TIỂU LUẬN môn học TÍNH TOÁN THIẾT kế ROBOT

Phân tích yêu cầu về vị trí - Phải di chuyển được mọi vị trí trên bề mặt tường được phun sơn theo kích thước của tường đã đề ra ở mục a - Đối tượng là mặt phẳng nên hướng thao tác là hướ

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC

Phân tích mục đích ứng dụng của robot

Robot công nghiệp ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong gia công cơ khí nhằm tự động hóa các công đoạn, tối ưu quy trình sản xuất Chúng thực hiện các thao tác lặp đi lặp lại với độ chính xác cao, cho phép gia công hàng loạt chi tiết có cùng chu trình mà không cần lao động liên tục Nhờ đó, robot giúp giảm sai lệch, tăng năng suất và giảm chi phí vận hành, đồng thời giải phóng người lao động khỏi những công việc nhàm chán Trong quá trình gia công khắc, yêu cầu về sự tập trung và độ chính xác rất cao khiến con người khó duy trì liên tục; ở đây robot có thể thay thế và đảm bảo chất lượng sản phẩm ở mức tối ưu Do đó tự động hóa bằng robot là chiến lược hiệu quả để nâng cao hiệu suất làm việc và cạnh tranh trên thị trường.

Robot sơn tường có nhiều ứng dụng trong đời sống nhờ khả năng thực hiện sơn theo các hình dạng phức tạp với độ chính xác cao Mục đích của robot là đảm bảo sơn tường theo những thiết kế khó khăn, đòi hỏi sự tỉ mỉ và đồng nhất màu sắc, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu suất thi công Với công nghệ tự động hóa, robot sơn tường giúp tối ưu quy trình làm việc, giảm thiểu sai lệch và tiết kiệm thời gian cho các dự án xây dựng và trang trí nội thất.

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG NHÓM 10

Hình 1 Minh họa sản phẩm của robot

Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác

a Đối tượng thao tác, dạng thao tác

- Nhiệm vụ của robot là sơn tường và vẽ hình trên tường (tường có kích thước tối đa 1000 x 1000 mm) do đó:

- Đối tượng thao tác là bề mặt tường phẳng.

Hình 2: Đối tượng thao tác

- Dạng thao tác chuyển động được theo các cung cong và thằng.

- Ta coi nền nhà đặt Robot và tường để sơn là vuông góc tuyệt đối.

Hình 3: Khâu thao tác b Phân tích yêu cầu về vị trí

- Phải di chuyển được mọi vị trí trên bề mặt tường được phun sơn theo kích thước của tường đã đề ra ở mục a c Yêu cầu về hướng

Đối tượng là mặt phẳng nên hướng thao tác được xác định là vuông góc với bề mặt tường, do đó hướng thao tác cố định và không thay đổi trong quá trình làm việc Việc duy trì hướng thao tác vuông góc với tường giúp tăng độ chính xác và an toàn khi gia công, đồng thời cải thiện hiệu suất làm việc Khi lên kế hoạch thao tác, cần xem xét sự vuông góc giữa hướng thao tác và mặt tường để đảm bảo kết quả làm việc ổn định và chất lượng.

Đối với vận tốc phun sơn, robot phải duy trì vận tốc ổn định để đảm bảo quá trình làm việc diễn ra liên tục và hiệu quả, không bị gián đoạn Không có yêu cầu về gia tốc trong hệ thống phun sơn này.

Xác định các đặc trưng kỹ thuật

Để đảm bảo di chuyển trên mặt phẳng theo cả đường thẳng và đường cong, số bậc tự do tối thiểu là hai Nếu robot có từ ba bậc tự do trở lên, chuyển động sẽ linh hoạt hơn nhưng tính toán và thiết kế sẽ gặp nhiều khó khăn và thực tế không cần thiết cho bài toán này Vì vậy, nhóm quyết định chọn robot hai bậc tự do cho đề tài.

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG NHÓM 10 b Vùng làm việc có thể với tới của robot

Hình 4: Vùng làm việc có thể với tới của robot c Yêu cầu về tải trọng

Giữ tải trọng ở đầu phun sơn ở mức vừa phải là yếu tố then chốt cho khâu 3 của quy trình sơn, giúp đầu phun không bị uốn quá mức và duy trì vị trí tương quan giữa đầu phun và mặt tường Việc kiểm soát tải trọng mang lại sự ổn định cho quá trình phun, đảm bảo lớp sơn được phân bổ đồng đều, giảm lệch hướng và nâng cao chất lượng bề mặt tường khi hoàn thiện dự án.

1.4 Các phương án thiết kế cấu trúc robot

Phương án 1: 3 bậc tự do (TRR)

Hình 5: Robot 3 bậc tự do

- Ưu điểm: Chuyển động linh hoạt tối ưu do có 2 khớp quay

- Nhược điểm: Khâu tịnh tiến cồng kềnh, tốn kém chi phí và không gian thao tác

Phương án 2: 4 bậc tự do (RRRR)

- Ưu điểm: Vùng hoạt động rộng, thiết kế gọn

- Nhược điểm: Tính toán phức tạp, chi phí cao không cần thiết

Phương án 3: 2 bậc tự do (TT)

- Ưu điểm: Chuyển động bao quát trong mặt phẳng, tính toán dễ dàng

- Nhược điểm: Độ dài và khối lượng các khâu lớn

Sau khi phân tích các cấu trúc được đề xuất, nhóm lựa chọn phương án thiết kế Robot 3 với cấu trúc 2 bậc tự do (TT) gồm 2 khớp tịnh tiến để chuyển động cho hệ thống tự động hóa Cấu trúc hai khớp tịnh tiến cho phép robot thực hiện chuyển động song song trên hai trục, tối ưu hóa phạm vi làm việc và cải thiện độ chính xác định vị Lựa chọn này tập trung vào hiệu suất điều khiển, tính khả thi trong gia công và chi phí lắp đặt, đồng thời giảm thiểu yêu cầu bảo trì Kết quả cho thấy cấu trúc TT với hai khớp tịnh tiến phù hợp cho các nhiệm vụ yêu cầu vị trí và đường chạy tuyến tính, ví dụ như chế tạo, lắp ráp và thao tác pick-and-place, đáp ứng nhu cầu tự động hóa và tối ưu chu kỳ làm việc.

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG NHÓM 10 đầu phun sơn trên mọi điểm của mặt phẳng tường Đơn giản trong quá trình tính toán vừa dễ dạng trong quá trình thiết kế và chế tạo.

5 Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng và hệ thống thao tác

Hình 8: Sơ đồ động của robot

- Sử dụng hệ thống truyền chuyển động là thanh răng bánh răng để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác, tránh đi quá hành trình chuyển động, qua lại được nhiều hành trình.

- Điều khiển bằng bộ điều khiển ở ngoài tác động lên robot

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D

Hình 9: Mô hình 3D của robot khi phun sơn

Hình 10: Các hình chiếu của robot

3 Lập hồ sơ kỹ thuật

- Robot chuyển động tịnh tiến để di chuyển đầu phun sun trên mặt phẳng thẳng đứng có kích thước 1000x1000mm

Đầu phun sơn được gắn trực tiếp tại khâu thao tác cuối cùng của quy trình trên robot, với bình chứa sơn đặt dưới chân robot và được bơm tự động Hệ thống còn kết hợp cảm biến tiệm cận để đo khoảng cách giữa đầu phun và mặt tường, từ đó điều chỉnh khoảng cách phun sao cho phù hợp, đảm bảo độ phủ và chất lượng sơn tối ưu.

- Vận chuyển robot bằng cách điều khiển 4 động cơ có gắn bánh xe ở dưới gốc robot Có thể chuyển động ngang dọc tùy ý người điều khiển

4 Xác định các thông số đặc trưng hình học – khối lượng

Để đảm bảo robot có thể chuyển động tối đa trong vùng 1000x1000 mm, ta sẽ tăng chiều dài của khâu thêm 200m để có dư về kích thước khâu Khâu 2 là khâu trung gian nên chỉ cần ngắn vừa đủ.

Khối lượng khâu được điều chỉnh và giảm dần từ gốc lên nhằm tối ưu phân bổ lực và hiệu suất của hệ thống Ở khâu 2, cần chọn các test trước rồi sau đó thực hiện tính toán trên phần mềm để đảm bảo kết quả phù hợp với yêu cầu của bài toán.

- Tốc độ chọn phù hợp để quá trình phun sơn đạt hiệu quả cao nhất

- Bảng thông số chiều dài, khối lượng khâu

Khâu Chiều dài khâu (mm)

- Bảng thông số góc quay, tốc độ các khớp

Khớp Giới hạn chuyển động

CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT

1 Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit –

Hartenberg Đối với các Robot công nghiệp, Denavit – Hartenberg (1995) đã đưa ra cách chọn các hệ trục tọa độ có gốc tại khớp thứ i như sau:

- Trục z i-1 được chọn dọc theo trục của khớp động thứ i.

Trục x i-1 được xác định theo đường vuông góc chung của hai trục z i-2 và z i-1, và hướng của x i-1 được xác định từ z i-2 sang z i-1 Trong trường hợp z i-1 cắt z i-2, hướng của trục x i-1 có thể được chọn tùy ý miễn sao x i-1 vuông góc với z i-1 Khi hai trục z i-1 và z i-2 song song với nhau, trục x i-1 có thể chọn theo bất kỳ pháp tuyến chung nào.

- Gốc tọa độ O i-1 được chọn tại khớp thứ i

- Trục y i-1 được chọn sao cho hệ (Oxyz) i-1 theo quy tắc bàn tay phải

Từ quy tắc trên ta xây dựng được các hệ tọa độ như hình 4.1:

• Các thông số đầu vào q 1 ,q 2

• Thông số cần xác định: tọa độ điểm tác động cuối E

• Ta có bảng động học Denavit-Hartenberg (DH):

Hình 11: Gắn tọa độ D-H và Robot

Vị trí của hệ tọa độ khớp (Oxyz) i đối với hệ tọa độ khớp (Oxyz) i-1 được xác định bởi bốn tham số Denavit- Hartenberg θ i , d i , a i , α i như sau:

Trong đó: a i : khoảng cách từ trục z i tới trục z i+1 dọc theo trục x i α i : góc giữa 2 trục z i và z i+1 tính theo trục x i d i : khoảng cách từ trục x i tới trục x i+1 dọc theo trục z i

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG NHÓM 10 θ i : góc giữa 2 trục x i và x i+1 tính theo trục z i

Trong đó θ 1 ,θ 2 ,d 3 là các biến khớp, còn a 1 , a 2 , d 1 ,d 2 là hằng số

2 Bài toán động học thuận Robot Đối với bài toán động học thuận, vị trí, vận tốc, gia tốc các biến khớp xem như đã biết, cần tìm vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định.

Vị trí của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định được xác định bởi các tọa độ thao tác, bao gồm tọa độ định vị điểm tác động cuối và hướng của khâu thao tác Để mô tả mối quan hệ không gian giữa các khâu, ta tính ma trận Denavit–Hartenberg (D-H) Giai đoạn a thực hiện tính toán các ma trận D-H, từ đó xác định liên kết vị trí và hướng giữa các khâu thao tác trong không gian làm việc.

Ma trận của phép biến đổi hệ tọa độ khớp (Oxyz)i-1 sang hệ tọa độ (Oxyz)i kí hiệu là i-1 Ai có dạng như sau : i-1A i a i cos θ i a i sin θ i d i

Thay các giá trị trong bảng tham số Denavit–Hartenberg vào công thức 4.1 cho ta các ma trận biến đổi Denavit–Hartenberg giữa các hệ tọa độ liên kết với nhau Trong đó, ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D-H từ khâu 1 đối với khâu 0 thể hiện cách mỗi khâu kết nối và chuyển đổi không gian giữa các trục tọa độ, là nền tảng cho phân tích động học và lập trình điều khiển của hệ cơ cấu robot.

+ Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D-H khâu 2 đối với khâu 1

 Ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ thao tác:

0A 2 = 0 A 1 1 A 2 =[ b, Xác định hướng của khâu thao tác

Ma trận 0 A 2 cho biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định; hay nói cách khác, nó mô tả vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động được gắn vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ tọa độ cố định Vì thế nó còn được biểu diễn qua các biến khớp ta tạm gọi là q i Trong bài toán cụ thể này, các khớp được xem là các khớp tịnh tiến i, với i = 1÷2 Khi đó, ma trận (*) được kí hiệu thành 0 A 2(q).

Ma trận 0A2(q) biểu diễn vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định thông qua biến khớp qi, là ma trận trạng thái của khâu thao tác theo cấu trúc động học Ngược lại, ma trận 0An(t) mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác thông qua hệ tọa độ khâu thao tác, và ở đây ta biểu diễn bằng các góc Cardan Phương trình động học của robot được trình bày dưới dạng ma trận, thể hiện quan hệ giữa trạng thái và thời gian để mô hình hóa quá trình chuyển động và điều khiển hệ thống.

 Hướng của khâu thao tác:

So sánh hai vế của phương trình động học, ta có:

[ Đối chiếu 3 phần tử từ hai ma trận, ta nhận được: sin

{ sin sin ɳ α = = c, Xác định tọa độ điểm thao tác và vận tốc dài của điểm thao tác

- Từ đó ta có phương trình động học ROBOT có dạng 0 A 2 (q)= 0 A n (t) Với n=2 vì cơ cấu Robot có 2 khâu động.

- Tọa độ khâu thao tác:

- Vận tốc khâu thao tác v E = r E = [ x E , y E ,z E ] T = J TE q d, Vận tốc góc và gia tốc góc các khâu:

Do robot thiết kế theo cơ cấu TT 2 khâu tịnh tiến, suy ra vận tốc góc tại khâu 1 và khâu 2 có giá trị bằng 0:

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG NHÓM 10 ω 1 = ω 2 = 0 Đồng thời, gia tốc góc tại khâu 1, khâu 2 cũng có giá trị bằng 0: ε 1 =ε 2 =0

3 Bai toán động học ngược

Nhiệm vụ của bài toán động học ngược là tìm các biến khớp sao cho thỏa mãn điều kiện tọa độ và hướng khâu thao tác đã biết; cụ thể trong bài toán này, động học ngược nhằm tìm q1 và q2 với các điều kiện đã biết Động học ngược vị trí là phần quan trọng, mô tả quá trình suy diễn từ vị trí cuối cùng trở về trạng thái ban đầu bằng cách xác định các giá trị góc và vị trí ở từng khớp để đạt được vị trí mong muốn của hệ cơ cấu.

+ Thông số đầu vào : Tọa độ khâu thao tác E.

+ Thông số đầu ra : Lượng tịnh tiến q 1 , q 2 Từ bài toán thuận, ta có : ¿ x E =a ¿ y E =q 2 =>

{ ¿ z E =q 1 b, Động học ngược vận tốc và gia tốc

Với đầu vào là: p˙= [ x˙ E , y˙ E , z˙ E , α˙ , β, ˙ η˙ ] T p¨= [ x¨ E , y¨ E , z¨ E , α¨ , β, ¨ η¨ ] T Đầu ra cần xác định là (với vị trí đã tìm được ở bài toán động học ngược vị trí): q˙=[ q˙ 1

Từ phương trình động học, ta có hệ:

4 Thiết kế quỹ đạo chuyển động

- Khi sử dụng robot thực hiên thao tác công nghệ hoặc phục vụ cần phải thiết kế quỹ đạo chuyển động của Robot :

Thông số kỹ thuật: robot thiết kế, đối tượng và hệ thống thao tác

Hình 8: Sơ đồ động của robot

Để đảm bảo độ chính xác cao và ngăn ngừa hiện tượng vượt quá hành trình, hệ thống truyền động được thiết kế bằng thanh răng và bánh răng, tối ưu cho việc kiểm soát chuyển động Cấu trúc thanh răng bánh răng cho phép duy trì vị trí chính xác, giảm sai số và hạn chế biến dạng trong quá trình vận hành Nhờ cơ chế này, thiết bị có thể thực hiện qua lại được nhiều hành trình liên tiếp mà vẫn đảm bảo độ ổn định và hiệu suất cao, đáp ứng các yêu cầu về chuyển động tuyến tính và kiểm soát vị trí một cách tin cậy.

- Điều khiển bằng bộ điều khiển ở ngoài tác động lên robot

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D

3 Lập hồ sơ kỹ thuật

Đầu phun sơn được gắn trực tiếp tại khâu thao tác cuối cùng của quá trình sơn, và sơn được bơm từ một bình đựng đặt dưới chân robot Hệ thống này phối hợp cảm biến tiệm cận để đo khoảng cách giữa đầu phun và mặt tường, từ đó điều chỉnh khoảng cách phun sao cho phù hợp, đảm bảo chất lượng lớp phủ và tối ưu lượng sơn tiêu thụ.

4 Xác định các thông số đặc trưng hình học – khối lượng

Để robot có thể chuyển động tối đa 1000x1000 mm, ta tăng chiều dài khâu thêm 200 mm nhằm tạo dư kích thước cho khâu Khâu thứ hai là khâu trung gian nên độ dài chỉ cần vừa đủ.

Khối lượng khâu giảm dần từ gốc lên trên, đảm bảo phân bổ hợp lý cho bài toán Mũi khâu số 2 sẽ chọn các test trước, sau đó thực hiện tính toán trên phần mềm để điều chỉnh sao cho phù hợp với yêu cầu của bài toán.

CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT

1 Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit –

Trục x_{i-1} được chọn dọc theo đường vuông góc chung của hai trục z_{i-2} và z_{i-1}, tức là theo hướng từ z_{i-2} sang z_{i-1} Nếu z_{i-1} cắt z_{i-2} thì hướng của trục x_{i-1} được chọn tùy ý, miễn là vuông góc với z_{i-1} Khi hai trục z_{i-1} và z_{i-2} song song với nhau, trục x_{i-1} chọn hướng theo pháp tuyến chung nào cũng được.

Vị trí của khâu thao tác so với hệ tọa độ cố định được xác định bởi các tọa độ thao tác, bao gồm tọa độ định vị điểm tác động cuối và hướng của khâu thao tác Trong phần a, ta tiến hành tính các ma trận Denavit-Hartenberg (D-H) để mô tả các biến đổi giữa các hệ tọa độ của các khớp, từ đó xác định vị trí và phương hướng của khâu thao tác trong không gian làm việc.

Thay các giá trị trong bảng tham số Denavit–Hartenberg (D–H) vào công thức 4.1 ta được các ma trận biến đổi Denavit–Hartenberg giữa các hệ trục tọa độ, bao gồm các ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D–H giữa các khâu, ví dụ ma trận biến đổi D–H khâu 1 đối với khâu 0.

Ma trận 0 A 2 cho ta biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định, hay nói cách khác là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ tọa độ cố định Vì thế nó được biểu diễn qua các biến khớp ta tạm gọi là q_i Trong bài toán cụ thể này, đó là các khớp tịnh tiến i, với i = 1÷2 Khi đó ma trận (*) được ký hiệu thành 0 A 2(q).

Ma trận 0A2(q) biểu diễn vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định thông qua biến khớp qi, là ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học Ngược lại, ma trận 0An(t) mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác qua hệ tọa độ khâu thao tác và ở đây ta chọn biểu diễn bằng các góc Cardan Phương trình động học của robot được biểu diễn dưới dạng ma trận, cho phép liên hệ giữa các biến đổi góc và vị trí của các khớp trong hệ thống Việc biểu diễn bằng ma trận động học này cung cấp cái nhìn toàn diện về vị trí, hướng và động lực của khâu thao tác, từ đó hỗ trợ phân tích và điều khiển robot một cách hiệu quả.

3 Bai toán động học ngược

Nhiệm vụ của bài toán động học ngược là xác định các biến khớp sao cho các điều kiện tọa độ và hướng của khâu thao tác đã biết được thỏa mãn Cụ thể trong bài toán này, động học ngược được dùng để tìm q1 và q2 dựa trên các điều kiện đã biết a, Động học ngược vị trí mô tả quá trình xác định vị trí của các khớp để đạt được trạng thái vị trí và hướng mong muốn của hệ thống.

4 Thiết kế quỹ đạo chuyển động

Quỹ đạo chuyển động của robot là tập hợp các quy luật điều khiển và vận hành mà robot tuân thủ khi thực hiện một thao tác Nói ngắn gọn, nó gồm các quy tắc chuyển động thao tác của robot, xác định cách robot di chuyển, thay đổi vị trí và điều chỉnh tốc độ để hoàn tất nhiệm vụ Việc nắm vững quỹ đạo này giúp tối ưu hóa hiệu suất, tăng độ chính xác và đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc của robot.

+ Thiết kế chuyển động của robot là xây dựng các quy luật chuyển động thao tác của robot dưới dạng giải tích, hoặc dạng số và các chương trình.

Có hai cách thiết kế quỹ đạo chuyển động :

Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian thao tác

Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian khớp

- Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác:

+ Là thiết kế quy luật chuyển động của các khâu theo chuyển động của khâu thao tác.

Chuyển động của khâu thao tác có thể được biểu diễn bằng các tọa độ thao tác hoặc thông qua các hệ thức ràng buộc giữa các tọa độ thao tác.

Quỹ đạo tại điểm B được xem xét thông qua không gian thao tác để định hình đường đi cho robot từ điểm A đến các vị trí trung gian trên quãng đường AB, nhằm tối ưu hóa quỹ đạo trong môi trường làm việc và đảm bảo an toàn khi robot di chuyển Việc phân tích và tối ưu hóa quỹ đạo trong không gian làm việc giúp giảm thời gian di chuyển, hạn chế lực tác động và phù hợp với giới hạn của robot cùng điều kiện môi trường, đặc biệt đối với các trạng thái và đường đi giữa các điểm A và B Trong quá trình di chuyển từ A đến B, robot cần xác định các điểm dừng và các trạng thái trung gian trên tuyến đường AB để tối ưu hóa hiệu suất về năng lượng, độ trễ và sự trơn tru của quỹ đạo Các kỹ thuật lập trình hành trình và mô hình động học cho phép thực thi liên tục quỹ đạo, điều chỉnh tốc độ và biên độ động cơ để đảm bảo ổn định khi vượt qua các điểm giao giữa A và B và tối ưu hóa sự chuyển tiếp giữa các trạng thái Tóm lại, tối ưu hóa quỹ đạo trong không gian thao tác không chỉ nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống robotics mà còn giảm thiểu sai số định vị trên từng bước di chuyển.

+ Thiết kế quy luật chuyển động, xác định các đặc trưng về vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác.

+ Giải bài toán động học ngược xác định quy luật chuyển động của các khâu của robot.

+ Phương pháp này cho khả năng đảm bảo độ chính xác định vị khâu thao tác.

- Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp:

+ Là thiết kế quy luật chuyển động cho các khâu của robot đảm bảo yêu cầu đã biết.

+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được cho

+ Quỹ đạo trong không gian khớp cho robot di chuyển từ điểm A đến điểm

B mà không quan tâm đến các vị trí trung gian trong quãng đường AB mà robot đi qua.

+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được tính toán từ bài toán động học.

Thiết kế quy luật chuyển động cho hệ robot xoay quanh việc xác định vị trí, vận tốc và gia tốc của từng khâu, dựa trên đặc trưng về vị trí, vận tốc và gia tốc của khâu thao tác tại các điểm nút trên đường dịch chuyển Quy trình này giúp tối ưu hóa quy trình di chuyển, đảm bảo tính đồng bộ giữa các khâu và độ chính xác của thao tác tại mỗi điểm nút, từ đó cải thiện hiệu suất làm việc và an toàn vận hành Việc xác định các tham số chuyển động tại các khâu thao tác ở điểm nút cho phép điều chỉnh vận tốc và gia tốc theo yêu cầu kỹ thuật, giảm rung lắc và tăng độ ổn định của robot.

THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH ROBOT

Thiết kế 3D

Lập bản vẽ 2D

Lập hồ sơ kỹ thuật

Đầu phun sơn được gắn trực tiếp tại khâu thao tác cuối cùng của dây chuyền và được cấp sơn từ bình chứa đặt dưới chân robot Hệ thống phun sơn tự động này kết hợp cảm biến tiệm cận để đo khoảng cách giữa đầu phun và mặt tường, từ đó điều chỉnh khoảng cách phun sao cho phù hợp, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình sơn.

Xác định các thông số đặc trưng hình học – khối lượng

Để đảm bảo robot có thể chuyển động với phạm vi tối đa 1000×1000 mm, ta tăng chiều dài của khâu thêm 200 m để có dư về kích thước khâu Khâu thứ hai là khâu trung gian nên chỉ cần ngắn vừa đủ để duy trì hiệu suất và độ chính xác trong quá trình vận hành.

Khối lượng khâu sẽ giảm dần từ gốc lên nhằm tối ưu hóa cấu trúc và hiệu suất của bài toán Ở bước khâu 2, cần chọn test trước, sau đó tiến hành tính toán trên phần mềm để đảm bảo kết quả phù hợp với yêu cầu của bài toán.

BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT

Đặt hệ trục tọa độ và thiết lập bảng thông số tuân theo Denavit – Hartenberg.14 2 Bài toán động học thuận Robot

Trục x i-1 được chọn dọc theo đường vuông góc chung của hai trục z i-2 và z i-1, với hướng từ z i-2 sang z i-1 Trong trường hợp z i-1 cắt z i-2, hướng của trục x i-1 có thể được xác định tùy ý miễn sao vuông góc với z i-1 Khi hai trục z i-1 và z i-2 song song với nhau, trục x i-1 sẽ được chọn theo pháp tuyến chung bất kỳ.

Vị trí của khâu thao tác đối với hệ tọa độ cố định được xác định bởi các tọa độ thao tác, gồm tọa độ định vị điểm tác động cuối và hướng của khâu thao tác Trong quá trình mô hình hóa robot, các ma trận biến đổi DH (Denavit-Hartenberg) được dùng để mô tả quan hệ giữa các khớp và hệ toạ độ liên tiếp a) Tính các ma trận D-H, từ đó ghép các ma trận biến đổi để thu được ma trận biến đổi toàn cục của hệ thống.

Thay các giá trị trong bảng tham số Denavit–Hartenberg vào công thức 4.1 ta được các ma trận biến đổi Denavit–Hartenberg giữa các hệ trục tọa độ Các ma trận này là ma trận biến đổi đồng nhất (homogeneous transformation matrices), dựa trên các tham số DH: a_i, α_i, d_i và θ_i cho từng liên kết Trong phạm vi khâu 1 đối với khâu 0, ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất D-H khâu 1 đối với khâu 0 được xác định trực tiếp từ bảng DH và công thức 4.1, cho biết vị trí và hướng của khâu 1 so với khâu 0 Việc lập trình và phân tích các ma trận D-H giữa các hệ trục giúp mô tả động học phân đoạn của robot, phục vụ cho thiết kế, mô phỏng và điều khiển robot một cách hiệu quả. -**Support Pollinations.AI:** -🌸 **Ad** 🌸Powered by Pollinations.AI free text APIs [Support our mission](https://pollinations.ai/redirect/kofi) to keep AI accessible for everyone.

Ma trận 0 A 2 cho ta biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định; nói cách khác, nó cho biết vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối trong hệ tọa độ cố định Vì vậy nó được biểu diễn qua các tham số biến khớp, tạm gọi là q_i Trong bài toán cụ thể ở đây, các khớp liên quan là khớp tịnh tiến i với i từ 1 đến 2 Khi đó ma trận 0 A 2 được ký hiệu thành 0 A 2(q).

Ma trận 0A2(q) biểu diễn vị trí và hướng của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định thông qua biến khớp qi, là ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học Đồng thời ma trận 0An(t) cũng mô tả vị trí và hướng của khâu thao tác qua hệ tọa độ khâu thao tác, và ở đây ta chọn biểu diễn bằng các góc Cardan Phương trình động học của robot được trình bày dưới dạng ma trận như sau.

Bai toán động học ngược

Động học ngược là nhiệm vụ tìm các biến khớp sao cho thỏa mãn các điều kiện tọa độ và hướng của khâu thao tác đã biết Trong bài toán này, mục tiêu của động học ngược là xác định các tham số q1 và q2 dựa trên các điều kiện đã cho, cụ thể là vị trí và hướng của khâu thao tác.

Thiết kế quỹ đạo chuyển động

+ Quỹ đạo chuyển động của Robot là tập hợp các quy luật chuyển động của robot khi thực hiện thao tác Hoặc nói gọn hơn là tập hợp các quy luật chuyển động thao tác của robot.

+ Thiết kế chuyển động của robot là xây dựng các quy luật chuyển động thao tác của robot dưới dạng giải tích, hoặc dạng số và các chương trình.

Có hai cách thiết kế quỹ đạo chuyển động :

Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian thao tác

Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian khớp

- Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác:

+ Là thiết kế quy luật chuyển động của các khâu theo chuyển động của khâu thao tác.

+ Chuyển động của khâu thao tác có thể được biểu diễn bởi các tọa độ thao tác hoặc được biểu diễn bởi các hệ thức ràng buộc giữa các tọa độ thao tác.

Quỹ đạo robot được xác định trong không gian thao tác, bắt đầu từ điểm A và kết thúc tại điểm B, đồng thời xem xét các vị trí trung gian trên quãng đường AB Việc phân tích các trạng thái cấu hình và ràng buộc môi trường cho phép xây dựng quỹ đạo khả thi từ A đến B, đảm bảo an toàn và tránh va chạm với chướng ngại vật Trong quá trình lập kế hoạch, các điểm trung gian được tối ưu hóa để giảm thời gian di chuyển, tiết kiệm năng lượng và tăng độ ổn định của hệ thống điều khiển Kết quả là một quỹ đạo liên tục, thực tế có thể thực hiện, phù hợp cho các ứng dụng di động hoặc manipulator khi di chuyển từ A tới B và qua các vị trí trung gian trên quãng đường AB.

+ Thiết kế quy luật chuyển động, xác định các đặc trưng về vị trí, vận tốc, gia tốc của khâu thao tác.

+ Giải bài toán động học ngược xác định quy luật chuyển động của các khâu của robot.

+ Phương pháp này cho khả năng đảm bảo độ chính xác định vị khâu thao tác.

- Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp:

+ Là thiết kế quy luật chuyển động cho các khâu của robot đảm bảo yêu cầu đã biết.

+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được cho

+ Quỹ đạo trong không gian khớp cho robot di chuyển từ điểm A đến điểm

B mà không quan tâm đến các vị trí trung gian trong quãng đường AB mà robot đi qua.

+ Yêu cầu về chuyển động của mỗi khâu có thể được tính toán từ bài toán động học.

Thiết kế quy luật chuyển động cho robot đòi hỏi xác định và đồng bộ vị trí, vận tốc và gia tốc của các khâu dựa trên đặc trưng về vị trí, vận tốc và gia tốc của khâu thao tác tại các điểm nút trên đường dịch chuyển Việc xác định các tham số này cho phép tối ưu hóa đường đi, đảm bảo sự mượt mà và chính xác trong quá trình thao tác Quy luật chuyển động được áp dụng để điều khiển vị trí và gia tốc của từng khâu tại các điểm nút, phù hợp với tải trọng và yêu cầu vận hành, từ đó tăng tính ổn định và hiệu suất làm việc Nhờ thiết kế quy luật chuyển động khoa học, hệ thống có thể đồng bộ hóa chuyển động của các khâu, cải thiện tốc độ thực hiện và tính lặp lại của quá trình dịch chuyển trên đường làm việc.

Trong thiết kế robot, việc tính toán đơn giản có thể giảm khối lượng tính toán nhưng lại khó kiểm soát trực tiếp độ chính xác định vị so với thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác Đối với robot này, bài toán thiết kế quỹ đạo không gian thao tác được chọn sao cho quỹ đạo của điểm tác động cuối là một đường thẳng từ điểm A đến điểm B trong vùng làm việc Việc lựa chọn quỹ đạo như vậy giúp đảm bảo sự nhất quán của quá trình sơn khi robot di chuyển Do yêu cầu vận tốc phải được giữ ổn định suốt quá trình, ta áp dụng quy luật vận tốc hình thang để điều chỉnh tốc độ một cách liên tục và an toàn.

Quy luật vận tốc hình thang gồm có 3 giai đoạn:

- Giai đoạn I: Vận tốc tăng từ 0 đến giá trị ổn định làm việc, gia tốc a 1

- Giai đoạn II: Vận tốc không đổi trong quá trình thao tác, a 2 =0.

- Giai đoạn III: Vận tốc giảm dần về 0, gia tốc a 3

Hình 12: Giản đồ vận tốc theo thời gian

PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI TĨNH YÊU CẦU

LỰC/MOMEN ĐỘNG CƠ LỚN NHẤT

- Cơ cấu gắn vào Robot bao gồm các khâu nối với nhau bởi các khớp Trọng tâm được đặt vào trung điểm của từng khâu.

Trong bài toán này, giả thiết ngoại lực tác động lên khâu thao tác tại điểm E gồm véc tơ lực F_E,3 và mô men M_E,3 Nhiệm vụ là tính lực và mô men tác động lên các khớp để đảm bảo robot cân bằng tĩnh Để làm được, ta dựa trên nguyên lý cân bằng lực và cân bằng mô men: tổng các lực tác động lên hệ thống bằng không và tổng các mô men quanh mọi trục bằng không Các giá trị tại các khớp phụ thuộc vào cấu trúc khớp và liên kết giữa các khâu, và véc tơ lực F_E,3 cùng mô men M_E,3 tại điểm E đóng vai trò như kích thích ban đầu cho đáp ứng tại các khớp Bằng cách phân tích phân phối lực và mô men từ khâu tại E sang các khớp liên quan, ta có thể tính toán các lực và mô men tại từng khớp để duy trì cân bằng tĩnh của robot.

Hình 13 : Phân tích vector lực và momen cho khâu

- Để một khâu của robot ở trạng thái cân bằng thì tổng các lực và tổng các momen tác dụng lên khâu đó bằng 0 tức là

(2) hoặc viết dưới dạng ma trận như sau:

Trong bài viết này, ta xem hai vectơ có gốc và đích được xác định, biểu diễn trong hệ tọa độ k; mỗi vectơ có gốc tại một điểm và đích tại một điểm khác, và có thể ở bất kỳ vị trí nào trong hệ quy chiếu k Các vectơ này được biểu diễn bằng tọa độ tương ứng trong hệ tọa độ k Trong các công thức (3.1.3) và (3.1.4), các thành phần liên quan được thể hiện thông qua các vectơ và các ma trận, và các ma trận liên quan được nhận diện là ma trận đối xứng lệch.

, được nhận từ các vector ,

Từ (2),(3) giải được như sau và 25

+ các lực, mô men, các k r i i-1 , k r i ci

+ sử dụng ma trận D-H để chuyển đổi, tính toán giữa các hệ tọa độ :

Do robot chỉ bao gồm các khâu tịnh tiến nên ta có thể lược bỏ qua thành phần momen

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC

Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot

2 q˙ T { ∑ n (J T Ti m i J Ti + J T Ri I i J Ri ) } q˙ ¿ 1 2 q˙ T M ( q)q˙ i=1 i=1 Đặt:

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

⇒ d ( ∂T ) = ∑ n m ij (q) q¨ j + ∑ n dm ij (q) q˙ j = ∑ n ∑ n dt ∂ q˙ i j=1j=1 dt j =1 k=1

Ta đưa vào ký hiệu:

Do M(q) là ma trận đối xứng nên m ik,k = m jk,i m kl,i Từ đó suy ra:

Như vậy phương trình vi phân chuyển động của Robot có thể viết dưới dạng ma trận như sau:

M (q) - là ma trận khối lượng

C ( q ,q • )- là lực quán tính Coriolis

G (q)- là lực quán tính li tâm

Q - là lực suy rộng của lực không thế a, Tính ma trận khối lượng

Tenso quán tính các khâu :

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

Ma trận Jacobi tịnh tiến các khâu :

29 THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

Nên ta có ma trận Jacbi quay của khâu động 2

Tính ma trận khối lượng

Do Robot có ba khâu động nên n=3

04 b, Tính lực quán tính Coriolis:

THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG k=2, l=1; j=1 => (2,1;1) k=2, l=2; j=1 => (2,1;1) → c k ,l =1

C(q,q˙)q=¿ [ (1,1 ; 2) q q ˙ 1 ˙ 1 c, Lực quán tính li tâm:

Do robot thiết kế theo cơ cấu TT 2 khâu tịnh tiến, ta bỏ qua lực quán tính li tâm. d, Lực suy rộng của các lực không thế:

Lực suy rộng bao gồm lực ma sát khô, ma sát nhớt, lực hoạt động không thế có dạng như sau :

Nhưng do robot thiết kế theo cơ cấu TT 2 khâu tịnh tiến => M i = 0 m

Động lực học ngược

Cho trạng thái chuyển động của robot, vị trí, vận tốc, gia tốc đã biết, cần xác định :

THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG ROBOT

Thiết kế hệ dẫn động cho khâu 1

Khâu 1 chuyển động tịnh tiến nên để đạt độ chính xác cao ta chọn bộ truyền vitme đai ốc bi cho hệ dẫn động.

+ Khắc phục độ rơ khớp ren, chịu lực kéo với kết cấu đảm bảo độ cứng vững chiều trục cao

+ Tổn thất do ma sát bé, hiệu suất bộ truyền đạt tới 0.9 so với vít me đai ốc trượt là 0.2 - 0.4

+ Gần như độc lập hoàn toàn với lực ma sát ( biến đổi theo tốc độ ma sát tĩnh rất bé nên chuyển động rất êm)

+ Nhược điểm của vitme đai ốc bi là khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường ( do đặc điểm cấu tạo)

Vít me đai ốc bi đòi hỏi độ chính xác rất cao nên quá trình sản xuất gặp nhiều khó khăn và chi phí gia công tăng, đây là nhược điểm nổi bật của loại cơ cấu này Trong thiết kế, cần xem xét kỹ các điều kiện thiết kế để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả, bao gồm yêu cầu về độ chính xác, khả năng chịu tải, lựa chọn vật liệu và quy trình gia công, cùng với hệ thống bôi trơn và điều kiện làm việc về nhiệt độ và ma sát, đồng thời chú ý tới bố trí lắp đặt, sai số định vị và biên độ dịch chuyển phù hợp.

- Chiều dài làm việc: S 1 = 1000 mm

- Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống: a = 0,2g = 1,96 m/s 2

- Hệ số ma sát trượt bề mặt: μ = 0,1.

- Tốc độ vòng động cơ: N max = 3000 vg/ph.

- Độ chính xác vị trí : ±0,1/1000mm

- Độ chính xác lặp : ±0,01mm

- Chọn trục vít me - ổ bi cho cho khâu 1

Hình 13 Kiểu lắp cố định – cố định Suy ra N = 2; m = 10,2 trong đó N, m: hai hệ số phụ thuộc kiểu lắp

 Bước vít me l 1 ≥ V max = 18000 =6 mm N max 3000 Điều kiện làm việc: làm việc êm.

Lực chống trượt: + khớp 1 : F a1 = μ(m 1 + m 2 )g = 14,7 (N) a) Tính toán lực dọc trục

Các thành phần trong các công thức:

• Khối lượng đặt lên khâu 1: m = m 1 + m 2 = 5 + 10 = 15 (kg)

Lực chống trượt không tải:

 Theo khớp 1, khi chạy với v 1 000 (mm/phút):

• Lực dọc trục lớn nhất : F 1m = max(F 1 ,F 2 ) = 73,5 N b) Tính toán tải trọng động C a

= (60.3000.2500 0 ) 1/3 73,5.1,2.10 -2 = 1456,15 kgf = 14,28 (kN) c) Chiều dài trục vít me

Chiều dài trục vít-me: L 1 = S 1 = 1000 (mm) d) Chọn đường kính trục vít

- Kiểu ổ bi là cố định – di động → f = 15,1

- Tốc độ quay vòng của động cơ 3000 (rpm)

- L 1 = 1000 (mm) Đường kính ren trục vít: n=α ¿> dr= ¿ 19,86 mm

Nếu độ cứng cần được ưu tiên nhiều nhất, độ hao phí chuyển động không quá quan trọng, theo đó kiểu ổ bi sẽ được chọn là:

• Ổ bi loại lưu chuyển bi bên ngoài.

Hình 14 Catalogue ổ bi FSWC của hãng PMI. e) Chọn loại trục vít me:

Từ độ cứng yêu cầu và các yếu tố: tải trọng, đường kính, chiều dài, kích cỡ ổ

Trong thiết kế robot sơn tường cho nhóm 10 bi, chúng tôi đã chọn series phù hợp từ catalog PMI cho các khâu vận hành và gia công Loại trục vít me PMI 25, bước 10, mã số 1R25-10A2-FSWC-770-933-0.018 được sử dụng và có các thông số như hình dưới đây, giúp đạt độ chính xác và hiệu suất cao cho quá trình sơn tường Việc tham khảo catalog PMI đảm bảo tính chuẩn xác và dễ triển khai trong dây chuyền sản xuất.

Hình 15 Loại trục vít me đường kính 25 bước 10 của hãng PMI.

Dựa vào các thông số về tải trọng động, đường kính trục vít, ta chọn được ổ bi của hãng SKF:

Hình 16 Ổ bi đỡ đường kính trong 25 – 30 mm của hãng SKF.

Kiểm nghiệm bền cho hệ dẫn động a) Kiểm nghiệm trục vít

+ Tốc độ quay cho phép: n 1 =f dr

+ Tính tải trọng tới hạn:

→ Trục vít me khớp 1 đảm bảo yêu cầu b) Kiểm nghiệm ổ bi đỡ

Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ

Hình 17 Sơ đồ lực dọc trục

Khả năng tải động của ổ kiểm nghiệm theo công thức: C d =Q m √

- L - tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay

- m - là bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 3 với ổ bi Tính L:

- Gọi L t là tuổi thọ củatính bằng giờ: chọn L t = 25000h

- n = 3000 (vg/ph) là số vòng quay của trục vít

- Xác định tải trọng độngKquyK ước Q

- Fr, Fa là lực hướng tâm và lực dọc trục

- V là hệ số kể đến vòng nào quay, ở đây vòng trong quay →V=1

- K t là hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ Kt = 1( < 100 )

- K d là hệ số kể đến đặc tính tải trọng Va đập nhẹ: K d = 1

- X ,Y là hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục

Lực hướng tâm của hệ thống được quyết định bởi khối lượng khâu tịnh tiến được đỡ chủ yếu bởi rãnh mang cá Do khối lượng trục vít nhỏ, ổ bi đỡ chịu lực hướng tâm gần như bằng 0, giúp tối ưu hóa phân bổ lực và giảm tải cho trục vít Vì vậy, rãnh mang cá đóng vai trò chủ đạo trong việc chịu và truyền lực hướng tâm, còn trục vít đóng vai trò nhẹ và ít chịu tác động của lực hướng tâm.

• Lực dọc trục do lực hướng tâm sinh ra trên các ổ:

=> Vậy hầu như chỉ có lực dọc trục tác động lên ổ

- Tải trọng quy ước trên ổ khâu 1 và 2 là:

Q 1 = Y.F 1m K t K d = 1.73,5.1.1 = 73,5 N Vậy C=Q m √ Ls,5 10 −3 √ 3 4500 = 1,21 kN < 15,6 kN Vậy ổ bi đã chọn thỏa mãn khả năng tải động

Chọn động cơ

Lực lớn nhất tác dụng vào khâu 1 ở trạng thái tĩnh là:

42THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

=> Công suất ra cần để khiến cơ cấu chuyển động là :

Trong đó : η=η 1 η 2 2 η kn : Hiệu suất truyền động

Với η 1 =0,9: Hiệu suất bộ truyền vitme đai ốc bi η 2 =0,99: Hiệu suất ổ lăn η kn =1: Hiệu suất khớp nối

= > P ct Cần chọn động cơ có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất cần thiết:

=> P đc ≥ P ct = 50 W Tốc độ quay của động cơ là :

Để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và giảm thiểu phát sinh nhiệt, ta ưu tiên chọn động cơ servo Động cơ servo cho phép kiểm soát ở tốc độ cao và đáp ứng nhanh với sự thay đổi tần suất làm việc liên tục, giúp hệ thống tự động hóa vận hành linh hoạt và ổn định Việc sử dụng động cơ servo không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm nhiệt lượng sinh ra từ tải trọng biến thiên, tối ưu hóa độ chính xác và tuổi thọ của thiết bị.

Dựa vào công suất tính toán của động cơ và theo catalog của hãng Yaskawa, ta chọn động cơ servo thuộc dòng SGMJV-01A có công suất tối đa 100 W và tốc độ quay định mức 3000 vòng/phút Việc lựa chọn này dựa trên thông số kỹ thuật của dòng SGMJV-01A nhằm đảm bảo công suất và tốc độ phù hợp với yêu cầu vận hành, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất điều khiển hệ thống.

Hình 18 Catalog động cơ servo loại SGMJV của hãng Yaskawa

4 Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu của robot:

Chọn vật liệu thép cacbon có khối lượng riêng , có ứng suất cho phép σ 0 B.5(kg/mm 2 )=4,25 x10 8 (N/m 2 )

Dưới đây là ứng suất, chuyển vị của từng khâu sau khi đặt lực:

Khâu 3: Gắn đầu phun sơn khối lượng 0,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 2 N

Khâu 2: Do chịu tác dụng của đầu phun sơn và khâu 3 có khối lượng 10 + 0.2 10,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 102N

Kết quả từ mô phỏng cho thấy các suất lớn nhất trên các khâu đều nhỏ hơn ứng suất cho phép rất nhiều, cho thấy Robot có thể đảm bảo độ bền khi vận hành Đồng thời, chuyển vị của các khâu khi chịu tác động là rất nhỏ và không đáng kể so với kích thước của Robot, giúp hệ thống hoạt động ổn định và tin cậy.

Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu của robot

Chọn vật liệu thép cacbon có khối lượng riêng , có ứng suất cho phép σ 0 B.5(kg/mm 2 )=4,25 x10 8 (N/m 2 )

Dưới đây là ứng suất, chuyển vị của từng khâu sau khi đặt lực:

Khâu 3: Gắn đầu phun sơn khối lượng 0,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 2 N

Khâu 2: Do chịu tác dụng của đầu phun sơn và khâu 3 có khối lượng 10 + 0.2 10,2kg do đó chịu lực hướng xuống P = 102N

Thông qua kết quả mô phỏng, các ứng suất tối đa trên các khâu của Robot đều thấp hơn đáng kể so với giới hạn ứng suất cho phép, cho thấy độ bền của Robot được đảm bảo dưới tải trọng vận hành Đồng thời, chuyển vị của các khâu rất nhỏ, gần như không đáng kể so với kích thước tổng thể của Robot, cho thấy mức độ ổn định và tin cậy khi vận hành.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN…………………… 1 Chọn luật điều khiển phù hợp, thiết kế mô hình điều khiển

Mô phỏng bằng Matlab

Mô hình khối của hệ thống trong môi trường matlab Kết quả sau khi chạy hệ thống:

1 PGS TS Phan Bùi Khôi: Lập trình mô phỏng hệ thống điều khiển trong Matlab

2 PGS TS Phan Bùi Khôi: Bài giảng Robotic

3 Các video trên Youtube về Matlab Simulink

55THIẾT KẾ ROBOT SƠN TƯỜNG

Tiêu đề	Thiết kế Robot Sơn Tường Nhóm 10
Tác giả	Nhóm 10
Người hướng dẫn	PGS.TS Phan Bùi Khôi
Trường học	Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Tính Toán Thiết Kế Robot
Thể loại	Tiểu luận
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	1,68 MB