Tính toán và thiết kế mô hình robot ứng dụng trong gia công bề mặt phẳng

Nội dung đề tài trình bày đầy đủ các vấn đề cần tính toán và thiết kế mô hình robot ứng dụng trong gia công bề mặt phẳng. Vui lòng liên hệ email linhnh.ptgmail.com để có đầy đủ dữ liệu. File bạn nhận được sẽ gồm file 3D, các bản vẽ 2D, code tính toán động học, động lực học, code tính lực tĩnh học, thiết kế bộ đièu khiển PID.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phan Bùi Khôi

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 2

Nguyễn Văn Hội - 20161763 Nguyễn Phương Linh - 20162437 Nguyễn Hoàng Linh - 20162429

Mã lớp học: 115841

Hà Nội, 2020

1

Lời mở đầu

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh, mang lại những lợi ích cho con người về tất cả những lĩnh vực trong cuộc sống Để nâng cao đời sống nhân dân và hòa nhập với sự phát triển chung của thế giới, Đảng và nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu đưa đất nước đi lên thành một nước công nghiệp hóa, hiện đại hóa

Để thực hiện mục tiêu đó thì một trong những ngành cần được quan tâm phát triển nhất là ngành cơ khí nói chung và ngành cơ điện tử nói riêng vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị công cụ (máy móc, robot ) của mọi ngành kinh tế

Muốn thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán

bộ kĩ thuật có trình độ chuyên môn đáp ứng yêu cầu của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của nền khoa học công nghiệp, tự động hóa đóng vai trò vô cùng quan trọng Vì vậy công nghệ tự động hóa cần phải được đầu tư và phát triển mạnh mẽ

Trong công nghiệp hiện nay nói chung, việc máy móc tự động dần thay thế con người đang trở thành xu thế tất yếu Nhằm tạo ra một hệ thống điều khiển cho robot công nghiệp phục vụ công việc và nghiên cứu và đưa vào thực tiễn giúp nâng cao năng suất lao động Nội dung đề tài của nhóm là thiết kế mô hình robot ứng dụng trong gia công phay mặt phẳng Bài tiểu luận của nhóm trình bày các vấn đề đến việc lựa chọn cấu trúc robot, thiết kế mô hình 3D, xây dựng bài toán động học, thiết kế quỹ đạo, tính toán tĩnh học, tính toán động lực học và xây dựng hệ thống điều khiển cho robot Trong khi thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được những đóng góp của các Thầy và các bạn để nhóm sửa chữa và khắc phục Cuối cùng nhóm sinh viên xin trân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của Thầy

- PGS TS Phan Bùi Khôi đã giúp nhóm em học được rất nhiều điều và giúp em

hoàn thành tốt đề tài của môn học này

Xin trân trọng cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 2

Đánh giá

1 Nguyễn Hoàng Linh 20162429

- Khảo sát động học thuận, động học ngược

- Tính toán tĩnh học

- Tính toán động lực học

- Tính toán tĩnh học

- Tổng hợp, viết báo cáo

2 Nguyễn Văn Hội 20161763

- Thiết kế quỹ đạo chuyển động

- Thiết kế hệ thống điều khiển

- Thiết kế mô hình 3D

3 Nguyễn Phương Linh (Nhóm trưởng) 20162437

- Phân tích và lựa chọn cấu trúc

- Tính toán tĩnh học

- Thiết kế hệ dẫn động

- Kiểm nghiệm độ bền

3

Mục lục

Chương 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc 7

1.1 Phân tích mục đích ứng dụng robot 7

1.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác 7

1.3 Xác định đặc trưng kỹ thuật 9

1.4 Các phương án thiết kế cấu trúc robot, cấu trúc các khâu khớp, phân tích, chọn lựa phương án thực hiện 9

Chương 2: Thiết kế 3D mô hình robot 12

2.1 Thiết kế 3D 12

2.2 Lập bản vẽ 2D 12

Chương 3: Thiết kế quỹ đạo chuyển động 15

3.1 Khảo sát động học thuận, động học ngược 15

3.1.1 Khảo sát động học thuận 15

3.1.2 Khảo sát động học ngược 21

3.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot 21

3.2.1 Thiết kế quỹ đạo 22

3.2.2 Tính toán và mô phỏng quỹ đạo chuyển động của robot 24

Chương 4: Phân tích trạng thái tĩnh 29

Chương 5: Tính toán động lực học 37

5.1 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot 37

5.2 Tính toán động lực học ngược 40

Chương 6: Thiết kế hệ thống dẫn động 41

6.1 Thiết kế hệ thống dẫn động 41

6.3 Chọn động cơ phù hợp 47

6.4 Tính chọn hộp giảm tốc 48

6.5 Thiết kế 3D và kiểm nghiệm bền các khâu của Robot 48

Chương 7 Thiết kế hệ thống điều khiển 54

7.1 Cơ sở lý thuyết 54

7.2 Mô phỏng bằng MATLAB 56

Chương 8: Kết luận 61

4

Danh mục hình ảnh

Hình 1 1: Một số loại mặt phẳng trong gia công cơ khí 8

Hình 1 2: Không gian thao tác của robot TTT 8

Hình 1 3: Cấu trúc robot RRT 9

Hình 1 4: Cấu trúc robot RTT 10

Hình 1 5: Cấu trúc robot TTT 10

Hình 2 1: Mô hình robot gia công mặt phẳng 12

Hình 2 2: Kích thước của khâu đế 12

Hình 2 3: Kích thước của khâu 1 13

Hình 2 4: Kích thước của khâu 2 13

Hình 2 5: Kích thước của khâu 3 14

Hình 3 1: Quy ước đặt hệ trục toạ độ theo phương pháp Danevit-Hatenberg 16

Hình 3 2: Các trục của robot xác định theo quy tắc D-H 17

Hình 3 3: Đồ thị quỹ đạo x, y, z của điểm cuối tác động 20

Hình 3 4: Đồ thị quỹ đạo 3D của điểm cuối tác động 20

Hình 3 5: Kích thước phôi cần gia công 22

Hình 3 6: Quỹ đạo chuyển động của chu trình phay mặt phẳng 27

Hình 3 7: Đồ thị toạ độ x, y, z trong suốt chu trình 27

Hình 3 8: Đồ thị vận tốc Vx, Vy, Vz trong suốt quá trình 28

Hình 3 9: Đồ thị Ax, Ay, Az trong suốt quá trình 28

Hình 6 1: Kết cấu ổ đỡ 41

Hình 6 2: Catalog vít me bi của hãng TBI 44

Hình 6 3: Ổ bi đỡ 1 dãy d=12-22 44

Hình 6 4: Catalog ổ bi 45

Hình 6 5: Sơ đồ lực dọc trục 45

Hình 6 6: Bảng thông số của động cơ 48

Hình 6 7: Bảng thông số của khớp nối 48

Hình 6 8: Ứng suất tại khâu đế 50

Hình 6 9: Ứng suất tại khâu 1 50

Hình 6 10: Ứng suất tại khâu 2 51

Hình 6 11: Ứng suất tại khâu 3 51

Hình 6 12: Chuyển vị của khâu đế 52

Hình 6 13: Chuyển vị tại khâu 1 52

Hình 6 14: Chuyển vị tại khâu 2 53

Hình 6 15: Chuyển vị tại khâu 3 53

Hình 7 1: Sơ đồ khối điều khiển Robot 56

5

Hình 7 2: Mô hình hoá Robot bằng Matlab & Simulink 57

Hình 7 3: Sơ đồ khối bộ điều khiển PD 57

Hình 7 4: Sơ đồ bên trong khối lực điều khiển 58

Hình 7 5: Sơ đồ khối Robot 58

Hình 7 6: Sơ đồ khối Scope 59

Hình 7 7: Đồ thị đáp ứng của hệ toạ độ điểm thao tác E 59

Hình 7 8: Sơ đồ vận tốc điểm thao tác 60

6

Danh mục bảng

Bảng 1: Các tham số động học Denavit - Hatenberg 17

Bảng 2: Bảng tham số động học Denavit - Hatenberg cho robot TTT 17

Bảng 3: Toạ độ các điểm trong quá trình gia công 23

Bảng 4: Thời gian gia công cho từng quá trình 24

Bảng 5: Các thông số kỹ thuật của vật liệu 49

7

Chương 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc

1.1 Phân tích mục đích ứng dụng robot

Robot đang ngày càng được ứng dụng nhiều trong gia công cơ khí do có nhiều

ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế Số bậc tự do, cấu trúc khâu khớp càng nhiều thì khả năng chuyển động thao tác của robot càng linh hoạt Robot công nghiệp có cấu trúc nối tiếp đã đạt được nhiều thành tựu qua các thập kỷ, các lĩnh vực đã được áp dụng như sơn, hàn, lắp ráp…Theo Hiệp hội Robot quốc tế, số lượng robot sử dụng trong công nghiệp ngày càng tăng mạnh, theo thống kê năm 2018 cho thấy sản lượng robot tiêu thụ công nghiệp trên thế giới từ năm 2015 đến năm 2017 tăng thêm khoảng 310,000 đơn vị robot mỗi năm Số lượng robot được ứng dụng trong gia công cơ khí (tiện, phay, mài, …) chiếm khoảng 73,7%

Quá trình ứng dụng robot gia công cơ khí (tiện, phay, mài, đánh bóng, cắt…)

đã và đang được nghiên cứu phát triển rất mạnh mẽ Trong đó nguyên công phay mặt phẳng là một nguyên công quan trọng trong gia công cơ khí Yêu cầu kỹ thuật bao gồm độ phẳng và độ nhám bề mặt Tuy rằng, việc gia công cũng có thể thực hiện trên máy phay CNC, nhưng giá đầu tư cho một máy CNC tốn hơn giá đầu tư cho một robot công nghiệp Ưu điểm của robot công nghiệp là dễ thiết đặt cấu hình sử dụng,

có thể gia công với nhiều loại dụng cụ, dễ dàng gá lắp Việc gia công bằng robot còn mang đến năng suất cao, giảm được giá thành sản xuất, gia công chính xác được yêu cầu kỹ thuật

Với xu thế áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất để năng cao năng suất

và hiệu quả kinh tế của sản phẩm, nhóm em xin được thực hiện thiết kế robot phay mặt phẳng với mục đích thay thế máy phay truyền thống Robot có thể được sử dụng như một khâu trong quá trình tự động hóa sản xuất, giúp quá trình sản xuất diễn ra liên tục, tiết kiệm thời gian nhưng chất lượng sản phẩm vẫn được đảm bảo

1.2 Phân tích yêu cầu kỹ thuật thao tác

a Đối tượng thao tác, dạng thao tác

- Đối tượng thao tác là loại mặt phẳng cần gia công trên phôi Có thể là mặt phẳng ngang, mặt phẳng song song – vuông góc, mặt bậc, mặt phẳng nghiêng

Trong phạm vi học phần này nhóm em xin lựa chọn gia công phay mặt phẳng nằm ngang

- Dạng thao tác: Dao phay luôn vuông góc với mặt phẳng của phôi trong suốt quá trình gia công

Phân tích yêu cầu về vị trí

8

- Vị trí của phôi phải nằm trong vùng hoạt động của robot

Hình 1 1: Một số loại mặt phẳng trong gia công cơ khí

b Yêu cầu về hướng của khâu thao tác

- Dao phay có phương thẳng đứng, vuông góc với bàn máy và mặt phẳng phôi trong suốt quá trình gia công

c Yêu cầu về vận tốc, gia tốc khi thao tác

- Chuyển động của dao phay có vận tốc không đổi, gia tốc bằng không

- Vận tốc và gia tốc có thể lựa chọn tùy thuộc vào loại vật liệu làm phôi, loại dao gia công và bề mặt gia công

d Yêu cầu về không gian thao tác

Hình 1 2: Không gian thao tác của robot TTT

9

1.3 Xác định đặc trưng kỹ thuật

a Số bậc tự do cần thiết

- Để thực hiện quá trình gia công phay trong không gian, thì robot tối thiếu cần

3 bậc tự do đủ để đáp ứng khả năng linh hoạt

b Vùng làm việc có thể với tới của robot

- Chưa có số liệu

c Yêu cầu về tải trọng

1.4 Các phương án thiết kế cấu trúc robot, cấu trúc các khâu khớp, phân tích, chọn lựa phương án thực hiện

a Các phương án thiết kế

Để gia công phay mặt phẳng, ta cần robot phải bao quát được tất cả các điểm

ở trên mặt phẳng, khâu cuối chứa dao phải luôn vuông góc với bàn máy Để đáp ứng được yêu cầu ta cần phải thiết kế robot 3 bậc tự do

Phương án 1:

❖ Cấu trúc robot gồm 2 khớp quay quanh trục Z và 1 khớp chuyển động tịnh tiến lên xuống theo chiều trục Z

❖ Ưu điểm:

- Robot chiếm diện tích sử dụng ít

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

- Dễ kiểm soát khi thao tác

Hình 1 3: Cấu trúc robot RRT

❖ Nhược điểm:

- Không tận dụng được tối đa không gian làm việc của robot

- Không đảm bảo tính liên tục khi gia công phay

- Khả năng linh hoạt cao

- Dễ dàng thực hiện thao tác khi gia công

❖ Nhược điểm:

- Độ chính xác phụ thuộc vào chuyển động của trục tịnh tiến

Phương án 3:

Hình 1 5: Cấu trúc robot TTT

- Khả năng linh hoạt tốt

- Tay máy có độ cứng vững cao

- Tận dụng được không gian làm việc một các tối đa

❖ Nhược điểm:

- Thiết bị khó chế tạo đo cần độ chính xác cao

- Diện tích chiếm dụng bề mặt robot lớn

Kết luận: Dựa trên các phân tích về mô hình đề xuất, nhóm đã nhận thấy mô

hình cấu trúc robot TTT là phù hợp với yêu cầu Mô hình cấu trúc robot ba bậc tịnh tiến được lựa chọn cho các bước tính toán tiếp theo

Hình 2 1: Mô hình robot gia công mặt phẳng

2.2 Lập bản vẽ 2D

Hình 2 2: Kích thước của khâu đế

13

Hình 2 3: Kích thước của khâu 1

Hình 2 4: Kích thước của khâu 2

14

Hình 2 5: Kích thước của khâu 3

15

Chương 3: Thiết kế quỹ đạo chuyển động

3.1 Khảo sát động học thuận, động học ngược

3.1.1 Khảo sát động học thuận

Có rất nhiều loại khớp được sử dụng trong robot Về mặt động học các khớp được phân biệt bởi số khả năng chuyển động tương đối mà hai khâu nối với nhau có thể thực hiện được Số khả năng thực hiện chuyển động độc lập tương đối của hai khâu nối với nhau bởi khớp được gọi là bậc tự do Có hai loại khớp cơ bản được ứng dụng nhiều trong robot là khớp quay và khớp tịnh tiến

Động học robot nghiên cứu chuyển động các khâu của robot về phương diện hình học, không cần quan tâm đến lực và momen gây ra chuyển động Động học robot là bài toán rất quan trọng trong việc phục vụ tính toán và thiết kế robot Công việc chủ đạo của bài toán động học thuận là cho biết chuyển động của các biến khớp,

ta cần phải xác định được chuyển động của các tọa độ thao tác Ngược lại với bài toán này chính là bài toán về động học ngược, ta xác định chuyển động của các biến khớp dựa trên cơ sở đã biết về các chuyển động của các tọa độ thao tác

Bài toán động học thuận của robot cho biết quy luật chuyển động (vị trí, vận tốc, gia tốc) của các khâu, khớp nhờ cảm biến Yêu cầu xác định quy luật chuyển động (vị trí, hướng, vận tốc, gia tốc) của khâu thao tác

- Bài toán động học thuận về vị trí

Bài toán động học thuận xác định vị trí và hướng của dụng cụ gia công đối với chi tiết gia công, cung cấp thông tin cho việc điều khiển robot tiếp cận đối tượng và thực hiện quá trình thao tác công nghệ lên đối tượng gia công

Với vector q của các biến khớp q1, q2, qn đã được cho trước

- Bài toán động học thuận về vận tốc được thực hiện để xác định vận tốc p của

dụng cụ đối với đối tượng gia công, khi thay các toạ độ khớp q, vận tốc khớp q được xác định nhờ cảm biến và trạng thái p của dụng cụ cắt khi ra công vào đạo hàm cấp

1 của phương trình ma trận bên trên

- Bài toán thuận về gia tốc là xác định gia tốc p của dụng cụ đối với đối tượng gia công Thay các vector toạ độ khớp q, vận tốc khớp q, gia tốc khớp qđược xác

16

đingj nhờ cảm biến và trạng thái p, vận tốc pcủa dụng cụ cắt khi gia công vào đạo hàm cấp 2 của phương trình ma trận trên và giải sẽ xác định được p

Quy ước đặt hệ trục tọa độ:

Hình 3 1: Quy ước đặt hệ trục toạ độ theo phương pháp Denavit-Hatenberg

Theo phương pháp Denavit – Hetenberg (1955) đã quy ước về cách đặt hệ tọa độ Decard gắn vào mỗi khâu của một tay máy robot như sau:

- Trục zi được liên kết với trục của khớp thứ i+1 Chiều zi được chọn tùy ý

- Trục xi được xác định là đường vuông góc chung giữa trục khớp i và khớp i+1, hướng từ điểm trục của khớp i tới khớp i+1 Nếu 2 trục song song thì xi có thể chọn bất kì là đường vuông góc chung hai trục khớp Trong trường hợp hai trục này cắt nhau, xi được xác định theo chiều của zi ×zi+1 (hoặc theo quy tắc bàn tay phải)

- Trục yi được xác định theo xi và zi theo quy tắc bàn tay phải

Cách xác động các thông số của bảng Denavit – Hatenberg

Vị trí của hệ tọa độ khớp (Oxyz)I đối với hệ tọa độ khớp (Oxyz)i-1 được xác định bởi 4 tham số θ i , d i , a i , α i như sau:

- d i: Khoảng cách Oi-1 và Oi theo Zi-1

- θ i: Góc giữa 2 đường vuông góc chung Là góc quay quanh trục Zi-1 để trục

Xi-1 chuyển đến trục Xi theo quy tắc bàn tay phải

- α i: Góc xoay đưa trục Zi-1 về Zi quanh Zi theo quy tắc bàn tay phải

- a i: Khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau

17

Bảng 1: Các tham số động học Denavit - Hatenberg

Gỉa sử ta đã có bảng tham số động học Denavit – Hatenberg của một robot như sau:

Từ đây ta xác định được các ma trận hàm truyền từ hệ tọa độ i-1 sang hệ tọa

độ i theo công thức dưới như ma trận sau:

1

i i

A

a a d

Bảng tham số động học theo Denavit – Hatenberg

Hình 3 2: Các trục của robot xác định theo quy tắc D-H

- Các ma trận D - H chuyển từ hệ toạ độ khâu

• Ma trận chuyển từ hệ toạ độ 0 sang hệ toạ độ 1

18

0 1

• Ma trận chuyển từ hệ toạ độ 1 sang hệ toạ độ 2

• Ma trận chuyển từ hệ toạ độ 2 sang hệ toạ độ 3

2 3

3 3

Từ ma trận thuần nhất tính được bên trên, ta có được ma trận cosin chỉ hướng

từ hệ tọa độ (Oxyz)0 sang hệ tọa độ (Oxyz)3 và vị trí của điểm cuối thao tác trong hệ tọa độ 0 là

- Ma trận cosin chỉ hướng từ hệ tọa độ (Oxyz)0 sang hệ tọa độ (Oxyz)3:

0 3

19

3 (0)

4500.(sin( ) 1)

3

t q

t q

t q

20

Hình 3 3: Đồ thị quỹ đạo x, y, z của điểm cuối tác động

Hình 3 4: Đồ thị quỹ đạo 3D của điểm cuối tác động

21

3.1.2 Khảo sát động học ngược

Bài toán động học ngược của robot là tìm quy luật chuyển động của các khớp tương ứng với quy luật chuyển động của dụng cụ tại từng thời điểm gia công, theo yêu cầu kỹ thuật tạo hình bề mặt yêu cầu

- Bài toán động học ngược về vị trí: Từ các toạ độ thao tác p được xác định theo thông số của đường dụng cụ, yêu cầu tìm ra các toạ độ khớp q

Bước 1: Cho quy luật chuyển động của điểm cuối tác động (Đầu dao phay của Robot)

Bước 2: Xác định quy luật chuyển động của các khâu

Bước 3: Vẽ đồ thị biểu diễn quy luật chuyển động của các khâu

Ma trận cấu hình của khâu thao tác như sau:

11 12 13

21 22 23 0

Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot bao gồm thiết kế quỹ đạo hình học và thiết kế quỹ đạo động học Thiết kế quỹ đạo hình học là xác định đường tạo hình nơi điểm cắt dụng cụ dịch chuyển dọc trên đó sao cho dụng của đảm bảo vị trí và hướng

22

theo yêu cầu thao tác công nghệ Thiết kế quỹ đạo động học được thực hiện dựa trên phương pháp tam diện trùng theo, thiết lập được điều kiện động học tạo hình của robot, sau đó dùng phương pháp biến đổi toạ độ, vận tốc chuyển động tương đối giữa dụng cụ cắt và bề mặt gia công được tính toán và cho phép biểu diễn quy luật chuyển động tạo hình theo thời gian

Yêu cầu kỹ thuật theo tác công nghệ gia công cơ khí là đảm bảo vị trí tương đối của dụng cụ gia công đối với đối tượng gia công và tốc độ dịch chuyển tương đối giữa dụng cu và đối tượng nhằm đảm bảo vận tốc cắt

3.2.1 Thiết kế quỹ đạo

Hình 3 5: Kích thước phôi cần gia công

Với yêu cầu gia công phay mặt đầu cho phôi có kích thước là 200x150x50 (mm) Gia công phôi với mặt đầu khoảng 0,5 (mm)

Robot thực hiện gia công mặt đầu nên phải thiết kế quỹ đạo sao cho phù hợp, đảm bảo với chế độ cắt của dao (hay đảm bảo chất lượng gia công của chi tiết)

Với yêu cầu thiết kế của học phần này, nhóm em xin chọn dao phay mặt đầu

có đường kính là ϕ = 42 (mm), số răng là 5 răng chế độ cắt như sau:

- Vận tốc dao: nmax = 3000 vòng/phút

- Chiều sâu cắt: tmax = 5 mm

Tốc độ tiến dao khi không cắt s = 10 mm/s

Trong quá trình gia công sẽ có quá trình dao di chuyển mà không thực hiện

chuyển động cắt nên để tránh tình trạng dao va chạm vào phôi dẫn đến làm hỏng dao nhóm xem đề xuất thiết kế quỹ đạo chuyển động là các đoạn thẳng song song với trục x, y, z

Dựa vào công thức tính trong sách Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2 ta tính

được:

- Lực cắt Pz=22(N)

- Lực hướng tâm: Py= 13(N) (Là lực tác dụng lên phương z: Fz)

- Lực dọc trục: Px =10 (N) (Là lực tác dụng lên phương x: Fx)

Lực trên phương y bị triệt tiêu và bỏ qua mô men lực tác dụng lên trục chính

Do trong quá trình cắt sẽ có quá trình dao di chuyển mà không quay trục chính nên

để tránh va chạm với phôi dẫn đến hỏng dao nhóm em đề xuất thiết kế quỹ đạo

chuyển động là các đoạn thẳng song song với các trục x, y, z Và vì độ sâu cắt tối

đa của dao mà nhóm đã chọn ở trên là t mm max = 5( ) nên quá trình cắt sẽ gồm 3

chu trình, mỗi chu trình cắt sau 5mm Các điểm mà mũi dao (điểm tác động cuối E)

sẽ đi qua là A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11, A12, A0

Bảng 3: Toạ độ các điểm trong quá trình gia công

24

Bảng 4: Thời gian gia công cho từng quá trình

Tổng thời gian thực hiện của toàn bộ chu trình là: 197s

3.2.2 Tính toán và mô phỏng quỹ đạo chuyển động của robot

Trong qua trình gia công, dao thực hiện gia công trên các đoạn A3-A4, A6, A7-A8, A9-A10 nên quỹ đạo trên các đoạn này phải theo quy luật vận tốc hình thang (để đảm bảo chất lượng của sản phẩm sau khi gia công) Trên các đoạn còn lại chỉ có yêu cầu về di chuyển đúng vị trí nên nhóm em sẽ xây dựng quỹ đạo theo quy luật hàm bậc 3

A5-Do quỹ đạo trên các đoạn biến đổi theo quy luật là giống nhau, các phép toán

cơ bản là giống nhau, chỉ cần thay thông số đầu vào như điểm đầu, điểm cuối, và thời gian thực hiện (trên các đoạn có quỹ đạo biến đổi theo hàm bậc 3) và thêm vận tốc di chuyển tối đa ( Vmax = Smax) và đoạn tăng tốc, giảm tốc (S) (trên các đoạn

có quỹ đạo biến đổi theo quy luật vận tốc hình thang) nên nhóm em sẽ trình bày cách tính toán trên đoạn mẫu và xây dựng chương trình con trong matlab dựa trên đoạn mẫu này

❖ Thiết kế quỹ đạo biến đổi theo quy luật hàm bậc 3:

Dữ liệu đầu vào:

- Điểm đầu M x y z ( ;0 0; 0)

- Điểm cuối N x ( E; y zE; E)

- Thời điểm bắt đầu t 0 , thời điểm kết thúc t e.

Ta thực hiện xây dựng quỹ đạo và chương trình con trên phần mềm Matlab cho đoạn thẳng:

Phương trình đường thẳng trong không gian có dạng:

Căn cứ vào điều kiện đầu vào ta có:

Tại thời điểm ban đầu t 0:

0

0 0

a x a

x x a

t t

x x a

❖ Thiết kế quỹ đạo biến đổi theo quy luật vân tốc hình thang

Các thông số đầu vào:

- Điểm đầu M x y z ( ;0 0; 0)

- Điểm cuối N x ( E; y zE; E)

- Thời điểm bắt đầu, kết thúc t0, te

- Vận tốc tối đa Vmax = 10 (mm/s2)

- Đoạn tăng tốc và giảm tốc: S = 20(mm)

0

a

a z

a V a

max

max 2

a

V

T V

T V c

max

2

a

S T

V

=

Từ các dữ liệu, các phương trình trên thực hiện lập trình trên phần mềm

MATLAB để kiểm tra kết quả

❖ Kết quả thu được sau khi thực hiện lập trình trên MATLAB:

27

Hình 3 6: Quỹ đạo chuyển động của chu trình phay mặt phẳng

Hình 3 7: Đồ thị toạ độ x, y, z trong suốt chu trình

28

Hình 3 8: Đồ thị vận tốc Vx, Vy, Vz trong suốt quá trình

Hình 3 9: Đồ thị Ax, Ay, Az trong suốt quá trình

29

Chương 4: Phân tích trạng thái tĩnh

Phân tích lực tĩnh học robot là một vấn đề quan trọng trong việc xác định giá trị của lực truyền qua các khớp của cơ cấu Kết quả này sẽ là cơ sở cho việc thiết kế lựa chọn kích thước các khâu và các ổ đỡ cho robot cũng như để lựa chọn các động

cơ dẫn thích hợp

Kết quả này cũng có thể được sử dụng vào việc điều khiển sự tuân thủ của tay máy Phương pháp được sử dụng ở đây là tách cấu trúc và cân bằng từ khâu cuối (n) đến khâu nối giá (1) bằng các sử dụng tiên đề tác dụng bằng phản tác dụng

Các kí hiệu được sử dụng trong phần phân tích trạng thái tĩnh

r Vector có gốc tại Oi, mút tại Ci

1

i i

r− Vector có gốc tại Oi, mút tại Oi-1

Hệ phương trình cân bằng lực trong toạ độ khâu i:

, 1 1, , 1 1, 1 , 1

Áp dụng cho bài toán tĩnh học của robot phay mặt phẳng ngang TTT

Giả sử lực từ robot tác dụng lên đối tượng công nghệ F, M:

30

a r

002

002

200

C

a r

31

3,2 4,3 3

3 3 3 3 3 3 3 3 3,2 4,3 2 3,2 C3 3

0 0 02

0 0 02