TÍNH TOÁN THIẾT kế ROBOT TÍNH TOÁN và THIẾT kế mô HÌNH ROBOT ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG PHAY bề mặt PHẲNG

Phần 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúcPHÂN TÍCH YÊU CẦU VỀ VỊ TRÍ Robot nằm ở một vị trí cố định Phôi có thể dịch chuyển được Phôi phải nằm trong vùng hoạt động của robot PHÂN TÍCH YÊ

Trang 2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT ỨNG

DỤNG TRONG GIA CÔNG PHAY BỀ MẶT PHẲNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN HOÀNG THANH TÙNG 20187509

PHẠM QUỐC ĐẠT NGUYỄN XUÂN TÙNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS PHAN BÙI KHÔI

TS NGUYỄN VĂN QUYỀN

Trang 3

MỤC LỤC

1 Phân tích và lựa chọn cấu trúc

2 Thiết kế 3D mô hình robot

3 Thiết kế quĩ đạo chuyển động

Trang 4

Phần 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc

1.2 Phân tích yêu cầu kĩ thuật thao tác

a Yêu cầu đối tượng thao tác

Đối tượng thao tác

Mặt phẳng nằm ngang

Dạng thao tác

Dao phay luôn vuông góc với mặt phẳng

của phôi trong suốt quá trình gia công

Trang 5

PHÂN TÍCH YÊU CẦU VỀ VỊ TRÍ

Robot nằm ở một vị trí cố định

Phôi có thể dịch chuyển được

Phôi phải nằm trong vùng hoạt động của robot

PHÂN TÍCH YÊU CẦU VỀ HƯỚNG CỦA KHÂU THAO

TÁC

Dao phay có phương thẳng đứng , vuông góc với bàn máy

và mặt phẳng phôi trong suốt quá trình gia công

Trang 6

PHÂN TÍCH YÊU CẦU VỀ VẬN TỐC , GIA TỐC KHI THAO TÁC

 Chuyển động của dao phay có vận tốc không đổi  gia tốc bằng 0

 Vận tốc và gia tốc có thể lựa chọn tùy thuộc vào vật liệu làm phôi , loại dao gia công và bề mặt gia công

PHÂN TÍCH YÊU CẦU VỀ KHÔNG GIAN THAO TÁC

Trang 7

1.3 PHÂN TÍCH YÊU CẦU VỀ KHÔNG GIAN THAO TÁC

a Số bậc tự do cần thiết

 Để thực hiện yêu cầu bài toán phay mặt phẳng trong không gian thì cơ cấu robot cần ít nhất 2 bậc tự do cho việc di

chuyển

 Để đảm bảo hướng của sản phẩn, hạn chế di chuyển của sản phẩm ta cần thêm một bậc tự do nữa

Phải có ít nhất 3 bậc tự do cho mô hình thiết kế

B Yêu cầu về tải trọng

Chưa có dữ liệu

C Vùng làm việc có thể với tới của robot

Chưa có dữ liệu

Trang 8

- Robot chiếm diện tích sử dụng ít

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.

- Dễ kiểm soát khi thao tác

❖ Nhược điểm:

- Không tận dụng được tối đa không gian làm

việc của robot

- Không đảm bảo tính liên tục khi gia công

phay

Trang 9

- Khả năng linh hoạt cao

- Dễ dàng thực hiện thao tác khi gia công

- Độ chính xác phụ thuộc vào chuyển động của

Trang 10

• Phương án 3 cấu trúc TTT

❖ Cấu trúc robot: gồm 1 khớp tịnh tiến theo phương X, 1 khớp tịnh

tiến theo phương Y, 1 khớp tịnh tiến theo phương Z

❖ Ưu diểm:

- Nhỏ gọn giá thành rẻ

- Khả năng linh hoạt tốt

- Tay máy có độ cứng vững cao

- Tận dụng được không gian làm việc một các tối đa

- Thiết bị khó chế tạo đo cần độ chính xác cao

- Diện tích chiếm dụng bề mặt robot lớn

Trang 11

Lựa chọn phương án thiết kế

Để gia công phay mặt phẳng, ta cần robot phải bao quát

được tất cả các điểm ở trên mặt phẳng, khâu cuối chứa

dao phải luôn vuông góc với bàn máy Để đáp ứng được

yêu cầu ta cần phải thiết kế robot 3 bậc tự do

Kết luận: Dựa trên các phân tích về mô hình đề xuất, nhóm

đã nhận thấy mô hình cấu trúc robot TTT là phù hợp với

yêu cầu Mô hình cấu trúc robot ba bậc tịnh tiến được lựa

chọn cho các bước tính toán tiếp theo

Trang 12

Phần 2: Thiết kế 3D mô hình robot

2.1 Thiết kế 3D

Trang 13

2.2 Lập bản vẽ 2D

Kích thước khâu đế

Trang 14

Kích thước khâu 1

Trang 15

Trang 16

Trang 17

THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO

CHUYỂN ĐỘNG

Trang 18

Khảo sát động học thuận

• Bài toán thuận về vị trí:

- Các toạ độ khớp đã biết:

- Tìm toạ độ thao tác :

Trang 19

Ma trận chuyển từ hệ tọa độ 0 sang hệ tọa độ 1

=

Trang 21

Khảo sát động học thuận

Tính vận tốc góc trong hệ cố định

Do cả ba khớp đều

là khớp tịnh tiến

Trang 22

THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG

Chọn quy luật chuyển động của các biến khớp trong thời gian 1s, với quy luật

Trang 23

KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC NGƯỢC

Khảo sát bài toán động học ngược

Mục đích: Xác định các toạ độ khớp khi đã biết trước vị trí của điểm cuối

thao tác và hướng của khâu thao tác

Trang 25

Thiết kế quỹ đạo chuyển động

Thiết kế quỹ đạo chuyển động theo quy luật hàm bậc 3

- Điểm đầu M(x0; y0; z0).

- Điểm cuối N(xe; ye; ze).

- Thời điểm bắt đầu, kết thúc t0, te

Phương trình đường

thẳng trong không gian

Trang 26

Vì quỹ đạo biến đổi theo hàm bậc 3 nên giả sử phương trình chuyển động theo phương x(t) có

dạng:

Vận tốc chuyển động theo phương x sẽ có

dạng

Tại thời điểm ban đầu

Tại thời điểm kết thúc

Trang 27

Kết hợp giải hệ 2 phương trình (1) và (2) ta thu được kết quả

Trang 28

Thiết kế quỹ đạo biến đổi theo quy luật vận tốc hình

thang

Các thông số đầu vào:

- Điểm đầu

-Điểm cuối

Do đoạn thẳng thực hiện quá trình cắt song song với trục z nên ta chỉ cần phải tính toán theo trục z

Trang 29

Phương trình z biến đổi

theo quy luật vận tốc

Điều kiện đầu vào

Trang 30

Các tham số có

được

Trang 31

Quỹ đạo chuyển động của chu trình phay mặt phẳng.

Trang 32

Đồ thị toạ độ x,y,z trong

quá trình thao tác Đồ thị vận tốc Vx,Vy,Vz trong quá trình thao tác Đồ thị gia tốc Ax,Ay,Az

trong quá trình thao tác

Trang 33

PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI TĨNH

Trang 34

Phân tích trạng thái tĩnh

Lực tác dụng lên khâu I tại tại từ khâu i-1Momen lực tác dụng lên khâu i tại từ khâu i-1Lực tác dụng lên khâu i tại từ khâu i+1

Momen lực tác dụng lên khâu i tại từ khâu i+1Vector có gốc tại , mút tại

Vector co gốc tại , mút tại

Trang 36

Áp dụng vào mô hình TTT

coi các khâu là thanh phẳng đồng chất, vị trí tương đối của gốc hệ toạ độ

và vị trí trọng tâm của các khâu được xác định như sau

❖ Xác định các ma trận cosin chỉ hướng

Trang 37

Áp dụng vào mô hình TTT

❖ Xác định vị trí trọng tâm các khâu

❖ Xác định vị trí tương đối của gốc hệ toạ độ

Trang 38

Hệ lực khâu 3

hệ phương trình cân bằng trong hệ toạ độ khâu 3

Vector gia tốc trọng trường trong hệ toạ độ khâu 3

Ma trận đối xứng lệch của các ma trận

Trang 39

Khâu 3

Trọng lực của khâu 3 trong hệ toạ độ khâu 3

Thay số vào hệ phương trình cân bằng khâu 3

Trang 40

Vector gia tốc trọng trường trong hệ tọa độ khâu 2

Ma trận đối xứng lệch của các ma trận

Trang 41

Khâu 2

Chuyển lực và mô men từ hệ tọa độ khâu 3 sang hệ tọa độ khâu 2

Trọng lực của khâu 2 trong hệ tọa độ khâu 2

Trang 42

Khâu 2

Trang 43

Vector gia tốc trọng trường trong hệ tọa độ khâu 1

Các ma trận đối xứng lệch

Trang 44

Khâu 1

Chuyển lực và mô men từ hệ tọa độ khâu 2 sang hệ tọa độ khâu 1

Trang 45

Khâu 1

hệ phương trình cân bằng trong hệ tọa độ khâu 1

Trang 46

ĐỘNG LỰC

HỌC

Trang 47

Cơ sở lý thuyết

 Cơ sở lý thuyết

- Động lực học robot là quá trình nghiên cứu chuyển động của robot dưới tác dụng của các lực hoặc momen điều khiển (gọi chung là lực điều khiển) để thực hiện thao tác theo mục đích công nghệ hoặc phục vụ).

- Động lực học thuận robot (dyrect dynamics): Là bài toán khảo sát các đại lượng đặc trưng cho chuyển động dưới tác dụng của lực đã xác định.

- Động lực học ngược robot (inverse dynamics): Là bài toán tính toán các lực dẫn động để robot thực hiện được chuyển động thao tác theo quy luật đã xác định.

Trang 48

Thiết lập phương trình Lagrange loại II

Vị trí của vật rắn ở trong hệ quy chiếu cố định R0 được xác định bởi

vector xác định vị trí khối tâm và ma trận cosin chỉ hướng của vật rắn

Trang 49

Trang 50

Vận tốc dài của các khối tâm C

Ma trận Jacobi tịnh tiến tại khối tâm của các khâu lần lượt

Trang 51

Vì cơ hệ gồm 3 khâu tịnh tiến nên có ma trận Jacobi quay của các khâu lần lượt

Vận tốc góc của các khâu lần lượt

Từ vận tốc tại khối tâm và vận tốc góc của vật vắn ta tính được ma trận các ma trận Jacobi

Trang 52

Ma trận khối lương suy rộng M

Ma trận Coliolis ma trận M là ma trận gồm các phần tử đều là hằng số nên ma trận C sẽ là ma trận 0

Trang 53

Thế năng của hệ

Vector gia tốc trọng trường

Trang 54

-Ma trận quán tính Coriolis và quán tính ly tâm

- Trong đó

Trang 55

- Lực suy rộng không thế

Giả sử tác dụng lên điểm cuối thao tác là một vector lực

Công nguyên tố của lực

Tổng công nguyên tố của tất cả ngoại lực ứng với di chuyển ảo

Trang 56

- Lực/Mô men điều khiển

Trang 57

Phương trình động lực học của robot

Trang 58

ĐỘNG LỰC HỌC NGƯỢC

Động lực học ngược

Từ phương trình vi phân chuyển động của robot, ta đưa được về phương

trình động lực học ngược như sau:

Trang 59

THIẾT KẾ HỆ

DẪN ĐỘNG

Trang 60

THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG

Các khâu của robot đều chuyển động tịnh tiến

Để đạt độ chính xác cao ta lựa chọn bộ truyền vít me – đai ốc bi cho hệ thống dẫn động

- Chọn kiểu lắp đặt ổ đỡ : 1 đầu lắp chặt – 1 đầu tùy chỉnh

- Bước vít me :  chọn

Trang 61

THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG

Chọn hệ dẫn động vít me đai ốc bi để biến chuyển động quay của động

cơ thành chuyển động tịnh tiến của khớp.

Kiểu lắp: Một đầu lắp chặt – Một đầu tùy chỉnh

Trang 63

Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu

 Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu

Sử dụng phần mềm Solidworks mô phỏng lực và momen tác động, chọn vật liệu các khâu là ASTM A36 STEEL, thu được ứng

suất và chuyển vị của các khâu.

Các bước thực hiện:

Bước 1: Lựa chọn vật liệu của từng khâu.

Bước 2: Thực hiện cố định khâu.

Bước 3: Chia lưới

Bước 4: Đặt tải trọng lên từng khâu.

Bước 5: Đọc kết quả về ứng suất, biến dạng và chuyển vị

Kết luận: Các khâu đều đủ bền.

Trang 64

THIẾT KẾ HỆ

THỐNG ĐIỀU

KHIỂN

Trang 65

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Phương trình động lực học

Chọn luật điều khiển

Tham số cuối cùng cần chọn

Trang 66

Trang 67

Trang 68

Trang 69

Trang 70

Trang 71

KHẢO SÁT

ĐÁNH GIÁ

HIỆU CHỈNH

Trang 72

KHẢO SÁT , ĐÁNH GIÁ , HIỆU CHỈNH

 Khảo sát độ chính xác: Robot đạt độ chính xác 95%, thời gian đáp ứng 0.75s

 Đánh giá đặc tính kỹ thuật: Đảm bảo các đặc tính kỹ thuật về

số bậc tự do, yêu cầu kỹ thuật, độ cứng vững, kiểm nghiệm bền

Robot đã cơ bản đáp ứng được bài toán đặt ra.

 Hiệu chỉnh thiết kế: Thiết kế có thể được thay đổi, hiệu chỉnh

và phát triển để hoàn thiện hơn.

Trang 73

KẾT LUẬN

Trang 74

• Hoàn thiện thiết kế để triển khai sản phẩm trong thực tế.

• Là bước đệm để phục vụ cho đồ án tốt nghiệp.

Trang 75

THANK YOU !

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	1,46 MB