Tính toán thiết kế Robot với đề tài thiết kế Robot gắp vật

2.Tính toán thiết kế Robot gắp vật Bao gồm các bước thiết kế cho đến việc mô phỏng để kiểm chứng tính đúng đắncủa quá trình thiết kế sẽ cung cấp các quá trình cơ bản để có thể xác định c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

KHOA CƠ KHÍ

- -ĐỀ TÀI:

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Lớp:

Mã sinh viên:

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Lời mở đầu

Có thể nói rằng Robot mang tới cho cuộc sống con người một cuộc sống mới, mộttrải nghiệm cuộc sống và đôi khi còn là một người bạn Những hãng Robot(RB) từ cácnước nổi tiếng trên thế giới từ Dức, Nhật Bản, Nga, Mỹ ngày một khẳng định sự hiệndiện của RB là phần không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay và tương lai của phíatrước Nó xuất hiện ở tất cả các lĩnh vực từ khoa học vĩ mô cho tới vĩ mô và ngày một đadạng

Trong khuôn khổ môn học Tính toán thiết kế Robot với đề tài thiết kế Robot gắpvật, em tin tưởng rằng với những kết quả có được từ việc hiều và tính toán trong bản đồ

án thuyết minh này sẽ là bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều hơn nữa những ýtưởng trong tương lai về tính toán và thiết kế Robot công nghiệp

Với bố cục gồm 2 phần chính:

1.Tổng quan về Robot

Phần này sẽ là cái nhìn sơ qua về Robot bao gồm lịch sử phát triển, phân loại vàứng dụng hiện nay giúp chúng ta hình dung tính quan trọng cũng như sự hữu dụng của nótới cuộc sống

2.Tính toán thiết kế Robot gắp vật

Bao gồm các bước thiết kế cho đến việc mô phỏng để kiểm chứng tính đúng đắncủa quá trình thiết kế sẽ cung cấp các quá trình cơ bản để có thể xác định cách có thể mộtsản phẩm Robot được đưa vào ứng dụng trong cuộc sống

Em xin gửi lời cảm ơn đên thầy Lương Bá Trường, cảm ơn thầy vì những đóng gópqua những bài giảng và hướng dẫn trong quá trình trao đổi ở các buổi học Những góp ý,sửa chữa của thầy sẽ giúp em tự tin hơn trong các thức tiếp cận với nền công nghiệp hiệnnay bởi mặc dù đã có những sự chuẩn bị hoặc cũng có thể kiến thức của em mang đếntrong bản thuyết minh này còn sai sót và chưa đúng Em rất mong được bổ sung, sửachữa, em chân thành cảm ơn và chúc Thầy sức khỏe!

Chương 1 Phân tích lựa chọn cấu trúc 1.1 Số bậc tự do cần thiết.

Đề bài yêu cầu tính toán thiết kế Robot gắp vật đảm bảo thực hiện quỹ đạo trên mặtphẳng

Ta có thể lập luận rằng:

Để khâu thao tác có thể di chuyển trên mặt phẳng đứng kia yêu cầu ít nhất phải có 2bậc tự do di chuyển Tuy nhiên chỉ với 2 bậc tự do kia thì đối tượng sẽ phải di chuyểnrobot đến vị trí thích hợp mới có thể đảm bảo thực hiện đc gắp vật, như vậy yêu cầu tínhlinh hoạt của robot trong việc tiếp cận( gắp vật từ vị trí này đến vị trí khác, vào ra) thì yêucầu thêm 1 bậc tự do nữa

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

Dưới đây là 1 số cơ cấu dùng để xác định vị trí trong mặt phẳng làm việc

Cơ cấu robot tọa độ Đecac: Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo

phương của các trục hệ tọa độ gốc( cấu hình TTT) Không gian làm việc của bàn tay códạng khối chữ nhật

Cơ cấu robot tọa độ trụ: Không gian làm việc có dạng hình trụ rỗng Thường khớp

thứ nhất là chuyển động quay

Cơ cấu robot tọa độ cầu: Không gian làm việc của robot có dạng hình cầu

1.2 Phân tích một số cấu trúc thỏa mãn và lựa chọn phương án thiết kế.

Một số dạng cấu trúc thỏa mãn:

Phương án 1: Robot 4DOF TTRR Phương án 2: Robot 3DOF RRR

Phương án 3: Robot 4DOF RTRR Phương án 4: Robot3DOF RTR

Phương án 5: Robot 3DOF TTR Phương án 6: Robot 3DOF RRT

Lựa chọn phương án thiết kế:

Với kết cấu 4,5,6 bậc tự do, Robot sẽ trở lên linh hoạt hơn tuy nhiên việc tính toánthiết kế và chế tạo cũng phức tạp hơn Một phần nhu cầu của bài toán đặt ra các phương

án trên sẽ làm phức tạp thêm nhiều tốn kém

Để tiết kiệm về mặt kinh tế nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu của bài toán đặt

ra, ta lựa chọn phương án thiết kế 3 bậc tự do ( phương án số 6 ) có 2 khâu quay xác địnhđịnh vị vị trí và bao quát các điểm trên mặt phẳng, một khâu chuyển động tịnh tiến để xácđịnh tọa độ và điều chỉnh sự vào ra linh hoạt của mỏ kẹp tránh va chạm trong môi trườnglàm việc Do đó việc lựa chọn phương án này hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu bài toán

Ưu điểm của phương án này so với các phương án khác thiết kế sẽ rất tối ưu với:+) Diện tích cho khâu thực hiện rất tiết kiệm

+) Xây dựng hệ thống điều khiển các khớp dễ dàng thuận tiện và gần như có thể độclập

+) Kết cấu đơn giản đảm bảo tính linh hoạt.

Chương 2 Tính toán 2.1 Thiết lập phương trình quỹ đạo theo yêu cầu.

Phương trình dạng tham số của đường thẳng AB:

Vận tốc của điểm thao tác trên quỹ đạo AB là (m/s)

Chiếu vận tốc v lên các phương ta được:

Dịch chuyển của điểm E trên đoạn AB:

Với điểm A(350,150,0),B(250,300,150) ta thay vào phương trình trên ta được:

2.2 Bài toán động học thuận Robot.

Với không gian làm việc là 600x700x400(mm) Chọn:

l1=400mm=0,4m

l2=250mm=0,25m

l3=150mm=0,15m

x2 l2

l3 q2

z2

y2

y3

x3

Bảng tham số động học Cray của Robot.

Các ma trận Cray địa phương:

;Các ma trận Cray toàn cục:

Tọa độ vị trí điểm thao tác E: ;

Cho trước các quy luật chuyển động của các khâu, vẽ đồ thị quỹ đạo, vận tốc, giatốc điểm thao tác robot

Chọn quy luật chuyển động của các khâu:

Tọa độ điểm E theo biến t là:

 Vận tốc điểm thao tác cuối:

Đạo hàm theo thời gian t toạ độ điểm E trong hệ quy chiếu cố định ta được vận tốcđiểm thao tác E

 Gia tốc điểm thao tác cuối:

Đạo hàm theo thời gian t vận tốc điểm E trong hệ quy chiếu cố định ta được gia tốcđiểm thao tác E.

 Vận tốc góc điểm thao tác cuối E:

Đồ Thị

2.3 Bài toán động học ngược Robot.

Tọa độ điểm thao tác E phục thuộc vào các tọa độ suy rộng

trong hệ quy chiếu cố định có dạng:

Giả sử điểm thao tác của Robot chuyển động đều trên đường thẳng AB với vận tốc

v0 = 1 [m/s] Trong đó đường thẳng AB thuộc mặt phẳng Oxy với A(350,150,0),điểmB(250,300,150)

Quy luật chuyển động của điểm E:

Phương trình xác định vị trí:

Mối quan hệ điểm thao tác E trong không gian khớp và không gian thao tác:

(1)Trong phương trình trên ta đã biết, ,đã biết từ phương trình quỹ đạotìm,

Đạo hàm (1) theo thời gian:

Ta có biểu thức xác định vecto vận tốc suy rộng:

(3)Tiếp tục đạo hàm phương trình (2) theo thời gian ta được:

Ta có biểu thức xác định vecto gia tốc suy rộng:

(4)

Đồ thị

Chương 3 Thiết kế 3D robot 3.1 Bản vẽ lắp tổng thể chi tiết robot.

3.2 Bản vẽ các chi tiết robot.

3.3 Mô phỏng lắp ráp và chuyển động của robot.

Chương 4 Bài toán động lực học 4.1 Xác định các tham số động lực học.

Bảng tham số động lực học robot

lượng

; ;

;Các ma trận Cray toàn cục:

;

;Tọa độ khối tâm các khâu trong hệ quy chiếu gắn liền với khâu có dạng:

Từ đó ta có tọa độ khối tâm các khâu so với hệ quy chiếu cố định R0,

Các ma trận Jacobi tịnh tiến của các khâu:

Từ các ma trận Craig ta có các ma trận cô sin chỉ hướng của các khâu so với hệ quychiếu cố định:

Vận tốc góc các khâu được tính theo công thức sau:

Từ vận tốc góc các khâu ta tính được các ma trận Jacobi quay:

Thay các ma trận Jacobi tịnh tiến và Jacobi quay vào biểu thức:

Ta nhận được ma trận khối lượng suy rộng của robot:

Trong đó:

Ma trận ly tâm và Coriolis được xác định theo công thức:

Sử dụng phần mềm Maple ta tính được:

Trong đó:

Thế năng của robot có dạng:

Từ biểu thức thế năng ta có: