Thiết kế và chế tạo robot song song rps

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG RPS Học viên: Võ Ngọc Sơn Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Mã số: 8.52.01.14 Khóa: K32 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Robot song song

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ NGỌC SƠN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG RPS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ NGỌC SƠN

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG RPS

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

VÕ NGỌC SƠN

MỤC MỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC MỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 2

6 Cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan cơ bản Robot có cấu trúc song song 4

1.1.1 Robot có cấu trúc song song 4

1.1.2 Phân loại chung về Robot 5

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài 7

1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu của thế giới về robot song song 7

1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước về robot song song 13

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG 17

2.1 Lý thuyết về phân tích động học 17

2.1.1 Các phương trình liên kết cho Robot song song RPS tổng quát 17

2.1.2 Bài toán động học thuận 21

2.1.3 Bài toán động học ngược 21

2.2 Tính toán các chỉ số hoạt động robot 22

2.3 Giới Thiệu Arduino NANO 25

CHƯƠNG 3 29THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG RPS 29

3.1 Thiết Kế Hệ Thống Cơ Khí 29

3.1.1 Chọn phương án sơ đồ động để thiết kế robot RPS 29

3.1.2 Thông số cơ bản của Robot RPS 30

3.1.3 Phạm vi hoạt động của Robot 31

3.1.4 Bài toán động học 31

3.1.5 Lựa Chọn Các Thành phần cơ khí 44

3.2 Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển 47

3.2.1.Sơ đồ khối m hình điều khiển 47

3.2.2 Mach hiển thị LCD I2C 48

3.2.3 Mạch cấp nguồn cho hệ thống 49

3.2.4 Mạch điều khiển: 50

3.2.5 Mạch điều khiển động cơ Cylinder 51

3.2.6 Tạo giao diện điều khiển GUI 52

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ CHẾ TẠO ROBOT 56

4.1 Kết quả mô hình Robot sau khi chế tạo xong 56

4.2 Giao Diện Điều Khiển Sau Khi Hoàn Thành 57

KẾT LUẬN CHUNG 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 60

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT SONG SONG RPS

Học viên: Võ Ngọc Sơn Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử

Mã số: 8.52.01.14 Khóa: K32 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Robot song song RPS đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi tại các nhà

máy trên toàn tế giới vì nó có nhiều ưu điểm hơn so với mô hình robot nối tiếp như khả năng chịu tải trọng lớn, độ cứng vững cao, độ chính xác cao Tuy nhiên, Robot song song vẫn tồn tại một số nhược điểm như vùng làm việc bị hạn chế,việc giải bài toán động học

và động lực học phức tạp, tồn tại nhiều điểm kỳ dị trong vùng làm việc nên việc điều khiển trở nên phức tạp hơn Trong đề tài này, tác giả tiến hành nghiên cứu mô hình Robot song song RPS, phân tích động học thuận, động học ngược robot Kết quả phân tích được

sử dụng trong phân tích vùng làm việc, các điểm kỳ dị cũng như các chỉ số hoạt động robot Từ việc lựa chọn các thành phần cơ khí, tác giả đã thiết kế và chế tạo Robot song song RPS Các phân tích về các bài toán động học và hệ thống điều kiển cũng được giới thiệu trong luận văn Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt được và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo.

DESIGN AND MANUFACTURE PARALLEL ROBOT RPS Abstract - RPS parallel robots are being developed and widely used in factories around

the world as it has many advantages over serial robot models such as large load capacity, high stiffness,excellent accuracy However, parallel robots still have some disadvantages such as limited workspace, complex dynamics and complex dynamics, there are many singular points in the work area, so the control becomes more complex In this topic, the author conducts the study of RPS parallel robot model, dynamic kinematics analysis, reverse robot robot Analytical results are used in work area analysis, singularities as well as robot performance indicators From the selection of mechanical components, the author has designed and manufactured the parallel robot RPS Analyzes

of dynamical problems and control systems are also presented in the dissertation The achieved results are summarized and perspective of the work is provided

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

1.1 Tay máy song song đƣợc Eric Gough hoàn thiện và chế tạo tại hãng

1.8 Sử dụng thử nghiệm robot VNR-T1 trong đào tạo Ảnh V Đức 14

1.10 Robot SM6 chuẩn bị tích hợp trong quy trình hàn ghép tại tại Xí

3.8 Vận tốc chuyển động tịnh tiến của các piston 37

Số

3.13 Vận tốc chuyển động tịnh tiến của các piston 39

3.18 Vận tốc chuyển động tịnh tiến của các piston 42

3.22 Vận tốc chuyển động tịnh tiến của các piston 44

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, robot song song được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, thiết bị y tế, khoa học quân sự,… bởi vì nó có nhiều ưu điểm so với mô hình robot nối tiếp như khả năng chịu tải trọng lớn (large load capacity), độ cứng vũng cao (high stiffness), độ chính xác cao (excellent accuracy), … Tuy nhiên, robot song song vẫn tồn tại một số nhược điểm như vùng làm việc bị hạn chế (limited workspace), việc giải bài toán động học và động lực học phức tạp, tồn tại nhiều điểm kỳ dị trong vùng làm việc nên việc điều khiển trở nên phức tạp hơn

Nhiều kết cấu robot song song được sử dụng tùy theo ứng dụng, như Stewart – Gough robot, giới thiệu lần đầu bởi Gough và được thiết kế ứng dụng trong mô hình mô phỏng lái máy bay bởi Stewart Robot này có 6 bậc tự do, nên nó thường được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi chuyển động lớn Tuy nhiên trong nhiều ứng dụng công nghiệp, hệ thống chỉ cần các robot hoạt động với ít bậc tự do hơn, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động động bộ của hệ thống Chính vì vậy một số

m hình robot được giới như robot H4 với 4 bậc tự do, được sử dụng trong pick và place với tốc độ cao, giới thiệu bởi c ng ty Poerot năm 1999, robot Delta – 3 bậc tự

do với 3 khâu chấp hành tịnh tiến , robot Delta với 3 khâu chấp hành quay , Robot phẳng hai bậc tự do RR, … Năm 1993, Hunt giới thiệu mô hình robot 3RPS (R – Revolute, P – Prismatic; S – Spherical), chuyển động dọc theo trục z, quay quanh trục x và trục y Kết cấu robot gồm có 1 tấm đế cố định và một tấm chuyển động (thường được gắn cơ cấu chấp hành) được nối với nhau bới ba chân thông qua 3 khớp ở mỗi chân Giữa tấm đế và chân nối nhau bởi khớp quay, giữa tấm chuyển động và chân là khớp cầu, nối giữa hai khớp quay và khớp cầu là cơ cấu chấp hành tịnh tiến

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tác giả tiến hành nghiên cứu m hình robot song song RPS, phân tích động học thuận, động học ngược robot Kết quả phân tích được sử dụng trong phân tích vùng làm việc, các điểm kỳ dị cũng như các chỉ số hoạt động (Performace Index)

robot

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài thực hiện với nội dung chủ yếu sau:

- Nghiên cứu tổng quan về robot song song

- Nghiên cứu lý thuyết và giải bài toán động học của robot RSP

- Phân tích vùng làm việc, các điểm kỳ dị, các chỉ số hoạt động của robot

- Thiết kế và chế tạo mô hình robot song song RPS

4 Phương pháp nghiên cứu

- Cách tiếp cận: Tìm hiểu và phân tích các nghiên cứu về robot song song, robot RPS và các bài toán tối ưu hóa

- Phương pháp nghiên cứu:

•Nghiên cứu lý thuyết và mô hình

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn

- Được sử dụng cho các nghiên cứu khác liên quan đến robot song song

6 Cấu trúc luận văn

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

 Mục tiêu

 Đối tượng nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT SONG SONG

1.1.Tổng quan cơ bản về robot song song RPS

 1.1.1 Robot có cấu trúc song song

 1.1.2 Phân loại chung về Robot

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài

 1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu của thế giới về robot song song

 1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước về robot song song

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG

2.1 Lý thuyết về phân tích động học :

 2.1.1 Các phương trình liên kết cho Robot song song RPS tổng quát

 2.1.2 Bài toán động học thuận

 2.1.3 Bài toán động học ngược

2.2 Tính toán các chỉ số hoạt động robot

 2.2.1 Tính toán vị trí cho robot song song RPS cụ thể

2.3 Giới Thiệu Arduino NANO

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT

3.1 Thiết Kế Hệ Thống Cơ Khí:

 3.1.1 Chọn phương án sơ đồ động để thiết kế robot RPS

 3.1.2 Thông số cơ bản của Robot RPS

 3.1.3 Phạm vi hoạt động của Robot

 3.1.4 Bài toán động học

 3.1.5 Lựa chọn các thành phần cơ khí

3.2.Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển :

 3.2.2 Mach hiển thị LCD I2C

 3.2.1.Sơ đồ khối m hình điều khiển

 3.2.3 Mạch cấp nguồn cho hệ thống

 3.2.4 Mạch điều khiển

 3.2.5 Mạch điều khiển động cơ Cylinder

 3.2.6 Tạo giao diện điều khiển GUI

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ CHẾ TẠO ROBOT 4.1 Kết quả mô hình Robot sau khi chế tạo xong 4.2 Giao diện điều khiển sau khi hoàn thành KẾT LUẬN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan cơ bản Robot có cấu trúc song song

1.1.1 Robot có cấu trúc song song

a) Giới thiệu chung:

Xuất phát từ nhu cầu và khả năng linh hoạt hoá trong sản xuất, các cơ cấu Robot cũng ngày càng phát triển rất đa dạng và phong phú Trong những thập niên gần đây, Robot cấu trúc song song được Gough và Whitehall nghiên cứu năm 1962

và sự chú ý ứng dụng của Robot cấu trúc song song đã được khởi động bởi Stewart, vào năm 1965 ng là người cho ra đời buồng tập lái máy bay dựa trên cấu trúc song song Hiện nay cơ cấu song song được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

Loại Robot song song điển hình gồm có bàn máy động được nối với giá cố định, dẫn động theo nhiều nhánh song song hay còn gọi là số chân thường số chân bằng số bậc tự do, được điều khiển bằng nguồn phát động đặt trên giá cố định hoặc ngay trên chân Chính lý do này mà các Robot song song đ i khi còn gọi là các Robot có bệ

Do tính ưu việt của Robot song song nên ngày càng thu hút được nhiều nhà khoa học nghiên cứu đồng thời cũng được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

+ Ngành Vật lý: giá đỡ kính hiển vi, giá đỡ thiết bị đi chính xác

+ Ngành Cơ khí: máy gia c ng cơ khí chính xác, máy c ng cụ CNC

+ Ngành Bưu chính viễn th ng: giá đỡ ăngten, vệ tinh địa tĩnh

+ Ngành chế tạo Ôtô: hệ thống thử tải lốp Ôtô, buồng tập lái Ô tô

+ Ngành quân sự: Robot song song được dùng làm bệ đỡ ổn định được đặt trên tầu thuỷ, trên xe, tren máy bay, trên chiến xa và các tàu ngầm Để giữ cân bằng cho angten, camera theo dõi mục tiêu, cho rada, cho các thiết bị đo laser, bệ ổn định cho phóng tên lửa, buồng tập lái máy bay, xe tăng, tàu chiến…

b) Một số ưu nhược điểm của robot song song:

Nhìn chung, tất cả các loại Robot có cấu trúc song song đều có nhiều ưu điểm và có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, các bộ mô hình máy bay, các khung đỡ kiến trúc khớp nối điều chỉnh, các máy khai thác mỏ…

- Tất cả các lực tác động đồng thời được chia sẻ cho tất cả các chân

- Cấu trúc động học một cách đặc biệt của các khớp liên kết cho phép chuyển tất cả lực tác dụng thành các lực kéo/nén của các chân

- Có thể thực hiện được các thao tác phức tạp và hoạt động với độ chính xác cao: với cấu trúc song song, sai số chỉ phụ thuộc vào sai số dọc trục của các cụm cơ cấu chân riêng lẻ và các sai số không bị tích luỹ

- Các cơ cấu chấp hành đều có thể định vị trên tấm nền

- Tầm hoạt động của Robot cơ cấu song song rất rộng từ việc lắp ráp các chi tiết cực nhỏ tới các chuyển động thực hiện các chức năng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao như: phay, khoan, tiện, hàn, lắp ráp…

- Các Robot song song làm việc không cần bệ đỡ và có thể di chuyển tới mọi nơi trong m i trường sản xuất Chúng có thể làm việc ngay cả khi trên thuyền và treo trên trần, tường…

- Giá thành của các Robot song song ứng dụng trong gia c ng Cơ khí ít hơn

so với máy CNC có tính năng tương đương

 Nhược điểm:

Tuy nhiên các Robot song song cũng có nhược điểm nhất định khi so sánh với các Robot chuỗi như:

- Khoảng không gian làm việc nhỏ và khó thiết kế

- Việc giải các bài toán động học, động lực học phức tạp

- Có nhiều điểm suy biến (kỳ dị) trong không gian

1.1.2 Phân loại chung về Robot

Robot có thể phân loại theo nhiều tiểu chuẩn, số bậc tự do động học, hệ thống truyền động, dạng hình học của chi tiết gia c ng, các đặt tinh chuyển động

a) Phân loại theo số bậc tự do

Sơ đồ phân loại Robot thường dùng là theo số bậc tự do Một cách lý tưởng

cơ cấu chấp hành phải có 6 bậc tự do để sử lý đối tượng một cách tự do trong không gian 3 chiều Theo quan điểm này, Robot da năng có 6 bậc tự do và Robot thiếu có nhất ít hơn 6 bậc tự do, Robot dư có thêm một bậc tự do dể di chuyển qua các hướng chướng ngại vật hoặc trong không gian hẹp Mặt khác, đối với một số ứng

dụng đặt biệt, chẳng hạn lắp ráp các chi tiết trên mặt phẳng chỉ có Robot 4 bậc tự do

là đủ

b) Phân loại theo cấu trúc động học

Robot được gọi là Robot nối tiếp nếu cấu trúc động học có dạng chuỗi vòng

hở, Robot song song nếu có chuỗi vòng kín, và Robot lai nếu có vòng kín và vòng hở

c) Phân loại theo hệ thống truyền động

Có 3 hệ thống truyền động phổ biến là điện, thuỷ lực và khí nén được dùng

cho Robot Hầu hết các cơ cấu chấp hành đều sử dụng động cơ bước hoặc động cơ

trợ động DC, do chúng tương đối dễ điều khiển Tuy nhiên khi cần tốc độ cao và

khả năng mang tải cao, thường dùng chuyển động thuỷ lực hoặc khí nén có tính linh

hoạt khá cao Mặc dù truyền động khí nén sạch và nhanh nhưng khó điều khiển do

không khí là chất khí nén được

Trong cơ cấu nối tiếp, nói chung một bộ tác động được dùng để điều khiển

chuyển động của từng khớp Nếu từng khâu chuyển động được truyền động bằng

một bộ tác động lắp trên khâu trước đó th ng qua hộp giảm tốc, sự dịch chuyển của

khâu này về mặt động học là độc lập với khâu khác, đây là cơ cấu chấp hành nối

tiếp quy ước Mặt khác, nếu mỗi khớp được truyền động trực tiếp bằng bộ tác động

không có hộp giảm tốc, cơ cấu đó được gọi là cơ cấu chấp hành truyền động trực

tiếp

Việc dùng hộp giảm tốc cho phép sử dụng động cơ nhỏ hơn, do đó làm giảm

quán tính của cơ cấu chấp hành Tuy nhiên, độ lệch khớp của của các bánh răng

trong hộp giảm tốc có thể gây ra sai số vị trí ở bộ phận tác động Kỹ thuật truyền

động trực tiếp khắc phục được vấn đề bánh răng và có thể tăng tốc độ cho cơ cấu

chấp hành Tuy nhiên, các động cơ truyền động trực tiếp tương đối lớn và nặng Do

đó chúng thường được dùng để truyền động khớp thứ nhất của cơ cấu chấp hành,

động cơ được láp đặt ở đế Nói chung động cơ cũng có thể được lắp đặt ở đế để

truyền động khớp thứ hai hoặc khớp thứ ba th ng qua đai kim loại hoặc khâu thanh đẩy

Một số cơ cấu chấp hành sử dụng bộ cánh bánh răng, xích và đĩa để truyền

động các khớp Khi sử dụng hệ thống truyền động này cho cơ cấu chấp hành qua

nhiều khớp, độ dịch chuyển của sẽ phụ thuộc lẫn nhau Các cơ cấu chấp hành kiểu

đó gọi là vòng kín

d) Phân loại theo hình dạng hình học không gian làm việc

Không làm việc của cơ cấu chấp hành được xác định là thể tích không gian

đầu tác động có thể với tới Nói chung, thường sử dụng hai định nghĩa về không

gian làm việc Thứ nhất là không gian có thể với tới, thể tích kh ng gian trong cơ

cấu tác động có thể với tới từng điểm theo ít nhất là một chiều Thứ hai là không

gian linh hoạt, thể tích kh ng gian trong đó cơ cấu tác động có thể với tới từng điểm

theo mọi chiều có thể Không là một phần của không gian có thể với tới

Mặc dù đây kh ng phải điều kiện cần, nhưng nhiều cơ cấu chấp hành nối tiếp

được thiết kế với 3 khâu đầu dài hơn các khâu còn lại, do đó 3 khâu này được dùng

chủ yếu để thao tác vị trí, các khâu còn lại được dùng để điều khiển hướng của đầu

tác dụng Vì lí do đó 3 khâu đầu được gọi là cánh tay, các khâu còn lại được gọi là

cổ tay Trừ các cơ cấu chấp hành có bậc tự do lớn hơn là 6, cánh tay thường có 3

bậc tự do, cổ tay có 1-3 bậc tự do

Hơn nữa, bộ cổ tay thường được thiết kế với các trục khớp cắt nhau tại một

điểm chung gọi là tâm cổ tay Bộ cánh tay có thể có nhiều kiểu cấu trúc động học,

tạo ra các biên làm việc khác nhau, được gọi là vùng không gian làm việc Không gian do nhà sản xuất Robot cung cấp thường được xác định theo không gian

làm việc

Tay máy được gọi là Robot trụ nếu khớp thứ nhất hoặc khớp thứ hai của

Robot Cartersian (Hình 1.12e) được thay thế bằng khớp quay

Tay máy được là Robot cầu nếu hai khớp đầu là khớp quay khác nhau và

khớp thứ 3 là khớp lăng trụ (Hình 1.12a) vị trí tâm cổ tay của Robot cầu là tập hợp

các toạ độ cầu liên quan với 3 biến khớp nối Do đó trong kh ng gian làm việc của

Robot cầu được giới hạn theo hai khối cầu đồng tâm

Tay máy được gọi là Robot quay nếu cả 3 khớp đều là khớp quay Không

gian làm việc của Robot này rất phức tạp thường có tiết diện hình xuyến Nhiều

Robot công nghiệp là loại Robot quay (Hình 1.12c)

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài

1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu của thế giới về robot song song

- Từ năm 1947, tại Birmingham, Anh quốc, tiến sĩ Eric Gough đã cho ra đời

cấu hình đầu tiên về tay máy song song Thiết kế này được Eric Gough hoàn thiện

và chế tạo vào năm 1954 tại hãng Dunlop Rubber với mục đích sử dụng để nâng

chuyển các tải trọng nặng (hình 1.1)

Hình 1.1 Tay máy song song được Eric Gough hoàn thiện và chế tạo tại hãng

Dunlop Rubber

- Năm 1965, tại IMechE, Anh Quốc, Tiến sĩ D.Stewart, c ng bố công trình

mô tả một ứng dụng tấm chuyển động (platform) 6 bậc tự do dùng để mô phỏng và huấn luyện bay Bản thiết kế này đã gây tác động rất lớn đến việc hình thành các dạng tay máy song song sau này (hình 1.2)

Hình 1.2 Thiết bị mô phỏng bay

- Năm 1980: Giáo sƣ Reymond Clavel thiết kế ra Delta robot , sau này trở thành một trong những tay máy song song nổi tiếng nhất (hình 1.3)

Hình 1.3 Robot Delta

- Năm 1985: Tay máy song phẳng ra đời dựa trên các cơ cấu phẳng 3 bậc tự

do dùng khớp trụ và tịnh tiến

- Năm 1987: Máy động học theo cơ cấu song song ra đời

- Năm 2002: Hội nghị khoa học về tay máy song song được tổ chức tại Đại học Laval, Quebec, Canada đưa ra những định hướng phát triển quan trọng về ứng dụng cho tay máy song song

- Hàng năm những hội nghị khoa học quốc tế do IFToMM, ASME, IFAC, IEEE, ICRA, IROS, … đều công bố các công trình nghiên cứu mới về tay máy song song Nhiều dự án ở các nước như CHLB Đức, Thụy Sĩ, Hoa Kỳ đã được triển khai trên cơ sở ứng dụng tay máy song song – Hexapod như:

- Dự án NIST (Mỹ) (hình 1.4) với mục tiêu là đo đạc và mở rộng khả năng của máy dựa trên nguyên lý Stewart–Gough Platform - Hexapod được triển khai từ năm 1998 đến năm 2001

Hình 1.4 Thiết bị gia công hexapod

- Dự án Cubic Hexapod hợp tác giữa Đại học Washington và Tập đoàn c ng nghệ Hood kéo dài 6 năm từ năm 1998 đến năm 2004 Dự án này đƣợc phát triển từ tay máy Stewart–Gough Platform để loại trừ nhiễu trong các hệ thống chính xác , điều khiển vị trí với độ chính xác 1 nanômét

- Dự án Hexaglide đƣợc triển khai ở Viện robot của Thụy sỹ bắt đầu từ năm

1996 Tay máy là hệ cấu trúc song song 6 bậc tự do, sử dụng máy phay tốc độ cao với không gian làm việc 700600500 mm, sử dụng hệ điều khiển VME-Bus và hệ thống thời gian thực Ƣu điểm của nó là có thể thực hiện các chuyển động nhanh với độ cứng vững và độ chính xác cao

- Công ty Elekta (Thụy Điển), một công ty chuyên về các trang thiết bị y tế

đã dùng robot Delta để làm thiết bị Surgiscope nâng giữ kính hiển vi có khối lƣợng

20 kg dùng trong giải phẫu (hình 1.5)

Hình 1.5 Thiết bị Surgiscope

- Một dự án của châu Âu chế tạo robot CRIGOS (Compact Robot for Image Guided Orthopedic Surgery) sử dụng cơ cấu Gough-Stewart nhằm cung cấp cho các bác sĩ phẫu thuật một cơng cụ hiệu suất cao cho phẫu thuật xương

- Hãng Symetrie (Pháp, chuyên thiết kế và chế tạo tay máy song song) tham gia các dự án như:

 Kính viễn vọng kh ng gian James Webb được thiết kế với hai hệ thống định vị cảm biến CCD và nguồn sáng dùng hai tay máy song song kiểu Hexapod (tay máy SONORA và BREVA)

 Hệ thống thử nghiệm động cơ PSA cho hãng t Peugeot-Citroën

- Những ứng dụng Robot trong các nhà máy sản xuất của thế giới :

 Robot hàn trong nhà máy sản xuất ơ tơ của Volkwagen ở Emden nước Đức

Hình 1.6 Robot hàn đang làm việc trong nhà máy

 Robot Inrotech chuyên nghiệp ở Đan Mạch đã làm việc trong một nhà máy đóng tàu, nơi mà những con robot chịu trách nhiệm trong việc hàn tàu Chúng có thể thực hiện việc hàn với tỉ lệ nhanh gấp 40% so với một thợ hàn và chúng đều được làm việc trong một môi trường đơn giản nhất trong ngành công nghiệp này.Chương trình điều khiển của nó có một giao diện đơn giản cho người dùng Điều này có nghĩa

là người điều hành chỉ cần 3 đến 4 tổ hợp phím để có thể điều khiển được các con robot hoạt động”

Hình 1.7 Robot Inrotech

- Một số nghiên cứu đã được đăng trên các tạp chí và trang web uy tín của thế giới như :

 Đánh giá thời gian thực của động học ngược đối với rô bốt y tế 3-RPS

sử dụng nền tảng dSpace được đăn trên tạp chí IEEE Bài báo liệt kê

ba phương pháp cho động học ngược của một robot song song y tế 3 bậc tự do với cấu trúc chung R-P-S (Revolute-Prismatic-Spherical) sử dụng nền tảng MATLAB / Simulink và dSpace Ba phương thức được thực hiện trong MATLAB / Simulink và được xuất sang nền tảng phát triển dSpace.So sánh giữa thời gian của ba phương pháp này đã được

nghiên cứu Phạm vi của bài báo này là để được xem xét là một trong những nghiên cứu phù hợp trong một ứng dụng y tế thời gian thực

 Phân tích điểm kì dị của một Robot 3 RPS song song phẳng và Robot song song đối xứng 3 RPS dựa trên ma trận Jacobi tịnh tiến/quay được đăng trên trang web scientific.net Bài báo nếu ra một phương pháp mới về phân tích điểm kỳ dị của robot song song 3 bậc tự do phẳng và đối xứng đã được giới thiệu, dựa trên ma trận Jacobi tịnh tiến và quay Điểm kỳ dị của các Robot song song với dạng tịnh tiến thuần tuý và dạng quay thuần túy được giới thiệu một cách tổng thể.Cuối cùng, kết quả cho thấy điểm kỳ dị tổng quát hơn có thể được giải quyết thông qua các phương pháp mới

1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước về robot song song

- Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển Robot đã có những bước tiến đáng kể trong nhiều năm vừa qua Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện thành công các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng về Robot như Trung tâm Tự động hoá, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Điện tử, Tin học, Tự động hoá thuộc Bộ Công nghệp, Đại học Bách khoa TP.HCM, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN, các công ty doanh nghiệp tư nhân.Nổi bật như Công ty Cổ phần Robot TOSY, doanh nghiệp thiết kết và chế tạo Robot Việt Nam có nhiều sản phẩm ấn tượng trên trường quốc tế

- Mới đây nhất Việt Nam thành lập 2 viện nghiên cứu tư nhân do tập đoàn Phenikaa phối hợp cùng đại học Thành Tây phát triển gồm Viện Nghiên cứu và Công nghệ Phenikaa (PRATI - Phenikaa Research and Technology Institute) và Viện Nghiên cứu Tiên tiến Thành Tây (TIAS - Thanh Tay Institute for Andvance study)

- Các sản phẩm Robot do Việt Nam nghiên cứu chế tạo nổi bật như :

 Robot 5 bậc tự do có tỷ lệ nội địa hóa 95%:

Hình 1.8 Sử dụng thử nghiệm robot VNR-T1 trong đào tạo Ảnh V Đức

Sản phẩm robot 5 bậc tự do mang tên VNR-T1có giá thành thấp, dễ sửa chữa và đáp ứng được nhu cầu sử dụng robot trong giảng dạy của các trường Đây

là robot khớp xoay dạng đứng, trọng lượng 15kg, có thể làm việc trong bán kính tối

đa là 610m, tốc độ lớn nhất 600mm/giây, trọng tải lớn nhất là 1kg và có độ chính xác lặp lại trong khoảng 0,8mm

Khi ra mắt, robot này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong lắp ráp, gia c ng kim loại, hàn

 Viện Cơ học phát triển thành c ng Hệ thống Robot 6 bậc tự do SM6 phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam

Hình 1.9 Hệ thống robot khi hoàn thành

Robot SM6 hiện đã được vận hành thử nghiệm tại Xí nghiệp 197 – Tổng

c ng ty Kinh tế Kỹ thuật c ng nghiệp Quốc Phòng Robot SM6 sử dụng để vận

hành sản xuất trong gia c ng cơ khí cụ thể là c ng đoạn hàn ghép chi tiết bằng kim

loại của quy trình sản xuất khung giá đỡ

Hình 1.10 Robot SM6 chuẩn bị tích hợp trong quy trình hàn ghép tại tại

Xí nghiệp 197

Thành c ng của SM6 mở ra hướng nghiên cứu tiếp để giảm giá thành sản

phẩm so với nhập ngoại (giá nhập khẩu 1 robot cùng chủng loại dao động từ

600-700 triệu đồng), tối ưu hóa chức năng, đặc tính kỹ thuật, chủ động thiết bị thay thế,

quy trình bào trì, bảo dưỡng, phát triển các ứng dụng phần mềm th ng minh điều

khiển, kiểm soát trên thiết bị di động ứng dụng trên nền Internet

 Robot song song Hexapod

Hình 1.11 Robot song song 6 chân

Robot song song 6 chân dựa trên nguyên lý Gough - Stewart Platform cho mục đích gia c ng cắt gọt với chuyển động của bàn máy (mang ph i) đƣợc vận hành và điều khiển bởi 6 chân (Hexapod)

Hình 1.12 Mô hình một số tay máy thông dụng

d) Tay máy SCARA

b) Tay máy CYLINICAL

c) Tay máy REVOIUTE

a) Tay máy POLAR

e) Tay máy CARTERSIAN

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG

2.1 Lý thuyết về phân tích động học

2.1.1 Các phương trình liên kết cho Robot song song RPS tổng quát

Trên hình 2.1 m tả sơ đồ động học của Robot song song RPS

a) Quan hệ về hình học và các hệ toạ độ

Do cấu trúc Robot đảm bảo tính hợp lý nên các chân AiBi Zi (các trục quay) Gọi

O và P là trọng tâm của hai tam giác A1A2A3 và B1B2B3, ta đặt lên đó các hệ toạ độ như trên hình 2.1:

- Ox0y0z0 : Hệ toạ độ cố định

- Pxyz : Hệ toạ độ động gắn liền với bàn máy động

- Aixiyizi, (i = 1,2,3): Hệ động gắn với chân thứ i Với xiA i B i và zi trục quay, trục

yi lập với xi và zi một hệ quy chiếu thuận

Ta đưa thêm vào 3 toạ độ suy rộng i (i = 1,2,3) là góc hợp bởi trục z0 và trục xinhư hình vẽ

Ngoài ra ta sử dụng các ký hiệu:

- ai : Véc tơ đại số chứa các toạ độ của điểm Ai trên hệ cố định, ai= T

i i

bi: Véc tơ đại số chứa các toạ độ của điểm Bi trên hệ cố định

- Bbi : Véc tơ đại số chứa các toạ độ của điểm Bi trên hệ cố động,

B

bi= T

iz iy

ix, b , b

- p: véc tơ đại số chứa các toạ độ của điểm P trên hệ cố định, p = [p1,p2,p3]T

- di: độ dài chân thứ i (di = AiBi)

- bi và Bbi : Xác định được từ kết cấu hình học của robot

- ARB : Ma trận cosin chỉ hướng của hệ động Pxyz so với hệ cố định Ox0y0z0

- ARi : Ma trận cosin chỉ hướng của hệ động Aixiyizi so với hệ cố định Ox0y0z0

y y y

x x x

w v t

w v t

w v t

iy iy iy

ix ix ix

w v u

w v u

w v u

di

(i=1,2,3) (2.6)

Hệ thức (2.6) gồm có 9 phương trình chứa các ẩn là toạ độ diểm P, độ dài các chân

di, các góc i Khi giải các bài toán động học thuận/ngược, ta đã biết 3 th ng số p/dinên c ng việc còn lại chỉ chỉ giải bài toán 6 phương trình 6 ẩn, các th ng số còn lại

như hướng của bài máy động, hướng của các chân AiBi sẽ được xác định khi đã biết các th ng số này

Hệ thức này có ý nghĩa rất quan trọng, qua đó ta có thể giải quyết bài toán động học một cách trọn vẹn cả bài toán thuận và bài toán ngược, điều mà các phương pháp trước đây chưa giải quyết được hay mới chỉ đưa ra cách giải quyết bài toán thuận

b) Tính toán các phần tử của hệ thức (2.6)

Các ma trận cosin chỉ hướng A

Ri được xác định bởi các phép quay liên tiếp dựa vào

lý thuyết trình bày ở mục 2.2, ta thực hiện các phép biến đổi liên tiếp để hệ toạ độ

2 2 1

2 2

2 1

OA OA 2

A A OA

cos 3 =

3 1

2 3 1

2 3

2 1

OA OA 2

A A OA

-Quay tiếp quanh trục z của hệ mới một góc (/2 + 1)

-Quay tiếp quanh trục x của hệ mới một góc 

0 1 0

0 0 1 0 0

0

1 sin

cos

0 cos

sin 0 1 0

1 0 0

0 0 1 1 0

0

0 sin

cos

0 cos

sin

1 1

1 1

1 1

1 1

cos

sin cos

cos sin

cos

cos cos

sin sin

sin

1 1

1 1

1 1

1

1 1

1 1

- Quay tiếp quanh trục x của hệ mới một góc (/2)

- Quay tiếp quanh trục z của hệ mới một góc (/2 + 2)

- Quay tiếp quanh trục x của hệ mới một góc 

010

001.00

0

1sin

cos

0cossin

.010

100

001.10

0

0)sin(

)

cos(

0)cos(

)

sin(

2 2

2 2

2 2 2

2

2 2 2

cos

) sin(

cos ) cos(

sin ) cos(

) cos(

cos ) sin(

sin ) sin(

2 2

2 2 2

2 2 2

2 2

2 2 2

2 2 2

2 2

Ma trận AR3 đƣợc xác định bởi các phép rơ quay sau:

- Quay hệ cố định một góc ( 3 3

2  



) quanh trục z0

- Quay tiếp quanh trục x của hệ mới một góc (/2)

- Quay tiếp quanh trục z của hệ mới một góc (/2 + 3)

- Quay tiếp quanh trục x của hệ mới một góc 

001.00

0

1sin

cos

0cossin

.010

100

001.10

0

0)sin(

)

cos(

0)cos(

)

sin(

3 3

3 3

3 3 3

3

3 3 3

cos

) sin(

cos ) cos(

sin ) cos(

) cos(

cos ) sin(

sin ) sin(

3 3

3 3 3

3 3 3

3 3

3 3 3

3 3 3

3 3

Ta thấy các thành phần của các ma trận ARi (i=1,2,3) chỉ chưa các ẩn là các góc icòn 2 , 3 và i (i=1,2,3) đã biết do kết cấu của robot

Mặt khác dựa vào kết cấu của bàn di động B ta có :

2.1.2 Bài toán động học thuận

Bài toán động thuận là bài toán biết độ dài các chân di (i=1,2,3), ta phải tìm

vị trí của bàn máy động p và ma trận A

RB

Ta thay các giá trị di vào hệ (3.6), ta được hệ 6 phương trình với 6 ẩn số là:

1, 2, 3,, p1, p2, p3

2.1.3 Bài toán động học ngược

Bài toán động ngựoc là bài toán biết vị trí của bàn máy di động pi (i=1,2,3),

ta phải tìm vị trí của các chân di (i=1,2,3) và các góc i (i=1,2,3)

Ta thay các giá trị pi vào hệ (2.6), ta được hệ 6 phương trình với 6 ẩn số là:

1, 2, 3, d1, d2, d3

2.2 Tính toán các chỉ số hoạt động robot

* Tính toán vị trí cho robot song song RPS cụ thể

Trên hình 2.3 m tả sơ đồ động học của một con robot song song RPS, có đế

cố định A1A2A3 và bàn di động B1B2B3 là các tam giác đều Độ dài PB1=h: OA1= g Khi các góc 2= 3 = 2/3 Để đảm bảo tính hợp lý của kết cấu ta có zi = AiBi , zi

3 h 2 h

3 h 2 h

3 g 2 g

3 g 2 g

(2.11)

A1

A2

A3 B1

Sử dụng c ng thức (2.7), (2.8), (2.9) thay vào hê thức (2.6) :

cos

1 0

0

0 cos

sin

1 1

1 1

cos

2

1 cos

2

3 sin

2 3

2

3 cos

2

1 sin

2 1

2 2

2 2

2 21

cos

2

1 cos

2

3 sin

2 3

2

3 cos

2

1 sin

2 1

3 3

3 3

3 3

+ Với i = 2

2 2

x x

2

1 2

g 2

3 h v 2

h u

1 y y d2sin 2

2

3 2

3 g 2

3 h v 2

h u

2 2

x z

2

3 h v 2

h u

+ Với i = 3

3 3

x x

2

1 2

g 2

3 h v 2

h u

2

3 2

3 g 2

3 h v 2

h u

3 3

x z

2

3 h v 2

h u

3p3 = d1cos1 + d2cos2 – d3cos3 (2.18)

3g2 – 3gd1sin1 - 3gd2sin2 +d1 d2sin1.sin2 – 2d1d2cos1.cos2+ d

2 2

a) Bài toán động học thuận

Bài toán động học thuận là bài toán biết độ dài các chân di (i = 1,2,3) ta phải tìm vị trí của bàn máy động p và ma trận ARB

Theo phần trên ta thay các giá trị di (i = 1,2,3) vào hệ (2.8) ta sẽ được hệ 6 phương

trình 6 ẩn là 1, 2, 3, p1, p2, p3

Chú ý 3 phương trình sau của hệ (2.18) chỉ chứa di và i nên việc giải hệ 6 phương

trình 6 ẩn đơn giản còn có 3 phương trình 3 ẩn là i Sau đó thay các giá trị của di

và i vào 3 phương trình đầu ta sẽ được các giá trị của p

Các gía trị còn lại được tính bằng cách thay trực tiếp vào phương trình (2.15), (2.16), (2.17)

b) Bài toán động học ngược

Bài toán động học ngược là bài toán biết vị trí bàn máy động p, ta phải tìm

độ dài các chân di (i = 1,2,3) và các góc i (i=1,2,3)

Tương tự như cách làm đối với bài toán động học thuận ta thay các giá trị p vào hệ

Arduino hiện nay đã được biết đến một cách rộng rãi tại Việt Nam, và trên

thế giới thì nó đã quá phổ biến! Sức mạnh của chúng ngày càng được chứng tỏ theo

thời gian với v vàn các ứng dụng mở (open source) độc đáo được chia sẻ rộng rãi

Với Arduino bạn có thể ứng dụng vào những mạch đơn giản như mạch cảm

biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ, hoặc cao hơn nữa bạn có thể

làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay kh ng người lái,

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với

m i trường xung quanh với:

- Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc,

cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát

hiện kim loại, khí độc,…),…

- Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…)

- Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối kh ng dây th ng dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…), …

- Định vị GPS, nhắn tin SMS,…

Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Nhưng đồng thời còn có 11 mạch nhỏ gọn hơn nhưng đáp ứng đầy đủ tất cả tính năng của UNO R3 Đó là mạch arduino NANO

Một vài thông số của Arduino NANO

Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

a)Các chân năng lượng :

- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các

thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương

của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở

chân này Và dĩ nhiên nó lu n là 5V Mặc dù vậy bạn kh ng được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

b) Bộ nhớ :

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

- 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ

Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo

khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

- 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read OnlyMemory):

đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà kh ng phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

c) Các cổng vào/ra

Arduino NANO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển Atmega328 (mặc định thì các điện trở này kh ng được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác th ng qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói n m na chính là kết nối Serial kh ng dây Nếu kh ng cần giao tiếp Serial, bạn kh ng nên sử dụng 2 chân này nếu kh ng cần thiết

- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28

-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng th ng thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

- LED 13: trên Arduino NANO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino NANO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chânAREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức

là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino NANO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ROBOT SONG SONG RPS

3.1 Thiết Kế Hệ Thống Cơ Khí

3.1.1 Chọn phương án sơ đồ động để thiết kế robot RPS

Trong phạm vi của luận án này, ta chọn sơ đồ động học như hình 3.1 để thiết

kế Đây là sơ đồ giống với nguyên bản ban đầu của Robot RPS

Hình 3.1 Sơ đồ động học của Robot RPS

- Các phương án lựa chọn cơ cấu truyền động tịnh tiến của Robot

 Phương án 1: hệ truyền động bánh răng thanh răng

 Phương án 2: hệ truyền độn xilanh-piston

Ta chọn hệ truyền động xilanh- piston vì với xilanh- piston ta sẽ thiết kế hệ thống điều khiển dễ dàng hơn so với truyền động bánh răng thanh răng

- Dùng phần mềm Pro-engineer ta vẽ được sơ đồ kết cấu 3D của Robot song song RPS

Hình 3.2 Sơ đồ kết cấu của Robot RPS

3.1.2 Thông số cơ bản của Robot RPS

Hình 3.3 Thông số cơ bản của Robot RPS

x y

z

O

O1

x1 y1

z1

s11 s12

s22

s21

s32

s31 k3

k1

k2

No Vị trí Khớp Chú thích

3.1.3 Phạm vi hoạt động của Robot

Bảng thông số hình học của Robot RPS

Mục tiêu thiết kế góc nghiên ban đầu 120

3.1.4 Bài toán động học

Đặt hệ trục tọa độ như hình 3.2:

- Hệ tọa độ cố định Oxyz tại tâm của tấm phẳng cố định A1A2A3 với trục Ox song song với A3A1 và trục Oz đặt vuông góc với tấm phẳng cố định A1A2A3

- Hệ tọa độ di động O1x1y1z1 đặt tại tâm của tấm phẳng di động B1B2B3 với trục O1x1 song song với B3B1 và trục O1z1 đặt vuông góc với tấm phẳn di động B1B2B3

- Giả sử tại mỗi khớp quay A1, A2, A3 đặt các hệ tọa độ tương ứng là s11, s12; s21, s22, s31, s32 như hình… Trong đó s11 đặt dọc theo đường OA1, s12 đặt dọc theo trục khớp quay tại A1 Tương tự cho các hệ tọa độ tại khớp A2, A3

- Giả sử vectơ đơn vị của mỗi chân robot là k dọc theo các trục khớp tịnh tiến, chân A1B1 có vecto đơn vị là k1, chân A2B2 có vecto đơn vị là k2, vecto đơn vị chân A3B3 là k3

Tọa độ các khớp quay của tấm phẳng cố định A1A2A3 đối với hệ tọa độ Oxyz là:

⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗

[

]