Đề tài Nghiên cứu, thiết kế robot song song hai bậc tự do ứng dụng trong khắc chữ

obot có thể được phân loại theo nhiều tiêu chuẩn, số bậc tự do, cấu trúc động học, hệ thống truyền động, dạng hình học của chi tiết gia công, các đặc tính chuyển động… 1.3.5.1. 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 xử lý đối tượng một cách tự do trong không gian ba chiều. Theo quan điểm này, robot đa năng có 6 bậc tự do, robot dư có hơn 6 bậc tự do và robot thiếu có ít hơn 6 bậc tự do. Robot dư có thêm một bậc tự do để di chuyển qua các chướng ngại vật hoặc vận hành trong các không gian hẹp. Mặt khác đối với một số ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn lắp giáp các chi tiết trên mặt phẳng, robot bốn bậc tự do là đủ. Tay máy REVOLUTE Tay máy POLAR Tay máy CYLINDRICAL Tay máy CARTERSIAL Tay máy SCARA Mô hình một số tay máy thông dụng 1.3.5.2. 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 cả chuỗi vòng hở và vòng kín. * Phân loại theo hệ thống truyền động Có ba hệ 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 truyền động thuỷ lực hoặc khí nén. Nhược điểm của truyền động thuỷ lực là khả năng rò rỉ dầu. Ngoài ra, truyền động 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 lưu chất 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 thông 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 qui 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 các bánh răng trong hộp giảm tốc có thể gây ra sai số vi 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 lắp ở đế. Nói chung, động cơ cũng có thể được nắp ở đế để truyền động khớp thứ hai hoặc khớp thứ ba thông qua đai kim loại hoặc khâu thanh đẩy. Một số cơ cấu chấp hành sử dụng bộ các bánh răng, xích và đĩa xích 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 khớp sẽ phụ thuộc lẫn nhau. Các cơ cấu chấp hành kiểu đó được gọi là vòng kín. *Phân loại theo dạng hình học không gian làm việc: Không gian 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 không gian trong đó 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 không gian trong đó cơ cấu tác động có thể với tới từng điểm theo mọi chiều có thể. Không gian linh hoạt là một phần của không gian có thể với tới. Mặc dù đây không phải là điều kiện cần, nhưng nhiều cơ cấu chấp hành nối tiếp được thiết kế với ba khâu đầu dài hơn các khâu còn lại. Do đó ba khâu này được dùng chủ yếu để thao tác vị trí, các khâu còn lại được dùng để điều khiển hướng của đầu tác động. Vì lý do đó, ba khâu đầu được gọi là cánh tay, các khâu còn lại được gọi là cổ tay. Trừ các cơ cấu chấp hành với số bậc tự do lớn hơn 6, cánh tay thường có ba 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 được 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 vùng không gian làm việc. Tay máy được gọi là robot trụ nếu khớp thứ nhất hoặc khớp thứ hai của robot Decartes được thay bằng khớp quay. Tay máy được gọi là robot cầu nếu hai khớp đầu là khớp quay khác nhau và khớp thứ ba là khớp lăng trụ (tay máy SCARA). Vị trí tâm cổ tay của robot cầu là tập hợp các tọa độ cầu liên quan với ba biến khớp nối. Do đó không gian làm việc robot cầu được giới hạn theo hai khối cầu đồng tâm. Tay máy được gọi là robot quay nếu cả ba 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(tay máy REVOLUTE). Robot Song Song Delta Vào đầu thập niên 80, Reymond Clavel (giáo sư của EPFL) đã nảy ra một ý tưởng độc đáo là sử dụng các hình bình hành để tạo ra một robot song song có ba bậc tự do tịnh tiến và một bậc tự do quay. Không như một số bài báo đã xuất bản đâu đó, ý tưởng này hoàn toàn là của Reymond Clavel chứ không phải bắt chước từ cơ cấu song song đã được Willard L. Polard đăng ký bản quyền vào năm 1942, và vào thời điểm đó Willard L. Polard cũng không hề biết đến giáo sư Clavel. Robot song song Delta đã được đánh giá là một trong những thiết kế robot song song thành công nhất với hàng trăm robot đang hoạt động trên toàn thế giới. Vào năm 1999, tiến sĩ Clavel đã nhận được giải thưởng Golden Robot Award do hiệp hội ABB Flexible Automation trao tặng để tôn vinh những hoạt động sáng tạo của ông về robot song song Delta. Sơ đồ robot delta. Thiết kế của robot Delta: Ý tưởng căn bản của thiết kế robot Delta là sử dụng các hình bình hành. Các hình bình hành cho phép khâu ra duy trì một hướng cố định tương ứng với khâu vào. Việc sử dụng ba hình bình hành hoàn toàn giữ chặt hướng của bệ di động duy trì chỉ với ba bậc tự do tịnh tiến. Các khâu vào của 3 hình bình hành được gắn với các cánh tay quay bằng các khớp quay. Các khớp quay của tay quay được truyền động theo 2 cách: hoặc sử dụng các động cơ quay (DC hoặc AC servo), hoặc bằng các bộ tác động tuyến tính. Cuối cùng, cánh tay thứ tư được dùng để chuyển truyền chuyển động quay từ đế đến khâu tác động cuối gắn trên tấm dịch chuyển. Việc sử dụng các bộ tác động gắn trên đế và các khâu có khối lượng nhẹ cho phép tấm dịch chuyển đạt được gia tốc lên đến 50 G trong phòng thí nghiệm và 12 G trong các ứng dụng công nghiệp. chính điều này làm cho robot Delta trở thành một ứng cử viên sáng giá cho các hoạt động nâng – đặt đối với các đối tượng nhẹ (từ 10 gr đến 1 kg). Vùng làm việc của nó là sự giao nhau của 3 đường gờ tròn, nhưng robot Delta trên thị trường có thể hoạt động trong vùng làm việc hình trụ với đường kính là 1 m và có chiếu cao là 0,2 m. Robot Delta Demaurex cũng cấp giấy phép cho một công ty Nhật Bản có tên là Hitachi Seiki được quyền sản xuất robot Delta có kích cỡ nhỏ dùng để đóng gói (sản phẩm có tên là DELTA) và khoan (PA35). Trên thực tế, Hitachi Seiki là nhà đại diện của Demaurex tại Nhật Bản. Robot IRB 340 FlexPicker ABB Flexible Automation đã giới thiệu các robot Delta của mình vào năm 1999, đó là robot có tên IRB 340 FlaxPicker. 3 phân khúc thị trường mà họ hướng tới là các ngành công nghiệp thực phẩm, dược và điện tử. PlexPicker được trang bị hệ thống chân không được tích hợp luôn vào robot, có khả năng nhấc và nhà nhanh đối với các vật có khối lượng đến 1 kg. Robot được dẫn hướng bởi một thiết bị quan sát của hãng Cognex và được trang bị bộ điều khiển ABB S4C. Robot cũng có thể được trang bị một bộ điều khiển chuyển động và hệ thống quan sát của hãng Adept Technology. Vận tốc mà robot này đạt được khoảng 10 m/s và 3,6 deg/s (khoảng 150 lần nhấc trong một phút), và gia tốc lên đến 100 m/s2 và 1,2 rad/s2. Robot này có tới 2 phiên bản. Sau hơn 15 năm giữ vai trò chủ đạo trên thị trường, Demaurex đột nhiên phải đối diện với quyết định của ABB gia nhập vào thị trường robot loại này. Demaurex đã thay đổi dòng sản phẩm từ các robot Delta rời rạc chuyển sang sản xuất các cụm robot hoàn chỉnh. Gần đây, 3 robot Delta khác cũng đã được SIG Pack Systems giới thiệu là C23, C33 (do Demaurex sản xuất) và CE33 (do SIG Pack Systems sản xuất). C33 và CE33 1.4. Ý tưởng thiết kế : Từ đề tài đưa ra kết hợp với thực tiễn tìm hiểu tài liệu về Robot song song . Yêu cầu của đề tài là thiết kế ra Robot khắc chữ song song 2D. Khắc được chữ chúng phải thay đổi được tọa độ của dao gia công trong một mặt phẳng. Chúng ta chọn cơ cấu khớp bản lề . CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC MÔ PHỎNG MIỀN LÀM VIỆC BẰNG MATLAB 2.1. Tính toán động học của Robot . Thực hiện đươc 2 bài toán động học thuận và động học ngược của robot. Bài toán thuận có nhiệm vụ xác định thế (vị trí và hướng ) của phần công tác khi biết giá trị các biến khớp của robot trong hệ tọa độ oxy. Bài toán ngược nhằm xác định giá trị các biến khớp để đảm bảo quy luật chuyển động của phần công tác của robot trong hệ toa độ oxy. Bài toán động học ngược của robot song song hai bậc tự do: Bài toán này chúng ta phải tìm được giá trị của biến khớp (bi) khi biết được vị trí của các khớp và độ dài các chân và vị trí của robot so với gốc tọa độ. Ma trận quay R , véc tơ chuyển vị P( ,) Ta có : d1 = d2 = 25cm; c1 = c2 = 5cm ; a1 = a2 = 20 ( cm ) ; a1a3 = a2a4 = 50(cm) ; Ma trận quay : R = ; = = ; = ; = ; = ; = ; Ta có : = = + R * P = ; = = Px = b1 d1*cos Py = a1 d1*sin c1 Ta có: d1 = ( Py c1 –a1 ) / (sin) ; Vậy : b1 = Px d1 * cos = Px (Py c1 – a1)* cos/( sin ) ; b1 = Px (Py c1 – a1)/tan; Ta có : = ; = ; = ; = Với: = = + R * Ta có: P = ; = + = = = Vậy: b2= Px (Py a2 – c2)/tan; Ta có : tan = ; b1 = Px (Py c1 – a1)* tan = ; b2 = Px (Py a2 – c2)* Vậy: b1 = Px ; b2 = Px + ; Bài toán thuận: Bài toán này ta tìm thành phần ,, của véc tơ với các giá trị của , thay đổi để tao ra vùng làm việc của robot: Ta có : b1 d1*cos = a1 d1*sin c1 = = = 2.2. Động lực học Robot * Nghiên cứu động lực học robot là công việc cần thiết khi phân tích cũng như tổng quá trịnh điều khiển chuyển động. Việc nghiên cứu động lực học robot thường giải quyết hai nhiệm vụ sau đây: - Xác định momen và lực động xuất hiện trong quá trình chuyển động. Khi đó qui luật biến đổi của biến khớp (t) coi như đã biết. Việc tính toán lực trong cơ cấu tay máy là cần thiết để chọn lọc công suất động cơ, kiểm tra độ bền, độ cứng vững, đảm bảo độ tin cậy của robot. - Xác định sai số động lực học tức là sai lệch so với qui luật chuyển động theo chương trình. Lúc này cần khảo sát phương trình chuyển động robot có tính đến đặc tính động lực của động cơ và các khâu. Có nhiều phương pháp nghiên cứu động lực học nhưng thường gặp hơn cả là phương pháp cơ học Lagrange, cụ thể là dùng phương trình Lagrange- Eule. Đối với các khâu khớp của robot, với các nguồn động lực và kênh điều khiển riêng biệt , không thể bỏ qua các hiệu ứng trọng trường, quán tính, tương hổ, ly tâm…mà những khía cạnh này chưa được xet đầy đủ trong cơ học cổ điển; Cơ học Lagrange nghiên cứu các vấn đề nêu trên như một hệ thống khép kín nên đây là nguyên lý cơ học thích hợp đối với các bài toán động lực học robot. 2.2.1. Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực học của Robot Hàm Lagrange của một hệ thống năng lượng được định nghĩa: L= K- P Trong đó : K là tổng động năng của hệ thống P là tổng thế năng K và P đều là những đại lượng vô hướng nên có thể chọn bất cứ hệ tọa độ thích hợp nào để bài toán đơn giản. Đối với một robot có n khâu, ta có:  và Ở đây, và là động năng và thế năng của khâu thứ I xét trong hệ tọa độ chọn. Ta biết mỗi đại lượng và là một hàm số phụ thuộc nhiều biến số: =K(,) và =P(,) Với là tọa độ suy rộng của khớp thứ i. Nếu khớp thứ i là khớp quay thì là góc quay , nếu là khớp tịnh tiến thì là độ dài tịnh tiến . Ta định nghĩa : Lực tác dụng lên khâu thứ i(i= 1,2 …,n) với quan niệm lực tổng quát, nó có thể là một lực hoặc một mô men( phụ thuộc vào biến khớp là tịnh tiến hoặc quay) được xác định bởi: = - Phương trình này được gọi là phương trinh Lagrange – Euler, hay thường gọi tắt là phương trình Lagrange. 2.2.2. Hàm Lagrange và lực tổng quát: Với bài toán như hình vẽ sau Các khâu có chiều dài và và khối lượng tương ứng và các C1 =C2 = 5 cm, khớp quay với các biến khớp và . Tính lực tổng quát Đối với khâu 1 = = = - gcos Với khâu 2: Về tọa độ: =sin =sin + sin = -( cos = cos+ = cos – )cos Chiều cao thế năng h= cos + cos Về vận tốc = + Với == cos + cos = = sin - sin = Động năng = = Thế năng = - g = - g sin + sin ) Áp dụng hàm Lagrange ta có: L= ( +) – () L = + + gcos+ g sin + sin ) Lực tổng quát các biến hệ : và= Đối với khâu 1: = = + [-2sinsin] Và xét: = + [ -2cos sin] Tính = gsin+ g cos = - = + [ -2cos sin] gsin- g cos Muốn cho khâu quay được góc thì động cơ phải tạo ra một lực tổng quát ≥ . Lực tổng quát này có đặc tính phi tuyến, là hợp tác dụng của nhiều yếu tố Tương tự, để tính lực tổng quát của khâu thứ hai, ta có: = ) + cos + ] Ta có = cos)sin)+ 2 Và =- sin 2 )) -sincos+2 ++ sin 2)vậy = - = cos)sin)+ 2- - sin 2 )) -sincos+2 ++ cos 2) 2.2.3. Phương trình động lực học robot Xét khâu thứ i của một robot có n khâu. Tính lực tổng quát của khâu thứ i với khối lượng vi phân của nó là dm. Lực tổng quát đóng vai trò rất quan trọng khi xây dựng sơ đồ khối để thiết lập hàm điều khiển cho robot có n bậc tự do. Vận tốc của một điểm trên robot Một điểm trên khấu thứ i được mô tả trong hệ tọa độ cơ bản là: Trong đó: là tọa độ của điểm xét đối với khâu thư i , không thay đổi theo thời gian. là ma trận chuyển đổi từ khâu thứ i về hệ tọa độ gốc: =. Như vậy r là một hàm của thời gian t. Tốc độ của thời gian t. Tốc độ của vi khối lượng dm được tính bởi công thức: = =.r =( ) Khi tính bình phương của vân tốc này ta có : . = (,,) = Tr() Với là chuyển vị vectơ và Tr là viết tắt của Trace ( vết của ma trận) Trace = Hay :.[x y z] = 2.2.4. Thế năng của robot Thế năng của khâu i có khối lượng , trọng tâm được xác định bởi = - .g. = - .g. Trong đó, véc tơ trọng trường g được biểu diễn dưới dạng một ma trận cột: g = = Thế năng của toàn cơ cấu robot n khâu động sẽ là: P = - 2.2.5. Hàm lagrange Sau khi tính động năng và thế năng của toàn cơ cấu, ta có hàm Lagrange của robot có n bậc tự do: L= + 2.2.6. Phương trình động lực học Robot Lực tổng quát đặt lên khâu thứ i của robot có n khâu = - 2.3. Mô phỏng bằng phần mềm Matlab 2.3.1. Giới thiệu phần mềm MATLAB, công cụ SIMULINK MATLAB là một bộ chương trình phần mềm lớn được viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ cho các tính toán khoa học kỹ thuật với các phần tử cơ bản là các ma trận. Thuật ngữ MATLAB là chữ viết tắt từ hai từ MATrix và LABoratory, thể hiện định hướng chính của chương trình là các phép tính vector và ma trận. Phần cốt lõi của chương trình bao gồm các hàm toán học, chức năng xuất nhập cũng như khả năng điều khiển chương trình . Matlab cung cấp các Toolbox với phạm vi chuyên dụng khác nhau.Ví dụ như: Một số Toolbox liên quan tới điều khiển ( control system toolbox, Optimzation toolbox...) ; Các Toolbox liên quan tới những lĩnh vực điện –cơkhí … SIMULINK là một công cụ của Matlab nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học. Giao diện đồ họa trên màn hình của SIMULINK Cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc. SIMULINK cung cấp cho người sử dụng một thư viện phong phú, có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính , phi tuyến và gián đoạn. - Các biến: thông thường các kết quả thường gán cho ẩn. Sử dụng dấu bằng ta có thể định nghĩa một biến, đồng thời gán giá trị cho biến đó. Tất cả các biến đều là biến global trong Workspace. Tên của biến có thể chứa tới 32 chữ cái, gạch ngang thấp ( _ ) cũng như chữ số. Chữ viết hoa To và chữ viết nhỏ đều được phân biệt . -Việc nhập giá trị có thể được thực hiện thành một chuỗi trong cùng một dòng, chỉ cách nhau dấu (;), nếu sử dụng dấu (,) để tách các lệnh thì khi ấy các giá trị được xuất ra màn hình . Một số biến như: pi , i , j và đã được matlab dùng để chỉ các hằng số hay ký hiệu vậy ta tránh sử dụng chún. Đối với các phép tính bất định trên màn hình sẽ xuất hiện kết quả NaN (Not a Number).esp cho phép ta biết cấp chính xác tương đối khi biểu diễn số với dấu phẩy động. (ví dụ: esp = 2.2204e-016) Các ký hiệu = gán giá trị cho biến. + - * / ^ các phép tính. ; Nhập giá trị (còn giữ vai trò dấu cách khi nhập nhiều giá trị trong cùng một dòng ) , dấu cách khi xuất nhiều giá trị trong cùng một dòng Esp cấp chính xác tương đối khi sử dụng giá tri dấu phẩy động. i, j toán tử ảo inf vô cùng (∞) NaN Not a Number Pi hằng số π Nhóm lệnh lập trình trong MATLAB * Lệnh EVA Công dụng : Chuyển đổi chuỗi ký tự thành biểu thức . Cú pháp : kq = eval(‘string’) Giải thích : kq: biến chứa kết quả . nếu ‘string’ là các ký số thì chuyển thành những con số. nếu ‘string’ là câu lệnh thì chuyển thành các lệnh thi hành được . * Lệnh FOR Công dụng : Dùng để thực hiện một công việc cần được lặp đi lặp lại theo một quy luật, với số bước lặp xác định trước. Cú pháp : For biến điều khiển = giá trị đầu : giá trị cuối , Thực hiện công việc; End Giải thích : Công việc chính là các lệnh cần thi hành , có thể có nhiều lệnh, kết thúc lệnh phải có dấu ; * Lệnh FUNCTION Công dụng : Tạo thêm hàm mới . Cú pháp : function s = n(x) Giải thích : S: tên biến chứa giá trị trả về sau khi thi hành hàm. N : tên gợi nhớ * Lệnh INPUT Công dụng : Dùng để nhập vào một giá trị. Cú pháp : Tên biến = input (‘promt’) Tên biến = input (‘promt’, ‘s’) Giải thích : Tên biến: là nơi lưu giá trị nhập vào . ‘promt’ : chuỗi ký tự muốn nhập vào. ‘s’: cho biết giá trị nhập vào là nhiều ký tự. * Lệnh IF …ELSEIF …ELSE Công dụng : thực hiện lệnh khi thỏa mãn điều kiện . Cú pháp : If biểu thức luận lý 1 Thực hiện công việc 1; Else if biểu thức luận lý 2 Thực hiện công việc 2; else Thực hiện công việc 3; End Giải thích : Khi biểu thức luận lý 1 đúng thì thực hiện công việc 1, tương tự cho biểu thức luận lý 2. Nếu cả hai biểu thức sai thì thực hiên công việc sau lệnh else. Biểu thức lý luận là các phép so sánh==,,= Công việc chính là các lệnh cần thi hành , có thể có nhiều lệnh , kết thúc lệnh phải co dấu; *Lệnh MENU Công dụng: Tạo menu để chọn chức năng. Cú pháp : Tên biến = menu (‘tên menu’, ‘chức năng 1’, ‘chức năng 2’,…, ‘chức năng n’) Giải thích : Tên menu: là tiêu đề của menu. Tên biến: là nơi cất giá trị nhận được sau khi chọn chức năng của menu. Chức năng 1,2 , … ,n:khi chọn chức năng nào thì tên biến có giá trị là số thứ tự của chức năng đó . * Lệnh PAUSE Công dụng: Dừng chương trình theo ý muốn . Cú pháp : pause on pause off pause (n) Giải thích : pause on : dừng chương trình , và chờ nhấn một phím bất kỳ (trừ các phím điều khiển ) chương trình thực hiện tiếp . pause off : tắt chức năng pause. pause (n) :dừng chương trình tại n giây. Ví dụ : for n = 1 : 3; disp(‘Press any key to continue…’) pause end Press any key to continue… Press any key to continue… Press any key to continue… * Lệnh WHILE: Công dụng: Dùng để thực hiện một công việc cần lặp đi lặp lại theo một quy luật, với số bước lặp không xác định , phụ thuộc vào biểu thức luận lý. Cú pháp : While biểu thức luận lý Thực hiện công việc; End Giải thích : Biểu thức luận lý là các phép so sánh ==,,= Công việc chính là các lệnh cần thi hành , có thể có nhiều lệnh , kết thúc lệnh phải có dấu ; Khi thực hiện xong công việc thì quay lên kiểm tra lai biểu thức luận lý ,nếu vẫn còn đúng thì tiếp tục thực hiện, nếu sai thì kết thúc . 2.3.2. Mô phỏng cho Robot 2.3.2.1. Chương trình mô phỏng miền làm việc của robot : Chương trình mô phỏng miền làm việc : a1 = 20; a2 = 20; c1 = 5; c2 = 5; d1 =25; d2 = 25; for i = 1:50 for j = 1:50 b1 = i b2 = j eqnP1 = '(Pxsol - b1)^2 +(Pysol - a1 + c1)^2 = d1^2 ' ; eqnP2 = '(Pxsol - b2)^2 +(Pysol + a2 - c2)^2 = d2^2'; solP=solve(eqnP1,eqnP2,' Pxsol, Pysol'); Pxpositions = eval( solP.Pxsol) ; Pypositions = eval( solP.Pysol); Px1= Pxpositions(1); Px2= Pxpositions(2); Py1 = Pypositions(1); Py2=Pypositions(2); if (4*d1^2 - (b2 - b1)^2 - 4*(a1 -c1)^2)>=0 plot(Px1 ,Py1) plot(Px2,Py2) hold on end end end 2.3.2.2. Quá trình hoạt động của Robot Robot song song hai bậc tự do chuyển động theo quỹ đạo cho trước: là Robot được thiết kế một cách linh hoạt nhờ các kết cấu vững chắc của cơ khí. Không tạo ra rung động trong quá trình làm việc độ trượt nhỏ ở các trục. Robot có 2 cánh tay hoạt động linh hoạt và chính xác khi chuyển động của 2 cánh tay sẽ tạo ra chuyển động cắt nằm trong vùng không gian miền làm việc được mô phỏng bằng phần mềm Matlab ở trên. Như vậy robot tạo được chế độ cắt ở bất kỳ vị trí nào trong vùng làm việc của nó. Cánh tay Robot được điều khiển bằng chuyển động của các vít me đai ốc bi và các vít me này được nhận chuyển động của các động cơ có mô men truyền lớn như vậy tạo ra được chuyển động cắt, và vận tốc cắt ổn định liên tục không bị gián đoạn. 2.3.2.3. Hình dáng Robot * Chương trình mô phỏng : OA1=0.2;A1B1=0.1;B1B3=0.05 ;B1C1=0.25 ;C1C3=0.05; PC1=0.05; OA2=0.2;B2C2=0.25;PC2=0.05;C2C4=0.05;A1A3=0.5;A2A4=0.5;%(m) xO = 0 ;yO = 0; r = [xO yO 0];%Position of O xO = 0 ;yO = 0; rO = [xO yO 0];%Position of O xA1 = 0;yA1 = 0.20; rA1 = [ xA1 yA1 0 ];%Position of A1 xB1 = 0.1 ; yB1 = 0.20 ; rB1 = [ xB1 yB1 0];%Position of b1 xB3 = 0.15 ; yB3 = 0.20; rB3 = [ xB3 yB3 0]; phi1 = asin((OA1 - PC1)/B1C1); xC1 = B1C1*cos(phi1); xC1 = B1C1*cos(phi1)+A1B1; yC1=0.05;rC1=[ xC1 yC1 0]; xC3 = xC1 + C1C3; yC3 = 0.05; rC3= [xC3 yC3 0 ]; xA3 = 0.5 ; yA3 = 0.2 ; rA3= [ xA3 yA3 0 ]; xA2 = 0;yA2 = - 0.20; rA2 = [ xA2 yA2 0 ]; xC2 = xC1 ; yC2 = -yC1 ; rC2 = [xC2 yC2 0 ]; phi2= asin((OA2 - PC2)/B2C2); xB2= xC2 - B2C2*cos(phi2); yB2= -0.20; rB2 = [xB2 yB2 0 ]; xC4= xC3; yC4 = -yC3; rC4 = [ xC4 yC4 0 ]; xB4 = xB2 + C2C4 ;yB4 = - 0.2;rB4 = [xB4 yB4 0 ]; xA4= 0.5; yA4 = -0.2; rA4 = [xA4 yA4 0]; fprintf('rA1=[%g,%g,%g](m) \n',rA1); rA1 =[0,0.2,0]% (m) fprintf('rB1=[%g,%g,%g](m) \n',rB1); rB1=[0.1,0.2,0]%(m) fprintf('rB3=[%g,%g,%g](m) \n',rB3); rB3=[0.15,0.2,0]%(m) fprintf('rC1=[%g,%g,%g](m) \n',rC1); rC1=[0.306334,0.05,0]%(m) fprintf('rC3=[%g,%g,%g](m) \n',rC3); rC3=[0.356334,0.05,0]%(m) fprintf('rC2=[%g,%g,%g](m) \n',rC2); rC2=[0.306334,-0.05,0]%(m) fprintf('rC4=[%g,%g,%g](m) \n',rC4); rC4=[0.356334,-0.05,0]%(m) fprintf('rA2=[%g,%g,%g](m) \n',rA2); rA2=[0,-0.2,0]%(m) fprintf('rB2=[%g,%g,%g](m) \n',rB2); rB2=[0.1,-0.2,0]%(m) fprintf('rB4=[%g,%g,%g](m) \n',rB4); rB4=[0.15,-0.2,0]%(m) fprintf('rA3=[%g,%g,%g](m) \n',rA3); rA3=[0.5,0.2,0]%(m) fprintf('rA4=[%g,%g,%g](m) \n',rA4); rA4=[0.5,-0.2,0]%(m) plot([xA1,xB1],[yA1,yB1],'k-o','LineWidth',2.5) hold on %holdsthecurrentplot plot([xB1,xB3],[yB1,yB3],'k-o','LineWidth',2.5) hold on plot([xB3,xA3],[yB3,yA3],'k-o','LineWidth',2.5) hold on plot([xB1,xC1],[yB1,yC1],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xB3,xC3],[yB3,yC3],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xC1,xC3],[yC1,yC3],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xC1,xC2],[yC1,yC2],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xC3,xC4],[yC3,yC4],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xC2,xC4],[yC2,yC4],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xC2,xB2],[yC2,yB2],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xC2,xB2],[yC2,yB2],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xC4,xB4],[yC4,yB4],'b-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xB2,xB4],[yB2,yB4],'k-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xB2,xA2],[yB2,yA2],'k-o','LineWidth',1.5) hold on plot([xB4,xA4],[yB4,yA4],'k-o','LineWidth',1.5) grid on,... xlabel('x(m)'),ylabel('y(m)'),... text(xA1,yA1,'\leftarrowA1=ground',... 'HorizontalAlignment','left'),... text(xB1,yB1,'B1'),... text(xB3,yB3,'B3'),... text(xC1,yC1,'C1'),... text(xC3,yC3,'C3'),... text(xC2,yC2,'C2'),... text(xC4,yC4,'C4'),... text(xB2,yB2,'B2'),... text(xB3,yB3,'B3'),... text(xB4,yB4,'B4'),... text(xA3,yA3,'\leftarrowA3=ground ',... 'HorizontalAlignment','left '),... text(xA2,yA2,'\leftarrowC=ground',... 'HorizontalAlignment','left'),... text(xA4,yA4,'\leftarrowC=ground ',... 'HorizontalAlignment','left'),... axis b. chương trình chuyển động của Robot: a1 = 20; a2 = 20; c1 = 5; c2 = 5; d1 =25; d2 = 25; % ham chay mo phong Ro bot trong mien lam viec for i = 1 :50 for j = 1 : 50 b1 = i b2 = j eqnP1 = '(Pxsol - b1)^2 +(Pysol - a1 + c1)^2 = d1^2 ' ; eqnP2 = '(Pxsol - b2)^2 +(Pysol + a2 - c2)^2 = d2^2'; solP=solve(eqnP1,eqnP2,' Pxsol, Pysol'); Pxpositions = eval( solP.Pxsol) ; Pypositions = eval( solP.Pysol); Px1= Pxpositions(1); Px2= Pxpositions(2); Py1 = Pypositions(1); Py2=Pypositions(2); A = (b2 - b1)^2 + 4*(a1 -c1)^2 if Px1 > 0 && A <= 4*d1^2 Px = Px1 Py = Py1 else Px= Px2 Py= Py2 end % ham hien thi hinh anh trong 0.005(s) OA1=20 ;A1B1 = b1;B1B3=5 ;B1C1=25 ;C1C3= 5; PC1= 5;A1A3 = 50;B3A3 = 45- b1; OA2=20; A2B2 = b2;B2C2= 25;PC2= 5;C2C4= 5;A2A4= 5;B4A4 = 45-b2%(m) xO = 0 ;yO = 0; rO = [xO yO 0];%Position of O xA1 = 0;yA1 = 20; rA1 = [ xA1 yA1 0 ];%Position of A1 xB1 = b1 ; yB1 = 20 ; rB1 = [ xB1 yB1 0];%Position of b1 xB3 = b1 + 5 ; yB3 = 20; rB3 = [ xB3 yB3 0]; xC1 = Px yC1=Py + 5 ;rC1=[ xC1 yC1 0]; xC3 = xC1 + C1C3; yC3 = Py + 5; rC3= [xC3 yC3 0 ]; xA3 = 50 ; yA3 = 20 ; rA3= [ xA3 yA3 0 ]; xA2 = 0 ; yA2 = - 20; rA2 = [ xA2 yA2 0 ]; xC2 = xC1 ; yC2 = Py - 5 ; rC2 = [xC2 yC2 0 ]; xB2 = b2 yB2 = -20 ; rB2 = [xB2 yB2 0 ]; xC4 = xC3; yC4 = Py -5 ; rC4 = [ xC4 yC4 0 ]; xB4 = xB2 + C2C4 ;yB4 = - 20 ; rB4 = [xB4 yB4 0 ]; xA4 = 50; yA4 = - 20; rA4 = [xA4 yA4 0]; xO1 = Px + 2.5 ; yO1 = Py ; rO1 = [ xO1 yO1 0]; fprintf('rO1=[%g,%g,%g](m) \n',rO1); rO1 = [ xO1 yO1 0]%cm if (xB3<=50 && xB4 <=50) plot([xO1],[yO1], 'k-o',[xA1,xB1],[yA1,yB1],'k-o'... ,[xB1,xB3],[yB1,yB3],'k-o',[xB3,xA3],[yB3,yA3],'k-o'... ,[xB1,xC1],[yB1,yC1],'b-o',[xB3,xC3],[yB3,yC3],'b-o',[xC1,xC3],[yC1,yC3],'b-o'... ,[xC1,xC2],[yC1,yC2],'b-o',[xC3,xC4],[yC3,yC4],'b-o',[xC2,xC4],[yC2,yC4],'b-o'... ,[xC2,xB2],[yC2,yB2],'b-o',[xC4,xB4],[yC4,yB4],'b-o',[xB2,xB4],[yB2,yB4],'k-o'... ,[xB2,xA2],[yB2,yA2],'k-o',[xB4,xA4],[yB4,yA4],'k-o','LineWidth',1.5) axis equal pause(0.005) end end end xlabel('x(m)'),ylabel('y(m)'),... text(xA1,yA1,'\leftarrowA1=ground',... 'HorizontalAlignment','left'),... text(xB1,yB1,'B1'),... text(xB3,yB3,'B3'),... text(xC1,yC1,'C1'),... text(xC3,yC3,'C3'),... text(xC2,yC2,'C2'),... text(xC4,yC4,'C4'),... text(xB2,yB2,'B2'),... text(xB3,yB3,'B3'),... text(xB4,yB4,'B4'),... text(xA3,yA3,'\leftarrowA3=ground ',... 'HorizontalAlignment','left '),... text(xA3,yA3,'\leftarrowA3=ground ',... 'HorizontalAlignment','left '),... text(xA2,yA2,'\leftarrowC=ground',... 'HorizontalAlignment','left'),... text(xA4,yA4,'\leftarrowC=ground ',... 'HorizontalAlignment','left'),... axis grid on,... Chương trình mô phỏng vẽ đường tròn của robot trong miền làm việc: a1 = 20; a2 = 20; c1 = 5; c2 = 5; d1 =25; d2 = 25; % ham chay mo phong mien lam viec for i = 1 :100 t = 2*pi*i/100 Px = 10*cos(t) Py = 10*sin(t) eqnb1 = '(Px - b1sol)^2 +(Py - a1 + c1)^2 = d1^2 ' ; eqnb2 = '(Px - b2sol)^2 +(Py + a2 - c2)^2 = d2^2' ; solb=solve(eqnb1,eqnb2,' b1sol, b2sol'); b1positions = eval( solb.b1sol) ; b2positions = eval( solb.b2sol); b11 = b1positions(1); b12 = b1positions(2); b21 = b2positions(1); b22 = b2positions(2); if (b11 > 0 && b11 0 &&b21<= 45) b1 = b11 b2 = b21 else b1 = b12 b2 = b22 end % ham hien thi hinh anh trong 0.005(s) OA1=20 ;A1B1 = b1;B1B3=5 ;B1C1=25 ;C1C3= 5; PC1= 5;A1A3 = 50;B3A3 = 45- b1; OA2=20; A2B2 = b2;B2C2= 25;PC2= 5;C2C4= 5;A2A4= 5;B4A4 = 45-b2%(m) xO = 0 ;yO = 0; rO = [xO yO 0];%Position of O xA1 = 0;yA1 = 20; rA1 = [ xA1 yA1 0 ];%Position of A1 xB1 = b1 ; yB1 = 20 ; rB1 = [ xB1 yB1 0];%Position of b1 xB3 = b1 + 5 ; yB3 = 20; rB3 = [ xB3 yB3 0]; xC1 = Px yC1=Py + 5 ;rC1=[ xC1 yC1 0]; xC3 = xC1 + C1C3; yC3 = Py + 5; rC3= [xC3 yC3 0 ]; xA3 = 50 ; yA3 = 20 ; rA3= [ xA3 yA3 0 ]; xA2 = 0 ; yA2 = - 20; rA2 = [ xA2 yA2 0 ]; xC2 = xC1 ; yC2 = Py - 5 ; rC2 = [xC2 yC2 0 ]; xB2 = b2 yB2 = -20 ; rB2 = [xB2 yB2 0 ]; xC4 = xC3; yC4 = Py -5 ; rC4 = [ xC4 yC4 0 ]; xB4 = xB2 + C2C4 ;yB4 = - 20 ; rB4 = [xB4 yB4 0 ]; xA4 = 50; yA4 = - 20; rA4 = [xA4 yA4 0]; xO1 = Px + 2.5 ; yO1 = Py ; rO1 = [ xO1 yO1 0]; if (xB3<=50 && xB4 <=50) plot([ xO1 ],[ yO1],'k-o',[xA1,xB1],[yA1,yB1],'k-o'... ,[xB1,xB3],[yB1,yB3],'k-o',[xB3,xA3],[yB3,yA3],'k-o'... ,[xB1,xC1],[yB1,yC1],'b-o',[xB3,xC3],[yB3,yC3],'b-o',[xC1,xC3],[yC1,yC3],'b-o'... ,[xC1,xC2],[yC1,yC2],'b-o',[xC3,xC4],[yC3,yC4],'b-o',[xC2,xC4],[yC2,yC4],'b-o'... ,[xC2,xB2],[yC2,yB2],'b-o',[xC4,xB4],[yC4,yB4],'b-o',[xB2,xB4],[yB2,yB4],'k-o'... ,[xB2,xA2],[yB2,yA2],'k-o',[xB4,xA4],[yB4,yA4],'k-o','LineWidth',1.5) axis equal pause(0.005) hold on end end xlabel('x(m)'),ylabel('y(m)'),... text(xA1,yA1,'\leftarrowA1=ground',... 'HorizontalAlignment','left'),... text(xB1,yB1,'B1'),... text(xB3,yB3,'B3'),... text(xC1,yC1,'C1'),... text(xC3,yC3,'C3'),... text(xC2,yC2,'C2'),... text(xC4,yC4,'C4'),... text(xB2,yB2,'B2'),... text(xB3,yB3,'B3'),... text(xB4,yB4,'B4'),... text(xA3,yA3,'\leftarrowA3=ground ',... 'HorizontalAlignment','left '),... text(xA3,yA3,'\leftarrowA3=ground ',... 'HorizontalAlignment','left '),... text(xA2,yA2,'\leftarrowC=ground',... 'HorizontalAlignment','left'),... text(xA4,yA4,'\leftarrowC=ground ',... 'HorizontalAlignment','left'),... axis grid on,... Đường tròn được vẽ nằm trong vùng hoạt động của rob Đồ thị B1,B2 theo thời gian T trong quá trình hoạt động: CHƯƠNG III. THIẾT KẾ CƠ KHÍ ROBOT SONG SONG HAI BẬC TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG KHẮC CHỮ 3.1. Nội dung thiết kế robot - Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của robot dự định thiết kế. - Lập sơ đồ chung toàn máy và các bộ phận robot thỏa mãn các yêu cầu cho trước. Đề xuất một phương án phù hợp thực hiện, đánh giá và so sánh các phương án để tìm ra phương án phù hợp nhất đáp ứng nhu cầu đã đặt ra. - Xác định lực mô men tác dụng lên các bộ phận robot và đặc tính thay đổi của tảo trọng. - Chọn vật liệu thích hợp nhằm sử dụng một cách có lợi nhất tính chất đa dạng và khác biệt của vật liệu để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy làm việc của robot. - Thực hiện tính toán động học, lực, độ bền và các tính toán khác nhằm xác định kích thước của robot, thỏa mãn các chỉ tiêu về khả năng làm việc đồng thời đáp ứng các yêu cầu công nghệ và lắp ghép. 3.1.1. Phương pháp tính toán thiết kế Robot - Đối với sản phẩm, hoàn thành thiết kế chỉ là kết quả đầu tiên của công việc thiết kế. Thông qua việc chế thử, các nhược điểm về kết cấu, công nghệ của bản chất thiết kế, kể cả sai sót về tính toán, sự không phù hợp về kích thước, tính không công nghệ, các khó khăn trong chăm sóc bảo dưỡng robot… sẽ được phát hiện và sửa chữa. Chi phí này càng ít nếu thiết kế đầu tiên được nghiên cứu, tính toán càng cẩn thận. Sự thay đổi dù không đáng kể về hình dánh và kích thước của robot. Vì vậy người thiết kế phải nắm rõ từng chi tiết, kích thước, từng đường nét của bản vẽ, từng yếu tố kết cấu trên cơ sở các tính toán chính xác và chú ý đầy đủ đến đặc điểm tính toán chi tiết cũng như phương án thiết kế robot nói chung. 3.1.2. Đặc điểm tính toán thiết kế - Trong thiết kế tính toán chi tiết gặp nhiều khó khăn như: Hình dáng chi tiết khá phức tạp, các yếu tố lực không biết được chính xác, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết chưa được phản ánh đầy đủ vào công thức tính. Vì vậy người thiết kế cần lưu ý những đặc điểm tính toán chi tiết dưới đây để xử lí trong quá trình thiết kế. - Tính toán xác định kích thước chi tiết thường tiến hành theo hai bước: tính thiết kế và tính kiểm nghiệm, trong đó do điều kiện làm việc phức tạp của chi tiết, tính toán thiết kế thường được đơn giản hóa và mang tính chất gần đúng. Từ các kết cấu và kích thước đã chọn, qua bước tính kiểm nghiệm sẽ quyết định lần cuối giá trị của các thông số và kích thước cơ bản của chi tiết. - Bên cạnh việc sử dụng các thông thức chính xác để xác định những yếu tố quan trọng nhất của chi tiết, rất nhiều kích thước của các yếu tố kết cấu khác được tính theo công thức kinh nghiệm, chẳng hạn đối với bánh răng, ngoài đường kính và chiều rộng vành răng được xác định theo quan hệ kết cấu, dựa theo lời khuyên trong tài liệu kĩ thuật. Các công thức kinh nghiệm này thường cho trong một phạm vi rộng, do đó khi sử dụng cần nhắc lụa chọn cho phù hợp với trường hợp cụ thể của đề tài thiết kế. - Tính toán thiết kế, số ẩn số nhiều hơn phương trình, vì vậy cần dựa vào các quan hệ kết cấu để lựa chọn trước một số thông số, trên cơ sở đó mà xác định nhiều kích thước cần cho tính toán(chẳng hạn khoảng cách giữa các gối đỡ, vị trí đặt lực…) chỉ có thể nhận được từ hình vẽ, đồng thời từ các hình vẽ cũng có thể kiểm tra và phát hiện các sai sót trong tính toán. - Cùng một nội dung thiết kế có thể có nhiều giải pháp thực hiện. Vì vậy trong tính toán thiết kế chi tiết nên chọn đồng thời một số phương án để tính toán, so sánh, trên cơ sở đó xác định phương án có lợi nhất đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Chọn được phương án kết cấu có lợi nhất đó chính là yêu cầu cao nhất trong thiết kết nhiệm vụ này đòi hỏi người thiết kế biết vận dụng sáng tạo các vấn đề lí thuyết kết hợp với các kinh nghiệm rút ra từ thực tiễn sản xuất. - Ngày nay, khi kĩ thuật tin học đang xâm nhập mạnh mẽ vào mọi ngành khoa học và công nghệ, việc nắm vững và ứng dụng các kiến thức tin học phục vụ tự động hóa thiết kế chi tiết càng trở nên cấp thiết và chắc chắn sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế, tiết kiệm được thời gian và công sức thiết kế. 3.1.3. Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế - Thực hiện đúng nhiệm vụ thiết kế. Các số liệu kĩ thuật phải được tuân thủ triệt để. Trong quá trình thực hiện, nếu người thiết kế có những đề xuất góp phần hoàn toàn thiện từng phần hoặc toàn bộ nội dung và nhiệm vụ thiết kế thì điều đó cần được sự thỏa thuận của bên đặt hàng. - Kết cấu cần có sự hài hòa về kích thước của các bộ phận và chi tiết, về hệ số an toàn, tuổi thọ và độ tin cậy làm việc. Sự hài hòa về mặt kích thước của các bộ phận trong hệ dẫn động có thể được thực hiện bằng nhiều biện pháp như chọn loại truyền động ( truyền động thường, truyền động hành tinh, truyền động trục vít…) loại khớp nối, sự phân phối tỉ số truyền trong hệ dẫn động, chọn vật liệu… Mặt khác yêu cầu về độ tin cậy làm việc không cho phép tồn tại trong hệ thống dù chỉ là một yếu tố không đủ bền hoặc tuổi thọ không đảm bảo, bởi vì điều đó làm giảm độ tin cậy làm việc của hệ thống. Tuy nhiên trong thực tế lại gặp trường hợp các yếu tố khác nhau của kết cấu được tính theo tuổi thọ hoặc thời hạn làm việc khác nhau. Chẳng hạn, trục có thể làm việc của hệ thống. Tuy nhiên trong thực tế lại gặp trường hợp các yếu tố khác nhau của kết cấu được tính theo tuổi thọ hoặc thời hạn làm việc khác nhau. Chẳng hạn, trục có thể làm việc lâu dài, trong khi ổ lăn có tuồi thọ xác định. Khi đó nếu chọn ổ lăn có tuổi thọ lớn hơn, chẳng hạn tuổi thọ của máy, có thể gây ra tình trạng làm tăng một cách không hợp lí trọng lượng và kích thước toàn máy. Vì vậy giải pháp ở đây là chọn ổ lăn có tuổi thọ ngắn hơn và tiến hành thay ổ trong các kì đại tu hoặc trung tu máy. Vấn đề quan trọng ở đây là không cho phép bất kì một chi tiết nào được hư hỏng trước thời hạn quy định. - Bố trí hợp lí các đơn vị lắp, đảm bảo kích thước khuôn khổ nhỏ gọn, tháo lắp thuận tiện, điều chỉnh và chăm sóc bảo dưỡng đơn giản, thuận lợi. Trong các đầu đề thiết kế chi tiết, thường cho trước sơ đồ bố trí các đơn vị lắp và loại đơn vị lắp sơ đồ bố trí đã cho và biết lựa chọn sơ đồ thích hợp nhất với những điều kiện cụ thể. - Lựa chọn một cách có căn cứ vật liệu và phương pháp nhiệt luyện, đảm bảo giảm được khối lượng sản phẩm, giảm chi phí của vật liệu đắt tiền và giảm giá thành kết cấu. Để chế tạo các chi tiết có ảnh hưởng quyết định đến kích thước và khối lượng sản phẩm nên sử dụng rộng rãi các loại thép hợp kim và các phương pháp nhiệt luyện như tôi, thấm cacbon, thấm nito… Trái lại, nếu không yêu cầu kích thước và khối lượng phải gọn, nhẹ thì nên chọn vật liệu rẻ tiền hơn, nhiệt luyện đạt độ rắn thấp hơn ( HB< 350 ) như thế sẽ giảm được chi phí gia công. - Chọn dạng công nghệ gia công chi tiết có xét tới quy mô sản xuất, phương pháp chế tạo phôi và gia công cơ. Một quá trình công nghệ nào đó ( quá trình chế tạo phôi, gia công có hay lắp ráp) không những chỉ phụ thuộc vào kết cấu của sản phẩm mà còn phụ thuộc vào quy mô sản xuất tức là sản lượng trong một đơn vị thời gian. Chẳng hạn trong sản xuất đơn chiếc thương dùng phôi hàn, trong khi trong sản xuất hàng loạt lại hay dùng phôi đúc. Để gia công cơ khí các chi tiết robot, trong sản xuất đơn chiếc thường dùng các loại máy vạn năng, dao cắt đơn giản và không cần đồ gá đặc biệt, còn trong sản xuất hàng loạt lớn cần có các thiết bị chuyên dùng và các đồ gá đặc biệt. Kết cấu chi tiết máy phụ thuộc vào công nghệ tạo phôi và phương pháp gia công cơ. Đối với phôi rèn hình dạng kết cấu đơn giản, đối với phôi đúc, yêu cầu có sự chuyển tiếp đều đặn giữa các chiều dày thành đúc, các góc lượn và sự đơn giản về khuôn mẫu, đối với các chi tiết cần gia công cơ, số mặt gia công nên ít nhất, dạng bề mặt cần thuận tiện cho việc gia công, chi tiết có chỗ để cố định trên bàn máy… - Sử dụng rộng rãi tiêu chuẩn Nhà nước, tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn tỉnh, thành phố và tiêu chuẩn cơ sở trong thiết kế, giảm giá thành chế tạo và chi tiết máy tiêu chuẩn cho phép giảm nhẹ công việc thiết kế, giảm giá thành chế tạo, sửa chữa và bảo dưỡng, mở rộng trao đổi trong nước và hợp tác quốc tế. Ngoài việc sử dụng rộng rãi các chi tiết tiêu chuẩn như ổ lăn, đai… còn phải nhập ngoại, vì vậy trong nhiều trường hợp phải dùng các tiêu chuẩn khác như GOST của Liên Xô trước đây, tiêu chuẩn của Hội đồng tương trợ kinh tế cũ, đồng thời ở nước ta cũng bắt đầu nghiên cứu áp dụng các tiêu chuẩn của Tổ chức tiêu chuẩn hóa Quốc tế(ISO) - Thực hiện sự thống nhất hóa trong thiết kế. Nhờ sự thống nhất hóa, tức là khả năng sử dụng với số lượng tối đa có thể các chi tiết robot và bộ phận robot có cùng quy cách kích thước và các yếu tố cùng loại, vật liệu và phôi cùng loại để chế tạo các chi tiết đó, sẽ làm giảm được thời hạn và giá thành thiết kế, chế tạo sản phẩm, đơn giản và hạ giá thành sử dụng cũng như sữa chữa. Thí dụ thống nhất hóa môdun của răng sẽ giảm được danh mục dao cắt, thống nhất hóa bề mặt lắp ghép sẽ giảm được danh mục calip kiểm tra, thống nhất hóa các chi tiết ghép có ren sẽ làm giảm được bộ chìa vặn… - Lựa chọn một cách có căn cứ các kiểu lắp, dung sai, cấp chính xác và cấp độ nhám bề mặt chi tiết. Căn cứ ở đây là ảnh hưởng của các yếu tố vừa nêu đến tính chất hoạt động và sử dụng của sản phẩm và khả năng công nghệ thực tế của nơi chế tạo. - Bôi trơn tốt các yếu tố làm việc trong điều kiện ma sát( ổ lăn, cơ cấu dẫn hướng, ăn khớp bánh răng và trục vít…) nhằm đảm bảo tuổi thọ, chi tiết không bị mòn trước trước thời hạn quy định, không xảy ra hiện tượng tróc rỗ hoặc dính bề mặt tiếp xúc. Đảm bảo bôi trơn tốt không chỉ bằng độ tin cậy của hệ thống bôi trơn mà còn bằng chất lượng của vật liệu bôi trơn. Thực tế cho thấy chọn đúng chất bôi trơn có thể nâng cao tuổi thọ chi tiết lên vài lần. 3.2. Xác định điều kiện cắt gọt Chọn vật liệu của chi tiết gia công và của dao : - Chọn dao phay ngón D18, vật liệu P18, Z=4 - Vật liệu gia công : Gỗ, nhôm, mêca, hợp kim đồng Ta xác định chế độ cắt ngọt theo các thông số trong bảng sau Vật liệu gia công Chiều sâu cắt(mm) Vận tốc cắt (m/phút) Gỗ 3.5 300÷400 Mêca - - Nhôm - - Đồng hợp kim - 76÷67 Từ bảng trên ta có được các thông số chính về vận tốc cắt lớn nhất và bé nhất . Từ đó suy ra được vận tốc giới hạn của động cơ quay trục chính thực hiện chuyển động phay như sau: nmin = nmax = Trong đó: Vmin là vận tốc cắt bé nhất Dmin là đường kính dao nhỏ nhất Vmax là vận tốc cắt lớn nhất Dmax là đường kính dao lớn nhất 3.3. Thiết kế Robot 3.3.1. Động cơ 3.3.1.2. Động cơ một chiều dẫn động trục chính (DC motor) Động cơ điện một chiều (hay gọi là động cơ DC) là thiết bị chuyển đổi năng lượng của dòng điện một chiều thành cơ năng. Tức, khi bạn cung cấp dòng điện một chiều thì trục động cơ sẽ quay, sự quay này tạo ra mô-men làm quay các khớp của tay robot (khớp này gắn với động cơ DC), hoặc làm xe điện chuyển động (trục của bánh xe điện được gắn với động cơ DC). Động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi trong các máy móc dân dụng (máy đo huyết áp, máy mát xa mini,...) cũng như các hệ thống công nghiệp (cánh tay robot, băng tải,..). Có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Ưu điểm : - Mô men khởi động lớn, dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ . Nhược điểm: - Dải tốc độ điều khiển hẹp . - Phải có nguồn riêng. Kết luận : Trong đề tài chúng ta sử dụng động cơ dẫn động trục chính là động cơ một chiều (DC motor) với các thông số sau : Điện áp làm việc : 12VDC Dòng điện khởi động : 2.2 A Tốc độ cực đại : 2800 vòng/phút Khối lượng : 0,9Kg Hộp giảm tốc động cơ một chiều 3.3.1.3. Động cơ một chiều dẫn động theo tọa độ(DC motor) Động cơ một chiều Kết luận : Ta chọn động cơ một chiều vì : -Toàn khớp sơ cấp (tiếp xúc mặt) nên truyền được lực rất lớn, kích thước nhỏ gọn. - Chế tạo, sửa chữa dễ dàng. Không cần đến các máy phức tạp như máy làm bánh răng. - Không gây ồn vì không có va đập ra vào khớp như bánh răng, xích. 3.3.2. Trục vít- Đai ốc Ưu điểm : - Giá thành rẻ, dễ chế tạo . Nhược điểm : - Ứng suất tiếp xúc lớn, ma sát lớn, hiệu suất thấp . - Khó loại trừ được khe hở giữa vit me và đai ốc Truyền động vít- đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít trượt hoặc cơ cấu vít lăn. Truyền động vít – đai ốc được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật khác nhau: các dụng cụ chính xác, các thiết bị tải nặng của cơ cấu ép, cần trục… nhờ chuyển chính xác, tuy nhiên tổn thất về ma sát trong ren lớn, hiệu suất thấp, nguy hiểm về mòn tăng. Chọn sơ đồ động của truyền động vít- đai ốc dựa vào yêu cầu sử dụng và bố trí kết cấu: vít quay, đai ốc tịnh tiến( vít chạy dao trong máy tiện), vít vừa quay vừa tịnh tiến, đai ốc cố định ( vít trong các máy ep)…Tùy theo ma sát trên ren người ta phân ra truyền động vít- đai ốc ma sát trượt gọi tắt là truyền động trượt và truyền động vít- đai ốc ma sát lăn gọi tắt là truyền động lăn. Kết luân: Chúng em tính toán và đưa ra phương án chọn vít me : R14- 8B1-FSW- 439 - 471- 0.008 ( L1=489 ; L2=504 ; L3=571) Có đường kính trục ren d=14mm, bước ren p=0.8mm. 3.3.2.1. Chọn vật liệu vít và đai ốc Dựa vào công dụng của bộ truyền, điều kiện làm việc và phương pháp gia công ren để chọn vật liệu vít và đai ốc. Vít không nhiệt luyện chế tạo từ thép 45,50… Trường hợp dùng vít nhiệt luyện thường sử dụng thép tôi 65Mn, 49Cr, 40CrMn…. Hoặc thép thấm nitơ như thép 18CrMnTi… Thép thấm nitơ có độ chịu mòn cao và ít bị biến dạng khi nhiệt luyện. Để giảm ma sát và mòn ren, đai ốc được chế tạo từ các loại đồng thanh như đồng thanh thiếc, đồng thanh thiếc – chì – kẽm và đồng thanh nhôm – sắt hoặc gang giảm ma sát. Để giảm chi phí đồng, thường dùng đai ốc bằng hai kim loại. 3.3.2.2. Tính thiết kế * Đường kính trung bình của ren được tính theo công thức : ≥ =14 mm Trong đó : Lực dọc trục (N) =0.923 N Với: = : Hệ số chiều cao đai ốc H: Chiều cao đai ốc H=10 mm = : Hệ số chiều cao ren, mm h: Chiều cao làm việc của ren h=1.5mm p= 0.8 mm (Bước ren ) = 0,75 đối với ren răng cưa [q]: áp suất cho phép, chọn như sau, phụ thuộc vật liệu vít và đai ốc Đối với thép C45 [q]= 5…6 Mpa 3.3.3. Đế Robot Dựa vào điều kiện của đề tài và chúng ta đã chọn động cơ trục chính gia công, động cơ điều khiển tọa độ, trục vít me – đai ốc bi đã có bán sẵn trên thị trường . Vì vậy chúng ta có thể thiết kế được hình dạng của thân máy sao cho phù họp với điều kiện làm việc và công dụng của nó một cách phù hợp nhất. Thân robot được làm bằng gang xám được sử dụng trong thiết kế thân máy cho các máy móc nhằm đảm bảo độ cứng vững cho Robot cũng như giảm được độ dung của Robot khi làm việc. Chúng tôi chế tạo thân máy của Robot như hình vẽ : Đế robot 3.3.4. Giá đỡ trục trước, sau Robot khắc chữ hai bậc tự do làm việc trọng hệ tọa độ Oxy nhờ hai động cơ servo hai đầu điều khiển tọa độ trọng hệ tọa độ trong miền làm việ của mình.Vì vậy ta lựa chọn chế tạo giá đỡ cho trục vit me đai ốc bi và trục dẫn hướng sao cho phù hợp có định trục vit đảm bảo độ cứng vững khi lắp đặt, gia công. Ta chế tao chúng theo như sau : Giá đỡ trục trước và sau 3.3.5. Đai bắt đai ốc bi, tay máy Trục vít me đai ốc bi được chọn sẵn không phải chế tạo. Trục vít me có đai ốc bi đi cùng do nhà sản xuất chế tạo ra. Để kết nối được đai ốc đi với động cơ để tạo lên tọa độ gia công chúng ta cần chế tạo một cái đai bắt đai ốc bi và tay máy Robot sao cho phù hợp với yêu cầu chế tạo khoảng không gian làm việc và dựa vào kết quả tính toán động học của Robot song song hai bậc tự do mà đề tài đưa ra. Chúng em thiết kế chúng như sau : Đai bắt đai ốc bi và tay máy Bản lề gắn động cơ Chúng ta phải cần thêm khớp để tạo lên khớp xoay cho Robot trong quá trình làm việc. Chúng ta lựa chọn khớp tối ưu nhất cho khớp sau là loại khớp bản lề. Để tạo liên kết xoay và di chuyển trong quá trình gia công chi tiết. Do yêu cầu gia công cũng như đảm bảo độ chính xác của sản phẩm khi gia công chúng ta cần chế tạo đai khớp xoay, lỗ trụ trong của khớp xoay chính xác với dung sai cho phép . Kích thước cụ thể chúng ta có thể xem trong bản vẽ chi tiết . 3.3.6. Tay máy Robot Để tạo được biên dạng của chi tiết trong quá trình gia công sản phẩm và khớp bản lề mà chúng ta chọn. Dựa váo quá trình tính toán động học của Robot và mô phỏng quá trình làm việc ta xác định chế tạo tay máy Rbot như sau và kích thước của tay máy thể hiện trong bản vẽ chi tiết . Tay máy robot Tay máy robot 3.3.7. Đai gá động cơ gia cộng Trong khi gia công chi tiết chuyêng động trong quỹ đạo như vậy. Chúng ta cần có đồ gá đặt động cơ đảm bảo nhất khi gia công và là thiết kế gá đặt động cơ đảm của chúng tôi. Xem cụ thể trong bản vẽ chi tiết. Đai gá động cơ Trên đây là các phần chính cấu tạo lên con Robot song song hai bậc tự do của chúng tôi. Cụ thể hơn về nó chúng ta xem bản vẽ chi tiết từng chi tiết và bản vẽ lắp ghép Robot của chúng tôi . Sau đây là hình ảnh mô hình con Robot song song khắc chữ hai bậc tự do của chúng tôi sau khi đã hoàn thành lắp ghép : Bu lông đai ốc trong Robot : C. PHẦN KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1. Kết luận Trong suốt quá trình thực hiện đề tài chúng em đã miệt mài tìm hiểu, nghiên cứu và làm việc. Dưới chỉ bảo tận tình của các Thầy giáo hướng dẫn nhóm chúng em đã hoàn thành xong được đề tài đảm bảo các yêu cầu, nhiệm vụ đặt ra. Qua quá trình làm việc chúng em đã rút ra nhiều bài học, kiến thức, kinh nghiệm quý báu và những kỹ năng chuyên ngành cho bản thân. Đặc biệt chúng em đã học được kinh nghiệm, kỹ năng làm việc theo nhóm và khả năng nghiên cứu sáng tạo của chính mình. Đây sẽ là nền móng cho sau này để chúng em vận dụng vào công việc thực tế . Nhưng trong quá trình nghiên cứu và thử nghiệm đề tài do thời gian thực hiện đề tài eo hẹp và kiến thức, khả năng của bản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót nhất định. Chúng em xin dừng đề tài đây. Mong các thầy, cô giáo và các bạn góp ý để đề tài của chúng em hoàn thiện hơn. Sau đây chúng em xin đưa ra những kết quả đã đạt được và những vấn đề còn tồn tại của đề tài . 1.1. Kết quả đạt được. - Tính toán động học, động lực học - Tìm miền làm việc và chọn động cơ. - Mô phỏng hoạt động của cánh tay robot - Lập trình mô phỏng robot bằng phần mềm MATLAB - Thiết kế chế tạo mô hình sản phẩm hình dạng của ro bot và từng chi tiết của robot bằng phần mềm autocad. 1.2. Vấn đề còn tồn tại. - Chưa lập trình điều khiển robot chạy tự động . 2. Khuyến nghị. Do ngành cơ điện tử là một ngành mới được phát triển trên thế giới và ở nước ta, đây cũng là bộ môn mới được thành lập của trường ĐH SPKT Hưng Yên cho nên việc học tập kinh nghiệm từ các thế hệ trước không nhiều. Các đề tài tốt nghiệp về Robot tự động rất hay và phong phú và là niềm cảm hứng cho chúng em say mê nghiên cứu , sáng tạo. Tuy nhiên do trang thiết bị, dụng cụ để cho sinh viên thực hành còn thiếu thốn nhiều . Cho nên chúng em kính mong các thầy, cô giáo tạo điều kiện hơn nữa về thời gian và nhà trường tạo điều kiện về thiết bị máy móc cho chúng em có thể tự gia công các chi tiết của sản phẩm. Ngoài ra chúng em cũng mong muốn bộ môn có được một phòng riêng đủ lớn có đầy đủ thiết bị tạo điều kiện tốt cho sinh viên ngành cơ điện tử học tập, nghiên cứu sáng tạo và thử nghiệm sản phẩm. Hướng phát triển của đề tài: Phát triển chế tạo Robot song song hai bậc tự do ứng dụng trong thực tế. Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ Khí và bộ môn cơ điên tử đã tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian học ở trường cũng như trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Chúng em cảm ơn thầy Phạm Tuấn Tài và thầy Trần Xuân Tiến đã trực tiếp hướng dẫn để chúng em hoàn thành đề tài này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đặng Hữu Phước, Giáo trình robot công nghiệp 2. PGS.TS. Đào Văn HiệpKỹ thuật Robot Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 3. PGS.TS. Ninh Đức Tốn, Dung sai lắp ghép và kỹ thuật đo Nhà xuất bản giáo dục 4.Trịnh Chất – Lê Văn Uyển,Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập I và II Nhà xuất bản giáo dục