Robot tay gắp sản phẩm

- Năm 1967, Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ Công ty AMF.Đến năm 1990 có hơn 40 công ty ở Nhật đa xuất khẩu ra thế giới nhiều loại robot nổitiếng, trong đó

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ -o0o -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM

GVHD: TS PHAN TẤN TÙNG SVTH: PHAN VIỄN SƠN MSSV: 20502407

TP HỒ CHÍ MINH – 01/2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ -o0o -

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM

GVHD: TS PHAN TẤN TÙNG SVTH: PHAN VIỄN SƠN MSSV: 20502407

LỜI CẢM ƠN

Xin gửi lời cảm ơn yêu thương đến ba mẹ , ông bà, người thân tôi đa luôn bên cạnh động viên tôi những giai đoạn khó khăn trong thời gian tôi học tập và thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơ n thầy TS Phan Tấn Tùng tận tình hướng dẫn, dạy bảo tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đa giảng dạy tôi trong suốt thời gian họctập tại trường Đại học Bách Khoa

Sinh viên thực hiệnPhan Viễn Sơn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn gồm những nội dung sau :

- Tìm hiểu về tay máy và ứng dụng của tay máy

- Chọn cấu hình tay máy

- Phân tích bài toán động học thuận, nghịch của tay máy thiết kế

- Mô phỏng kiểm tra tính toán động học và mô phỏng quỹ đạo cho trước của tay máy

- Bản vẽ thiết kế tay máy

MỤC LỤC

Trang bìa

Nhiệm vụ luận văn

Tờ cam kết i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt luận văn iii

Mục lục iv

Danh sách hình vẽ vii

Danh sách bảng biểu xi

Chương 1: TỔNG QUAN. 1.1 Tổng quan về Robot công nghiệp 1

1.1.1 Sơ lược lịch sử xuất hiện -phát triển Robot công nghiệp 1

1.1.2 Một số định nghĩa về Robot 2

1.2 Cơ sở lựa chọn Robot 3

1.3 Ứng dụng của Robot công nghiệp 5

1.3.1 Ứng dụng robot công nghiệp trong công nghệ hàn 6

1.3.2 Ứng dụng robot trong vũ trụ 6

1.3.3 Ứng dụng robot công nghiệp trong lắp ráp 7

1.3.4 Ứng dụng robot công nghiệp trong việc gắp đặt sản phẩm 8

Chương 2: CHỌN CẤU HÌNH TAY MÁY.

2.1 Phân tích nhiệm vụ bài toán và đề ra phương án 9

2.1.1 Nhiệm vụ bài toán 9

2.1.2 Một số phương án thực hiện 10

2.1.3 So sánh khớp quay và khớp tinh tiến 14

2.2 Lựa chọn phương án 15

2.3 Kích thước động tay máy và cách bố trí 16

Chương 3: KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC TAY MÁY. 3.1 Thiết lập hệ tọa độ các khâu và bảng thông số D-H tay máy 18

3.2 Bài toán vị trí thuận 19

3.3 Bài toán vị trí ngược 21

3.4 Không gian làm việc 24

3.5 Bài toán vận tốc thuận 26

3.6 Bài toán vận tốc ngược 27

3.7 Hoạch định quỹ đạo 29

3.8 Moment lực tĩnh tại các khớp 30

Chương 4: MÔ PHỎNG TAY MÁY TRÊN MÁY TÍNH 4.1 Định vị trí và quy trình làm việc cho tay máy 32

4.1.1 Bố trí vị trí tay máy 32

4.1.2 Chọn kích thước các khâu tay máy 33

4.1.3Quy trình làm việc 33

4.2 Tính lại bài toán động h ọc 34

4.2.1Bài toán ví trí thuận 34

4.2.2 Bài toán ví trí ngược 35

4.2.3 Bài toán vận tốc thuận 36

4.2.4 Bài toán vận tốc ngược 36

4.2.5 Bài toán lực tĩnh tại các khớp 37

4.3Mô phỏng 38

4.3.1 Mô phỏng kiểm tra phần tính toán động học 39

4.3.2 Mô phỏng quỹ đạo tay máy 45

Chương 5: THIẾT KẾ CƠ KHÍ. 5.1 Khâu 5 và bộ phận tác động cuối 56

5.2Khâu 4 59

5.3Khâu 3 62

5.3.1 Chọn động cơ dẫn động khâu 3 62

5.3.2 Chọn bộ truyền 63

5.4Khâu 2 65

5.4.1 Chọn động cơ dẫn động khâu 2 65

5.4.2 Chọn bộ truyền 66

5.5Khâu 1 67

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Robot tọa độ vuông góc 4

Hình 1.2 Robot tọa độ trụ 4

Hình 1.3 Robot tọa độ cầu 4

Hình 1.4 Robot khớp bản lề 5

Hình 1.5 Tỉ lệ phân bố về loại công việc của robot công nghiệp 5

Hình 1.6 Robot hàn của hang FANUC 6

Hình 1.7 Tàu thám hiểm sao Hỏa Viking 1 và tay máy robot gắng trên nó 6

Hình 1.8 Tay máy Canadarm 2 trên trạm không gian quốc tế ISS 7

Hình 1.9 Robot lắp ráp mạch in 7

Hình 1.10 Ứng dụng tay máy công nghiệp gắp các khối sản phẩm 8

Hình 2.1 Kích thước khối sản phẩm 9

Hình 2.2 Sản phẩm tại vị trí gắp - đặt 10

Hình 2.3 Các chuyển động tịnh tiến của phương án 1 10

Hình 2.4 Sơ đồ động phương án 1 11

Hình 2.5 Sơ đồ động phương án 2 12

Hình 2.6 Sơ đồ động phương án 3 13

Hình 2.7 Sơ đồ động phương án 2 15

Hình 2.8 Sơ đồ động của đề tài 15

Hình 2.9 Các kích thước động của tay máy 16

Hình 2.10 Cách bố trí vị trí tay máy 17

Hình 3.1 Hệ tọa độ các khâu trên tay máy 18

Hình 3.2 Không gian làm việc của tay máy 24

Hình 3.3 Hình chiếu của không làm việc trên mặt phẳng ngang 25

Hình 3.4 Hình chiếu của không làm việc trên mặt thẳng đứng 25

Hình 4.1 Hình chiếu bằng bố trí tay máy 32

Hình 4.2 Hình chiếu cạnh của tay máy với một băng chuyền 33

Hình 4.3 Mô hình biểu diễn các khâu khớp của tay máy 38

Hình 4.4 Sơ đồ khối xuất từ Solidworks sang Matlab 38

Hình 4.5 Sơ đồ khối simulink kiểm tra tính động học 39

• Hình 4.6 Sơ đồ khối tính θ1 39

• Hình 4.7 Sơ đồ khối tính θ2 40

• Hình 4.8 Sơ đồ khối tính θ3 40

• Hình 4.9 Sơ đồ khối tính θ4 41

• Hình 4.10 Sơ đồ khối tính θ5 41

Hình 4.11 Đồ thị của yE theo xE 42

Hình 4.12 Đồ thị của zE theo xE 42

Hình 4.13 Đồ thị của zE theo yE 43

Hình 4.14 Đồ thị của zE theo (xE, yE) 43

Hình 4.15 Đồ thị của của các góc khớp 2,3,4 theo t, θ4= – (θ3+θ2) 44

Hình 4.16 Đồ thị của của các góc khớp 1, 5 theo t, θ1 – θ5=900 44

Hình 4.17 Sơ đồ khối Simulink mô phỏng quỹ đạo 45

Hình 4.18 Sơ đồ khối JA1 46

Hình 4.19 Sơ đồ khối JA2 47

Hình 4.20 Sơ đồ khối JA3 48

Hình 4.21 Sơ đồ khối JA4 48

Hình 4.22 Sơ đồ khối JA5 49

Hình 4.23 Giản đồ vị trí E(xE, yE, zE) theo thời gian t 51

Hình 4.24 Giản đồ VE(vx, vy, vz) theo thời gian t 52

Hình 4.25 Giản đồ quan hệ VxE , VyE 53

Hình 4.26 Giản đồ quan hệ xE, yE 53

Hình 4.27 Giản đồ các góc θ1, θ2, θ3, θ4, θ5 theo thời gian t 54

• • • • • Hình 4.28 Giản đồ vận tốc góc các khớp 1 -> 5: θ1,θ2 ,θ3,θ4 ,θ5 55

Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý tay máy 56

Hình 5.2 Cụm hút chân không và kí hiệu thiết bị tạo chân không 56

Hình 5.3 Thiết bị tạo chân không VUC1 của Misumi 57

Hình 5.4 Ống nối SRKN20 của Misumi 57

Hình 5.5 Giác hút SRP40 của Misumi 58

Hình 5.6 Cụm hút chân không 58

Hình 5.7 Tính moment quán tính theo trục khớp động 5 59

• Hình 5.8 Giản đồ vận tốc gócθ5 59

• Hình 5.9 Vận tốc góc θ5 giây thứ 7 60

Hình 5.10 Động cơ RH-11D-3001 61

Hình 5.11 Khớp nối CPDS40-10-10 61

Hình 5.12 Động cơ dẫn động khâu 5 62

Hình 5.13 Bánh đai răng HTPA18-S8M-15-A-C20 63

Hình 5.14 Bánh đai răng HTPA18-S8M-15-B-C12 64

Hình 5.15 Dây đai răng HTPM-480-S8M-150 64

Hình 5.16 Động cơ và bộ truyền dẫn động khâu 3 65

i

Hình 5.17 Bánh đai răng HTPA36-S8M-15-A-C20 66

Hình 5.18 Động cơ và bộ truyền dẫn động khâu 2 67

Hình 5.19 Động cơ RHS-14-3003 68

Hình 5.20 Nối trục CPDS50-14-16 68

Hình 5.21 Động cơ dẫn động khâu 1 69

Hình 5.22 Mô hình tay máy 70

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng thông số D-H của tay máy 19

Bảng 4.1 Giá trị các biến khớp tại các vị trí A , B, C, D 36

Bảng 4.2 Vận tốc gốc các khớp ở mỗi hành trình quỹ đạo 50

Bảng 5.1 Thông số động cơ RH-11D-3001 61

Bảng 5.2 Thông số khớp nối CPDS40-10-10 62

Bảng 5.3 Thông số động cơ RH-14D-3002 63

Bảng 5.4 Thông số bánh đai răng HTPA18-S8M-150 64

Bảng 5.5 Thông số bánh đai răng HTPA36-S8M-15-A-C20 66

Bảng 5.6 Thông số động cơ RHS-14-3003 68

Bảng 5.7 Thông số nối trục CPDS50-14-16 69

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.1 Sơ lược lịch sử xuất hiện - phát triển của Robot công nghiệp:

- Thuật ngữ “robot” lần đầu thiên xuất hiện năm 1921 trong tác phẩm viễn tưởng

“Rossum’s Universal Robot” của Karel Capek

- Hơn 20 năm sau, năm 1948, tại phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, nhà nghiên cứuGoertz đa nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi (master-slave manipulator) điều khiển

từ xa Cũng năm đó, hang General Mills chế tạo tay máy gần như tương tự sử dụng cơcấu tác động là động cơ điện kết hớp vớ các cử hành trình

- Năm 1954, Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo và cóthể nhận biết lực tác động lên khâu cuối Sử dụng những thành quả đó, năm 1956,hang Gểnal Mills cho ra đơi tay máy hoạt động trong việc khảo sát đáy biển

- Cũng năm 1954, George C Devol đa thiết kế một thiết bị có tên là “Cơ cấu bản lềdùng để chuyển hàng theo chương trình” Năm 1956 - 1959, Devol cùng với Joseph F.Engelber đa tạo ra loại robot công nghiệp đầu tiên ở công ty Unimation Năm 1975,Unimation mới có lợi nhuận từ sản phẩm robot đầu tiên này

- Đầu thập kỷ 60, Công ty AMF (American Machine and Foundry Company) của Mỹquang cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là”Người máy công nghiệp” (IndustrialRobot),thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều khiển tựđộng

- Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên vào năm 1961 tại một nhàmáy ô tô của General Motors ở Trenton, New Jersey Mỹ

- Năm 1967, Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ Công ty AMF.Đến năm 1990 có hơn 40 công ty ở Nhật đa xuất khẩu ra thế giới nhiều loại robot nổitiếng, trong đó có công ty Hitachi, Mitsubishi…

- Từ những năm 70, tính năng của robot được nâng cao nhờ việc nghiên cứu lắp đặtthem các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc cho robot Vàothời gian này, Đại học tổng hợp Stanford đa tạo ra loại robot lắp ráp tự động đượcđiều khiển bằng máy tính trên cơ sở xử lý thong tin từ các cảm biến lực và thị giác

Tại Công ty IBM của Mỹ đa chế tạo loại robot có các cảm biến xúc giác và cảm biễn lực, điều khiển bằng máy tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết.

- Từ những năm 80, do áp dụng rộng rai các tiến bộ về vi xử lý và công nghệ thong tinnên số lướng robot công nghiệp phát triển mạn mẽ về số lượng và giá thành giảm, tínhnăng ngày câng cao Nó được đưa vào hỗ trợ thám hiểm vũ trụ và có vị trí quan trọngtrong các dây chuyền sản xuất tự động hiện đại

- Ngày nay robot công nghiệp đang phát triển rất mạnh mẽ đặc biệt là trong lĩnh vựcsản xuất ô tô và các ngành sản xuất vừa và nhỏ Thị trường robot công nghiệp có khảnăng phát triển mạnh ở những nước đang phát triển, sử dụng robot công nghiệp trongnhững ứng dụng truyền thống như hàn, nâng hạ, trong các băng chuyền… Thị trườngrobot công nghiệp trên toàn thế giới ước tính sẽ phát triển với tốc độ tăng trưởng hàngnăm (CAGR) 7.7% trong vòng 5 năm tới Riêng thị trường phần cứng ước tính sẽvượt mức 5.118 triệu USD vào năm 2010, theo một nghiên cứu mới của ARC

1.1.2 Một số định nghĩa về Robot:

Không có một định nghĩa thống nhất cho Robot, nên nó có những cách định nghĩa khác nhau:

- Theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 định nghĩa Robot như sau: “Đó là một loại máymóc được điều khiển tự động, được lập trình sẵn, sử dụng vào nhiều mục đích khácnhau, có khả năng vận động nhiều hơn ba trục, có thể ổn định hay di động tùy theonhững ứng dụng của nó trong công nghiệp tự động”

- Theo JosephEngelberger, một người tiên phong trong lĩnh vực Robot công nghiệp:

“Tôi không thể định nghĩa Robot, nhưng tôi biết loại máy móc nào là Robot khi tôinhìn thấy nó”

- Theo từ điển trực tuyến Cambridge định nghĩa: “Robot là một loại máy có thể thựchiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính”

- Theo từ điển bách khoa toàn thư Wikipedia: “Robot là những máy tự động mà nó cóthể tự làm những nhiệm vụ của nó, hầu như do những cấu trúc chương trình điện tử”

1.2 Cơ sở lựa chọn Robot công nghiệp:

Ngày nay robot công ghiệp được phát triển rất đa dạng Nhưng có thể phân loại chúngtheo nhiều cách khác nhau:

- Theo vị trí công tác có thể phân ra robot cấp thoát phôi, robot vận chuyển, robot vạn năng,…

- Theo dạng công nghệ chuyên dùng: robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp,…

- Theo các thức và đặc trưng điều khiển phân ra: robot điều khiển tự động, robot điều khiển bằng tay, robot có khả năng học, robot nhìn được,…

- Theo thế hệ robot:

o Thế hệ thứ nhất: robot hoạt động lặp lại theo một chu trình không thay đổi(playback robots), theo chương trình định trước

o Thế hệ thứ hai: robot được trang bị các cảm biến cho phép cung cấp tín hiệu phảnhồi về hệ thống điều khiển giúp bộ điều khiển có thể lựa chọn những thao tác xửlý Đây là dobot điều khiển vòng kín

o Thế hệ thứ ba: là dạng phát triển cao nhất của robot tự cảm nhận, robot được trangbị những thuật toán đẻ xử lý thông tin tín hiệu trả về từ cảm biến Nhờ đó robot tựthực hiện công việc được đặt ra

o Thế hệ thứ tư: là những robot được trang bị các thuật toán và cơ chế điều khiểnthích nghi, bước đầu có khả năng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mô hìnhtính toán xác định trước nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với điều kiện môitrường thao tác

o Thế hệ thứ năm: là những robot được trang bị trí tuệ nhân tạo

- Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động:

o Không gian hoạt động của robot là tầm không gian giới hạn của robot khi làmviệc Trong không gian ba chiều, robot phải có ít nhất ba chuyển động định vị đểđưa khâu tác động cuối đến vị trí mong muốn Vì thế robot thường được phân loạitheo sự phối hợp giữa ba trục chuyển động cơ bản và sau đó được bổ sung để mởrộng them bậc chuyển động để tăng thêm độ linh hoạt:

o Robot tọa độ vuông góc: robot có các khâu chuyển động theo 3 phương vuông gócnhau, không gian hoạt động là hình hộp chữ nhật

Hình 1.1 Robot tọa độ vuông góc.

o Robot tọa độ trụ; gồm một chuyển động quay quanh trục và hai chuyển động tịnh tiến theo hai phương vuông góc, có không gian làm việc là khối trụ rỗng

Hình 1.2 Robot tọa độ trụ.

o Robot tọa độ cầu: gồm hai chuyển động quay quanh hai trục vuồn góc và mộ chuyển động tịnh tiến, không gian làm việc có dạng khối cầu

Hình 1.3 Robot toạ độ cầu.

Đúc áp lực Hàn điểm Hàn hồ quang Cấp thoát phôi

Lắp ráp

Tỷ lệ phân bố về loại công việc của robot công nghiệp

o Robot khớp bản lề: các khâu liên kết với nhau bởi các khớp bản lề, không gian làm việc cũng dạng câu nhưng lớn hơn robot tọa đô cầu

Hình 1.4 Robot khớp bản lề

Ngoài ra còn phân loại theo nguồn dẫn động (thủy lực, khí nén, đông cơ điện, ), theo phương thức điều khiển,…

Ngày nay robot được ứng dụng rất rộng rai trong nhiều nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộcsống như ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học, giáo dục, hỗ trợ người tàn tật, vũ trụ,…

Hình 1.5 Tỉ lệ phân bố về loại công việc của robot công nghiệp.

Sau đây là một ứng dụng của robot công nghiệp:

1.3.1 Ứng dụng robot công nghiệp trong công nghệ hàn:

Việc hàn thường được thực hiện bằng tay, tuy nhiên do yêu cầu về chất lượng bề mặtmối hàn, việc định vị vị trí chi tiết hàn, mối hàn… cùng với môi trường làm việc khắcnghiệt do khói và nhiệt độ phát ra trong quá trình hàn tác động lên người thợ hàn Trongcác nhà máy sản xuất xe hơi đòi hỏi công việc phải được thực hiện chính xác, thẩm mỹ vàtăng năng suất vì thế robot hàn đa được sử dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp ô tô

Hình 1.6 Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi và một robot hàn của hãng

FANUC.

1.3.2 Ứng dụng robot trong vũ trụ:

Năm 1976, cánh tay robot đầu tiên trong không gian đa được sử dụng trên tàu hám hiểm Viking của cơ quan không gian NASA của Mỹ để láy mẫu đất trên sao Hỏa

Hình 1.7 Tàu thám hiểm sao Hỏa Viking 1 và tay máy robot gắng trên nó.

Ngày nay tay máy robot ngày càng đóng vai trò quan trọng trên không gian, việc lắpráp và vận chuyển hàng hóa lên trạm không gian quốc tế ISS trở nên dễ thực hiện hơn với

sự trợ giúp đắt lực của tay máy robot

Hình 1.8 Một phi hành gia đang lơ lửng trên không gian cùng với tay

máy Canadarm2 trên trạm không gian quốc tế ISS.

1.3.3 Ứng dụng robot công nghiệp trong lắp ráp:

Một kỹ thuật sản xuất có mục tiêu lâu dài là nhà máy phải được tự động hoàn toàn vàhiện nay các nhà máy lớn, hiện đại đều áp dụng mô hình tự động hóa hoàn toàn Mộttrong những trở ngại chính là liên kết các tầng sản xuất với nhau Robot được sử dụng để

tự động hóa quá trình lắp ráp trong những nhà máy như thế

Ví dụ trong công nghệ sản xuất các bản mạch điện tử, đòi hỏi rất nhiều công nhânthực hiện việc chọn, lắp đặt, hàn các linh kiện vào board… tất cả những công việc đó cóthể được thay thế bởi robot lắp ráp mạch in

Hình 1.9 Robot lắp ráp mạch in có camera quan sát xác định vị trí chân trên bản

mạch in.

1.3.4 Ứng dụng robot công nghiệp trong việc gắp đặt sản phẩm:

Một ứng dụng quan trọng khác của robot công nghiệp là làm khâu trung gian giữa cácbăng chuyền của các nhà máy sản xuất tự động Nhiệm vụ của tay máy lúc này là gắp cáckhối sản phầm từ băng chuyền này đưa sang băng chuyền khác, ví dụ như gắp hộp sữa,bánh,… hoặc gắp các khối sản phẩm từ băng chuyền cuối cùng đưa sang băng dẫn xuấtsản phẩm ra ngoài…

Hình 1.10 Ứng dụng tay máy công nghiệp gắp các khối sản phẩm.

Trong đề tài này sinh viên thực hiện việc thiết kế tay máy gắp khối sản phẩm từ băngchuyền này đặt sang băng chuyền khác, yêu cầu về hướng của khối sản phẩm sau khi đặt

CHƯƠNG 2 CHỌN CẤU HÌNH TAY MÁY

2.1.1 Nhiệm vụ bài toán:

- Nhiệm vụ của tay máy là gắp khối sản phẩm từ băng chuyền này sang băng chuyềnkhác, song song nhau, cách nhau 500(mm) ( hoặc từ băng chuyền sang nơi đặt sảnphẩm cách 500), sau đó định lại hướng sản phẩm (các mặt nằm ngang vẫn giữ songsong) để đặt vào vị trí cần thiết Hướng của sản phẩm tại vị trí đặt vuông góc vớihướng sản phẩm tại vị trí gắp

- Sản phẩm dạng khối rất đa dạng: có thể là hộp sữa, hộp bánh, block sản phẩm, …

- Chọn khối sản phẩm dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 100x200x50

Hình 2.1 Kích thước khối sản phẩm.

- Khối lượng sản phẩm: 5 Kg

2.1.2 Một số phương án thực hiện:

- Lúc đầu sản phẩm ở vị trí A, nó cần

được di chuyển đến vị trí B Từ A đến

B có nhiều cách thực hiện Sau đây

xin đưa ra một số phương án sau:

Hình 2.2 Sản phẩm tại vị trí gắp - đặt.

a Phương án 1: sử dụng các chuyển động tịnh tiến.

 Sản phẩm được giữ bởi khâu tác

động cuối (End Effector, từ A dichuyển đến B cần thưc hiện cácchuyển động sau:

 Từ A tịnh tiến theo phương Ozđến 1

 Từ 1 tịnh tiến theo phương Ox đến 2

 Từ 2 tịnh tiến theo phương Oy đến 3

 Từ 3 tịnh tiến theo phương Oz đến B

Hình 2.3 Các chuyển động tịnh

tiến của phương án 1.

 Sơ đồ động của phương án:

Hình 2.4 Sơ đồ động phương án 1.

 Đặc điểm của phương án:

 Chiếm nhiều không gian làm việc

 Hành trình theo phương Ox và Oy lớn nếu khoản cách giữa A và B lớn

b Phương án 2: dùng các khớp quay.

 Sơ đồ động của phương án

Hình 2.5 Sơ đồ động phương án 2.

 Khớp quay 1 quay quanh trục Oz, đưa vật từ băng chuyền A sang băng chuyền B

 Các khớp quay 2, 3, 4 phối hợp với nhau để định vị trí thẳng đứng cho End- Effector

End-Effector x

y

 Khớp quay 5 định hướng cho tay kẹp

 Như vậy nếu dùng cơ cấu này cần đến 5 khớp bản lề đề thao tác vật, tương ứng

5 bậc tự do

 Đặc điểm:

 Nếu đặt tay máy nằm giữa hai băng chuyền thì hành trình theo phương Ox, Oy ngắn hơn so với phương án 1

 Nhiều bậc tự do, bài toán động học, vận tốc,… phức tạp hơn khi tính toán

 Khớp quay được sử dụng phổ biến trên thực tế, có thể dùng Encoder để đo góc quay tại các khớp, dễ tìm trên thị trường, giá rẻ

c Phương án 3: kết hợp các khớp quay và tịnh tiến:

 Sơ đồ động của phương án:

1

z

Hình 2.6 Sơ đồ động phương án 3.

 Khớp quay 1 quay quanh Oz đưa vật từ băng chuyền A sang băng chuyền B.

 Khớp tịnh tiến 2, 3 phối hợp với nhau định vị trí cho tay kẹp

 Khớp quay 4 định hướng End-Effector

 Theo phương án này cần sử dụng 4 bậc tự do

 Đặc điểm:

 Khi đặt cơ cấu nằm giữa hai băng chuyền thì hành trình được rút ngắn so với phương án 1

 Ít bậc tự do hơn so với phương án 2

2.1.3 So sánh giữa khớp quay và tịnh tiến:

- Trên thực tế, đa số các tay máy sử dụng các khớp quay, ví dụ như các tay máy củaABB, KUKA… việc điều khiển góc quay có thể dùng các cảm biến đo góc như làEncoder, chi phí rẻ, điều khiển dễ

- Khớp tịnh tiến đa phần dùng các cơ cấu xylanh khí nén, tốc độ cao, tạo lực quán tínhlớn (đối các vật có kích thước và khối lượng đáng kể), nên chỉ phù hợp với các vật cókích thước nhỏ, hạn chế đối với các tay máy Có thể dùng thước quang làm cảm biến

đo vị trí nhưng giá thành cao, việc tìm kiếm loại thước quang cho các hành trình lớngặp khó khăn

- Vì thế, chọn khớp quay là tối ưu cho bài toán này

4 3

3

2 4

5

2 1 1

5 End-Effector

z x

y

- Từ các phương án đa đề ra và nhận xét, chọn phương án 2 làm phương án thiết kế của

đề tài, 5 bậc tự do Sơ đồ động:

3

2 4

Hình 2.7 Sơ đồ động phương án 2.

- Khâu 1 được liên kết với đế, đặt cố định, thông qua khớp quay 1 có trục thẳng đứng.Khi lấy sản phẩm và đặt sản phẩm, khâu 4 yêu cầu phải giữ phương thẳng đứng Vìvậy có thể dùng cơ cấu hình bình để định phương cho khâu 4 như sau:

Hình 2.8 Sơ đồ động của đề tài.

- Như vậy bài toán còn 4 bậc tự do, cơ cấu dẫn động có thể bố trí tại các khớp 1, 2, 3, 5

2.3 Kích thước động tay máy và cách bố trí:

Hình 2.9 Các kích thước động của tay máy.

- Chiều dài của từng khâu 1, 2, 3, 4, 5 lần lượt là: l1, l2, l3, l4, l5

- Vị trí tay máy so với các băng chuyền: có nhiều cách bố trí vị trí tay máy so với các băng chuyền, có thể bố trí chúng như sau:

w

z x

2 2

x

y

Hình 2.10 Cách bố trí vị trí tay máy.

- Tay máy đặt giữa hai băng chuyền

- Hướng của sản phẩm tại hai vị trí vuông góc nhau

h

H

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC TAY MÁY

Hình 3.1 Hệ tọa độ các khâu trên tay máy.

- Với: h: là chiều cao của khâu cố định tính từ mặt sàn đặt tay máy

H: là chiều cao của băng chuyền tính từ mặt sàn chung với tay máy

B: là khoảng cách hai băng chuyền

W: là bề rộng hai băng chuyền

- Bậc tự do của tay máy:

 5 

DOF = 6.n −∑ k p k − R0 − r − s = 6.8 −(5.10 − 6 − 0) −

k = 1 

- Khớp tại O2 phải tính là 2 khớp

- Cơ cấu có 6 ràng buộc trùng: số ràng buộc trùng của cơ cấu hình bình hành có cạnh L2 là

3 và cơ cấu hình bình hành có cạnh L3 là 3

- Với: n: là số khâu động.

k: là số ràng buộc của khớp pk

pk: là số khớp loại k

R0: là số ràng buộc trùng

r: là số ràng buộc thừa

- Biết giá trị biến

- Ma trận chuyển đổi tổng quát từ hệ tọa độ {i} về {i-1} có dạng:

cosθi −sinθi cosαi sinθi sin αi a i cosθi 

Với: Ci = cosθi ; Si = sinθi , i = 1,2,3,4,5.

- Ma trận chuyển đổi tổng thể từ hệ {5} về {0}: 0 T

0 T=0T.1 T.2 T.3 T.4 T

 C1C234C5 +S1S5 −C1C234S5 +

- Vector vị trí của điểm E hệ {0}:

- Bài toán động học vị trí ngược là tìm q =θ2 

khi đa biết 0

(3.14)