ĐỒ án tốt NHGIỆP THIẾT kế TAY MÁY SAO CHÉP CHUYỂN ĐỘNG VÀ PHẢN hồi lực

Trong MRF bao gồm dầu, thường là khoáng sản hoặc hỗnhợp silicone, và tỷ lệ khác nhau của các hạt từ đã được phủ một vật liệu chống đông.Khi hoạt động, MRF làm việc tuân theo chất lưu New

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cụm từ robot không còn quá xa lạ với con người nữa Ngành côngnghiệp robot đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và tối ưu hơn Với mục đích thay thếcho lao động con người trong những môi trường làm việc khắc nghiệp, nguy hiểm, độchại,… Chính vì vậy, các mô hình robot điều khiển từ xa ở chế độ Master - Slave (thiết

bị chủ - tớ) đang ngày càng phát triển mạnh mẽ Trong hầu hết các lĩnh vực trong đờisống, kinh tế, xã hội thì robot đang được ứng dụng rộng rãi

Nhằm tăng hiệu quả làm việc với robot (hay các giao diện người và máy) ,người ta đã ứng dụng nhiều công nghệ, kĩ thuật mới vào robot Trong số đó, có kĩthuật phản hồi thông tin lực tác dụng, giúp cho con người điều khiển có thể nhận biếtđược thông tin hoạt động của robot Slave một cách trực quan từ một khoảng cách xa,

an toàn Đây là một kĩ thuật khá mới mẻ và có tính ứng dụng rất cao như ứng dụngtrong ngành phẫu thuật , trong các thiết bị trợ lực cho người khuyết tật… Tuy nhiên,hiện nay kĩ thuật phản hồi thông tin lực tác dụng này vẫn chưa được nghiên cứu nhiều

ở các trường đại học trong nước Vì vậy, hôm nay chúng tôi sẽ xây dựng một mô hìnhtay máy Master – Slave có phản hồi lực để có một cái nhìn tổng quan hơn về kĩ thuậtnày

Trong đồ án này chúng tôi sẽ tập trung xây dựng một mô hình tay máy Master –Slave , được điều khiển theo phương pháp mô phỏng chuyển động Ngoài ra , có thêm

bộ thông tin phản hồi lực tác dụng, đây là một phần quan trọng của đề tài chúng tôi

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành để tài này , chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ các thầy

cô và bạn bè Đầu tiên , chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đếnthầy NGUYỄN NGỌC ĐIỆP Nhờ có sự hướng dẫn tận tình của thầy trong suốt thờigian qua mà chúng em đã thực hiện được và hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp

Đồng thời chúng tôi cũng xin được cảm ơn các thầy cô trong khoa cơ khí đãtruyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt 4 năm học tại trường Những kiến thức

cơ sở và chuyên ngành mà các thầy cô truyền đạt là nền móng vững chắc cho chúng

em hoàn thành đề tài này

Chúng tôi cũng xin cảm ơn Trường đại học Công Nghiệp TPHCM đã tạo điềukiện về cơ sở vật chất và không gian làm việc để chúng tôi hoàn thành đề tài đồ án tốtnghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ ROBOT SAO CHÉP CHUYỂN ĐỘNG VÀ

PHẢN HỒI LỰC 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ PHẢN HỒI LỰC ( MRB) SỬ DỤNG LƯU CHẤT TỪ BIẾN (MRF) 7

1.1 Giới thiệu về lưu chất từ biến (MRF) 7

1.2 Thành phần của MRF 7

1.3 Từ tính của MRF 7

1.4 Ứng dụng của MRF 9

1.5 Nguyên lý hoạt động 9

2 Các phanh lưu chất từ biến 2.1 MRB dạng đĩa 10

2.2 MRB dạng trống 11

2.3 MRB dạng kết hợp: 12

2.4 MRB hình chữ T 14

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CẤU HÌNH MỚI CỦA LOẠI PHANH CÓ ƯU ĐIỂM NHẤT 15

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC TAY MÁY SLAVE 18

1 GIỚI THIỆU TAY MÁY SLAVE 18

2 THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC TAY MÁY SLAVE 20

3 PHÂN TÍCH LỰC ĐẶT VÀO TAY MÁY SLAVE 24

4 GIỚI THIỆU HỘP GIẢM TỐC HAMONIC 26

5 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO CÁC KHỚP 29

5.1 Chọn công suất động cơ: 29

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ CHẾ TẠO TAY MÁY MASTER 3 BẬC TỰ DO 31

1 Thiết kế chế tạo 31

2.Kiểm tra bền các kết cấu 32

2.1 Kiểm tra bền khâu 32

2.2 Kiểm tra bền trục 52

TRỤC 1 52

2.3 Kiểm tra bền đai 82

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN 84

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN 86

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ ROBOT SAO CHÉP CHUYỂN

ĐỘNG VÀ PHẢN HỒI LỰC.

Hệ robot sao chép chuyển động và phản hồi lực gồm 2 khối chức năng cơ bản, thứnhất là robot điều khiển (Master robot) và thứ hai là robot thực hiện các chuyển động theo robot điều khiển (Slave robot) Những thông tin về chuyển động, lực tác động (cứng mềm, mạnh, yếu…) trên robot điều khiển được các cảm biến (encoder, biến trở…) gắn trên robot này ghi nhận và truyền về bộ xử lý trung tâm, sau đó bộ xử lý trung tâm, gửi tín hiệu điều khiển tương ứng vào các cơ cấu chấp hành trên Slave robot

để sao chép lại chuyển động của robot điều khiển

Trong y học: thường dùng trong các thiết bị phẫu thuật, nội soi Ở đây hệ robot saochép chuyển động và phản hồi lực sẽ cung cấp vị trí lực cắt và hướng chuyển động chocác thiết bị phẫu thuật làm việc Trong khi đó bác sĩ phẫu thuật sẽ cảm nhận lực cắt mổtrên tay giống như lực cắt mổ thực tế của thiết bị phẫu thuật

Hình 1 : Robot phẫu thuật sử dụng kĩ thuật phản hồi lực

Trong quân sự: ở những môi trường làm việc đặc biệt nguy hiểm, thiết bị phản hồilực có thể được dùng như một thiết bị máy chủ để điều khiển từ xa một thiết bị tớ Người vận hành thiết bị chủ trong một môi trường an toàn và điều khiển một thiết bị tớ

ở một khoảng cách rất xa

Trong công nghiệp: trong các môi trường làm việc độc hại, gây khó khăn cho con người thì robot có thể làm thay Robot tớ sẽ truyền thông tin về các lực mà nó đang tương tác trực tiếp về robot chủ Thiết bị robot chủ sẽ cung cấp và hướng vị trí chuyển động cho robot tớ làm việc …

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:

- Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của robot sao chép chuyển động và phản hồi lực

- Tìm hiểu về nguyên lý cấu tạo và thiết kế bộ phản hồi lực sử dụng lưu chất từ biến MRF

- Thiết kế chế tạo tay máy MASTER

- Lắp ráp tay máy SLAVE

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

Thiết kế chế tạo tay máy MASTER, chế tạo phanh từ biến,không tập trung vào phần điều khiển

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ PHẢN HỒI LỰC ( MRB)

SỬ DỤNG LƯU CHẤT TỪ BIẾN (MRF) 1.1 Giới thiệu về lưu chất từ biến (MRF)

Lưu chất từ biến (MRF) là một dạng chất lỏng nhớt và có chứa các hạt từ vớiđường kính 20-50 microns Trong MRF bao gồm dầu, thường là khoáng sản hoặc hỗnhợp silicone, và tỷ lệ khác nhau của các hạt từ đã được phủ một vật liệu chống đông.Khi hoạt động, MRF làm việc tuân theo chất lưu Newton Khi tiếp xúc với từ trường,các hạt từ được phân tán trong lưu chất tạo thành lưỡng cực từ Những lưỡng cực từnày sắp xếp cùng dòng với từ thông và chúng có thể chuyển đổi trạng thái nhanhchóng, mạnh mẽ, và hồi phục nhanh Vì vậy, MRF có tiềm năng lớn trong nhiều ứngdụng như bộ ly hợp, phanh, van và robot Đã có nhiều các nhà nghiên cứu về phát triểncủa phanh sử dụng MRF trong nhiều ứng dụng

1.2 Thành phần của MRF

MRF bao gồm chất lưu nhớt, bột sắt từ hoặc các chất có từ tính và các phụ giakhác không mang từ tính Trong thực tế, các hạt mang từ tính của MRF là : sắt, hợpkim sắt, oxit sắt, nitrit sắt, sắt cacbua, sắt cacbonyl, niken và coban Trong số này, cáchạt thường được sử dụng cho MRF là sắt cacbonyl Các ứng suất tối đa có thể gây rabởi MR chủ yếu được xác định bởi độ kháng từ thấp nhất và mức độ bão hòa cao nhấtcủa từ tính các hạt phân tán Do đó, trong thực tế, vật liệu từ -bột sắt cacbonyl đựơc sửdụng chính cho hầu hết các MRF Ngoài ra hợp kim Pe-Co và hợp kim Fe-Ni cũng cóthể được sử dụng Ngược lại, một số các vật liệu sắt từ như Mn-Zn ferrite, Ni-Znferrite và ferrites gồm có từ tính bão hòa thấp và do đó được áp dụng trong các ứngdụng có ứng suất thấp Hạt MR thường có kích thước từ 0,1 đến 10µm Trong MRF

khối lựơng các hạt từ chỉ chiếm một phần nhỏ khối lượng của lưu chất và không ảnhhưởng tới lưu chất.

Ngoài ra các chất lỏng được sử dụng trong MRF là : dầu silicon, dầu khoáng, dầuparafin, copolyme silicone, dầu trăng, dầu thủy lực, dầu biến áp, dẫn xuất halogen hóachất lỏng hữu cơ, diesters, polyoxyalkylenes, silicon flo, glycol, nước và các loại dầuhydrocarbon tổng hợp

1.3 Từ tính của MRF

Các đặc tính từ tính tĩnh của MRF rất quan trọng để thiết kế các thiết bị MRF vàthường có thể được đặc trưng bởi quan hệ B-H và MH trễ Thông qua các thuộc tính từtính sự phụ thuộc của phản ứng MRF trong các thiết bị có thể được dự đoán Dưới ảnhhưởng của từ trường, một mô hình chuẩn cho cấu trúc được sử dụng để dự đoánchuyển động của các hạt của MRF Mô hình này dựa trên một mạng lưới chuỗi vô hạncủa các hạt được sắp xếp trong một dòng liên quan đến hướng của từ trường như thểhiện trong hình 1.3

Hình 2: Trình bày sơ đồ biến dạng afin của một chuỗi hạt hình cầu

Các chuỗi được coi là biến dạng với cùng một khoảng cách giữa bất kỳ hai phần

tử kế cận trong chuỗi đó và tăng ở mức tương tự với sự biến dạng khi MRF được biếndạng Mô hình này là các chuỗi hạt từ khá đơn giản, trong trường hợp thực tế nó là cácdạng hình trụ Dưới tác dụng ứng suất cắt, các hợp chất có thể biến dạng và cuối cùngphá vỡ Mặc dù các hạt phát triền thành cấu trúc phức tạp khác nhau trong các điềukiện khác nhau, mô hình chuẩn vẫn có thể được sử dụng để dự đoán ứng suất củaMRF Các phương trình chuyển động của mỗi hạt theo từ trường là cần thiết để đánhgiá hiệu suất của MRF Tại một từ trường rất thấp, từ lực căng Fij được xem như điểm

LỰC

lưỡng cực tương tự như sự tương tác song song, momen lưỡng cực từ gây ra bởi cáchạt khác và các bức tường xung quanh cho một vừng không từ trường và vùng bị côlập trong một từ trường đều đuợc tính bởi:π

Ứng dụng MRF chế tạo phanh và ly hợp: MRF dùng chế tạo phanh lưu chất từbiến (MRB) Hệ thống phanh lưu chất từ biến (MRB) hiện nay hoàn toàn có thể đápứng tương tự như hệ thống ABS trên xe ô tô Nhờ vào khả năng hoàn toàn điều khiểnđược với thời gian đáp ứng nhanh, khi kết hợp với các loại cảm biến vận tốc… ta hoàntoàn có thể điều khiển phanh nhấp nhả như những gì hệ thống ABS có thể làm

dụng trong thiết kế giảm chấn Nó có khả năng tùy biến độ cứng của giảm chấn phụthuộc vào độ nhấp nhô của mặt đường làm cho dao động được dập tắt nhanh nhất, hiệuquả nhất mà người ngồi trên xe vẫn cảm thấy thoải mái nhất Về mặt kết cấu, giảmchấn sử dụng MRF có cấu tạo hoàn toàn khác so với các loại giảm chấn thông thườngkhi nó hoàn toàn không sử dụng lò xo mà vẫn đảm bảo đầy đủ về tính năng hoạt động.Ứng dụng MRF chế tạo khối gá động cơ: Gần đây đã có nhiều nghiên cứu vềdạng gá động cơ bán chủ động sử dụng MRF Nhờ vào khả năng điều khiển được,MRF có thể hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu trong việc điều chỉnh lực giảm chấntrong cơ cấu gá.

1.5 Nguyên lý hoạt động

Lưu chất từ biến (MRF) là một dạng của lưu chất thông minh, bao gồmHydrocarbon tổng hợp hoặc silicon kết hợp với thể huyền phù của các hạt từ tính.Thêm vào đó, để loại bỏ sự kết tủa của các hạt có khối lượng lớn khi MRF ở trạng tháilỏng, chất hoạt tính bề mặt, hạt nano, hạt nano từ hóa, hoặc những hạt được phủ từ tính

sẽ được thêm vào Sự kết tủa sẽ làm ảnh hưởng lớn đến đặc tính hoạt động của MRF

Ở trạng thái bình thường, các hạt chuyển động tự do và chất lỏng biểu hiện thuộctính Newton như những chất lỏng bình thường khác Tuy nhiên khi có tác dụng của từtrường ngoài, lưu chất không còn tuân theo thuộc tính Newton nữa mà chuyển sangthuộc tính Bingham, các hạt kim loại bên trong lưu chất này gắn kết lại với nhau theodạng của đường sức từ và có khả năng chống phá vỡ liên kết Độ bền vững của liên kếtnày phụ thuộc vào độ lớn của từ trường ngoài đưa vào

Hình 3 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trường

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các tính chất từ biến của MRF như mật độ, kíchthước của hạt, sắp xếp hình dạng, đặc tính của dòng chất lỏng mang hạt tải điện, chất

thêm vào, nhiệt độ và từ trường đặt vào…Sự liên quan của các yếu tố này rất phức tạp

và quan trọng trong việc xây dựng các phương pháp để cải thiện tính chất của dòngchất lỏng cho các ứng dụng phù hợp Để hoạt động tốt, MRF phải có độ nhớt và độkháng từ của các hạt thấp mà không ảnh hưởng đến từ trường bên ngoài và có thể đạtđược ứng suất tối đa khi có đủ từ trường tác động

Thông thường để làm tăng ứng suất của MRF, người ta thường tăng các thànhphần khối lượng của các hạt MR hoặc tăng cường độ của từ trường bên ngoài Tuynhiên, trong tính toán thiết kế, kích thước và hình dạng của các thiết bị sử dụng MRFảnh hưởng đáng kể đến việc tiêu hao năng lượng của thiết bị ứng dụng nó

2 Các phanh lưu chất từ biến

2.1 MRB dạng đĩa

Hình 4: cho thấy một thiết kế của MRB dạng đĩa Rotor của phanh là rất mỏng nhưng

vẫn gọi là đĩa quay Khi một dòng điện được đặt cho các cuộn dây, một từ trường đượctạo ra, MRF ở cuối bề mặt có điện và trở thành một đường rắn Ma sát trượt giữa đĩa quay và MRF đông cứng cung cấp một lực phanh để làm chậm dần và dừng trục.Phanh dạng đĩa là loại phanh thông dụng nhất và cũng là dạng thiết kế đầu tiên của MRB Đây là loại phanh chuẩn được tung ra thị trường

+ Ưu điểm của phanh này là dễ chế tạo và đạt được nhiều kết quả tối ưu về trọng lượng và kích thước

+ Nhược điểm không thích hợp trong trường hợp vị trí lắp đặt của MRB có dạng hình trụ dài và nhỏ.

Hình 4: Kết cấu MRB dạng đĩa

2.2 MRB dạng trống

Hình 5 cho thấy một hình dạng đặc trưng và kích thước hình học có ý nghĩa

của MRB loại hình trống Trong trường hợp này, roto của phanh là một hình trụ dài, và

từ trường được đặt vào theo hướng xuyên tâm Vỏ bên ngoài của phanh được làm bằngvật liệu không từ tính như vậy không có từ trường tác dụng dọc trục ở cả hai bên của các roto

Ưu điểm: khắc phục được nhược điểm của MRB dạng đĩa vì lực phanh được tạo ra trên bề mặt trụ của trống

Nhược điểm: các cuộn dây được quấn trên một cuộn được gia cố trên lớp vỏ bên ngoài Điều này gây khó khăn trong sản xuất của phanh Hơn nữa, với các cuộn dây gắn liền vỏ bên ngoài, để tránh dòng từ bị nghẽn lại, độ dày vỏ bên ngoài phải

lớn.Điều này dẫn đến kích thước của phanh lớn hơn hoặc mô-men xoắn phanh nhỏ (dobán kính của roto nhỏ) và tạo ra momen quán tính khá lớn.

Để khắc phục nhược điểm đó MRB dạng trống ngược (Hình 6) đã được thiết kế

và giảm đáng kể momen quán tính

Hình 5: MRB dạng trống Hình 6: MRB dạng trống ngược

2.3 MRB dạng kết hợp:

Hình 7 cho thấy cấu hình hỗn hợp của phanh MRB Sự khác biệt duy nhất giữa

phanh MRB loại kết hợp và MRB kiểu trống là vỏ bên ngoài của phanh kết hợp là lớpbên ngoài được làm bằng chất liệu từ tính Do đó, từ thông gây ra bởi dong chảy củacuộn dây không chỉ theo hướng xuyên tâm trên bề mặt hình trụ của roto mà còn theohướng dọc trục ngang qua bề mặt cuối cùng của roto

Hình 8 là một MRB kết hợp ngược được sử dụng khi các trục của phanh đứng

yên hoặc để tránh dòng từ bị nghẽn lại tại lớp vỏ hình trụ bên ngoài

Loai phanh này kết hợp được ưu điểm của loại phanh dạng đĩa và phanh dạngtrống, đồng thời khắc phục được nhược điểm của hai loại phanh trên Thực tế chothấy, phanh dạng kết hợp mang lai hiệu quả tối ưu hơn so với các dạng phanh khác

Hình 7: MRB kết hợp Hình 8 : MRB kết hợp phanh đĩa và

phanh trống ngược

2.4 MRB hình chữ T

Hình 9 là kiểu phanh hết hợp hình T Bởi vì từ thông của MRB chạy trên cả bên trong

lẫn bên ngoài ống hình khuyên của của mặt T và bán kính ống dẫn nhánh T, tạo ra men xoắn phanh mong muốn

Hình 9: MRB dạng chữ T

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CẤU HÌNH MỚI CỦA LOẠI PHANH CÓ ƯU

ĐIỂM NHẤT

Có nhiều loại phanh lưu chất từ biến (MRB) như: MRB dạng đĩa, MRB dạngtrống, MRB kết hợp và MRB dạng chữ T Trong đó MRB dạng đĩa là loại dạng đơngiản và phổ biến nhất, do đó nhóm chỉ đi sâu vào nghiên cứu và chế tạo hệ thốngphanh lưu chất từ biến dạng đĩa :

Cấu tạo của một MRB dạng đĩa- Rotor của phanh là một đĩa quay có cuộn dây nằm 2

bên (Hình 10) được các anh khóa trước thực hiện Khi có một dòng điện chạy qua cuộn

dây thì trường được tạo ra và làm lưu chất đông cứng lại, làm ma sát trượt giữa đĩa và MR tăng lên cung cấp một lực phanh đề làm đĩa chậm và dừng lại sau thời gian ngắn

Hình 10: Cấu tạo của phanh lưu chất từ biến có cuộn dây nằm 2 bên.

Từ những kết quả nghiên cứu và sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Ngọc Điệp Nhóm

dựa vào phanh từ dạng đĩa có cuộn dây nằm 2 bên từ các anh khóa trước đã làm nhưngkhông đạt được momen yêu cầu Nhóm đã cải tiến là đặt cuộn dây ra ngoài (Hình3.2 ).Sau khi thiết kế, chế tao và tiến hành đo kết quả thực nghiệm cho thấy phanh đạt được momen 10Nm thỏa mãn được yêu cầu đề ra

Hình 11: Cấu tạo của phanh lưu chất từ biến có cuộn dây được đưa ra bên ngoài

9: Đai Ốc

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC TAY MÁY SLAVE

1 GIỚI THIỆU TAY MÁY SLAVE

Vì không có điều kiện và thời gian chế tạo tay máy Slave nên nhóm chúng em đãtìm mua các tay máy cũ đã qua sử dụng Và nhóm chúng em quyết định sử dụng xác tay máy công nghiệp của FANUC số hiệu FANUC LR Mate 100iB nhưng không còn phần điện

Hình 13 : Robot FANUC LR Mate 100iB

Thông số kĩ thuật gốc của nhà sản xuất

Hỗ trợ chuyển giao quy trình

Thiết kế nhỏ gọn dễ dàng thử nghiệm trên các ứng dụng

Khớp nối Góc quay Tốc độ quay

2 THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC TAY MÁY SLAVE

Vì đề tài chỉ nghiên cứu về kĩ thuật phản hồi lực (MRB sử dụng MRF) nên chỉ xét 3 bậc tự do của tay máy FANUC LR Mate 100iB là 3 bậc tự do tính từ nền của tay máy (J1 , J2, J3)

Đặt hệ tọa độ lên tay máy SLAVE như hình sau :

Hình 14 : Hệ tọa độ của tay máy slave

Quan hệ của hệ tọa độ thuộc khâu thứ n so với hệ tọa độ thuộc khâu thứ n-1 và tích của chúng được gọi là ma trận A:

A1 = 0T1 = [cosθ1 0 sin θ1 a1cosθ1

sin θ1 0 −cos θ1 a1sin θ1

A2 = 1T2 = [cosθ2 −sinθ2 0 a2cosθ2

sin θ2 cos θ2 0 a2sin θ2

A3 = 2T3 = [cosθ3 −sin θ3 0 a3cosθ3

sin θ3 cosθ3 0 a3sin θ3

Quy ước cos θ1=¿C1; sin θ1=¿ S1; cosθ2=¿C2; …

Phương trình động học:

n z = sin θ2cosθ3 +cosθ2sin θ3

o x = −cos(θ1+θ2)sin θ3 - cos θ1sin θ2cosθ3

o y = -sin θ1cos ⁡θ2sin θ3 - s¿(θ1+θ2)

o z = - s¿(θ2+θ3) +cos(θ2+θ3)cosθ3

a x = sin(θ1)

a y = 0

a z = 0

p x = R14 =a3cos(θ1+θ2+θ3)- a3s¿(θ1+θ2)+ a2cos(θ1+θ2)+ a1cosθ1

p y = R24 = a3sin θ1cos(θ2+θ3) - a3s¿(θ1+θ2)cosθ3 + a2sin θ1cosθ2 + a1sin θ1

p z = R34=¿a3sin θ2cosθ3+ a3cosθ2sin θ3 + a2sin θ2

3 PHÂN TÍCH LỰC ĐẶT VÀO TAY MÁY SLAVE

Trong phần này nhóm chỉ nghiên cứu tính toán moment tĩnh ở các khớp trên Robot Slave khi robot làm việc ở trạng thái cân bằng Bỏ qua trọng lượng cửa các khâu và masát ở các khớp

Xét lực tác dụng lên đầu tay máy như sau :

a3 là chiều dài khâu 3

a1 là chiều dài khâu 1

Như vậy , moment do lực ⃗F xy tạo ra ở khớp 2 và 3 là :

M2 = F xy.cos(α) [a2 cos(θ2)+a3.cos(θ2+θ3)]

+ F xy.sin(α) [a2 sin(θ2)+a3 sin(θ2+θ3)] (2)

M1 = F xz sin( β) [a2 sin(θ2)+a3 sin(θ2+θ3)]

Xét trường hợp cụ thể , tay máy nâng một vật có khối lượng 2,5kg Khi đó tại đầu tay máy chỉ chịu tác dụng của trọng lực P do tải gây ra , ta có :

M2 = 25.cos(90 °) [0,25 cos(θ2)+0,22.cos (θ2+θ3)]

+25.sin(90 °) [0,25 sin(θ2)+0,22 sin(θ2+θ3)] = 25 [0,25 sin(θ2)+0,22 sin(θ2+θ3)]

M1 = 0

4 GIỚI THIỆU HỘP GIẢM TỐC HAMONIC

Hộp giảm tốc Hamonic hay còn gọi là hộp số không độ rơ có tên gọi gốc là Strain Wave Gearing do hãng Hamonic chế tạo và độc quyền sản xuất trên thế giới

Strain Wave Gearing là một hệ thống bánh răng cơ khí đặc biệt có kết cấu cải thiện các đặc điểm nhất định so với các hệ thống bánh răng truyền thống như bánh răng xoắn ốc hoặc bánh răng hành tinh Nó được phát minh vào năm 1957 bởi CW Musser khi anh đang là cố vấn nghiên cứu tại United Shoe Machinery (USM) Những lợi thế của nó bao gồm: không có khe hở giữa các bánh răng ăn khớp nhau, nhỏ gọn vàtrọng lượng nhẹ, tỉ số truyền cao, độ phân giải tốt, khả năng lặp lại tốt khi tái định vị lại quán tính tải, lực momen xoắn lớn và đồng trục đầu vào và đầu ra Tỉ số truyền lớn trải dài từ 1:30,50,80,100,120,160,… Strain Wave Gearing thường được dùng trong điều khiển chuyển động, máy công cụ, máy in, robot và hàng không vũ trụ Strain Wave Gearing được dùng để giảm số bánh răng sử dụng nhưng cũng có thể được sử dụng để tăng tốc độ quay hoặc cho hệ thống bánh răng khác.

Hình 17 : Nguyên lý hoạt động của hộp số Harmonic

Hình 18 : Cấu tạo của hộp số Harmonic

- Hộp giảm tốc là một bộ phận của máy, có nhiệm vụ làm trung gian để giảm tốc độ từ động cơ đến cơ cấu chấp hành Hộp giảm tốc được thiết kế và chế tạo theo một tiêu chuẩn thống nhất để bán ra thị trường Khi chúng ta sử dụng hộp giảm tốc ( HGT ) cầnquan tâm đến nhiều yếu tố nhằm tăng tuổi thọ HGT, trong đó bôi trơn các bộ phận bêntrong là vấn đề quan trọng nhất Có nhiều cách bôi trơn cho HGT:

- Bôi trơn HGT bằng mỡ bò : Công nghệ dùng mỡ bôi trơn chỉ phù hợp cho những HGT có công suất lớn và ở những vị trí nhiệt độ không quá thấp ( nhiệt độ < 10 độ làm

mỡ bị đông cứng) gây khó khăn cho việc bôi trơn Ưu điểm khi bôi trơn bằng mỡ là nhiệt độ sinh ra do ma sát giữa hai bánh răng lúc làm việc không làm mất đi tính nhớt của mỡ, dễ làm kín nên ít rò rỉ ra môi trường bên ngoài

- Bôi trơn HGT bằng dầu : Tùy thuộc vào tốc độ, tải trọng của HGT khi làm việc để chọn loại dầu có độ nhớt cho phù hợp Với HGT làm việc với tốc độ chậm và tải trọng lớn thì độ nhớt của dầu phải cao Khi HGT làm việc với tốc độ cao và tải trọng nhỏ thì phải dùng loại dầu bôi trơn có độ nhớt thấp Ưu điểm khi bôi trơn bằng dầu là việc bôi trơn được đồng đều trên tất cả các bề mặt chuyển động tương đối với nhau Có tác động làm sạch các bề mặt loại bỏ bớt cặn bẩn, mạt kim loại Dễ kiểm soát được mức

độ bôi trơn và có thể áp dụng hệ thống bôi trơn cưỡng bức

- Ở hộp giảm tốc của cánh tay này, em chọn bôi trơn hộp giảm tốc bằng mỡ bò

- Hộp giảm tốc Harmonic có một vài ưu thế như sau:

+ Hầu hết là không có độ rơ

+ Cấu tạo gọn nhẹ

+ Độ ồn thấp

Nhược điểm:

+ Lực tải không cao vì còn phải tỉ lệ với độ mềm của bánh răng

5 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO CÁC KHỚP

5.1 Chọn công suất động cơ:

Động cơ điện phải được lựa chọn sao cho có thể lợi dụng được toàn bộ công suất của động cơ Khi làm việc nó thỏa mãn 3 điều kiện sau:

+ Động cơ không được phát nóng quá nhiệt độ cho phép

+ Có khả năng quá tải trong thời gian ngắn

+ Có momen mở máy đủ lớn để thắng mô men cản ban đầu của phụ tải khi mới khởi động, thường thì chọn động cơ theo điều kiện nhiệt độ rồi kiểm tra theo điều kiện quá tải và momen mở máy

Trường hợp chọn công suất của động cơ làm việc với phụ tải không đổi ta không cầnkiểm tra điều kiện quá tải mà chỉ cần kiểm tra momen mở máy của động cơ có thắng được momen cản ban đầu của phụ tải hay không

5.2.Tính toán chọn động cơ cho các khớp

Công suất làm việc của động cơ

P lv=1000M w

Ta tính moment cân bằng tại các khớp :

Từ công thức (1), (2) ta có công thức tính được moment cân bằng ở các khớp

M3 = F xy a3.cos(α−θ2−θ3)

M2 = F xy.cos(α) [a2 cos(θ2)+a3.cos(θ2+θ3)]

+ F xy.sin(α) [a2 sin(θ2)+a3 sin(θ2+θ3)]

M1 = F xz sin( β) [a2 sin(θ2)+a3 sin(θ2+θ3)]

Ta xét trường hợp moment đạt được lớn nhất ở các khớp ta chọn các thông số sau :

M2 = 25 cos(45 °) [0,25 cos (45 °)+0,22 cos(45 °+0 °)]

+25 sin(45) [0,25 cos(45 °)+0,22 cos(45 °+0 °)] = 11,75 Nm

M1 = 25 sin(90 °) [0,25 cos(45 °)+0,22 cos(45 °+0 °)]

_ Đồng dạng với tay máy slave, có lắp các bộ phận phản hồi lực tại các khớp.

_ Vật liệu chế tạo nhôm hợp kim tấm 5052

2.Kiểm tra bền các kết cấu

2.1 Kiểm tra bền khâu

KHÂU 1

Stress Analysis Report

Analyzed File: khâu 1-rb24_INO.ipt

Autodesk Inventor Version: 2016 (Build 200138000, 138)

Volume 287145 mm^3

Center of

Gravity

x=-131.564 mmy=-39.9623 mmz=10.6051 mm

Note: Physical values could be different from Physical values used by FEA reported below

Simulation:1

General objective and settings:

Last Modification Date 5/16/2016, 4:32 PM

Detect and Eliminate Rigid Body Modes No

Mesh settings:

Avg Element Size (fraction of model diameter) 0.1

Min Element Size (fraction of avg size) 0.2

Create Curved Mesh Elements Yes

Shear Modulus 3756.8 ksiPart Name(s) khâu 1-rb24_INO

Component (X,Y,Z)

Von Mises Stress 0.00772684 MPa 25.547 MPa

1st Principal Stress -4.57664 MPa 11.2466 MPa

3rd Principal Stress -31.2473 MPa 2.1105 MPa

Figures

VON MISES STRESS

1ST PRINCIPAL STRESS

3RD PRINCIPAL STRESS

DISPLACEMENT

Safety Factor

X Displacement