Nghiên cứu phương án điều khiển robot scara

TÓM TẮT ĐỒ ÁNTÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA Robot SCARA Selective Compliant Assembly Robot Arm hoặc Selective Compliant Articulated Robot Arm là một trong những

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA

GVHD: TS CÁI VIỆT ANH DŨNG SVTH: TRƯƠNG ĐĂNG KHOA MSSV: 11911009

SVTH: NGÔ VĂN TỬNG MSSV: 11911027

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016

S K L 0 0 4 2 7 8

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

Giảng viên hướng dẫn: TS CÁI VIỆT ANH DŨNG

Sinh viên thực hiện:

TRƯƠNG ĐĂNG KHOA 11911009 119110B 2011-2016

NGÔ VĂN TỬNG 11911027 119110B 2011-2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Bộ môn Cơ điện tử

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS Cái Việt Anh Dũng

Sinh viên thực hiện: Trương Đăng Khoa MSSV: 11911009

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ………

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA

- GVHD: TS Cái Việt Anh Dũng

- Họ tên sinh viên: Trương Đăng Khoa

- Địa chỉ sinh viên: Xã Long Mỹ, Huyện Giồng Trôm, Tỉnh Bến Tre

- Số điện thoại liên lạc: 0978635485

- Email: dangkhoa1612@hotmail.com

- Họ tên sinh viên: Ngô Văn Tửng

- Địa chỉ sinh viên: Xã Truông Mít, Huyện Dương Minh Châu, Tỉnh Tây Ninh

- Số điện thoại liên lạc: 01659121851

- Email: ngovantung0905@gmail.com

- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình

do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016

Ký tên

Trương Đăng Khoa

Ngô Văn Tửng

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Được sự cho phép của ban lãnh đạo khoa Cơ khí chế tạo máy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, sự đồng ý của Giảng viên hướng dẫn TS.Cái Việt Anh Dũng, chúng em đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA” trong thời gian vừa qua

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Cái Việt Anh Dũng, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức

bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và làm việc sau này

Sau cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016

Nhóm sinh viên thực hiện

Trương Đăng Khoa

Ngô Văn Tửng

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA

Robot SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm hoặc Selective Compliant Articulated Robot Arm) là một trong những loại robot được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, hoạt động ổn định với tốc độ rất cao nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất tự động hóa trong thời buổi công nghiệp hiện đại Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay việc thiết kế, chế tạo và điều khiển Robot SCARA còn nhiều hạn chế như: vật liệu chế tạo; kỹ thuật lắp ráp; về thuật toán điều khiển tốc độ của robot còn chậm chưa đáp ứng được yêu cầu tự động hóa trong công nghiệp

Đề tài này tập trung vào việc lập trình điều khiển Robot SCARA, hoàn thiện khớp thứ 4 (khớp xoay) đồng thời gắn thêm phễu hút vào đầu cơ cấu làm việc của robot dùng

để hút bi sắt bỏ vào khuôn, robot sẽ hút bi sắt từ khuôn 1 di chuyển và bỏ bi sắt vào khuôn 2 với tốc độ cao Hệ thống phễu hút hoạt động nhờ vào hệ thống khí nén

Đề tài này được thực hiện trong bối cảnh nhóm nghiên cứu Cơ Điện Tử ứng dụng –

Bộ môn Cơ Điện Tử đang thực hiện mục tiêu tiếp cận với nền robot công nghiêp của thế giới Ở đề tài này, nhóm được giao nhiệm vụ “Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA” Nhằm hướng đến việc điều khiển Robot SCARA chạy với tốc độ cao theo thuật toán điều khiển vị trí, đồng thời hướng đến mục tiêu đưa Robot SCARA vào trong sản xuất thực tiễn trong công nghiệp đáp ứng nhu cầu của cuộc sống

Nhóm sinh viên thực hiện

Trương Đăng Khoa Ngô Văn Tửng

ABSTRACT

SUBJECT: RESEARCH PLANS AND CONTROL ROBOT SCARA

Robot SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm Robot Arm or Selective Compliant Articulated) is one type of robot is used very commonly in industry, stable operation with very high speed to meet the demands of production automation in modern industry times However, in Vietnam at present the design, manufacture and SCARA Robot control is still limited, such as manufacturing materials; assembly techniques; the control algorithm of the robot velocity is slow not meet the requirements

of industrial automation

The theme day focuses on programming control SCARA Robotcomplete the 4th joints (rotary joints) and attach suction hopper on top of the robot working structure to absorb steel balls put into the mold, the robot will suck steel balls from mold 1 moves and put into molds 2 steel balls at high speed Hopper suction system works thanks to the compressed air system

This topic is done in the context of the research group Application Mechatronics - Mechatronics Division is implementing a targeted approach with base of the world's industry robots On this topic, the group tasked to "Design, manufacture and control SCARA Robot" Aim to control SCARA Robot running at high speed according to the position control algorithm, while aiming to bring into production SCARA Robot practices in the industry to meet the needs of life

MỤC LỤC

Trang

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI CAM KẾT iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT ĐỒ ÁN v

ABSTRACT vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Định nghĩa và giới thiệu về Robot SCARA 1

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

1.5 Giới hạn đề tài 3

1.6 Phương pháp nghiên cứu 3

1.7 Một số loại Robot SCARA của các hãng sản xuất 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ROBOT 6

2.1 Sự phát triển của robot công nghiệp 6

2.2 Phân loại robot công nghiệp 7

2.2.1 Phân loại theo kết cấu 7

2.2.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển 7

2.2.3 Phân loại theo ứng dụng 8

2.3 Tình hình nghiên cứu Robot SCARA ở nước ngoài 8

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu 8

2.3.2 Thành tựu đạt được 8

2.4.2 Thành tựu đạt được 10

2.5 Một số ứng dụng thực tế của Robot SCARA trong công nghiệp 10

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

3.1 Thông số kỹ thuật của Robot SCARA 12

3.1.1 Cấu hình của Robot SCARA 12

3.1.2 Giới hạn không gian làm việc 13

3.2 Động học Robot 14

3.2.1 Qui tắc Denavit Hartenberg 15

3.2.2 Động học thuận Robot SCARA 16

3.2.3 Động học nghịch Robot SCARA 19

3.2.4 Jacobian 20

3.3 Thiết bị khác trong Robot SCARA 20

3.3.1 Động cơ DC Servo 21

3.3.2 Các thiết bị khí nén 21

3.3.3 Bi và khuôn đựng bi 21

3.3.3.1 Khuôn đựng bi 21

3.3.3.2 Thông số bi thép 23

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ BỔ SUNG KHỚP THỨ 4 24

4.1 Giới thiệu chung về bộ truyền đai 24

4.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ truyền đai 24

4.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 24

4.2 Lựa chọn động cơ 25

4.2.1 Cấu tạo động cơ 25

4.2.2 Thông số động cơ 25

4.3 Lựa chọn bộ truyền đai 26

4.3.1 Các loại dây đai 26

4.3.2 Kết luận 27

4.4 Tính toán thông số bộ truyền đai 27

4.4.1 Các thông số hình học chính của bộ truyền đai 27

4.4.1.1 Đường kính bánh đai 27

4.4.1.2 Góc ôm 27

4.4.1.3 Chiều dài đai 28

4.4.1.4 Khoảng cách trục 28

4.4.2 Cơ học truyền động đai 28

4.4.2.1 Chọn loại đai và tiết diện đai 28

4.4.2.2 Vận tốc và tỉ số truyền 30

4.4.2.3 Phân tích lực tác dụng lên đai 31

4.4.2.4 Ứng suất trong đai 32

4.5 Hình ảnh 3D khớp thứ 4 32

4.5.1 Bánh đai chủ động 32

4.5.2 Bánh đai bị động 33

4.5.3 Dây đai 33

4.5.4 Giá đỡ động cơ 34

4.5.5 Bộ truyền đai khớp thứ 4 34

CHƯƠNG 5 THI CÔNG ĐIỆN – ĐIỀU KHIỂN VÀ THUẬT TOÁN 36

5.1 Thiết kế và thi công mạch DC Servo Driver 36

5.1.1 Sơ đồ nguyên lý 36

5.1.2 Mạch in & mô phỏng 38

5.1.3 Tính năng 38

5.2 Thuật toán điều khiển 39

5.2.1 Thuật toán lập trình trên vi điều khiển 39

5.2.1.1 Điều khiển vị trí 39

5.2.1.2 DC Servo Driver 45

5.2.1.3 Mạch hồi tiếp encoder 49

5.2.2 Giao diện giao tiếp trên máy tính 53

CHƯƠNG 6 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH – TỔNG HỢP 56

6.1 Di chuyển điểm 56

6.2 Di chuyển theo quy trình 63

6.3 Ứng dụng di chuyển bi thép 63

7.1 Ưu điểm 66

7.2 Nhược điểm 66

7.3 Hướng phát triển 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC A MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ KHÁC 69

PHỤC LỤC B BỘ TRUYỀN HARMONIC GEAR 76

PHỤ LỤC C THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 78

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 3.1: Thông số Denavit - Hartenberg 16

Bảng 3.2: Tham số Denavit-Hartenberg của Robot SCARA 17

Bảng 3.3: Thông số động cơ 21

Bảng 3.4: Thông số thiết bị khí nén 21

Bảng 4.1: Thông số động cơ DC Servo NC5475E 26

Bảng 4.2: Tra dây đai theo tiêu chuẩn 29

Bảng 5.1: Sơ đồ chân sử dụng lập trình - điều khiển 39

Bảng 5.2: Ý nghĩa trong chuỗi dữ liệu nhận từ máy tính 42

Bảng 6.1: Bảng tọa độ di chuyển của đầu công tác Robot SCARA 63

Bảng 6.2: Bảng tọa độ đáp ứng của đầu công tác 64

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1: Một số loại Robot SCARA của các hãng 5

Hình 2.1: Robot SCARA 9

Hình 2.2: Mô hình robot SCARA 10

Hình 3.1: Mô hình Robot SCARA trong Solidworks 12

Hình 3.2: Thông số kích thước của Robot SCARA 13

Hình 3.3: Giới hạn làm việc của khớp 1 và 2 14

Hình 3.4: Giới hạn làm việc của khớp 3 và 4 14

Hình 3.5: Định nghĩa hệ toạ độ và các thông số Denavit Hartenberg 15

Hình 3.6: Hệ trục đặt trên Robot SCARA 17

Hình 3.7: Khuôn đựng bị 22

Hình 4.1: Bộ truyền đai 24

Hình 4.2: Động cơ DC servo 25

Hình 4.3: Loại dây đai 26

Hình 4.4: Đai hình lược 27

Hình 4.5: Đồ thị chọn loại dây đai 29

Hình 4.6: Dây đai răng 160XL 29

Hình 4.7: Biểu đồ ứng suất trong đai 32

Hình 4.8: Bánh đai chủ động 33

Hình 4.9: Bánh đai bị động 33

Hình 4.10: Dây đai 34

Hình 4.11: Giá đỡ động cơ 34

Hình 4.12: Bộ truyền đai khớp thứ 4 35

Hình 5.1: Khối Opto 36

Hình 5.2: Khối nguồn 37

Hình 5.3: Khối vi điều khiển 37

Hình 5.4: Khối ngoại vi khác 37

Hình 5.5: Mạch in Driver DC servo 38

Hình 5.6: Mô phỏng mạch Driver 38

Hình 5.7: Sơ đồ điều khiển vị trí của đầu công tác của Robot SCARA 39

Hình 5.8: Lưu đồ tổng quát nhận dữ liệu từ máy vi tính (USART1) 41

Hình 5.9: Thuật toán ngắt nhận USART2 từ mạch hồi tiếp encoder 44

Hình 5.10: Thuật toán ngắt nhận UART từ ARM ở driver khớp 4 46

Hình 5.11: Lưu đồ chương trình chính DC Servo Driver 47

Hình 5.12: Thuật toán hàm PID 48

Hình 5.13: Lưu đồ PID chia điểm 49

Hình 5.14: Thuật toán ngắt interrupt - đọc nhiều kênh encoder 50

Hình 5.15: Thuật toán chương trình chính mạch hồi tiếp encoder – vẽ đồ thị 51

Hình 5.16: Thuật toán kiểm tra sự thay đổi của encoder các khớp 52

Hình 5.17: Thuật toán chương trình chính mạch hồi tiếp encoder 53

Hình 5.18: Giao diện điều khiển chính 54

Hình 5.19: Giao diện vẽ đồ thị 55

Hình 6.1: Đồ thị đáp ứng khớp 1 60

Hình 6.2: Đồ thị đáp ứng khớp 2 61

Hình 6.3: Đồ thị đáp ứng khớp 3 61

Hình 6.4: Đồ thị đáp ứng khớp 4 62

Hình 6.5: Đồ thị đáp ứng của 4 khớp cùng lúc 62

Hình 6.6: Đồ thị đáp ứng khi di chuyển theo quy trình 63

Hình 6.7: Đồ thị đáp ứng của 4 khớp 65

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CAD Computer Aided Design

AFNOR Association Francaise de NORmalisation

RIA Robot Institute of America

TOCT Transactions On Computation Theory

IR Industrial Robot

DC Direct Current

QEI Quadrature Encoder Interface

SCARA Selective Compliance Assembly Robot Arm

Selective Compliance Articulated Robot Arm ARM Advanced RISC Machine

RISC Reduced Instructions Set Computer

UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Robot công nghiệp có vị trí rất quan trọng trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, robot công nghiệp là một trong những ứng dụng tiên tiến của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực điều khiển tự động vào trong sản xuất Trong sản xuất tự động, robot công nghiệp đáp ứng các công việc lặp đi lặp lại nhiều lần như: lắp ráp, đóng gói, vận chuyển sản phẩm; các công việc có độ chính xác rất cao như: lắp ráp các chi tiết máy nhỏ, mạch điện tử; hoặc các công việc nguy hiểm như: các thao tác trong nhà máy điện nguyên tử, các lò luyện kim loại, những nơi có nhiệt độ áp suất cao, dễ xảy ra cháy nổ,… Nó có vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra những sản phẩm công nghiệp có năng suất cao, chất lượng tốt đáp ứng nhu cầu xã hội Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng robot vào trong sản xuất như Mỹ, Nhật, Pháp, Hàn Quốc,… với nhiều dòng sản phẩm của các hãng như: Mitsubishi, Siement, Honda, SONY… Các loại robot phổ biến như SCARA, PUMA, ASV, STANFORD,…

Từ thực tế việc ứng dụng Robot vào trong sản xuất công nghiệp thế giới đã phổ biến, còn ở Việt Nam tuy đã bắt tay vào nghiên cứu và ứng dụng nhưng vẫn còn mới mẻ

Do đó, chúng ta cần phải bắt tay đào tạo từ khi còn ở trong nhà trường để giúp ngành này theo kịp với các nước trên thế giới và đóng góp vào công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước

Cho nên nhóm đã chọn đề tài “Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA”

để thực hiện nhằm góp phần vào việc nghiên cứu và hoàn thiện Robot SCARA 4 bậc tự

do, nâng cao chất lượng điều khiển với tốc độ cao hơn để đưa vào giảng dạy trong quá trình dạy học, cũng như đưa vào sản xuất thực tế

1.2 Định nghĩa và giới thiệu về Robot SCARA

Robot công nghiệp có thể được định nghĩa theo một số tiêu chuẩn sau:

- Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp: Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển

động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ, có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo những hành trình thay đổi đã được chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau

- Theo tiêu chuẩn RIA của Mỹ (Robot institute of America): Robot là một tay máy

vạn năng có thể lặp lại các chương trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ, hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau

thống điều khiển theo chương trình, có thể lặp đi lặp lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất

Do đó, robot công nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt, thực hiện các chức năng lao động công nghiệp của con người dưới một hệ thống điều khiển theo những chương trình đã được lập trình sẵn

Với đặc điểm có thể lập trình lại được, robot công nghiệp là thiết bị tự động hóa và ngày càng trở thành bộ phận không thể thiếu được của các hệ thống sản xuất linh hoạt Vì vậy, robot công nghiệp trở thành phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, nâng cao năng suất lao động và giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc, độc hại dưới sự giám sát của con người

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về Robot theo những quan điểm khác nhau Dưới đây là một số định nghĩa về Robot:

- Robot là những máy móc có khả năng thay thế sức lao động của con người (Soska,

1985)

- Một cơ cấu chấp hành đa chức năng dùng để vận chuyển vật liệu, các chi tiết hay máy móc, thiết bị Các cơ cấu này có thể được lập trình thay đổi chuyển động cho

phù hợp với công việc (Schulussel, 1985)

- Robot là những thiết bị có thể lập trình để làm một số công việc nào đó Theo hướng này thì một máy tính là một mạch điện có thể được lập trình để làm một số

công việc, như vậy máy tính là một Robot (McKerrow, 1986)

Robot SCARA được giới thiệu ở Nhật Bản vào năm 1979 và từ đó SCARA được nhiều hãng chế tạo để phục vụ có nhiều mục đích khác nhau như hàn, lắp ráp, vận chuyển, khoan, doa,… Các hãng chuyên sản xuất Robot SCARA như: General motor, Hitachi, Mitsubishi, IBM, MOTOMAN, EPSON, PANASONIC, SONY,… Ngày nay, các hãng tiếp tục hoàn thiện bộ điều khiển và kết cấu cơ khí để ngày càng được linh hoạt hơn

Tay máy SCARA có vùng không gian hoạt động có dạng hình trụ Đây là loại cấu hình dễ thực hiện nhất được ứng dụng cho robot là dạng khớp nối bản lề và kế đó

là khớp trượt Dạng này phổ biến nhất trong ứng dụng công nghiệp bởi vì chúng cho phép các nhà sản xuất robot sử dụng một cách trực tiếp và dễ dàng nhờ các khâu và khớp hợp lại có nhiều ưu điểm:

- Mặc dù chiếm diện tích làm việc ít song tầm vươn khá lớn

- Tỉ lệ kích thước/tầm vươn được đánh giá cao

- Về mặt hình học, cấu hình dạng khớp nối bản lề với ba trục quay bố trí theo phương thẳng đứng là dạng đơn giản và có hiệu quả nhất trong trường hợp yêu cầu gắp đặt và đặt chi tiết theo phương thẳng Trong trường hợp này bài toán tọa độ hoặc

quỹ đạo chuyển động đối với robot chỉ cần giải quyết ở hai phương x và y còn lại bằng cách phối hợp ba chuyển động quay quanh ba trục song song với trục z

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nhằm mục đích học tập và nghiên cứu lĩnh vực Robot công nghiệp nhóm đã chọn

đề tài “Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA” với các mục tiêu:

 Tham gia nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực Robot công nghiệp

 Nghiên cứu sản phẩm đáp ứng nhu cầu thực tiễn đời sống và công nghiệp

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

 Tìm hiểu và tính toán các bài toán động học của Robot SCARA 4 bậc tự do

 Thiết kế hệ thống truyền động và lắp đặt động cơ DC Servo cho khớp thứ 4

 Lắp đặt phễu hút khí nén cho Robot SCARA

 Thiết kế mạch điều khiển

 Lâp sơ đồ giải thuật điều khiển cho hệ thống

 Điều khiển vị trí Robot SCARA

1.5 Giới hạn đề tài

Đối tượng nghiên cứu

 Động học Robot SCARA 4 bậc tự do

 Thuật toán điều khiển vị trí Robot SCARA

Phạm vi nghiên cứu

 Nghiên cứu ứng dụng của thuật toán điều khiển Robot SCARA

 Điều khiển vị trí Robot và khảo sát đáp ứng

1.6 Phương pháp nghiên cứu

Nhóm tiến hành nghiên cứu thiết kế bổ sung thêm hệ thống truyền động và động

cơ cho khớp thứ 4 của Robot SCARA, lắp đặt hệ thống phễu hút khí nén dùng để hút sản phẩm Điều khiển Robot SCARA bằng cách nghiên cứu và hoàn thiện thuật toán điều khiển vị trí với tốc độ cao và hướng phát triển sẽ điều khiển bằng thuật toán điều khiển vận, nhằm nắm được nguyên lý làm việc của Robot SCARA và các thuật toán điều khiển Robot SCARA, từ đó rút ra những kinh nghiệm thực tế trong việc điều khiển cánh tay Robot

Nguồn tài liệu chủ yếu từ các sách báo trong nước cùng một số bài báo nghiên cứu khoa học quốc tế của Anh, Pháp, Indonesia cùng một số luận án của sinh viên khóa trước

Từ tài liệu cùng sự tìm tòi trên Internet, nhóm tiến hành đưa ra kế hoạt thực hiện

Sau khi hoàn thiện Robot SCARA, tiến hành chạy thử và kiểm tra các lỗi, cố gắng khắc phục các vấn đề phát sinh và tăng độ ổn định, khảo sát các sai lệch khi hoạt động và rút ra kết luận

1.7 Một số loại Robot SCARA của các hãng sản xuất

Robot SCARA là một trong những robot phổ biến nhất trong công nghiệp Chuyển động của robot rất đơn giản nhưng lại phù hợp với các dây chuyền và ứng dụng hữu hiệu trong nhiệm vụ nhặt và đặt sản phẩm

Cấu trúc động học loại tay máy này thuộc hệ phỏng sinh, có các khớp điều là thẳng đứng Nó có cấu tạo hai khớp ở cánh tay, một khớp ở cổ tay và một khớp tịnh tiến Các khớp quay hoạt động nhờ cơ cấu điện có phản hồi vị trí Khớp tịnh tiến hoạt động nhờ xi-lanh khí nén, trục vít hoặc thanh răng

Một số loại Robot SCARA của hãng sản xuất:

Hình 1.1: Một số loại Robot SCARA của các hãng

a SCARA Robot của DENSO b SCARA Robot của EPSON

c SCARA Robot of ADEPT d SCARA Robot of KUKA

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ROBOT 2.1 Sự phát triển của robot công nghiệp

Quá trình phát triển của Robot công nghiệp được tóm tắt như sau:

- Năm 1950 ở Mỹ thành lập viện nghiên cứu đầu tiên

- Đầu năm 1960 công ty AMF cho ra đời sản phẩm đầu tiên có tên gọi là Versatran

- Từ năm 1967, ở Anh, người ta đã bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của Mỹ

- Từ năm 1970, việc nghiên cứu các tính năng của robot đã được chú ý nhiều hơn và cũng bắt đầu xuất hiện ở các nước Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển

- Từ năm 1968, ở Châu Á, Nhật bắt đầu nghiên cứu những ứng dụng của IR

- Từ những năm 1980, nhất là vào những năm 1990, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ

kỹ thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã gia tăng với nhiều tính năng vượt bậc Chính vì vậy mà robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất tự động hiện đại như hiện nay

Đến nay, trên thế giới có khoảng trên 200 công ty sản xuất IR trong số đó bao gồm:

- 30 công ty của Mỹ, ta có thể lấy một số công ty điển hình như: Robots.Pro, Vecna Robotics, Robot Dynamics… cùng với những sản phẩm nổi tiếng như: robot lấy sách tự động, robot HOAP-3, robot BEAR, robot tự hành Spirit and Opportunity…

- 80 công ty của Nhật, ta có thể lấy một số công ty điển hình như: Yaskawa ( Motoman), Fanuc, Toyota, Honda, Hitachi, Kawasaki, shikawajima-Harima, Yasukawa… Cùng với những sản phẩm robot được áp dụng phổ biến như: robot Asimo, robot EMIEW 2, robot Simroid, robot chơi vĩ cầm, robot phẫu thuật… Ngoài ra, trên thế giới còn có 90 công ty của Tây Âu và một số công ty của Nga, Tiệp… Do đó, ta có thể thấy rằng robot là một lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng không thể thiếu của những nước phát triển

Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bước tiến đáng kể trong 25 năm vừa qua Nhiều đơn vị trên toàn quốc đã thực hiện 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, 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…

Bên cạnh đó, còn phải kể đến Công ty Cổ phần Robot TOSY doanh nghiệp thiết

kế và chế tạo Robot Việt Nam có nhiều sản phẩm ấn tượng trên trường quốc tế

Các nghiên cứu về động học và động lực học robot được các khoa cơ khí, chế tạo máy ở các trường đại học và các viện nghiên cứu quan tâm Ngoài việc tìm các phương pháp giải các bài toán liên quan đến cơ học của các loại robot nối tiếp, song song, di động, thì các chương trình mô phỏng kết cấu và chuyển động 3D được áp dụng và phát triển để minh họa cũng như phục vụ cho phân tích, thiết kế robot

Lĩnh vực điều khiển robot rất phong phú, từ các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp tính mô-men, phương pháp điều khiển trượt đến các phương pháp điều khiển thông minh như: điều khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển tự thích nghi, các phương pháp học cho robot, các hệ Visual Servoing

2.2 Phân loại robot công nghiệp

2.2.1 Phân loại theo kết cấu

Phân loại theo kết cấu gồm có robot chuỗi và robot song song

- Robot chuỗi: là một chuỗi động học hở với một khâu cố định gọi là đế và các khâu động, trong đó các khâu động được bố trí nối tiếp với nhau Mỗi khâu động được liên kết hay nối động với một khâu khác nhờ các khớp liên kết

- Robot song song: là một chuỗi động học kín, ở đó mỗi khâu luôn luôn được liên kết với ít nhất hai khâu khác

2.2.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển

Có 2 kiểu điều khiển robot: Điều khiển hở và Điều khiển kín

- Điều khiển hở: dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén) mà quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với xung điều khiển Kiểu này đơn giản nhưng cho độ chính xác thấp

- Điều khiển kín: (điều khiển kiểu servo) sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều khiển Có hai kiểu điều khiển servo: Điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đường (contour)

- Kiểu điều khiển điểm-điểm: phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường thẳng với tốc độ không cao Kiểu điều khiển này thường được dùng trên các Robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh và bắn đinh

- Điều khiển contour: đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kì, với tốc độ có thể điều khiển được Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các Robot hàn hồ quang và phun sơn

2.2.3 Phân loại theo ứng dụng

Dựa vào những ứng dụng của robot trong sản xuất ta có những loại robot sau: robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot dùng trong ngành dịch vụ, robot chuyển phôi

2.3 Tình hình nghiên cứu Robot SCARA ở nước ngoài

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu

- Khi nói về robot thì các nước như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật… là những nước đi đầu về công nghệ thiết kế, chế tạo cũng như nghiên cứu phát triển cải tiến không ngừng trong ngành robot công nghiệp này Đặc biệt, là Robot SCARA là một trong những loại robot được ứng dụng rất phổ biến và rộng rãi trong sản xuất công nghiệp cũng như trong cuộc sống

- Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều Robot SCARA với kiểu dáng, hình dạng khác nhau được sử dụng trong công nghiệp làm việc với tốc độ cao, chính xác và hiệu suất cao nhằm thay thế con người làm những công việc nặng nhọc, đòi hỏi sự nhanh nhẹn chính xác cao trong môi trường độc hại, mang lại tính kinh tế cao

- Theo sự khảo sát, tìm hiểu về công nghệ chế tạo Robot SCARA của các nước trên thế giới cho thấy rằng, để điều khiển được Robot SCARA chạy với tốc độ cao và

độ chính xác rất cao thì điều đầu tiên cần phải có phương pháp điều khiển tốt để tối ưu hóa thuật toán điều khiển Sau đây là một số phương pháp điều khiển Robot SCARA phổ biến nhất:

 Điều khiển động học ngược

 Điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến

 Các phương pháp điều khiển thích nghi:

 Điều khiển thích nghi theo sai lệch

 Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC)

 Điều khiển động lực học ngược thích nghi

 Điều khiển trượt

2.3.2 Thành tựu đạt được

Một số hình ảnh về Robot SCARA:

Hình 2.1: Robot SCARA

2.4 Tình hình nghiên cứu Robot SCARA trong nước

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu

- Ở Việt Nam hiện nay, vấn đề nghiên cứu thiết kế, chế tạo và điều khiển robot đặc biệt robot SCARA còn đang gặp rất nhiều khó khăn, hạn chế do sự tiếp cận nền khoa học công nghệ muộn hơn so với các nước phát triển, bên cạnh đó do nguồn vật liệu cũng như trình độ gia công chế tạo ở nước ta chưa có độ chính xác cao nên rất khó cho việc chế tạo ra một robot hoàn chỉnh chạy với tốc độ cao Đồng thời bài toán về phương pháp điều khiển robot là điều quan trọng nhất mà ở nước ta chưa có ai có thể tối ưu hóa được thuật toán điều khiển để điều khiển cho một robot thực tế có thể làm việc với độ chính xác cao, hiệu suất cao nhất mà một robot nước ngoài có thể làm được

- Thực tế ở nước ta hiện nay, chủ yếu là nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển robot chỉ dựa trên lý tính hoặc mô phỏng tính toán trên các phần mềm CAD và Matlab là chủ yếu, cho nên chưa có tính ứng dụng cao để đưa vào thực tiễn Bởi vì, đôi khi chúng ta nghiên cứu và thực hiện trên lý thuyết rất là tốt nhưng khi đưa vào robot thực tế lại không chạy được, đây là một vấn đề rất là quan trọng mà chúng ta cần phải thay đổi trong cách nghiên cứu để có được những thành quả tốt hơn có thể đưa vào sản xuất thực tiễn Nhưng để có được điều đó thì cũng cần phải có thời gian, vì điều kiện kinh tế ở Việt Nam còn hạn chế, giá thành của robot còn quá cao so với nước ta nên việc nghiên cứu phát triển còn rất nhiều hạn chế

- Vì những hạn chế trên nên các phương pháp nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot SCARA ở nước ta rất là ít, mà phương pháp nghiên cứu chủ yếu ở nước ta đang

làm là mua lại phần cơ khí của robot từ nước ngoài về sau đó viết chương trình điều khiển cho robot Các phương pháp điều khiển thường sử dụng là:

Nghiên cứu điều khiển thực tế:

 Điều khiển động học ngược

Nghiên cứu điều khiển trên lý thuyết:

 Điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến

 Các phương pháp điều khiển thích nghi:

 Điều khiển thích nghi theo sai lệch

 Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC)

 Điều khiển động lực học ngược thích nghi

 Điều khiển trượt

2.4.2 Thành tựu đạt được

Bên cạnh những khó khăn về máy móc, thiết bị trong việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot, thì trong những năm qua tình hình nghiên cứu và phát triển robot ở Việt Nam cũng đạt được những thành tựu sau:

- Tại trung tâm nghiên cứu kỹ thuật tự động hóa, Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã thiết kế chế tạo kiểu robot SCA là một biến thể của SCARA Kiểu robot SCA này

có cấu hình RRRt, với 4 bậc tự do, toàn dùng động cơ bước

Hình 2.2: Mô hình robot SCARA

2.5 Một số ứng dụng thực tế của Robot SCARA trong công nghiệp

Trên thế giới

Hiện nay trên thế giới, do nhu cầu sử dụng robot ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất phức tạp với mục đích góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ,

giảm giá thành, nâng cao chất lượng, và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động, nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng tốt và thông minh hơn với những cấu trúc đơn giản và linh hoạt

Có thể kể đến một số ứng dụng điển hình của robot trên thế giới như:

Robot đóng gói sản phẩm: Các robot này có thể gắp lần lượt các hộp vắc xin bại liệt từ băng tải và đặt nó vào thùng gồm 20 hộp một cách chính xác

Robot vận chuyển và đóng gói sản phẩm: Robot đóng gói và vận chuyển trong phạm vi rộng các sản phẩm khác nhau: giường đóng gói phẳng và ngăn kéo

Bên cạnh đó, robot công nghiệp còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như trong môi trường độc hại, ngành nông nghiệp và ngành thực phẩm

Tại Việt Nam

Ở nước ta, ứng dụng của robot công nghiệp rất đa đạng, tùy vào những nghành, công việc khác nhau mà ta có thể áp dụng những robot công nghiệp riêng biệt Dưới đây

là một số nghành trong hệ thống sản xuất mà áp dụng robot công nghiệp

- Công nghiệp đúc: robot làm nhiệm vụ rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt mép thừa, làm sạch vật đúc hoặc làm tăng bền vật đúc bằng cách phun cát

- Ngành gia công áp lực: các quá trình hàn và nhiệt luyện thường bao gồm nhiều công việc độc hại và ở nhiệt độ cao, điều kiện làm việc khá nặng nề, dễ gây mệt mỏi nhất là ở trong các phân xưởng rèn dập

- Ngành gia công và lắp ráp: robot thường được sử dụng vào những việc như tháo lắp phôi và sản phẩm cho các máy ra công bánh răng, máy khoan, máy tiện bán tự động

Ngoài ra, robot còn có nhiều lĩnh vực được nghiên cứu như robot dịch vụ, robot dùng trong lĩnh vực quân sự, robot di động đồng thời kết hợp với nhận dạng và điều khiển trên cơ sở xử lý những thông tin hình ảnh, đặc biệt là kết hợp với xử lý ngôn ngữ

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Thông số kỹ thuật của Robot SCARA

3.1.1 Cấu hình của Robot SCARA

Bao gồm một chuổi các thanh cứng liên kết với nhau bởi các khớp:

Hình 3.1: Mô hình Robot SCARA trong Solidworks

Khớp 1 và 2 sử dụng bộ truyền Harmonic gear

Khớp 3 và 4 sử dụng bộ truyền đai cùng với vít-me bi với thông số D = 20mm, bước vít 20mm Tỉ số truyền lần lượt là 1.5:1 và 1.8:1

Hình 3.2: Thông số kích thước của Robot SCARA

Bậc tự do của Robot SCARA

3.1.2 Giới hạn không gian làm việc

Khớp quay 1 và 2 với các biến khớp có giới hạn làm việc như sau:

1 = -140 o  140o

2 = -150 o  150o

Do đó, ta có hình chiếu giới hạn của không gian làm việc như sau:

Hình 3.3: Giới hạn làm việc của khớp 1 và 2

Khớp 3 tịnh tiến với biến khớp d3 trong giới hạn làm việc 350 mm

Khớp 4 quay quanh trục thẳng đứng

Hình 3.4: Giới hạn làm việc của khớp 3 và 4

3.2 Động học Robot

3.2.1 Qui tắc Denavit Hartenberg

Hệ toạ độ gắn lên các khâu như sau:

- Trục Zi đặt dọc theo trục khớp i+1

- Trục Xi đặt dọc theo phương pháp tuyến chung giữa Zi-1 và Zi, hướng từ khớp i đến khớp i+1

- Trục Yi vuông góc với Xi và Yi theo qui tắc bàn tay phải

- Gốc toạ độ Oi là giao của trục Zi và pháp tuyến chung của trục Zi-1 và Zi

- Gốc toạ độ Oi’ là giao của trục Zi-1 và pháp tuyến chung của trục Zi-1 và Zi

Các thông số Denavit Hartenberg

- Khoảng cách giữa 2 khớp liên tiếp theo phương Xi là ai (tham số)

- Khoảng cách giữa 2 khớp liên tiếp theo phương Zi-1 là di (tham số hoặc biến khớp)

- Góc quay quanh trục Xi giữa trục Zi-1 và trục Zi là αi (tham số)

- Góc quay quanh trục Zi-1 giữa trục Xi-1 và trục Xi là θi (tham số hoặc biến khớp)

Hình 3.5: Định nghĩa hệ toạ độ và các thông số Denavit Hartenberg

Xác định ma trận chuyển đổi từ hệ toạ độ thứ i vế hệ toạ độ thứ i-1

Ma trận chuyển đổi từ hệ toạ độ thứ i về hệ toạ độ trung gian int Xoay quanh trục Xint góc αi sau đó tịnh tiến theo trục Xint đoạn ai

intAi = [

1000

0

C 𝛼𝑖

S 𝛼𝑖0

0

−S 𝛼𝑖

C 𝛼𝑖0

𝑎𝑖001

−S 𝜃𝑖

C 𝜃𝑖00

0010

00

𝑑𝑖1

Vậy ma trận chuyển đổi từ hệ i về hệ i-1 là

i-1Ai = i-1Aint intAi = [

cos𝑛

sin𝑛

00

− sin𝑛cos ∝𝑛cos𝑛cos ∝𝑛sin ∝𝑛0

sin𝑛sin ∝𝑛

− cos𝑛sin ∝𝑛cos ∝𝑛0

𝑎𝑛cos𝑛

𝑎𝑛sin𝑛

𝑑𝑛1] (4)

Tóm lại tại khâu thứ i ta có ma trận chuyển đổi từ hệ thứ i về hệ i-1 như trên với các thông số Denavit Hartenberg được xác định trong bảng thông số DH như sau:

Bảng 3.1: Thông số Denavit - Hartenberg

(tham số)

α (tham số)

d (biến khớp)

θ (biến khớp)

Phương trình động học thuận (vị trí) của tay máy là:

0p = 0Tn np = 0A1 A2…i-1Ai… n-1An np (5) Robot SCARA ở đồ án này có tất cả 4 khớp, tuy nhiên ba khớp đầu tiên gọi là bộ phận cơ bản vì nhờ chúng Robot thực hiện bước chủ yếu trong thao tác định vị, tức đưa giắc hút đến vị trí làm việc, sau đó nhờ khớp thứ 4 để đính hướng và vi chỉnh đến vị trí chính xác

3.2.2 Động học thuận Robot SCARA

Việc xây dựng các phương trình động học thuận của robot được tiến hành tuần tự theo các bước sau:

Bước 1: Xác định hệ trục tọa độ

Ta sử dụng quy ước Denavit-Hartenberg để mô tả đầy đủ vị trí của toàn bộ robot trong không gian

Hình 3.6: Hệ trục đặt trên Robot SCARA

Bước 2: Xây dựng bản thông số DH

Bảng 3.2: Tham số Denavit-Hartenberg của Robot SCARA

− sin1

cos1

00

0010

𝑙1cos1

𝑙1sin1

01

𝐴3 = [

1000

0100

0010

00

𝑑31

− sin4

cos4

00

0010

00

𝑑41

0

𝑆4𝐶12+ 𝐶4𝑆12

−𝑆4𝑆12+ 𝐶4𝐶12

00

00

−10

𝑙2𝐶12+ 𝑙1𝐶1

𝑙2𝑆12+ 𝑙1𝑆1

−𝑑4− 𝑑31

𝑂𝑥

𝑂𝑦

𝑂𝑧0

𝑎𝑥

𝑎𝑦

𝑎𝑧0

𝑃𝑥

𝑃𝑦

𝑃𝑧1

001]; 𝑧⃗⃗⃗ = [2

00

−1]; 𝑧⃗⃗⃗ = [3

00

−1];

Lấy tích có hướng các cặp vectơ, thay vào công thức, ta được ma trận Jacobian:

𝐽 =[

−𝑙1𝑆1− 𝑙2𝑆12

𝑙1𝐶1+ 𝑙2𝐶120001

−𝑙2𝑆12

𝑙2𝐶120001

00

−1000

00000

−1]

3.3 Thiết bị khác trong Robot SCARA

Tốc độ tối đa (rpm)

Công suất định mức

1-Van 3/2; 2-Van hút chân không; 3-Phễu hút chân không;

Hình 3.6: Sơ đồ kết nối thiết bị khí nén Bảng 3.4: Thông số thiết bị khí nén

Tên thiết bị Thông số thiết bị khí nén

Tên mã Điện áp định mức Áp suất định mức

Phễu hút chân không 33969 ISV-1/8 _ 4 – 5 bar

3.3.3 Bi và khuôn đựng bi

3.3.3.1 Khuôn đựng bi

Khuôn đựng bi gồm có: 2 khuôn dùng để chứa bi thép, mỗi khuôn gồm có 3 miếng khuôn ghép lại với nhau

Hình 3.7: Khuôn đựng bị

Kích thước:

 Khuôn 1: 140x140x10 (mm), có màu trắng đục, nằm ở vị trí trên cùng có đường kính lỗ bằng với đường kính của bi sắt là ∅20 (mm), chức năng chính là dùng để chứa bi khi robot bỏ vào

 Khuôn 2: 140x140x3 (mm), có màu trắng trong suốt, có đường kính lỗ là ∅10 (mm), có chức năng chính là dùng để giảm độ nẩy của bi để giữ cho bi không bị rơi ra ngoài

 Khuôn 3: 140x140x3 (mm), có màu đen, có chức năng dùng để giữ cho đế của khuôn cứng vững hơn

 Thanh làm chân đế khuôn: được làm bằng thép, có ren suốt, đường kính: ∅4, chiều dài: 300 (mm)

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ BỔ SUNG KHỚP THỨ 4 4.1 Giới thiệu chung về bộ truyền đai

4.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ truyền đai

- Bộ truyền đai hoạt động theo nguyên lý ma sát: công suất từ bánh chủ động (1) truyền cho bánh bị động (2) nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai (3) và bánh đai (1), (2)

- Ma sát sinh ra giữa hai bề mặt xác định theo công thức:

Fms = f.N

`Như vậy, để có lực ma sát thì cần thiết phải có áp lực pháp tuyến Trong bộ truyền đai,

để tạo lực pháp tuyến thì phải có lực căng đai ban đầu, ký hiệu là S0

Hình 4.1: Bộ truyền đai

4.1.2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

Ưu điểm

- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m)

- Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẽo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn

- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

- Nhờ vào sự trượt của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ

- Kết cấu và vận hành đơn giản

Nhược điểm

- Kích thước bộ truyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng

- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai (ngoại trừ đai răng)

- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai để tạo lực ma sát)

- Tuổi thọ của bộ truyền đai thấp

Hiện nay, bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi, đai dẹt ngày càng ít sử dụng Khuynh hướng dùng bộ truyền đai răng ngày càng phổ biến vì tận dụng được ưu điểm của bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai

Phạm vi sử dụng

Bộ truyền đai thường dùng để truyền công suất không quá 40-50 KW, vận tốc thông thường khoảng 5-30 m/s Tỉ số truyền i của đai dẹt thường không quá 5, đối với đai thang không quá 10

4.2 Lựa chọn động cơ

4.2.1 Cấu tạo động cơ

Sử dụng động cơ DC servo NC5475E

Hình 4.2: Động cơ DC servo

4.2.2 Thông số động cơ

Động cơ DC servo NC5475E:

- Điện áp: 24V