BÀI tập lớn kĩ THUẬT ROBOT tìm HIỂU ROBOT MPL800II

Ứng dụng của Robot MPL800 II trong công nghiệp.. Yaskawa là tập đoàn hàng đầu thế giới trong sản xuất và cung cấp các sản phẩm trong lĩnh vực robot công nghiệp, biến tần, truyền động điệ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nước ta đang tiến hành công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày một mạnh mẽ, dần dần lao động chân tay sẽ được thay thế bằng tự động Và robot là một lực lượng sinh ra

để giảm lao động cho con người, nó càng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp

Ở trong bài tập lớn này chúng em xin trình bày tìm hiểu của mình về Robot MPL800II

do hãng Yaskawa sản xuất Tuy vậy, trong lúc tìm hiểu chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, mong cô bổ sung và sửa chữa để bài tập lớn của chúng em thêm hoàn thiện

Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn cô Nguyễn Phạm Thục Anh đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ bọn em khi thực hiện bài tập lớn này ạ

Những người thực hiện

Nhóm 1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ROBOT MPL800 II 3

1.1 Giới thiệu 3

1.2 Ứng dụng của Robot MPL800 II trong công nghiệp 4

1.3 Kết cấu cơ khí 5

1.4 Thông số kỹ thuật 7

CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC THUẬN CỦA ROBOT MPL800 II 8

2.1 Tính toán công thức 8

2.2 Giao diện lập trình trên Matlab 10

CHƯƠNG 3: MA TRẬN JACOBY 11

3.1 Tính toán công thức 11

3.2 Giao diện lập trình Matlab 12

CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC NGƯỢC ROBOT 13

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CỦA CÁC KHỚP DẠNG BẬC 3 16

CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN TOOLBOX SIMMECHANICS/MATLAB 21

6.1 Xây dựng phương trình động lực học cho Robot MPL800 II (3 góc đầu tiên): ……… 21

6.2 Mô hình 3D của tay máy Robot 23

6.3 Mô hình Robot trên Simmechanics/Matlab 26

PHỤ LỤC:…… ….28

Danh mục hình ảnh: 28

Danh mục bảng: 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ROBOT MPL800 II 1.1 Giới thiệu

Robot MPL800 II được sản xuất bởi hãng Robot nổi tiếng Yaskawa Yaskawa là tập đoàn hàng đầu thế giới trong sản xuất và cung cấp các sản phẩm trong lĩnh vực robot công nghiệp, biến tần, truyền động điện…Trong lĩnh vực robot công nghiệp, hãng đã sản xuất tất

cả các loại robot như: robot gắp (Handling), robot nâng bốc, đóng gói (Picking/packing, palletizing) Robot hàn, hàn điểm (Arc handling, spot welding), Robot sơn (Painting), Robot lắp ráp ( Assembly/distributing)…

Hinh 1.1: Một số loại Robot của hãng Yaskawa

Robot công nghiệp MPL800 II là loại robot có tốc độ cao, tính linh hoạt và hiệu suất làm việc lớn, đảm bảo độ tin cậy chính xác

Hinh 1.2: Robot MPL800 II

Robot MPL800 II có các đặc điểm chính là:

 Số bậc tự do: 4 bậc

 Có cơ cấu, khung thiết kế vững chắc, có khả năng mang các tải từ 80kg đến 800kg ở tốc

độ cao Những robot này cho phép đạt được cân bằng quán tính cao nhất cho ứng dụng bốc xếp hàng

 Chiều ngang 3.1 m và chiều dọc 3 m cùng khả năng xoay 360 độ, cho phép chúng có thể tích hợp làm việc cùng lúc với nhiều băng tải và các vị trí xếp pallet khác nhau

 Ống dẫn khí nén và cáp điều khiển các trục cũng như cáp tín hiệu fieldbus được tích hợp

đi ngầm bên trong tay máy, thiết kế này giúp nâng cao sự an toàn và duy trì sự bền bỉ, giảm thiểu tối đa khả năng va chạm với các thiết bị ngoại vi

 Robot MPL tương thích với bộ điều khiển DX200 hoặc nền tảng MLX200 tích hợp PLC

1.2 Ứng dụng của Robot MPL800 II trong công nghiệp

Đây là loại robot phù hợp với các ứng dụng về đóng gói (điều khiển dỡ và đóng gói vào khay, hộp, thùng carton, túi, …)

Các hoạt chất bôi trơn ở trong hộp số robot dòng MPL được chứng nhận tiêu chuẩn an toàn NSF-H1 Đây là tiêu chuẩn đặc biệt quan trọng trong ngành thực phẩm và đồ uống Do vậy Robot MPL có thể áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: thực phẩm và nước giải khát, nhà kho và các sản phẩm công nghiệp khác

Hinh 1.3: Ứng dụng của Robot MPL800 II trong công nghiệp

Tuy nhiên thì robot MPL là dòng robot chuyên dụng, thích hợp và được ưu tiên dùng cho các ứng dụng nâng bốc, di chuyển hàng có khối lượng lớn lên đến 800kg, sử dụng trong

rất nhiều ngành như: nước giải khát, thực phẩm, gạch, xi măng…do các đặc điểm chuyên dụng của robot MPL

1.3 Kết cấu cơ khí

Kết cấu cơ khí của robot thể hiện như trong hình vẽ:

Hinh 1.4: Robot MPL800 II khi nhìn từ trên xuống

Kết cấu cơ khí của Rotbot MPL800 II nhìn từ đằng sau:

Hinh 1.5: Robot MPL800 II khi nhìn từ đằng sau

Kết cấu cơ khí của robot khi nhìn ngang:

Hinh 1.6: Robot MPL800 II khi nhìn ngang

1.4 Thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật chính của Robot MPL800 II được trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật chính của Robot MPL800 II

CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC THUẬN CỦA ROBOT

MPL800 II 2.1 Tính toán công thức

Y0

X0 Z0

a1=270 a2=1250 a3=1650

Hinh 2.1: Mô hình Robot MPL800 II Bảng 2.1: Bảng Denavit-Hartenberg

cos⁡(𝜃2) −sin⁡(𝜃2) 0 𝑎2 cos⁡(𝜃2)

sin⁡(𝜃2) cos⁡(𝜃2) 0 𝑎2⁡ sin⁡(𝜃2)

]

= [

cos⁡(𝜃2) −sin⁡(𝜃2) 0 1250 cos⁡(𝜃2)

sin⁡(𝜃2) cos⁡(𝜃2) 0 1250 sin⁡(𝜃2)

cos⁡(𝜃3) 0 sin⁡(𝜃3) 𝑎3 cos⁡(𝜃3)

sin⁡(𝜃 3 ) 0 −cos⁡(𝜃 3 ) 𝑎 3 sin⁡(𝜃 3 )

cos⁡(𝜃1) 0 sin⁡(𝜃1) 𝑎1 cos⁡(𝜃1)

sin⁡(𝜃 1 ) 0 −cos⁡(𝜃 1 ) 𝑎 1 sin⁡(𝜃 1 )

cos⁡(𝜃3) 0 sin⁡(𝜃3) 𝑎3 cos⁡(𝜃3)

sin⁡(𝜃 3 ) 0 −cos⁡(𝜃 3 ) 𝑎 3 sin⁡(𝜃 3 )

].⁡[

cos⁡(𝜃4) −sin⁡(𝜃4) 0 0 sin⁡(𝜃 4 ) cos⁡(𝜃 4 ) 0 0

Trong đó:

𝑎11 = cos⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃4).⁡cos⁡(𝜃2+ 𝜃3) + sin⁡(𝜃1).⁡sin⁡(𝜃4)

𝑎12 = - cos⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2+ 𝜃3).⁡sin⁡(𝜃4) + sin⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃4)

𝑎13 = cos⁡(𝜃1).⁡sin⁡(𝜃2+ 𝜃3)

𝑎14 = 𝑎3.cos⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2+ 𝜃3) + 𝑎2.cos⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2) + 𝑎1 cos⁡(𝜃1)

= 1650 cos⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2+ 𝜃3) + 1250⁡cos⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2) + 270⁡cos⁡(𝜃1)

𝑎21 = sin⁡(𝜃1).cos(𝜃2+ 𝜃3) cos⁡(𝜃4) - cos⁡(𝜃1).⁡sin⁡(𝜃4)

𝑎22 = - sin⁡(𝜃1).cos(𝜃2+ 𝜃3) sin⁡(𝜃4) - cos⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃4)

𝑎23 = sin⁡(𝜃1).⁡sin⁡(𝜃2+ 𝜃3)

𝑎24 = 𝑎3 sin⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2+ 𝜃3) + 𝑎2 sin⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2) + 𝑎1 sin⁡(𝜃1)

= 1650 sin⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2+ 𝜃3) + 1250⁡sin⁡(𝜃1).⁡cos⁡(𝜃2) + 270⁡sin⁡(𝜃1)

2.2 Giao diện lập trình trên Matlab

Hinh 2.2: Giao diện lập trình Matlab tính động học thuận

CHƯƠNG 3: MA TRẬN JACOBY 3.1 Tính toán công thức

3.2 Giao diện lập trình Matlab

Hinh 3.1: Giao diện lập trình Matlab tính ma trận Jacoby

CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC NGƯỢC ROBOT

𝑛𝑥 = cos⁡(θ1).⁡cos⁡(θ4).⁡cos⁡(θ2+ θ3) + sin⁡(θ1).⁡sin⁡(θ4)

𝑜𝑥 = - cos⁡(θ1).⁡cos⁡(θ2+ θ3).⁡sin⁡(θ4) + sin⁡(θ1).⁡cos⁡(θ4)

𝑎𝑥 = cos⁡(θ1).⁡sin⁡(θ2+ θ3)

𝑝𝑥 = a3 cos⁡(θ1).⁡cos⁡(θ2+ θ3) + a2.⁡cos⁡(θ1).⁡cos⁡(θ2) + a1.⁡cos⁡(θ1)

𝑛𝑦 = sin⁡(θ1).cos(θ2+ θ3) cos⁡(θ4) - cos⁡(θ1).⁡sin⁡(θ4)

𝑜𝑦 = - sin⁡(θ1).cos(θ2+ θ3) sin⁡(θ4) - cos⁡(θ1).⁡cos⁡(θ4)

cos(θ 2 + θ 3 ) cos(θ4) −cos(θ 2 + θ 3 ) sin(θ4) sin(θ 2 + θ 3 ) a 3 cos(θ 2 + θ 3 ) + ⁡ a2cos(θ 2 )

sin(θ2+ θ3) cos(θ4) −sin(θ2+ θ3) sin(θ4) −cos(θ2+ θ3) a3sin(θ2+ θ3) + ⁡ a2sin(θ2)

] (4.6)

Cân bằng 2 vế ta có các phương trình sau:

sin(θ1) px⁡− cos(θ1) py⁡ = 0⁡ (4.7) Suy ra:

θ1 = ATAN2(py⁡, px)

θ1 = ATAN2(−py⁡, −px)

{sin(θ4) = sin(θ1) nx⁡ − cos(θ1) ny⁡⁡cos(θ4) = ⁡sin(θ1) ox⁡− cos(θ1) oy⁡ (4.8) Suy ra:

θ4 = ATAN2(sin(θ1) nx⁡− cos(θ1), sin(θ1) ox⁡− cos(θ1) oy⁡)

{cos(θ1) px⁡+ sin(θ1) py⁡− ⁡ a1 = a3cos(θ2+ θ3) +⁡ a2cos(θ2)⁡

pz⁡− d1 = ⁡ a3sin(θ2+ θ3) + ⁡ a2sin(θ2) (4.9) Đặt:

{m = 𝑎3cos(θ2+ θ3) + ⁡ 𝑎2cos(θ2)⁡

n = ⁡ 𝑎3sin(θ2+ θ3) +⁡ 𝑎2sin(θ2)Bình phương cả 2 vế ta được:

{m

2 = ⁡ (a3cos(θ2+ θ3))2+ ⁡2 a3cos(θ2+ θ3) a2cos(θ2)+ ⁡ (a2cos(θ2))2⁡

n2 = ⁡ (a3sin(θ2+ θ3))2+ ⁡2 a3sin(θ2+ θ3) a2sin(θ2)+ ⁡ (a2sin(θ2))2

Cộng hai phương trình ta được:

m2+ n2 = ⁡ a32+ ⁡ a22+ 2a3a2⁡cos(θ3) (4.10) Suy ra:

cos(θ3) = ⁡m

2+ n2 − a32− ⁡ a22

2a3a2sin(θ3) = ±√1 − (cos(θ3))2

⇒ θ3 = ATAN2(sin(θ3), cos(θ3))

Sử dụng phép đảo vị trị Robot Planar ta có:

θ2 = 𝐴𝑇𝐴𝑁2(𝑝2, 𝑝1) − 𝐴𝑇𝐴𝑁2(𝑎3 sin(θ3) , 𝑎2+ 𝑎3cos(θ3)) Trong đó:

𝑝1 = ⁡cos(θ1) px⁡ + sin(θ1) py⁡− ⁡ a1

𝑝2 = ⁡ pz⁡− d1

Điều kiện góc quay của từng khớp:

1 2 3 4

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CỦA CÁC

KHỚP DẠNG BẬC 3

Quỹ đạo của từng khớp có dạng:

𝜃𝑖(𝑡) = 𝑎𝑖0 + ⁡ 𝑎𝑖1𝑡 + 𝑎𝑖2𝑡2+ 𝑎𝑖3𝑡3 (5.1) Vận tốc tại mỗi khớp:

𝜃̇𝑖(𝑡) = 𝑎𝑖1+ 2𝑎𝑖2𝑡 + 3𝑎𝑖3𝑡2 (5.2) Với 𝑖 = 1,4̅̅̅̅ tương ứng với 4 khớp

Ta được hệ các phương trình sau:

Giả sử Robot đi từ điểm A tới điểm B trong thời gian là t(s) với điều kiện là vận tốc tại

2 thời điểm đầu và cuối bằng 0

𝑞𝐵 = [𝜃1𝐵, 𝜃2𝐵, 𝜃3𝐵, 𝛳𝜃4𝐵]𝑇 = [30, 45, −90, −30]𝑇 (5.6) trong thời gian t = 5s

 Phương trình quỹ đạo của khớp 2 với các hệ số như sau:

Kết quả mô phỏng trên Matlab:

Hinh 5.2: Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc khớp thứ hai

 Phương trình quỹ đạo của khớp 3 với các hệ số như sau:

Hinh 5.3: Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc khớp thứ ba

 Phương trình quỹ đạo của khớp 4 với các hệ số như sau:

Hinh 5.4: Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc khớp thứ tư

CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC

HỌC TRÊN TOOLBOX SIMMECHANICS/MATLAB

Toolbox Simmechanics/Matlab là một phần mềm cho phép người dùng mô phỏng được các chi tiết cơ khí, từ đó xây dựng được mô hình các bộ phận máy, các máy móc cơ học của robot

6.1 Xây dựng phương trình động lực học cho Robot MPL800 II (3 góc đầu tiên):

 𝑚𝑖 là khối lượng của khâu thứ 𝑖

 𝐽𝑇𝑖 là ma trận Jacoby tịnh tiến tương ứng với tọa độ suy rộng thứ 𝑖

 𝐽𝑅𝑖 là ma trận Jacoby quay tương ứng với tọa độ suy rộng thứ 𝑖

 𝐴𝑖 là ma trận cosin chỉ hướng của hệ trục tọa độ thứ 𝑖 so với hệ trục tọa độ cố định

 𝐼𝑖 là ma trận momen quán tính khối đi qua tâm của khâu thứ 𝑖

6.7)

6.2 Mô hình 3D của tay máy Robot

Hinh 6.1: Chân đế tay máy Robot

Hinh 6.2: Khâu thứ nhất

Hinh 6.3: Khâu thứ hai

Hinh 6.4: Khâu thứ tư

Hinh 6.5: Khâu tác động cuối

Hinh 6.6: Bản vẽ lắp tay máy Robot

6.3 Mô hình Robot trên Simmechanics/Matlab

Hinh 6.7: Mô hình hóa Robot trên Matlab-Simulink

Hinh 6.8: Khối điều khiển

Hinh 6.9: Mô phỏng Robot trên Simmechanics

PHỤ LỤC:

Danh mục hình ảnh:

Hinh 1.1: Một số loại Robot của hãng Yaskawa 3

Hinh 1.2: Robot MPL800 II 3

Hinh 1.3: Ứng dụng của Robot MPL800 II trong công nghiệp 4

Hinh 1.4: Robot MPL800 II khi nhìn từ trên xuống 5

Hinh 1.5: Robot MPL800 II khi nhìn từ đằng sau 5

Hinh 1.6: Robot MPL800 II khi nhìn ngang 6

Hinh 2.1: Mô hình Robot MPL800 II 8

Hinh 2.2: Giao diện lập trình Matlab tính động học thuận 10

Hinh 3.1: Giao diện lập trình Matlab tính ma trận Jacoby 12

Hinh 5.1: Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc khớp thứ nhất 17

Hinh 5.2: Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc khớp thứ hai 18

Hinh 5.3: Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc khớp thứ ba 19

Hinh 5.4: Đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc khớp thứ tư 20

Hinh 6.1: Chân đế tay máy Robot 23

Hinh 6.2: Khâu thứ nhất 23

Hinh 6.3: Khâu thứ hai 24

Hinh 6.4: Khâu thứ tư 24

Hinh 6.5: Khâu tác động cuối 25

Hinh 6.6: Bản vẽ lắp tay máy Robot 25

Hinh 6.7: Mô hình hóa Robot trên Matlab-Simulink 26

Hinh 6.8: Khối điều khiển 26

Hinh 6.9: Mô phỏng Robot trên Simmechanics 27

Danh mục bảng: Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật chính của Robot MPL800 II 7

Bảng 2.1: Bảng Denavit-Hartenberg 8

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS.TSKH Nguyễn Văn Khang, TS Chu Anh Mỳ, 2011, Cơ sở Robot công nghiệp,

Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, Hà Nội

[2] https://www.robots.com/motoman/mpl800-ii

[3] https://www.yaskawa.eu.com/en/products/robotic/motoman%20robots/productdetail/product/mpl800ii/

[4] https://www.yaskawa.eu.com/

[5] TS.Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển Robot công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội,