Robotics 2 Cau Truc Va Bac Tu Do Cua Robot 16X9 - Compatibility Mode.pdf

Microsoft PowerPoint Robotics 2 Cau truc va bac tu do cua robot 16x9 Compatibility Mode Nguyen Quang Hoang Department of Applied Mechanics SME Chương 2 BẬC TỰ DO VÀ CẤU TRÚC CỦA TAY MÁY ROBOT Degree o[.]

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Chương 2 BẬC TỰ DO VÀ CẤU TRÚC CỦA TAY MÁY ROBOT

Degree of freedom and robot structures

Nguyễn Quang Hoàng Email: hoang.nguyenquang@hust.edu.vn

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Chương 2 BẬC TỰ DO VÀ CẤU TRÚC CỦA TAY MÁY ROBOT

2.1 Bậc tự do của tay máy robot

2.1.1 Khâu (Link) 2.1.2 Khớp (Joint) và bậc tự do của khớp 2.1.3 Bậc tự do của robot

2.1.4 Không gian làm việc

2.2 Hệ thống tay máy robot

2.2.1 Cánh tay (arm) 2.2.2 Cổ tay (wrist) 2.2.3 Khâu cuối – Bàn kẹp (end-effector) 2.2.4 Hệ dẫn động (actuators)

2.2.5 Cảm biến (sensors) 2.2.6 Bộ điều khiển (controller)

2.3 Phân loại tay máy robot

2.3.1 Phân loại theo cách vận hành và mức thông minh 2.3.2 Phân loại theo hình học

2.3.3 Phân loại theo dẫn động 2.3.4 Phân loại theo phương pháp điều khiển 2.3.5 Phân loại theo ứng dụng

-3-Bậc tự do của tay máy robot Khâu (link): Những vật rắn riêng lẻ tạo nên một

robot được gọi là các khâu Khâu robot là một

bộ phận cứng có thể có chuyển động tương đối

so với tất cả các khâu khác

Khớp (joint): Khớp là chỗ tiếp nối giữa hai khâu cho

phép hai khâu chuyển động tương đối với nhau Tại khớp chuyển động tương đối giữa hai khâu được thể hiện bằng tọa độ khớp hay biến khớp

Hai loại khớp tiêu biểu và đơn giản nhất là khớp quay (R – revolute hay rotary) và khớp tịnh tiến hay khớp trượt (P – Prismatic hoặc T – Translational)

Khớp quay

Trục khớp

Trục khớp O

A

B

C

1

2

3

4 5 8

Đế/giá

Đế/giá

Khâu cuối Khâu 1 Khâu 2 Khâu 3

Khâu 4

Bậc tự do của khớp là số khả năng chuyển động độc

lập tương đối giữa hai khâu nối với nhau tại khớp đó

  f   6 r

-4-Bậc tự do của tay máy robot

Khớp quay (R)

Khớp trượt (P/T)

Khớp xoắn vít (H)

Khớp Cardan (U)

Khớp cầu (S)

Khớp trụ (C)

1

f 

1

f 

1

f 

2

f 

2

f 

3

f 

Bậc tự do của khớp

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Bậc tự do của tay máy robot

x

y

O

O

y

x

z

Vật tự do trong không

gian có 6 DOF

Bậc tự do của vật rắn tự do

Vật tự do trong mặt

phẳng có 3 DOF

Số bậc tự do của một tay máy robot với các khâu rắn:

Số bậc tự do = (tổng số bậc tự do các vật) – (tổng số ràng buộc)

Công thức Grübler

1

1

1

( 1)

( 1 )

J i i J

i i

J i i













trong đó:

m = 3 đối với cơ cấu phẳng;

m = 6 đối với cơ cấu không gian;

N – số khâu (kể cả giá);

J – tổng số khớp;

f i – bậc tự do của khớp thứ i.

Lưu ý đến bậc tự do thừa (-), ràng buộc trùng (+)

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Bậc tự do của tay máy robot

Cơ cấu bốn khâu bản lề và cơ cấu tay quay – con trượt

m = 3 đối với cơ cấu phẳng;

N = 4 số khâu (kể cả giá);

J = 4 – tổng số khớp;

f 1 = f 2 = f 3 = f 4 = 1 bậc tự do của khớp thứ i.

1

3(4 1 4) 1 1 1 1 1

J

i i





-7-Bậc tự do của tay máy robot

3[( 1) 1 ]

f  k      k k k

Tay máy phẳng chuỗi hở k khâu động k khớp

quay (robot kR)

Số khâu N = k + 1,

Số khớp J = k,

Do tất cả là khớp quay, f i = 1 cho tất cả các khớp

1

( 1 )

J i i

f m N J f



    

Số khâu N = 5,

Số khớp J = 5, bậc tự do của từng khớp f i = 1 (tất cả các khớp)

Tay máy phẳng song song

3(5 1 5) 5 2

1

( 1 )

J i i

f m N J f



    

-8-Bậc tự do của tay máy robot Bậc tự do thừa

Đối với những cơ cấu không gian, nếu hai đầu của một khâu là hai khớp cầu thì chuyển động quay quanh trục đi qua hai tâm khớp cầu không ảnh hưởng đến chuyển động của cơ cấu

Ràng buộc trùng

1

( 1 ) J i th

i

=

-Khớp cầu

Khâu có hai khớp cầu => Bậc tự do thừa

Khớp cầu

Cơ cấu năm khâu hình bình hành (có ràng

buộc trùng)

Nhưng thực tế cơ cấu vẫn chuyển động được (do cấu trúc hình bình hành)

Bỏ thanh 1 (hoặc 2, hoặc 3), chuyển động của

cơ cấu không thay đổi

Yêu cầu gia công chính xác mới lắp ráp được

3(5 1 6) 6 0

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Bậc tự do của tay máy robot

3

th

7 3 3 1 24

i

f

     

Bệ Stewart 3 DOF

S

Bàn cố định

P

P P

S

S S

S Bàn động

ba chân SPS

1

6(8 1 10) 24 6.

J i i





Theo công thức Grübler

Số bậc tự do thừa

Chẳng hạn như bệ Stewart trên hình:

Tổng số khâu N = 7 + 1 = 8 (7 khâu động)

Số khớp cầu: 7 bậc tự do của khớp cầu fi = 3

Số khớp tịnh tiến: 3 bậc tự do của khớp trượt fi = 1

Tổng số khớp J = 10,

6 3 3

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

HỆ THỐNG TAY MÁY ROBOT

-11-Hệ thống tay máy robot

Energy supply

Objects

Mechanism Transmission Actuators Control Computer Interface

Program Manual

Tay máy (khâu, khớp,

dẫn động, truyền

động, cảm biến)

Camer

a

Máy tính

Bộ điều khiển

Cảm

biến lực

Bảng điều khiển cầm tay

-12-Hệ thống tay máy robot

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Hệ thống tay máy robot

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Phân loại hệ thống tay máy robot

Phân loại theo cách vận hành và mức thông minh

Lớp 1: Thiết bị vận hành bằng tay: một thiết bị có nhiều bậc tự do được vận hành bởi người vận

hành

Lớp 2: Robot vận hành theo trình tự cố định: là thiết bị thực hiện các giai đoạn liên tiếp của một

công việc theo một chương trình định sẵn và cố định

Lớp 3: Robot vận hành theo trình tự thay đổi được: là thiết bị thực hiện các giai đoạn liên tiếp của

một công việc theo một phương pháp định trước nhưng có thể lập trình được

Lớp 4: Robot phát lại: người vận hành thực hiện tác vụ theo cách thủ công bằng cách dẫn dắt

robot, robot này ghi lại các chuyển động để phát lại sau Robot lặp lại các chuyển động tương tự theo thông tin đã ghi

Lớp 5: Robot điều khiển số: người vận hành cung cấp cho robot chương trình chuyển động thay vì

dạy nó nhiệm vụ bằng tay

Lớp 6: Robot thông minh: robot có khả năng hiểu được môi trường của nó và khả năng hoàn

thành xuất sắc một nhiệm vụ bất chấp những thay đổi của điều kiện xung quanh mà nó thực hiện

-15-Phân loại hệ thống tay máy robot

Phân loại theo hình học

Tay máy khớp nối phỏng

tay người

z 0 z 1 z 2

q 1

q 2

q 3

Đế thân

vai

Khuỷu tay cánh tay

z 0 z 1

z 2

q 1

q 2

q 3 Đế

Tay máy cầu

-16-Phân loại hệ thống tay máy robot

Phân loại theo hình học

Tay máy SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly) (nguồn:

Internet)

Tay máy trụ và sơ

đồ động học của nó

z 0

z 1

z 2

q 1

q 2

q 3 Đế

z 0 z 1

q 1

q 2

Đế

z 2

q 3

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Phân loại hệ thống tay máy robot

Tay máy Descartes, sơ

đồ động học và không

gian làm việc của nó

(nguồn: Internet)

Robot song song

Nguyen Quang Hoang-Department of Applied Mechanics-SME

Phân loại hệ thống tay máy robot

Phân loại theo dẫn động Phân loại theo ứng dụng

 Robot chọn, nhặt và xếp đặt sản phẩm;

 Robot cấp phôi cho máy gia công; cấp vật liệu cho máy ép;

 Robot gia công và lắp ráp;

 Robot sơn, robot hàn (hàn điểm, hàn đường); robot cắt phôi;

 Robot phân loại, vận chuyển và đóng gói sản phẩm;

 Robot mài, đánh bóng sản phẩm;

 Robot kiểm tra sản phẩm, các bộ phận;

 Robot cho công nghiệp ô tô;

 Robot trong hàng không vũ trụ;

 Robot khám phá không gian và dưới nước;

 Robot xử lý chất thải nguy hại;

 Robot dịch vụ;

 Robot quân sự;

 Robot phẫu thuật trong ngành y tế, v.v

• Robot sử dụng truyền động điện

• Bộ truyền động thủy lực

• Robot dẫn động bằng khí nén