BÁO cáo học PHẦN THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử đề tài thiết kế sản phẩm cơ điện tử robot scara 4 bậc tự do

Hoạt động của sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ - Xác định các vấn đề cơ bản - Thiết lập cấu trúc chức năng - Phá

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO

HỌC PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Robot scara 4 bậc tự do”

Giáo viên hướng dẫn: Ths Nhữ Quý Thơ Sinh viên thực hiện: Cao Tuấn Dũng 2019601449

Lê Văn Dũng 2019600909

Lê Văn Dũng 2019605797

Hà Nội – 2022

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Trang 3

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: ME6061004 Khóa: 14

2 Tên nhóm: N05 Họ và tên thành viên

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử: Robot scara 4 bậc tự do.

2 Hoạt động của sinh viên

Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

- Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ

- Xác định các vấn đề cơ bản

- Thiết lập cấu trúc chức năng

- Phát triển cấu trúc làm việc

- Lựa chọn cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể

- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể

- Tích hợp hệ thống

- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác Áp dụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm

3 Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch bài tập lớn

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày

16/05/2022 đến ngày 13/06/2022)

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng đánh giá

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

Trang 4

1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính

Trang 5

Lời mở đầu Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống

cơ điện tử Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Sự phát triển của hệ thống cơ điện

tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việc theo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu

và hiệu quả Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống,

kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này

Sau quá trình học tập và tự tìm hiểu về học phần, nhóm sinh viên đã lựa chọn và hoàn thành báo cáo bài tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử

“Robot scara 4 bậc tự do” Đây là một đề tài hay và có tính ứng dụng cao đối với những kiến thức đã học và đưa nó vào thực tiễn, đồng thời cũng là cơ sở cho những nghiên cứu và sản phẩm sau này của sinh viên

Trang 6

Tổng quan

Robot Scara 4 bậc tự do.

Thuật ngữ Scara được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1979 tại Nhật Bản, trong các hoạt động nghiên cứu lắp ráp tại trường đại học Yamanashi Nó là tên viết tắt của Selective Compliance Assembly Robot Arm Dịch ra tiếng Việt có nghĩa là “Cánh tay robot lắp ráp có chọn lọc”

Hình mẫu nguyên thủy của Scara là một kiểu tay máy có cấu tạo rất đặc biệt Nó bao gồm 2 khớp quay, 1 khớp trượt 3 khớp đều có trục song song với nhau Các cấu trúc của Scara là cấu trúc nối tiếp Nghĩa là động cơ đầu tiên phải mang theo tất cả những động cơ khác sau đó Nếu Scara được thiết kế theo đôi cánh tay thì 2 động cơ đầu tiên sẽ được cố định ở đấy và có chức năng kéo theo, điều khiển các động cơ còn lại

So với kết cấu theo phương thẳng đứng, thì kết cấu này vững hơn, cứng hơn Tuy nhiên so với phương ngang thì nó lại kém cứng vững hơn Vùng làm việc của Scara là một phần của hình trụ rỗng, theo mô thức cử động tay như thao tác của con người Cùng với tên gọi robot Scara, nó còn được gọi với nhiều tên gọi khác như Scara song song (parallel scara robot)

Robot Scara 4 bậc được phát triển từ nền tảng trên và bao gồm có 4 bậc tự

do Do có cấu tạo giống như cánh tay người nên nó mang theo rất nhiều ưu điểm điểm nổi bật:

- Tốc độ

- Độ chính xác tuyệt đối

- Độ lặp lại

Chính vì thế nên Robot Scara 4 bậc tự do là một trong những loại robot công nghiệp mang tính ứng dụng cao nhất hiện nay Chuyển động tay máy của Scara giúp nó có khả năng gắp đặt vật liệu hoàn hảo Vì vậy, nó được ứng dụng nhiều nhất trong những dây chuyền sản xuất có công đoạn công việc này Hơn nữa, nó cũng được sử dụng cho các công việc liên quan đến hàn xì ở các xưởng

cơ khí chế tạo

Trang 7

Các thành phần cơ bản của Robot Scara.

Thành phần cơ khí

Một Robot Scara 4 bậc tự do sẽ bao gồm 5 khâu 4 khớp liên kết chặt chẽ với nhau Các khâu của Robot phải có khả năng chịu tải tốt, các khớp thì phải có khả năng di chuyển linh hoạt để các chuyển động của Robot mượt mà nhất Ngoài ra Robot sử dụng các động cơ Servo hoặc Step để cho việc điều khiển đạt

độ chính xác cao nhất Hệ truyền động trong Robot sử dụng các trục vít me, bánh đai để truyền chuyển động một cách hiệu quả

Thành phần điều khiển

Các thành phần điều khiển có vai trò xác định vị trí, tính toán và đưa ra các tín hiệu di chuyển thích hợp để cho Robot chuyển động, ngoài ra còn có các

hệ thống cảm biến giúp cho Robot di chuyển đúng với góc độ chính xác

Trang 8

Thiết kế sản phẩm Phân tích nhiệm vụ thiết kế.

Robot thiết kế là mẫu Scara và có 4 bậc tự do, việc thiết kế phải rõ rang, rành mạch, đúng với yêu cầu và thể hiện qua các quá trình thiết lập danh sách yêu cầu dưới đây

Danh sách yêu cầu

Danh sách yêu cầu cho Robot Scara 4 21/3/2022

bậc tự do

Thay D/W

Hình dạng: Cao Tuấn

D - Chiều cao tổng thể: từ 70 - 100 cm

D - Bán kính vùng làm việc: 80 – 100

D - Đường kính vật gắp D: 5 – 7 cm

D - Chiều cao vật gắp H: 8 – 10 cm

- Khoảng cách làm việc theo phương dọc: 60 – 80 cm

Động học: Cao Tuấn

- Vận tốc các khớp tịnh tiến: 0.2 – 0.3 Dũng m/s

- Vận tốc các khớp quay: 2,6 – 3,14 rad/s

Khả năng chịu lực: Cao Tuấn

D - Khả năng gắp trong khoảng 3 tới 5 Dũng

kg

D

Trang 9

Trang 10

- Khối lượng: 10 – 20 kg.

Năng lượng: Cao Tuấn

D - Sử dụng dòng điện một chiều Dũng

chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V – 60 Hz

D - Điện áp: 12 – 24 VDC

D - Cường độ dòng điện: 10 – 20 A

Vật liệu: Cao Tuấn

D - Các khâu được chế tạo từ vật liệu có Dũng

khả năng chịu va đập tốt, chịu được tải trọng lớn, trong lượng nhẹ

D - Bộ truyền đai chế tạo từ vật liệu chịu

được ma sát lớn, bền bỉ

Tín hiệu: Cao Tuấn

D - Đầu vào: Các tín hiệu từ hệ thống Dũng

D - Đầu ra: tín hiệu qua xử lý

D - Bộ điều khiển: Vi xử lý

D - Cảm biến: các cảm biến đo tải trọng,

vị trí góc, công tắc hành trình

An toàn: Cao Tuấn

D - Môi trường vận hành thông thoáng, Dũng

không có vật cản trong phạm vi làm việc của tay máy

- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn tải trọng tay gắp tối đa

Kiểm tra chất lượng: Cao Tuấn

D - Dung sai các tay máy không quá Dũng

D - Sai số công suất nhỏ hơn 5%

Trang 11

D - Giới hạn bền: 350 – 600 N/mm2.

- Giới hạn chảy: ≥ 360 N/mm2

- Độ chính xác lặp lại: 98%

Lắp ráp: Cao Tuấn

D - Thời gian lắp ráp từ 3 – 4 tuần Dũng

D - Các linh kiện được lắp đúng vị trí

D - Sau khi lắp ráp phải vận hành kiểm

thử

Vận hành: Cao Tuấn

D - Robot vận hành êm ái không gây Dũng

tiếng ồn lớn

D - Động cơ làm việc trơn tru không

rung lắc và gây ồn

D - Truyền động đai làm việc ổn định,

không bị trượt trong qua trình chuyển động

D - Cảm biến hoạt động chính khác khi

tay máy đến góc làm việc tối đa

D - Thao tác gắp thả chính xác vị trí

Bảo trì: Cao Tuấn

- Dễ dàng tháo lắp để vệ sinh và thay

mới

D - Thời gian giữa các lần bảo dưỡng từ

6 tới 8 tháng

D - Bảo quản nhiệt độ phòng.

Chi phí sản xuất: Cao Tuấn

D - 1.500.000 – 3.000.000 VND Dũng

Kế hoạch phát triển: Cao Tuấn

Trang 12

D - Nghiên cứu và chế tạo trong vòng 5

tháng

Dũng

Thiết kế sơ bộ

Xác định các vấn đề cơ bản

Việc xác định các vấn đề cơ bản dựa theo các bước dưới đây

Bước 1 và 2: loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các rằng buộc cần thiết.

Hình dạng:

- Có 4 bậc tự do

- Chiều cao tổng thể: từ 70 - 100 cm

- Bán kính vùng làm việc: 80 – 100 cm

- Đường kính vật gắp D: 5 – 7 cm

- Chiều cao vật gắp H: 8 – 10 cm

- Khoảng cách làm việc theo phương dọc: 60 – 80 cm Động học:

- Vận tốc các khớp tịnh tiến: 0.2 – 0.3 m/s

Khả năng chịu lực:

- Khả năng gắp trong khoảng 3 tới 5 kg

- Khối lượng: 10 – 20 kg

Năng lượng:

- Sử dụng dòng điện một chiều chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V – 60 Hz

- Điện áp: 12 – 24 VDC

- Cường độ dòng điện: 10 – 20 A

Vật liệu:

Trang 13

Trang 14

- Các khâu được chế tạo từ vật liệu có khả năng chịu va đập tốt, chịu được tải trọng lớn, trong lượng nhẹ

- Bộ truyền đai chế tạo từ vật liệu chịu được ma sát lớn, bền bỉ

Tín hiệu:

- Đầu vào: Các tín hiệu từ hệ thống

- Đầu ra: tín hiệu qua xử lý

- Bộ điều khiển: Vi xử lý

- Các cảm biến đo tải trọng, vị trí góc, nhiệt độ

An toàn:

- Môi trường vận hành thông thoáng, không có vật cản trong phạm vi làm việc của tay máy

- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn 5 kg

Kiểm tra chất lượng:

- Dung sai các tay máy không quá 5%

- Hiệu suất truyền đai từ 95 – 96 %

- Sai số công suất nhỏ hơn 5%

- Giới hạn bền: 350 – 600 N/mm2

Vận hành:

- Robot vận hành êm ái không gây tiếng ồn lớn

- Động cơ làm việc trơn tru không rung lắc và gây ồn

- Truyền động đai làm việc ổn định, không bị trượt trong qua trình chuyển động

- Cảm biến hoạt động chính khác khi tay máy đến góc làm việc tối đa

- Thao tác gắp thả chính xác vị trí

Bước 3: chuyển dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu.

Trang 15

Hình dạng:

Động học:

Năng lượng:

- Dòng điện một chiều chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V – 60 Hz

Vật liệu:

- Các vật liệu có khả năng chịu va đập tốt, chịu được tải trọng lớn, trong lượng nhẹ

Tín hiệu:

An toàn:

Trang 16

- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn tải trọng tay gắp tối đa, nhiệt độ≥ 70°

Vận hành:

- Robot vận hành êm ái không gây tiếng ồn lớn

Bước 4: trong mức độ nhất định khái quát lại kết quả bước trước.

Hình dạng:

Động học:

Trang 17

Năng lượng:

- Dòng điện một chiều chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V – 60 Hz

Vật liệu:

- Các vật liệu có khả năng chịu va đập tốt, chịu được tải trọng lớn, trong lượng nhẹ

Tín hiệu:

An toàn:

- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn tải trọng tay gắp tối đa

Vận hành:

Trang 18

- Robot vận hành êm ái không gây tiếng ồn lớn.

Bước 5: hình thành các vấn đề trong các thuật ngữ trung lập về giải pháp.

- Thiết kế Robot dạng Scara có 4 bậc tự do

Trang 19

Thiết lập cấu trúc chức năng.

a) Cấu trúc tổng thể

Chức năng tổng thể Robo Scara 4 bậc

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	355,96 KB