(Đồ án) đồ án môn học đề tài thiết kế hệ thống cơ khí robot scara ba bậc tự do

Chính những lý do đó đã thúc đẩy sự phát triển của phương pháp sản xuất tiên tiến, đó là chế tạo ra các loạirobot được đưa vào quy trình chế tạo để thực hiện nhiều nguyên công như: chuyể

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài: Thiết kế hệ thống cơ khí Robot SCARA ba bậc tự do

Giảng viên hướng dẫn

: Lê Huy Đạt: 20184379: Cơ điện tử 05 – K63

Trang 2

MỤC LỤC

Danh mục hình vẽ 3

Danh mục bảng 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT 6

1.1 Tổng quan đề tài 6

1.1.1 Giới thiệu chung 6

1.1.2 Robot SCARA 6

1.2 Nguyên lý hoạt động 7

1.2.1 Cấu tạo 7

1.2.2 Các chuyển động của Robot 8

1.2.3 Hệ thống truyền động 8

1.2.4 Hệ thống cảm biến 8

1.2.5 Hệ thống điều khiển 9

1.3 Các thành phần của hệ thống và thông số kỹ thuật của hệ thống 9

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 11

2.1 Động học Robot SCARA 11

2.1.1 Động học thuận 11

2.1.2 Động học ngược 15

2.2 Động lực học Robot SCARA 16

2.2.1 Động lực học thuận 16

2.2.2 Động lực học ngược 23

2.3 Tính toán, thiết kế khâu 3 25

2.3.1 Chọn vật liệu vít me – đai ốc bi 26

2.3.2 Xác định đường kính chân ren 26

2.3.3 Kiểm tra bền Zb 30

2.3.4 Chọn động cơ khâu 3 31

2.3.5 Thiết kế bộ truyền động khâu 3 33

2.3.6 Tính chọn ổ bi đỡ chặn vít me - đai ốc bi 39

2.4 Độ phân giải động cơ khâu 1 và khâu 2 40

Trang 3

2.5.2 Tính toán đường kính trục nối khâu 1 với khâu 2 44

2.5.3 Chọn ổ bi đỡ chặn cho trục số 2 46

2.5.4 Chọn động cơ khâu 2 48

2.5.5 Chọn hộp giảm tốc cho động cơ khâu 2 48

2.6 Tính toán, thiết kế khâu 1 49

2.6.1 Tính toán mặt cắt ngang khâu 1 49

2.6.2 Tính toán đường kính trục khâu 1: 51

2.6.3 Chọn ổ bị đỡ chặn trục số 1: 53

2.6.4 Tính chọn động cơ khâu 1: 54

2.6.5 Chọn hộp giảm tốc cho động cơ khâu 1 55

2.7 Tính toán, thiết kế khâu cố định 55

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BẢN VẼ VÀ MÔ PHỎNG 58

3.1 Bản vẽ 3D 58

3.1.1 Bản vẽ khâu cố định 58

3.1.2 Bản vẽ khâu 1 58

3.1.5 Bản vẽ lắp và mô hình 3D 60

3.2 Bản vẽ 2D các khâu 60

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

Trang 4

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1 Một số Robot SCARA 7

Hình 2.1 Sơ đồ động học Robot SCARA 3 bậc tự do 11

Hình 2.2 Sơ đồ động lực học 16

Hình 2.3 Quy luật vận tốc hình thang 23

Hình 2.4 Vít me đai ốc bi 25

Hình 2.5 Các kích thước của vít me – đai ốc bi 27

Hình 2.6 Đồ thi xác định ứng suất lớn nhất 30

Hình 2.7 Sơ đồ lực tay kẹp 31

Hình 2.8 Tay kẹp 31

Hình 2.9 Động cơ Servo 33

Hình 2.10 Thông số bộ truyền đai 34

Hình 2.11 Chọn chiều rộng đai răng 35

Hình 2.12 Chọn số răng bánh nhỏ 35

Hình 2.13 Sơ đồ bộ truyền đai 36

Hình 2.14 Cơ cấu căng đai 38

Hình 2.15 Thông số của cơ cấu căng đai 38

Hình 2.16 Sơ đồ tác dụng lực trên trục 39

Hình 2.17 Thông số ổ bi trục khâu 2 40

Hình 2.18 Mô hình mặt cắt khâu 1 và khâu 2 40

Hình 2.19 Tiết diện khâu 2 42

Hình 2.20 Biểu đồ nội lực và moomen uốn khâu 2 42

Hình 2.21 Biểu đồ nội lực và momen uốn khâu 2 khi có thêm trục 45

Hình 2.23 Sơ đồ tác dụng lực trên trục 46

Hình 2.24 Thông số ổ bi trục khâu 2 47

Hình 2.24 Động cơ Mitsubishi HG-KR Series 48

Hình 2.25 Kích thước hộp giảm tốc được chọn 49

Hình 2.26 Tiết diện khâu 1 49

Hình 2.27 Biểu đồ nội lực và momen khâu 1 50

Hình 2.28 Biểu đồ nội lực và momen uốn khâu 1 khi có thêm trục 51

Trang 5

Hình 2.30 Mặt cắt ngang khâu cố định 55

Hình 2.31 Sơ đồ lực và momen khâu cố định 56

Hình 3.1 Mô hình 3D khâu cố định 58

Hình 3.2 Mô hình 3D khâu 1 58

Hình 3.5 Mô hình lắp 3D 60

Danh mục bảng Bảng 1-1 Thông số yêu cầu thiết kế 10

Bảng 2-1 Bảng D-H 12

Bảng 2-2 Các tham số động học 16

Bảng 2-3 Thông số tay kẹp được chọn 31

Bảng 2-4 Thông số động cơ khâu 3 33

Trang 6

LỜI MỞ ĐẦU

Robot công nghiệp là lĩnh vực được nghiên cứu và phát triển mạnh trên thế giớinhưng ở nước ta, lĩnh vực này còn mới mẻ Ngày nay trong quá trình sản xuất hiện đại,hầu hết các quy trình được thực hiện bằng máy chuyên dùng

Các phương pháp này đã làm giảm rõ rệt chi phí sản xuất các sản phẩm côngnghiệp phù hợp với đa số người tiêu dùng Tuy nhiên, mỗi máy công cụ được thiết kế đểthực hiện nguyên công cho trước, mỗi khi cần thay đổi kiểu mẫu sản phẩm, thì toàn bộdây chuyền sản xuất phải được cải tạo lại, việc sửa đổi rất tốn kém Chính những lý do đó

đã thúc đẩy sự phát triển của phương pháp sản xuất tiên tiến, đó là chế tạo ra các loạirobot được đưa vào quy trình chế tạo để thực hiện nhiều nguyên công như: chuyển tải vật

tư và các thiết bị trong các dây truyền hiện đại, hàn điểm, sơn phun và lắp ráp trong côngnghiệp ô tô Đây là kiểu tự động hóa linh hoạt và mang lại hiệu quả kinh tế cao, rất cầnthiết trong hoàn cảnh đất nước ta hiện nay đang tiến tới công nghiệp hóa hiện đại hóatoàn diện

Robot công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong các dây truyền sản xuất hiện đại

và có sự linh hoạt cao Vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo robot là rất cần thiết và vô cùngquan trọng Qua quá trình thực hiện Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí với đề tài Thiết kếRobot SCARA em đã phần nào nắm được về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một sốdòng robot cũng như ứng dụng của chúng trong từng công việc, lĩnh vực khác nhau Bêncạnh đó,sau khi hoàn thiện Đồ án em đã có thêm hiểu biết và kinh nghiệm để có thể tiếpcận một hệ thống cơ điện tử về cách nhận thức, tư duy để thiết kế cũng như cách vậnhành một sản phẩm máy móc, thiết bị cơ điện tử

Em xin chân thành cảm ơn sự tâm huyết của thầy TS Mạc Thị Thoa – Bộ môn Cơđiện tử - Viện cơ khí – Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo, giúp đỡ

và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian hoàn thành đồ án này

Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên trong quá trìnhthực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Đề tài rất mong được sự nhận xét góp ýcủa quý thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 7

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT1.1 Tổng quan đề tài

1.1.1 Giới thiệu chung

Từ giữa thập kỷ 18, J.de Vancauson xây dựng các bupbe cơ khí có thể chơi nhạc, đâyđược coi là sản phẩm đầu tiên của Tự động hoá - Robot

Các thiết bị điều khiển có thể ghi nhớ tín hiệu điện từ và dùng lại với sự trợ giúp các hoạtđộng cơ khí của máy móc được cấp chứng nhận vào những năm 1950 tại Anh, Mỹ, Đức Năm 1968 Robot Shakey ra đời, phát triển hơn các loại Robot khác là nó được trang bịcác cảm biến va chạm, các camera và nó có thể di chuyển trên sàn nhà

Robot dùng ngôn ngữ lập trình và máy tính ra đời năm 1973 Ngôn ngữ WAVE kết hợpvới ngôn ngữ AL thành ngôn ngữ VAL, được phát triển mạnh vào thời gian sau đó bởiVictor Sheinman và Bruce Simano

Các Robot phục vụ công nghiệp cơ khí được phát triển từ năm 1974, sau khi hãngKawasaki nhận được giấy phép của Unimation dùng Robot trong việc hàn hồ quang cho

Nhờ bố cục khớp trục song song của SCARA, cánh tay hơi tuân theo hướng XY nhưngcứng theo hướng 'Z', do đó có thuật ngữ: Tuân thủ có chọn lọc Điều này thuận lợi chonhiều kiểu thao tác lắp ráp, tức là lắp chốt tròn vào lỗ tròn mà không cần ràng buộc.Thuộc tính thứ hai của SCARA là bố cục cánh tay liên kết hai khớp nối tương tự nhưcánh tay của con người, do đó thuật ngữ thường được sử dụng, Articulated Tính năngnày cho phép cánh tay mở rộng vào các khu vực hạn chế và sau đó thu lại hoặc "gấp" lại.Điều này thuận lợi cho việc chuyển các bộ phận từ ô này sang ô khác hoặc cho các trạm

xử lý xếp / dỡ được bao bọc

Trang 8

SCARA thường nhanh hơn các hệ thống robot Descartes tương đương Giá treo bệ đơncủa họ yêu cầu một dấu chân nhỏ và cung cấp một hình thức lắp dễ dàng, không bị cảntrở Mặt khác, SCARA có thể đắt hơn các hệ thống Descartes tương đương và phần mềmđiều khiển yêu cầu chuyển động học nghịch đảo cho các chuyển động nội suy tuyến tính Tuy nhiên, phần mềm này thường đi kèm với SCARA và thường minh bạch đối vớingười dùng cuối.

Về mặt cơ khí Robot được cấu tạo từ những thanh nối và khớp Các thanh nối được ghép

Hình 1.1 Một số Robot SCARA

Trang 9

1.2.2 Các chuyển động của Robot

Robot được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau trong sản xuất Các công việcđược thực hiện bởi khả năng chuyển động của cơ thể, cánh tay, cổ tay của Robot qua mộtchuỗi các chuyển động và vị trí Cổ tay được sử dụng cho Robot thực hiện chính xác côngviệc Các chuyển động của Robot được chia làm hai chuyển động cơ bản là chuyển độngcủa cổ tay và chuyển động của toàn bộ cơ thể Các chuyển động riêng lẻ được ghép nối

và gắn chặt với hai dạng chuyển động này và chúng được giới hạn bởi số bậc tự do(deggrees of freedom) Các Robot thông thường có 4 đến 6 bậc tự do

Các chuyển động cơ bản được thực hiện bởi các liên kết về năng lượng Với Robot có từ

4 đến 6 bậc tự do, thường có 3 ghép nối với hoạt động của cánh tay và cơ thể, từ 2 đến 3khớp nối sử dụng cho hoạt động của cổ tay Trong một chuỗi các chuyển động đều cóliên hệ với nhau Chuyển động đầu ra có liên hệ với chuyển động đầu vào

Các khớp nối được sử dụng trong thiết kế Robot công nghiệp điển hình là khớp tịnh tiến

và khớp quay

- Khớp tịnh tiến gồm cả chuyển động trượt và di chuyển

- Có 3 loại khớp quay trong tay máy Robot: Khớp R (Rotation), khớp T(Twisting),khớp V (Revolving)

Cánh tay Robot được thiết kế cho phép Robot có thể chuyển động tự do trong giới hạn vềkích thước Giới hạn chuyển động của Robot phụ thuộc:

- Hình dạng vật lý của Robot

- Kích thước các phần tử: cánh tay, cổ tay

- Giới hạn chuyển động của các khớp nối

Các loại cảm biến thông dụng:

Trang 10

- Cảm biến va chạm: là cảm biến phản ứng lại lực khi va chạm với | một vật khác

- Cảm biến phạm vi gần: là thiết bị cảm nhận được vật ở gần

- Cảm biến hỗn hợp: gồm các cảm biến nhiệt độ, áp suất và các đại | lượng vật lýkhác

- Camera được sử dụng thực hiện việc kiểm tra, quan sát

Cảm biến là phần tử quan trọng trong hệ thống điều khiển và giám sát an toàn

Khi tay Robot tiếp xúc với đối tượng, Robot phải sinh ra một lực phù hợp để đưa các chitiết cần lắp ráp vào đúng vị trí, gọi là điều khiển tỉnh, liên quan đến điều khiển lực, đồngthời cũng vừa điều khiển quỹ đạo

Điều khiển quĩ đạo có thể thông qua điều khiển quĩ đạo khớp hoặc điều khiển trực tiếpquĩ đạo tay

1.3 Các thành phần của hệ thống và thông số kỹ thuật của hệ thống

Các khâu chính: Tay Robot có 3 bậc tự do, thiết kế cơ khí dạng 2 khớp quay, 1 khớp tịnh tiến

 Thân Robot: là khâu cố định, đặt thẳng đứng giữ robot cố định khi làm việc gắn với khâu động 1 qua khớp quay 1, trục z0 thẳng đứng

 Khâu 1: là khâu dẫn động nằm ngang vuông góc với trục thẳng đứng trong suốt quá trình làm việc của robot, có khả năng quay xung quanh trục z0 qua khớp quay 1

 Khâu 2: là khâu động có khả năng quay trong mặt phẳng vuông trục thẳng đứng qua khớp quay 2 nối với khâu 1

 Khâu 3: trục vít me - đai ốc bi (trục vít tịnh tiến, đai ốc quay)

Hệ dẫn động: Cấu trúc động học loại tay máy này thuộc hệ phỏng sinh, có các trục quay, các khớp đều là thẳng đứng

 Khâu 1, 2: hệ bánh răng (hộp giảm tốc)

 Khâu 3: khâu tịnh tiến (vít me – đai ốc bi) Truyền động đai răng

 Động cơ truyền động

Số liệu thiết kế:

Trang 11

Bảng 1-1 Thông số yêu cầu thiết kế

Độ chính xác lặp Vận tốc lớn nhất Chu kỳ

thờigian (s)

(x, y)(mm) z (mm) Khâu 1(º/s) Khâu 2(º/s) Khâu 3(mm/s)

Trang 12

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Mô hình nghiên cứu: Robot SCARA

Trong đó:

 f là số bậc tự do của Robot.

 λ là bậc tự do của của không gian trong đó tay máy thực hiện chuyển động.

 n là số khâu động của Robot.

 k là số khớp động của Robot.

 f i là số bậc tự do của khớp thứ i.

 f c là số bậc tự do trùng.

 f p là số bậc tự do thừa.

Robot SCARA được xét trong bài:

 Hoạt động trong không gian 3 chiều

 Có 3 khâu động

 Có 3 khớp động gồm: 2 khớp quay và 1 khớp tịnh tiến

Nên áp dụng công thức (2.1), số bậc tự do của Robot là:

Trang 13

2.1.1 Động học thuận

Thiết lập hệ tọa độ trên Robot SCARA:

Thiết lập bảng Denavit – Hartenberg (D-H): Theo D-H, tại mỗi khớp ta gắn một hệ tọa

độ, quy ước về cách đặt hệ tọa độ như sau:

 Trục zi là trục của khớp (i+1) nối khâu (i) với khâu (i+1)

 Trục xi là đường vuông góc chung của hai trục zi-1 và zi, hướng từ zi-1 sang zi

 Gốc Oi là giao điểm của trục zi với trục xi.

 Trục yi được chọn sao cho hệ trục tọa độ Oxyz là thuận (theo quy tắc bàn tay phải).Quan hệ vị trí giữa hai khâu liên tiếp hay cụ thể là hai hệ tọa độ gắn với hai khâu liên tiếpđược thể hiện qua các tham số động học D-H Các tham số động học D-H được xác địnhnhư sau:

 θi: góc giữa trục xi-1 và xi

 di: khoảng cách Oi-1 và Oi theo trục zi-1

 ai: khoảng cách Oi-1 và Oi theo trục xi

 θ 1 , θ 2 , d 3 là các biến khớp, lần lượt được ký hiệu là q 1 , q 2 , q 3

 d là chiều cao khâu cố định

Hình 2.2 Sơ đồ động học Robot SCARA 3 bậc tự do

Trang 14

 a1, a2 lần lượt là độ dài khâu 1 và khâu 2.

Tầm với xa của Robot là 350mm nên ta chọn độ dài khâu 1 và khâu 2 lần lượt là:

512Equation Chapter 2 Section 1

(2.3) 613EquationChapter(Next)Section1

Trang 15

Với quy luật biến đổi tọa độ thuần nhất, ta được các ma trận biến đổi tọa độ thuần nhấtcủa các khâu gắn với hệ tọa độ khâu cố định:

1112Equation Chapter 2 Section 1 (2.6) 1

213EquationChapter(N

Trang 16

413EquationChapter(Next)Section1

Dựa vào ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất của khâu 3 và khâu cấu định (2.7), ta suy ra

vị trí và hướng của điểm thao tác:

 Tọa độ khâu cuối:

(2.8) 1613EquationChapter(Next)Section

Trang 17

 Ma trận Cosin chỉ hướng khâu cuối:

Ma trận Jacobi tịnh tiến:

Suy ra vận tốc điểm tác động là:

213Equati

Trang 18

Tương tự để tìm gia tốc của điểm tác động:

(2.12)2413EquationChapter(Next)Section1

2.1.2 Động học ngược

Ký hiệu vector tọa độ suy rộng (vector tọa độ biến khớp) là

Yêu cầu của bài toán động học ngược là dựa vào thông số khâu tác động cuối (vị trí vàhướng hoặc vận tốc hoặc gia tốc) để tìm vector q

Về tổng quan, khi ta biết vị trí và hướng khâu cuối tức là ta đã biết được tọa độ điểm tácđộng E:

Trang 19

Sau khi thiết lập được ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất của khâu cuối (2.8), ta đồngnhất 2 vector tọa độ điểm tác động để được hệ phương trình:

Trong đó:

 𝑞1 = 𝜃1 , 𝑞2 = 𝜃2 , 𝑞3 = 𝑑3 là các biến khớp, các nghiệm cần giải

 a1, a2, x E,y E,z E, d1, d2 là các số liệu cho trước

Giải hệ phương trình trên ta được:

Trang 20

013EquationChapter(Next)Section1

Trang 21

Bảng 2-3 Các tham số động học

Khâu Vị trí trọng tâm Khối

lượng Ma trận momen quán tính khối

Ta cần thiết lập phương trình động vi phân chuyển động của Robot

Phương trình vi phân chuyển động của Robot được xây dựng theo phương trình Lagrangeloại II có dạng như sau [2]:

Trong đó:

 T là động năng của hệ

 Π là thế năng của hệ

 Q* là lực không thế suy rộng của hệ

Phương trình vi phân chuyển động của Robot được đưa về có dạng [1]:

3E

Trang 22

Trang 23

Ta được vị trí trọng tâm khâu 1: , suy ra ma trận Jacobi tịnh tiến:

Ma trận Jacobi quay:

Trang 24

Khâu 2: Giả thiết khâu 2 là một thanh thẳng đồng chất có chiều dài 150mm, tiết diệnngang không đáng kể và có trọng tâm đặt tại trung điểm của thanh Ma trận biến đổi hệtọa độ thuần nhất của trọng tâm khâu 2 A C 20 được tính:

Ta được vị trí trọng tâm khâu 2: , suy ra ma trận Jacobi tịnhtiến:

(2.22) 4413EquationChapter(Next)Section

Trang 25

Khâu 3: Giả thiết khâu 3 là một thanh thẳng đồng chất có chiều dài l3, tiết diện ngangkhông đáng kể và có trọng tâm đặt tại trung điểm của thanh Ma trận biến đổi hệ tọa độthuần nhất của trọng tâm khâu 3 A C 30 được tính:

Trang 26

Ta được vị trí trọng tâm khâu 1: , suy ra ma trận Jacobi tịnhtiến:

Trang 27

Ma trận momen quán tính khối của các khâu: Coi các khâu của robot là các thanh đồng chất tiết diện đều và bề ngang không đáng kể, thì I (i) C ilà momen quán tính khối của khâu I đối với trọng tâm chính nó [2]:

(2.28)

(2.29)

Ta tính được ma trận khối lượng M (q) như sau:

613EquationChapter(N

Trang 28

(2.31) 5813EquationChapter(Next)Section1Với các giá trị m ij (q) lần lượt là:

m11=m1a12

3 +m2(a22

3 +a12+a1a2cθ2)+m3(a12+a22+2a1a2cθ2)

(a2 a a cθ ) ( )

Trang 29

m13=m31=m23=m32=0 (2.36)

Ma trận Coriolis C (q, ˙q) đặc trưng cho lực quán tính Coriolis và lực quán tính ly tâm [2]

Ma trận C (q, ˙q) là ma trận 3x3 có các phần tử được xác định theo công thức Christoffel:

Trang 30

Ma trận trọng lượng G(q) được tính như sau:

Trong nội dung đồ án, Robot được coi là mô hình lý tưởng, do đó bỏ qua lực ma sát, lực cản nhớt Lực không thế ở đây chỉ bao gồm lực do vật tác động lên khâu thao tác cuối Xét trường hợp tổng quát với lực và momen có giá trị:

(2.44) 6813Equ

Trang 31

Lực suy rộng Q được xác định theo công thức [1]:

Q=u+J E T F(0)E

Trang 32

Tóm lại ta lập được phương trình vi phân chuyển động (kết quả của bài toán động lựchọc) như sau:

Hay lực điều khiển tại các khớp là:

613EquationChapter(Next)

Trang 33

2.2.2 Động lực học ngược

Nhiệm vụ của bài toán động lực học ngược là tìm ra lực dẫn động u khi đã biết chuyểnđộng của Robot bao gồm các vector q(t), ˙q(t), ¨q(t) Chỉ cần thay vào phương trình với cácthành phần đã được thiết lập ở trên để tìm các lực và ngẫu lực dẫn động tại các khâu 1,2

và 3 của Robot

Lựa chọn quỹ đạo có frofile vận tốc dạng hình thang – là sự kết hợp các đoạn cong thể hiện bằng đa thức ( như đường bậc 3, 5, 7 ) hay các hàm lượng giác (sin, cosin) với các đoạn thẳng để quỹ đạo là hàm liên tục theo thời gian, phương án này hay được sử dụng trong công nghiệp do tính đơn giản của nó Trường hợp đơn giản nhất là sử dụng frofile vận tốc có dạng hình thang cân, vận tốc tăng đều từ 0 đến

Hình 2.4 Quy luật vận tốc hình thang

Trang 34

vận tốc cực đại, duy trì vận tốc cực đại trong một khoảng thời gian và sau đó giảm dần về 0.

Với profile vận tốc hình thang quá trình chuyển động sẽ được chia làm ba pha:

i Pha tăng tốc: chuyển động nhanh dần đều, gia tốc là hằng số, vận tốc tăng tuyến tính, vị trí tăng theo hàm bậc hai.

ii Pha vận tốc hằng: giai đoạn di chuyển với vận tốc không thay đổi, gia tốc bằng 0, dịch chuyển là tuyến tính với thời gian.

iii Pha hãm ( phanh và giảm tốc ): Chuyển động chậm dần với gia tốc hằng số, vận tốc là tuyến tính và dịch chuyển là hàm parabol.

Với khâu 2:

Hành trình khâu 2: S2=300 °= 5 π

3 rad.Tốc độ tối đa: ω 2 max =720°/s=4 π rad/s

Thời gian gia tốc t 2ibằng thời gian giảm tốc t 2fvà tương đương 30% thời gian chu

Ta được mối liên hệ:

Trang 35

5EquationChapter(Next)Section1Giải hệ (2.50), (2.51) ta được:

{ T2=1,87 s

t 2i =t 2 f =0,561 s

ε2=22,4 rad/s2

Với khâu 1:

Hành trình khâu 1: S1=300 °= 5 π3 rad

Tốc độ tối đa: ω 1max =720°/s=4 π rad/s

Thời gian gia tốc t 1ibằng thời gian giảm tốc t 1fvà tương đương 30% thời gian chu

kỳ để chạy hết biên độ, tức t 1i = t 1 f = 30%T1

Gia tốc tăng tốc và giảm tốc bằng nhau:

Trang 36

t 1i=ω1

t 1 f

Ta được mối liên hệ:

1

2 ε1t 1i2 + ω 1max(T1 - t 1i - t 1 f) + 12 ε1t 1f2 = S1

(2.54) 8318EquationChapter(Next)Section1Giải hệ (2.53), (2.54) ta được:

{ T1=1,87 s

t 1i =t 1 f =0,561 s

ε1=22,4 rad/s2

(2.55) 8419Equati

Trang 37

2.3 Tính toán, thiết kế khâu 3

Sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi: biến đổi chuyển động quay tròn thành chuyển độngtịnh tiến Do yêu cầu hoạt động của Robot cần chính xác nên ta lựa chọn bộ truyền độngvít me – đai ốc bi để hạn chế sai lệch do khe hở giữa đai ốc và vít me

Khối lượng tải dọc trục: m tải =5kg.

Vận tốc lớn nhất khâu 3: v 3max =2000 mm /s.

Quỹ đạo chia ra làm ba phần rõ rệt, khởi động với gia tốc không đổi, chuyển động tiếpvới vận tốc không đổi, về đích với gia tốc không đổi Quỹ đạo thực tế là hai giai đoạnparabol nối với nhau bằng một đoạn thẳng: Giả thiết thời gian tăng tốc và thời gian giảmtốc bằng nhau xấp xỉ 20% thời gian 1 vòng chu kì Các điều kiện trên dẫn đến quỹ đạođối xứng nhau qua điểm giữa

Thời gian thực hiện 1 chu kỳ: T3=0.35 s

Thời gian tăng tốc và giảm tốc:

8512Equation Chapter 2 Section 1t 3h =t 3l =¿0.35×20 %=0.07s¿ (2.56) 8

613EquationCh

Hình 2.5 Vít me đai ốc bi

Trang 38

Gia tốc hãm lớn nhất:

8712Equation Chapter 2 Section 1a 3max=v 3 max t

k = 20.07=28.57m/s2 (2.57) 8

813EquationChapter(Next)Section1Lực dọc trục lớn nhất:

F max =F qt +P t =m3a 3max +m3g=7× 28.57+7×9.81=268.66 N (2.58) 8

914EquationChapter(Next

Trang 39

(m3=m tải +m vít +m tay kẹp =5+1+1=7 kg).

Quãng đường dịch chuyển: l0=200mm

2.3.1 Chọn vật liệu vít me – đai ốc bi

Vật liệu làm vít me, bi: Thép 40CrMn ([σ ch]=785 MPa¿

Vật liệu làm đai ốc: Thép 18CrMnTi

2.3.2 Xác định đường kính chân ren

Thép 40CrMn có ứng suất kéo giới hạn [σ k]=[σ ch]

Trang 40

c=(r1−d2b)cosβ=(0.416− 0.82 )cos 45°=0.011(mm)

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống cơ khí Robot SCARA ba bậc tự do
Tác giả	Lê Huy Đạt
Người hướng dẫn	TS. Mạc Thị Thoa
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ Khí và Cơ Điện Tử
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	88
Dung lượng	1,9 MB