Luận văn Nghiên cứu thiết kế bánh xe mecanum dùng cho xe nâng

NKT NKT HVTH: Trần Đình Phúc MSHV: 11040396 GVHD: PGS.TS Đặng Văn Nghìn Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh Khoa Cơ Khí Báo cáo Luận Văn Thạc sĩ NKT NKT 2 Giới thiệu chung2 Tính toán thiết kế bánh xe Mecanum3 Kết quả thiết kế và chế tạo4 Đánh Giá Độ Chính Xác Biên Dạng Profile Bánh Xe 5 Kết luận6 Đặt vấn đề1 NỘI DUNG BÁO CÁO NKT NKT Đặt Vấn Đề Việc định hướng, di chuyển một chiếc xe nâng qua một không gian chật hẹp, hạn chế là một việc khá phức tạp và khó khăn. Một giải pháp cho vấn đề này đó là việc phát triển những loại xe có khả năng di chuyển trực tiếp sang một bên, được biết đến với tên gọi một chiếc xe đa hướng. Nhìn chung trên thị trường hiện nay chỉ thương mại hóa những loại bánh xe đa hướng cỡ nhỏ, giá thành tương đối cao. Chẳng hạn như sản phẩm của hãng AndyMark kích thướng đường kính bánh 200mm, giá thành lên tới 3000 đô la mỹ mà khả năng tải lại rất thấp. Với yêu cầu thiết kế xe nâng tải trọng nặng lên tới 1 tấn, đường kính bánh xe lên tới 600mm, thì trên thị trường hiện không có sẵn. Do đó, việc thiết kế chế tạo loại bánh xe đa hướng Mecanum cỡ lớn, có khả năng tải cao rất được quan tâm hiện nay. NKT NKT Khái niệm: Những chiếc xe đa hướng (Omni-directional Vehicals) dùng bánh xe đa hướng có khả năng di chuyển với bất kì hướng nào trong không gian 2D và chúng vừa có thể xoay cùng lúc. Hay nói một cách khác, chúng có 3 bậc tự do. 1.1 Khái niệm và phân loại bánh xe đa hướng 1: Giới thiệu chung Video NKT NKT 1.1.2 Phân loại bánh xe đa hướng a) Bánh xe dạng đặc biệt  Bánh xe Omni  Bánh xe Mecanum  Bánh xe trực giao b) Các loại bánh xe truyền thống  Bánh xe bánh lái đơn  Bánh xe bánh lái kép  Bánh xe bi cầu  Một số loại khác NKT NKT 1.2 Phạm vi ứng dụng của bánh xe Mecanum Lĩnh vực quân đội Lĩnh vực công nghiệp Lĩnh vực y tế, công cộng Lĩnh vực nghiên cứu, giáo dục Lĩnh vực dịch vụ sinh hoạt NKT NKT 2.1 Tổng quan các công thức tính toán bánh xe Mecanum Chương 2: Tính toán thiết kế bánh xe Mecanum NKT NKT 2.1.1 Stephen L. Dickerson, control of an onmi-direcitonal robotic vehicle with mecanum wheels, Georgia Institute of Technology Atlanta, GA (1991) NKT NKT 2.1.2 D.H.Shin, Design of Mecanum Wheel for Omni- directional Motion, Seoul City University (1997) NKT NKT 2.1.3 Terry Cussen, Omnidirectional Transport Platform, Cybernet Systems Corporation 727 Airport Boulevard Ann Arbor(1999)  R: bán kính bánh xe mecanum  b: bán kính con lăn mecanum  : Góc lệch giữa trục con lăn và trục bánh xe mecanum  Chiều dài tối đa của các con lăn  Hệ tọa độ của con lăn: trong đó x=0, y = bán kính cục bộ = , z = NKT NKT 2.1.4 Andrew McCandless, Faculty of Engineering and Mathematical Sciences,University of Western Australia (2001) NKT NKT n: số lượng con lăn Mecanum; φ: góc chia Chiều dài con lăn: Bề rộng bánh xe Mecanum: 2.1.5 Ioan Doroftei, Victor Grosu and Veaceslav Spinu, Omnidirectional Mobile Robot – Design and Implementation “Gh. Asachi” Technical University of Iasi Romania (2007) NKT NKT 2.1.6 Kyung-Lyong Han, Design and Control of Omni-Directional Mobile Robot for Mobile Haptic Interface-International Conference on Control, Automation and Systems 2008 Oct. 14-17, in COEX, Seoul, Korea (2008) NKT NKT 2.1.7 Euther- Derivation of an algorithm for computing theprofile for a “bump-less” mecanum roller (2010) y = r – a.x2 Biên dạng con lăn lúc này đó là parabol NKT NKT 2.2 So sánh và phân tích các phương pháp tính tính toán Ưu điểm Nhược điểm Andrew McCandless - Nguyên lý đơn giản - Trình bày chi tiết lý thuyết đường lối thiết kế bánh. - Chưa mô tả hết thông số hình học của bánh xe Mecanum Terry Cussen - Trình bày đường lối lập trình, mô phỏng thiết kế bánh xe - Thuật toán phức tạp, cần sự trợ giúp của máy tính. Euther - Thuật toán lập trình với độ chính xác cao. - Biên dạng tương đối đặc biệt -Do biên dạng là parabol nên việc tiếp xúc không đảm bảo - Thuật toán phức tạp. Ioan Doroftei, -Nguyên lý thiết kế đơn giản - Mang tính thực tế cao - Chưa mô tả hết thông số hình học của bánh xe Mecanum Kyung-Lyong Han -Trình bày khá chi tiết các thông số hình học của bánh xe - Mang tính khả thi thiết kế cao - Công thức khá phức tạp D.H.Shin Trình bày rất chi tiết các thông số hình học của bánh xe -Một số thông số hình học không cần thiết. NKT NKT 2. Đường lối tính toán thiết kế :Các thông số đầu vào Số con lăn: n =6 (Góc chia) Góc lệch giữa trục quay con lăn và trục bánh xe : η =45 Bán kính bánh Mecanum: Rwheel Bánh kính lớn nhất của con lăn : rrol = r(X) = z(X) –h Góc khuất giữa 2 con lăn kế tiếp: θt R.sinη R R NKT NKT η = 450 a=R=340mm b= Rsin η ≈ 480mm D=2.340= 680mmĐường kính bánh xe: Góc lệch trục: Chọn số con lăn: 2.4 Kết quả tính toán, thiết kế Lw= 340mm Lr= 480mm NKT NKT 2.5 Kết cấu bánh xe Mecanum a, Con lănMecanum b, Trục Con lănMecanum c, Đùm bánh xe d, Cánh Con lănMecanum NKT NKT 3.2 Sản phẩm chế tạo và lắp ráp3.1 Kết quả thiết kế Chương 3: Kết quả NKT NKT Chương 4: Đánh Giá Độ Chính Xác Biên Dạng Profile Bánh Xe Mecanum  4.1 Mục đích của quá trình làm thí nghiệm  Thu thập dữ liệu điểm.  Quy hoạch thực nghiệm  Hồi quy về phương trình bậc 2  Xác định được sai số giữa biên dạng thực và biên dạng lý thuyết. NKT NKT Quá trình thực hiện thí nghiệm như sau:  Gá đặt con lăn lên đồ gá chống tâm.  Điều chỉnh con lăn sao cho đảm bảo độ đảo hợp lý.  Tiến hành calip, lấy điểm gốc tọa độ máy.  Thực hiện lấy dẫn bước cho đầu dò (set điểm đầu và điểm cuối).  Tiến hành cho máy chạy tự động dọc theo biên dạng con lăn.  Xuất file dữ liệu tọa độ dưới dạng file .text  Quy hoạch thực nghiệm  Xác định và so sánh độ chính xác biên dạng so với biên dạng lý thuyết.  Đưa ra kết luận và tìm ra nguyên nhân của sai số biên dạng con lăn. 4.2 Nội dung trình tự làm thí nghiệm và xử lý dữ liệu NKT NKT 4.3 Tính toán sai số biên dạng x y 105.0000 153.0000 153.0575 153.2625 104.6040 153.1310 153.1890 153.3885 104.1325 153.2930 153.3430 153.5510 103.6555 153.4530 153.5005 153.7045 … … … … 8.7900 169.8020 169.5950 169.7165 stt x Giá trị y lý thuyết Giá trị y quy hoạch s2 1 105.0000 152.8671 153.2517 0.147917 2 104.6040 153.0033 153.3799 0.141828 3 104.1325 153.1646 153.5319 0.134909 4 103.6555 153.3268 153.6850 0.128307 5 103.1790 153.4880 153.8371 0.121871 6 102.7060 153.6471 153.9875 0.115872 … …. … … … 197 8.7900 169.8859 169.6520 0.054709 NKT NKT 4.3 So sánh sai số biên dạng dạng parabol và dạng elip Giá trị biên dạng elip Giá trị biên dạng Parabol ( Theo phương trình parabol của tác giả Euther) y’ = 170 - 0.1648. x2 ( Theo phương trình elip lý thuyết) NKT NKT 5.1 Những vấn đề đạt được  Tìm hiểu và xây dựng đường lối thiết kế tính toán biên dạng con lănMecanum.  So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp thiết kế biên dạng con lăn.  Thiết kế và chế tạo bánh xe Mecanum dùng cho xe nâng.  Đo lường và đánh giá độ chính xác biên dạng con lăn qua đó đưa ra kết luận về nguyên nhân sai số biên dạng con lăn. NKT NKT Bài báo Khoa học Báo cáo tại hội nghị Cơ Điện Tử lần thứ 6 – VCM 2012 Hội nghị Cơ Học Toàn quốc lần thứ 9 -2012 “ Tính toán thiết kế biên dạng con lăn bánh xe Mecanum dùng cho xe Nâng” Hội nghị Cơ Điện Tử lần thứ 6 VCM 2012 “ Thiết kế và chế tạo bánh xe Mecanum dùng cho xe Nâng” Hội Nghị Cơ Khí Toàn quốc 2013 “ Đánh giá sai số biên dạng con lăn bánh xe Mecanum”  Tạp Chí Cơ Khí số tháng 12/2012 NKT NKT 5.2 Kiến nghị và hướng phát triển của đề tài  Phân tích ảnh hưởng của vật liệu đến khả năng tiếp xúc đa hướng linh hoạt của loại bánh xe này.  Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu con lăn đến tính bền của bánh xe.  Nghiên cứu và mô phỏng động lực của bánh xe bằng phần mềm ADAM hoặc ABAQUS.  Nghiên cứu cải tiến vật liệu sử dụng chế tạo con lăn Mecanum nhằm tăng khả năng tải cho bánh xe. NKT NKT