“Robot Công Nghiệp” là một học phần bắt buộc trong chương trình Module 3: Robot - Cơđiện tử, học phần giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với việc thiết kế cơ khí của một hệthống Robot
Trang 1Tiểu Luận Pro(123docz.net)
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
o0o BÀI TẬP GIỮA KỲ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Trang 2Tiểu Luận Pro(123docz.net)
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, khoa học kỹ thuật về robot nói chung và về robot công nghiệp nói riêng đang pháttriển rất mạnh mẽ và đặc biệt ở các nước có nền kinh tế phát triển, đã góp phần mang lại hiệuquả kinh tế cao Việc nghiên cứu chế tạo robot công nghiệp để ứng dụng trong sản xuất là rất cầnthiết Với sự ra đời của robot đã thay thế cho con người khi làm việc giúp cho việc thực hiện cáccông việc đòi hỏi độ chính xác cao mà con người khó có thể làm được Việc sử dụng robot côngnghiệp trong các nhà máy sản xuất đã làm tăng năng suất, nâng cao chất lượng của sản phẩm.Nhận thấy vai trò và tầm quan trọng của robot như vây, ở nước ta hiện này, robot đang được đầu
tư nghiên cứu rất nhiều, đặc biệt ở các trường đại học trong đó có Trường Đại học Bách khoa HàNội
“Robot Công Nghiệp” là một học phần bắt buộc trong chương trình Module 3: Robot - Cơđiện tử, học phần giúp cho sinh viên bước đầu làm quen với việc thiết kế cơ khí của một hệthống Robot cơ bản, ứng dụng phần mềm CAD 2D/3D, mô phỏng nguyên lý hoạt động robot,giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của các học phần và làm quen với nhiệm
vụ của người kỹ sư Có thể nói đây là học phần không thể thiếu được đối với sinh viên chuyênngành Cơ điện tử
Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của TS Trần Thị Thanh Hải, em đã hoàn thành đềtài được giao “Khảo sát robot 6 bậc tự do: 5 khớp quay, 1 khớp tịnh tiến” Bởi thời gian và kiếnthức có giới hạn, sẽ không tránh khỏi những sai sót ngoài ý muốn Do vậy em rất mong được sựchỉ bảo và sự đóng góp ý kiến của thầy để đề tài được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn
sự hướng dẫn của TS Trần Thị Thanh Hải đã giúp em hoàn thành đề tài này
Hà Nội, tháng 6 năm 2022
Ninh Ngọc Quý
Trang 3Tiểu Luận Pro(123docz.net)
Mục lục
2.2.2. Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ thao tác 9
2.2.3. Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học 9
Trang 4Tiểu Luận Pro(123docz.net)
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT
1.1 Nhiệm vụ thiết kế
- Robot 6 bậc tự do: 5 khớp quay và 1 khớp tịnh tiến
- Các kích thước khâu và biến khớp phù hợp yêu cầu của đề bài
1.2 Các thành phần kết cấu của robot
- Thân robot: Là khâu cố định, đặt thẳng đứng giữ robot cố định khi làm việc, gắn vớikhâu động 1 qua khớp quay 1 với trục z01 thẳng đứng
- Khâu 1: Khâu dẫn động nằm ngang vuông góc với trục thẳng đứng trong suốt quá trìnhlàm việc của robot, có khả năng quay xung quanh trục z01 qua khớp quay 1
- Khâu 2: Khâu động có khả năng quay trong mặt phẳng vuông trục thẳng đứng qua khớpquay 2 nối với khâu 1
- Khâu 3: trục vít me - đai ốc bi (trục vít tịnh tiến, đai ốc quay)
- Khâu 4, 5, 6: Khớp quay cổ tay robot dùng để định hướng điểm thao tác cuối trong khônggian
Trang 5Tiểu Luận Pro(123docz.net)
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT KHÔNG GIAN LÀM VIỆC 2.1 Thiết lập sơ đồ động robot
Trang 6Tiểu Luận Pro(123docz.net)
Ta chọn: d1 = 3; d2 = 2; d4 = 1; d5 = 0; d6 = 0.5
2.2 Giải bài toán động học thuận
Đối với bài toán động học thuận, vị trí, vận tốc, gia tốc các biến khớp xem như đã biết, cầntìm vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định Vị trí của khâu thao tác đốivới hệ tọa độ cố định được xác định bởi các tọa độ thao tác gồm các tọa độ định vị điểm tác độngcuối và hướng của khâu thao tác
Chú ý: Từ nay, để đơn giản các biểu thức, ta quy ước sin = s, cos = c
2.2.1 Các ma trận biến đổi thuần nhất
Trang 7Tiểu Luận Pro(123docz.net)
[- c(q6)*(c(q5)*(c(q1)*s(q4) - c(q2)*c(q4)*s(q1)) - s(q1)*s(q2)*s(q5)) - s(q6)*(c(q1)*c(q4)+ c(q2)*s(q1)*s(q4)), s(q6)*(c(q5)*(c(q1)*s(q4) - c(q2)*c(q4)*s(q1)) - s(q1)*s(q2)*s(q5)) -c(q6)*(c(q1)*c(q4) + c(q2)*s(q1)*s(q4)), s(q5)*(c(q1)*s(q4) - c(q2)*c(q4)*s(q1)) +
Trang 8Tiểu Luận Pro(123docz.net)
c(q5)*s(q1)*s(q2), s(q1)*s(q2) - 2*c(q1) + (s(q5)*(c(q1)*s(q4) - c(q2)*c(q4)*s(q1)))/2 +q3*s(q1)*s(q2) + (c(q5)*s(q1)*s(q2))/2]
-c(q4)*c(q5)*s(q2)) - c(q6)*s(q2)*s(q4), c(q2)*c(q5) c(q4)*s(q2)*s(q5), 3 - (c(q2)*c(q5))/2 - q3*c(q2) -(c(q4)*s(q2)*s(q5))/2 - c(q2)]
1]
Trang 9Tiểu Luận Pro(123docz.net)
2.2.2 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ thao tác
Lấy gốc tọa độ thiết lập trên khâu thao tác O3trùng với E Sử dụng góc Cardan xác định
hướng vật rắn Gọi p là vector tọa độ định vị khâu thao tác
cos β cos γ −cos β sin γ
R0(α , β , γ )= c (α , β , γ ) c (α , β , γ ) c (α , β , γ ) = sin α sin β cos γ
Trang 10Tiểu Luận Pro(123docz.net)Khi đó, ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất của khâu cuối biểu diễn bởi tọa độ khâu thao táclà:
0 [R0 r0]
2.2.3 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học
Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất biểu diễn trạng thái khâu thao tác có thể xác định được từcấu trúc động học của robot
Ma trận được đưa về dạng như sau;
Trang 11Tiểu Luận Pro(123docz.net)
a13(q)]
A0= a21(q ) a22 (q) a23 (q)
a31(q ) a32(q) a33(q)
Trang 12Tiểu Luận Pro(123docz.net)
2.2.4 Giải bài toán động học thuận
a Xác định tọa độ định vị điểm tác động cuối:
Các tọa độ định vị điểm tác động cuối được xác định bằng các so sánh các phần tử ở 2 vế của
hệ phương trình động học dạng ma trận (*), ta có:
x E =x (q)
y E = y (q)
z E =z (q)
Trang 13Tiểu Luận Pro(123docz.net)
⇨ XE = 2*s(q1) + c(q1)*s(q2) - (s(q5)*(s(q1)*s(q4) + c(q1)*c(q2)*c(q4)))/2 +q3*c(q1)*s(q2) + (c(q1)*c(q5)*s(q2))/2
⇨
⇨ YE = s(q1)*s(q2) - 2*c(q1) + (s(q5)*(c(q1)*s(q4) - c(q2)*c(q4)*s(q1)))/2 +q3*s(q1)*s(q2) + (c(q5)*s(q1)*s(q2))/2
⇨ ZE= 3 - (c(q2)*c(q5))/2 - q3*c(q2) - (c(q4)*s(q2)*s(q5))/2 - c(q2)]
b Xác định hướng của khâu thao tác
Hướng của khâu thao tác có thể xác định bằng cách đối chiếu 3 phần tử không cùng hàng(cột) giữa hai ma trận quay của phương trình (*):
Trang 14Tiểu Luận Pro(123docz.net)
c11(α , β , γ )=a11(q)
=> c13(α , β , γ )=a13(q )=>
c23(α , β , γ )=a23( q)
cos
β
cos
γ
=
a
1 1
(
q
)sin
β
=
a
1 3
(
q
)sin
α
cos
β
=
a
2 3
Trang 15Tiểu Luận Pro(123docz.net)b) Chương trình chính: Vẽ không gian làm việc của robot
Ta nhận thấy tọa độ 3 khâu cuối 4, 5, 6 chỉ xác định hướng của khâu thao tác nên để giảm bớttính toán, ta coi tọa độ 3 khâu này không đổi trong quá trình vẽ
Ta đặt giới hạn khớp các khâu như sau:
Trang 16Tiểu Luận Pro(123docz.net)
assume(a1, 'real' );assume(a1>0);
assume(a2, 'real' );assume(a2>0);
assume(a3, 'real' );assume(a3>0);
assume(a4, 'real' );assume(a4>0);
assume(a5, 'real' );assume(a5>0);
assume(a6, 'real' );assume(a6>0);
assume(d1, 'real' );assume(d1>0);
assume(d2, 'real' );assume(d2>0);
assume(d3, 'real' );assume(d3>0);
assume(d4, 'real' );assume(d4>0);
assume(d5, 'real' );assume(d5>0);
assume(d6, 'real' );assume(d6>0);
A_01 = Ma_tran_truyen(theta1, a1, d1, alpha1)
A_12 = Ma_tran_truyen(theta2, a2, d2, alpha2)
A_23 = Ma_tran_truyen(theta3, a3, d3, alpha3)
A_34 = Ma_tran_truyen(theta4, a4, d4, alpha4)
A_45 = Ma_tran_truyen(theta5, a5, d5, alpha5)
A_56 = Ma_tran_truyen(theta6, a6, d6, alpha6)
T_06 = A_06(1:3,4);
A_01 = subs(A_01,{theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 theta6 d1 d2 d3 d4 d5 d6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 alpha1 alpha2 alpha3 alpha4 alpha5 alpha6},{q1 q2 0 q4 q5 q6 3 2 q3 1 0 0.5 0 0 0 0 0 0 pi/2 pi/2 0 pi/2 -pi/2 0})
Trang 17Tiểu Luận Pro(123docz.net)
A_12 = subs(A_12,{theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 theta6 d1 d2 d3 d4 d5 d6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 alpha1 alpha2 alpha3 alpha4 alpha5 alpha6},{q1 q2 0 q4 q5 q6 3 2 q3 1 0 0.5 0 0 0 0 0 0 pi/2 pi/2 0 pi/2 -pi/2 0})
A_23 = subs(A_23,{theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 theta6 d1 d2 d3 d4 d5 d6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 alpha1 alpha2 alpha3 alpha4 alpha5 alpha6},{q1 q2 0 q4 q5 q6 3 2 q3 1 0 0.5 0 0 0 0 0 0 pi/2 pi/2 0 pi/2 -pi/2 0})
A_34 = subs(A_34,{theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 theta6 d1 d2 d3 d4 d5 d6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 alpha1 alpha2 alpha3 alpha4 alpha5 alpha6},{q1 q2 0 q4 q5 q6 3 2 q3 1 0 0.5 0 0 0 0 0 0 pi/2 pi/2 0 pi/2 -pi/2 0})
A_45 = subs(A_45,{theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 theta6 d1 d2 d3 d4 d5 d6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 alpha1 alpha2 alpha3 alpha4 alpha5 alpha6},{q1 q2 0 q4 q5 q6 3 2 q3 1 0 0.5 0 0 0 0 0 0 pi/2 pi/2 0 pi/2 -pi/2 0})
A_56 = subs(A_56,{theta1 theta2 theta3 theta4 theta5 theta6 d1 d2 d3 d4 d5 d6 a1 a2 a3 a4 a5 a6 alpha1 alpha2 alpha3 alpha4 alpha5 alpha6},{q1 q2 0 q4 q5 q6 3 2 q3 1 0 0.5 0 0 0 0 0 0 pi/2 pi/2 0 pi/2 -pi/2 0})
%% Ve khong gian thao tac
step1 = (max_q1 - min_q1)/90;
step2 = (max_q2 - min_q2)/90;
step3 = (max_q3 - min_q3)/10;
step4 = (max_q4 - min_q4)/2;
step5 = (max_q5 - min_q5)/2;
step6 = (max_q6 - min_q6)/2;
Trang 18Tiểu Luận Pro(123docz.net)
Trang 193.2 Kết quả đạt được
Hình 3.1 Không gian làm việc trong không gian 3D
Trang 20Tiểu Luận Pro(123docz.net)
Hình 3.2 Mặt phẳng làm việc XY
Trang 21Tiểu Luận Pro(123docz.net)
Hình 3.3 Mặt phẳng làm việc XZ
