quyết các bài toán:

- Khảo sát, thử nghiệm quá trình làm việc của cơ cấu máy mà không phải dùng cơ cấu máy thật.

- Phân tích, tính toán, kết cấu của cơ cấu máy

- Phân tích, thiết kế hệ thống điều khiển tay máy

Để mô phỏng động học và động lực học cơ cấu máy, ở đây cụ thể là tay máy( robot công nghiệp), phải nắm chắc các lý thuyết về:

- Bậc tự do và các tọa độ suy rộng

- Động lực học

1.1 Bậc tự do và các tọa độ suy rộng

1.1.1 Bậc tự do (DOF: degrees of freedom)

Robot công nghiệp là loại thiết bị tự động nhiều công dụng Cơ cấu tay máycủa chúng phải được cấu tạo sao cho bàn kẹp giữ vật theo một hướng nhất định nào

đó và di chuyển dễ dàng trong vùng làm việc Muốn vậy cơ cấu tay máy phải đạtđược một số bậc tự do chuyển động

Thông thường các khâu của tay máy được ghép nối với nhau bằng các khớpđộng

Có thể tính được số bậc tự do theo công thức thông dụng trong “Nguyên lýmáy”:

Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnhtiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng số khâu động Đối với cơ cấu hở, sốbậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.

Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tùy ý trong khônggian 3 chiều, Robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự

do để định hướng

Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp…có thể yêu cầu số bậc tự do íthơn Các robot hàn, sơn…thường yêu cầu 6 bậc tự do Trong một số trường hợpcần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hóa quỹ đạo,…người ta dùngrobot với số bậc tự do lớn hơn 6

Hình 1.1 Hình dạng điển hình và các bộ phận của robot công

nghiệp 1.1.2 Tọa độ suy rộng

Các cấu hình khác nhau của cơ cấu tay máy trong từng thời điểm được xácđịnh bằng các độ dịch chuyển góc hoặc các độ dịch chuyển dài của các khớp độnghoặc các khớp tịnh tiến

Các độ dịch chuyển tức thời đó, so với giá trị ban đầu nào đó lấy làm mốc

tính toán được gọi là các tọa độ suy rộng (generalized joint coordinates) trong

nhiều tài liệu về robot công nghiệp Ở đây còn gọi chúng là các giá trị biến khớp

(joint variable)

Hình 1.2 Các tọa độ suy rộng của Robot

Trong trường hợp chung ta gọi qi, i=1,…,n là các biến khớp của cơ cấu tay

Loại hình cơ cấu tay máy này có các ưu điểm sau

· Có thể bố trí nguồn động lực gắn với thân tay máy nhưng vẫn đảm bảo chuyển động độc lập của các khâu chấp hành

· Dễ dàng giữ cân bằng ở các vị trí khác nhau và ít tiêu hao năng lượng

· Dễ tính toán điều khiển do có thể thực hiện dễ dàng các chuyển dịch các con

trượt riêng rẽ và do các bài toán động học đều có thể đưa về bài toán phẳng

1.2 Động học

Động học là một nhánh của cơ học cổ điển, có mục đích mô tả chuyển động

của các điểm, vật thể và hệ vật trong khi bỏ qua nguyên nhân dẫn đến các chuyểnđộng đó

Động học robot nghiên cứu chuyển động của các khâu của robot về phươngdiện hình học, không quan tâm đến các lực và momen gây ra chuyển động Độnghọc robot là bài toán quan trọng phục vụ tính toán và thiết kế robot Nhiệm vụ chủyếu của bài toán động học thuận là xác định vị trí và hướng của bàn kẹp dưới dạngcác hàm của biến khớp

Vị trí mỗi khâu trong không gian được xác định bởi vị trí một điểm định vị

và hướng của khâu đó đối với một hệ quy chiếu đã chọn Điểm định vị là một điểmxác định nào đó của khâu, thông thường trong động lực học ta hay lấy khối tâm củakhâu đó làm điểm định vị Hướng của khâu được xác định bằng mà trận cosin chỉhướng hoặc bằng các tọa độ suy rộng xác định vị trí của vật rắn quay quanh mộtđiểm

Các phương pháp ma trận 4x4 và cá phương pháp mà trận 3x3 hay được sửdụng trong phân tích động học robot Hai phương pháp ma trận 4x4 phổ biến làphương pháp ma trận Denavit – Hartenberg và phương pháp ma trận Craig Trongbáo cáo này trình bày và áp dụng phương pháp ma trận Denavit – Hartenberg đểtính toán động học robot

1.2.1 Phương pháp Denavit-Hartenberg (D-H)

Một robot nhiều khâu cấu thành từ các khâu nối tiếp nhau thông qua các

khớp động Gốc chuẩn (Base) của một robot là khâu số 0 và không tính vào các

khâu Khâu 1 nối với khâu chuẩn bởi khớp chuẩn bởi khớp 1 và không có khớp ởđầu mút của khâu cuối cùng Bất kỳ khâu nào cũng được đặc trưng bởi hai kíchthước:

· Độ dài pháp tuyến chung: an

· Góc giữa các trục trong mặt phẳng vuông góc với an: αn

Hình 1.4 Chiều dài và góc xoắn của một khâu.

Thông thường, người ta gọi an là chiều dài và αn là góc xoắn của khâu (Hình 1.4 ) Phổ biến là hai khâu liên kết với nhau ở chính trục của khớp (Hình 1.6).

Hình 1.5 Các thông số của khâu: θ, d, a và α.

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 thế được xác

định bởi dn là khoảng cách giữa các pháp tuyến đo dọc theo trục khớp thứ n và θn là góc giữa các pháptuyến đo trong mặt phăng vuông góc với trục.

dn và θn 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 tọa độ.Nguyên tắc chung để gắn hệ tọa độ lên các khâu như sau:

· Đặt trục tọa độ zi dọc theo trục của khớp sau (thứ i+1)

· Đặt gốc tọa độ Oi tại giao điểm giữa zi và pháp tuyến chung của trục zi và zi-1

· Đặt trục tọa độ xi theo phương pháp tuyến chung giữa zi-1 và zi, hướng từ khớp thứ i đến khớp thứ i + 1

· Trục yi vuông góc với xi và zi theo quy tắc bàn tay phải

· Đối với quy tắc Denavit-Hartenberg, có một số trường hợp đặc biệt, cho phép đơn giản hóa thủ tục tính toán:

· Đối với hệ tọa độ gốc chỉ có phương của trục z0 là xác định Gốc O0 và trục

: góc quay quanh trục để trục chuyển đến trục ( )

: dịch chuyển tịnh tiến theo dọc trục để điểm chuyển đến điểm

: góc quay quanh trục sao cho trục ( // ) Chuyển đến trục

Do hệ trục tọa độ gắn liền với khâu thứ i-1, còn hệ trục tọa độ gắn liền vàokhâu thứ i, cho nên vị trí của khâu thứ i đối với khâu thứ i-1, được xác định bởi 4tham số Denavit – Hartenberg

Trong 4 tham số trên, các tham số và luôn luôn là các hằng số, độ lơn củachúng phụ thuộc vào hình dáng và sự ghép nối các khâu thứ i-1 và thứ i Hai tham

số còn lại và một là hằng số, một là biến số phụ thuộc vào khớp thứ i là khớp quayhay khớp tịnh tiến Khi khớp i là khớp quay thì là biến, còn là hằng số Khi khớp i

là khớp tịnh tiến thì là biến, còn là hằng số

Chú ý về việc xác định hệ tọa độ khớp tại khớp tịnh tiến Trong trường hợpkhớp i là khớp tịnh tiến, về nguyên tắc ta có thể chọn trục một cách tùy ý, do đóviệc xác định các tham số Denavit – Hartenberg phục thuộc vào việc chọn hệ trụctọa độ

Ma trận của phép biến đổi, ký hiệu là , là tích của 4 ma trận biến đổi cơ bản,

Từ đó suy ra ma trân D-H cho biết vị trí và hệ quy chiếu = đối với hệ quy

chiếu = Áp dụng liên tiếp các phép biến đổi đối với robot n khâu, ta có:

Ma trận cho biết vị trí của điểm tác động cuối E và hướng của khâu thao tác

(bàn kẹp) của robot đối với hệ quy chiếu cố định

Hình 1.7 Mô hình robot Scorbot ER4U dưới dạng khâu khớp

3 0

Bảng 1.1 Bảng tham số D-H

1.2.2 Bài toán động học thuận

Khi biết được các đặc tính hình học của các khâu và quy luật chuyển động của các khớp là ta có thể xác định được vị trí và hướng của bàn kẹp

Xác định vận tốc góc, gia tốc điểm tác động cuối và vận tốc góc, gia tốc góc các khâu của robot bằng phương pháp trực tiếp

Vị trí của điểm thao tác:

Vận tốc và gia tốc dài của bàn kẹp có thể dễ dàng suy ra từ đạo hàm vector tọa độ

Từ (1.6) suy ra biểu thức vận tốc góc khâu thứ i của robot.

Áp dụng định nghĩa gia tốc góc của vật rắn, khi biết vận tốc góc của các khâu củarobot ta có thể tính gia tốc góc các khâu của robot theo công thức sau:

1.2.3 Bài toán động học ngược

Bài toán động học ngược có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong lập trình vàđiều khiển của robot Bởi lẽ, trong thực tế thường phải điều khiển robot sao chobàn kẹp di chuyển tới các vị trí nhất định trong không gian thao tác theo một quyluật nào đó Ta cần xác định các giá trị biến khớp tương ứng với vị trí và hướng củarobot theo yêu cầu đó Đây cũng chính là nội dung của bài toán động học ngược

Từ bài toán thuận ta biết phương trình xác định vị trí bàn kẹp bây giờ giả sử

x đã biết, cần tìm q theo một cách thức như sau:

Trong đó:

là vecto tọa độ suy rộng biến khớp

là vecto tọa độ suy rộng của khâu thao tác (bàn kẹp)

Với n là số tọa độ suy rộng (số bậc tự do của robot), m là số tọa độ suy rộngcủa bàn kẹp (m=6)

Có 3 trường hợp xảy ra:

- Khi m = n, robot có cấu trúc động học cân bằng hay cấu trúc chuẩn

Phương trình có nghiệm duy nhất phụ thuộc vào cấu trúc của robot

- Khi m < n, robot có cấu trúc dư dẫn động Số tọa độ suy rộng khớp lớn hơn

số tọa độ suy rộng khâu thao tác cần xác định Bài toán có nhiều nghiệm, để giải bàitoán có thể đưa thêm và các điều kiện phụ như là: điều kiện về công nghệ, điều kiện về

cơ học, các điều kiện về toán học,… để đưa bài toán về bài toán cấu trúc động học cânbằng, giải bài toán bằng phương pháo ma trận nghịch đảo, trong đó số phương trình nhỏhơn số ẩn

- Khi m > n, robot có số tọa độ suy rộng khớp ít hơn số tọa độ suy rộng khâuthao tác, phương trình không giải được Để bài toán có nghiệm, ta cần đưa thêm vào cácđiều kiện ràng buộc, tuy nhiên đây là bài toán không có nhiều ý nghĩa trong thực tế

Việc đi tìm nghiệm của bài toán động học ngược có ý nghĩa rất quan trọngtrong lập trình và điều khiển robot Tuy nhiện, việc này khá khó khan và hiện chưa

có phương pháp tổng quát nào để giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả Có cácphương pháp hay được sử dụng là:

1.2.3.1 Giải bài toán động học ngược bằng phương pháp hình học

Từ mô hình robot Scorbot ER4U dưới dạng khâu khớp như hình 1.7, để giải quyết bài toán động học ngược, ta phải đi tìm các biến khớp ,

Ta có:

Xét tam giác ta suy ra được

Xét tam giác ta suy ra được

Xét tam giác ta tính được

Suy ra

Tìm được ,

1.1.3 Động lực học

Động lực học là một ngành trong cơ học chuyên nghiên cứu chuyển độngcủa các vật thể và mối liên hệ giữa chúng với tương tác giữa các vật Động lực họcquan tâm đến nguyên nhân sinh ra chuyển động của các vật, đó chính là lực

Theo quan điểm động lực học, động lực học tay máy nghiên cứu mối quan

hệ giữa lực, momen, năng lượng…với các thông số chuyển động của nó

Khác với phần động học tay máy, ở phần động lực học tay máy này ta timmối liên hệ giữa lực và chuyển động của tay máy Giới hạn phạm vi khảo sát: chỉxét chuỗi động học hở, hay còn được gọi là cơ cấu chấp hành nối tiếp

Việc khảo sát động lực học nhằm:

· Cho phép xác định các phản lực khớp để tính toán thiết kế cơ cấu chấp hành

· Kết quả khảo sát động lực học tay máy dùng để khai triển các chế độ điềukhiển chế độ vận hành tối ưu với vận tốc cao dựa trên kết quả tính toán các momentngẫu lực hoặc lực tập trung tác động lên các khớp quay và tịnh tiến theo thời gian

· Mô hình động lực học được dùng để mô phỏng hệ thống robot trên máy tính:Bằng cách khảo sát sự hoạt động của mô hình trong những điều kiện vận hành khácnhau, có thể tiên đoán được tình trạng làm việc của robot mà không cần phải khảo sáttrên hệ thống thực

Hai vấn đề liên quan tới động lực học tay máy:

· Động lực học thuận: với các lực và moment tác động vào các khớp đã cho,

phải xác định chuyển động của cơ cấu theo thời gian

· Động lực học ngược: tìm moment và lực tác động vào tất cả các khớp để tạo

ra hành trình theo cơ cấu theo yêu cầu

Có nhiều phương pháp khảo sát động lực học tay máy:

· Phương pháp thứ nhất: sử dụng các phương trình Newton và Euler.

· Phương pháp thư hai: sử dụng nguyên lý d’Alembert và Hamilton.

· Phương pháp thư ba: sử dụng các phương trình chuyển động Lagrange.

Trong thực tế, việc giải bài toán động lực học là vô cùng khó khăn, đòi hỏinhiều thời gian và công sức nghiên cứu Trong nội dung của đồ án này, bài toán đặt

ra là bài toán động lực học ngược do không biết được đầu vào, cụ thể là lực vàmomen tác động vào các khâu, khớp là bao nhiêu, mà chỉ biết được quỹ đạochuyển động của robot, nên ta sẽ tìm lực và momen tác động vào tất cả các khớp đểtạo ra hành trình của cơ cấu theo yêu cầu

CHƯƠNG II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT SCORBOT ER4U

2.1 Cấu tạo của robot Scorbot ER4U

Trong hệ thống CIM tại phòng thí nghiệm, robot Scorbot ER4U được cấu tạo

từ các phần như sau:

- Phần cơ khí

- Thiết bị dạy học

- Phần mềm lập trình điều khiển

2.1.1 Cấu tạo phần cơ khí

Cấu tạo cơ khí của robot Scorbot ER4U gồm các phần chính như trong Bảng 2.1:

Đế robot

Vai robot

Cằng tay

Khuỷu tay

Tay kẹp

Bảng 2.1 Các bộ phận chính của robot Scorbot ER4U

Các bộ phận chính của robot được ghép nối với nhau qua các trục, truyềnchuyển động qua các bộ bánh răng và các bộ truyền đai Phần tạo chuyển độngquay là các động cơ DC Sau khi lắp ghép, ta được robot hoàn chỉnh Để thuận tiện

ta quy các chi tiết của robot thành các khâu như như trên Hình 2.1, trong đó đế của

robot là khâu 1, vai là khâu 2, khuỷu tay là khâu 3, cẳng tay là khâu 4, cổ tay xoay

là khâu 5, tay kẹp được coi là khâu 6

Hình 2.1 Robot Scorbot Er4u

Các khâu của robot được nối với nhau bằng khớp xoay Scorbot ER4U có 5khớp xoay và 1 tay gắp.

Sự chuyển động linh hoạt của các khâu, khớp này cho phép robot đưa taygắp đến bất kỳ vị trí nào trong vùng làm việc và sau đó, tay gắp có thể thực hiệnnhiệm vụ của nó đối với phôi gia công

Ngoài ra, trong hệ thống CIM tại phòng thí nghiệm, Scorbot ER4U còn đượcgắn trên một đường chạy điều khiển được

Hình 2.2 Scorbot ER4U trong phòng thí nghiệm Scorbot ER4U có các thông số như trong Bảng 2.2 [1]:

Cơ cấu Khớp nối theo chiều dọc

Cân nặng Khoảng 10,8kg

Bán kính vùng hoạt động tối đa Khoảng 610mm (24 inch);

-2,5kg( với giảm tốc);

Khẩu độ mở tay gắp Từ 75mm( Nếu không có miếng

đệm) và 65mm( nếu có miếngđệm);

Độ lặp lại tại các thành phần chính ± 0,18mm

Số lượng động cơ truyền động 7

răng và vít chì

giá đỡ di chuyển ngang(trục 7)

Góc xoay tối đa Khớp 1 310º

Khớp 2 158ºKhớp 3 260ºKhớp 4 260ºKhớp 5 Không giới hạn về cơ, và ±

570º về điện

Bảng 2.2 Các thông số cơ bản của robot Scorbot ER4U

2.1.2 Thiết bị dạy – học (teach pendant)

ẢNH (HÌNH VẼ)

Thiết bị dạy học là một thiết bị di động có thể thao tác và điều khiển các trục

và được nối với bộ điều khiển Thiết bị dạy học được gắn một nút EMERGENCYSTOP và nút vặn DEADMAN Thiết bị dạy học có thể được cầm tay hoặc là gắnvào chỗ bị cố định ngoài vỏ làm việc của robot Khi thiết bị dạy học được dùng ởchế độ cầm tay thì núm vặn không thể điều khiển được

2.2 Nguyên lý hoạt động của Scorbot ER4U

Rô bốt hoạt động nhờ phần mềm lập trình SCORBASE ER4U

2.2.1 Phần mềm lập trình điều khiển SCORBASE ER4U

Phần mềm SCORBASE là phần mềm mà Intelitek phát triển để sử dụng cho

dạy và lập trình sản xuất trên tay máy robot của hang, trong đó SCORBASE forER4u dùng cho Scorbot Er4u

Phần mềm được cài đặt trên máy tính thuộc trạm gia công tiện, kèm theo 1

bộ thiết bị dạy học ( Teach pendant) cho phép đưa ra các địa điểm khả dụng trong

không gian, record vị trí đó làm các vị trí làm việc hoặc vị trí trung gian trong quátrình hoạt động Các vị trí này đảm bảo việc di chuyển trong không gian của đầu

kẹp (Gripper) không bị va đập vào các thiết bị khác gây hỏng hóc mất an toàn,

đồng thời tạo được quỹ đạo di chuyển tối ưu nhất tiết kiệm thời gian di chuyển giữa

2 điểm làm việc mong muốn