BÁO cáo học PHẦN THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử đề tài thiết kế sản phẩm cơ điện tử robot scara 4 bậc tự do

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO
HỌC PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Robot scara 4 bậc tự do”

Giáo viên hướng dẫn:

Ths. Nhữ Quý Thơ

Sinh viên thực hiện:

Cao Tuấn Dũng 2019601449
Lê Văn Dũng 2019600909
Lê Văn Dũng 2019605797

Hà Nội – 2022

TIEU LUAN MOI download :


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................

.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................

TIEU LUAN MOI download :


PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung
1. Tên lớp:
ME6061004
2. Tên nhóm: N05
Họ và tên thành viên
- Cao Tuấn Dũng
- Lê Văn Dũng
- Lê Văn Dũng

Khóa: 14

MSV: 2019601449
MSV: 2019600909
MSV: 2019605797

II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử: Robot scara 4 bậc tự do.
2. Hoạt động của sinh viên
Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế
- Thiết lập danh sách yêu cầu
Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ
- Xác định các vấn đề cơ bản
- Thiết lập cấu trúc chức năng
- Phát triển cấu trúc làm việc
- Lựa chọn cấu trúc làm việc
Nội dung 3: Thiết kế cụ thể
- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
- Tích hợp hệ thống
- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác. Áp
dụng các cơng cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản
phẩm.
3. Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch bài tập lớn.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày
16/05/2022 đến ngày 13/06/2022).
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng
đánh giá.

IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

TIEU LUAN MOI download :


1. Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các
tài liệu tham khảo.
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
(nếu có): Máy tính.
KHOA/TRUNG TÂM

Ts. Nguyễn Anh Tú

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ths. Nhữ Quý Thơ

TIEU LUAN MOI download :


Lời mở đầu
Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển
vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ
biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm. Song song v ới
quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả
năng làm việc trong mơi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống
cơ điện tử. Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp
ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết. Sự phát triển của hệ thống cơ điện
tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ
thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Học

phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp
sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập k ế ho ạch công vi ệc theo trình tự
hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu
và hiệu quả. Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống,
kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học
tập và cơng việc sau này.
Sau quá trình học tập và tự tìm hiểu về học phần, nhóm sinh viên đã lựa
chọn và hồn thành báo cáo bài tập lớn với đề tài: Thiết kế sản ph ẩm c ơ đi ện t ử
“Robot scara 4 bậc tự do”. Đây là một đề tài hay và có tính ứng dụng cao đối với
những kiến thức đã học và đưa nó vào thực tiễn, đồng thời cũng là cơ sở cho
những nghiên cứu và sản phẩm sau này của sinh viên.

TIEU LUAN MOI download :


Tổng quan
Robot Scara 4 bậc tự do.
Thuật ngữ Scara được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1979 tại Nhật Bản,
trong các hoạt động nghiên cứu lắp ráp tại trường đại học Yamanashi. Nó là tên
viết tắt của Selective Compliance Assembly Robot Arm. Dịch ra tiếng Việt có
nghĩa là “Cánh tay robot lắp ráp có chọn lọc”.
Hình mẫu ngun thủy của Scara là một kiểu tay máy có cấu tạo rất đặc
biệt. Nó bao gồm 2 khớp quay, 1 khớp trượt. 3 khớp đều có trục song song với
nhau. Các cấu trúc của Scara là cấu trúc nối tiếp. Nghĩa là động cơ đầu tiên phải
mang theo tất cả những động cơ khác sau đó. Nếu Scara được thiết kế theo đơi
cánh tay thì 2 động cơ đầu tiên sẽ được cố định ở đấy và có chức năng kéo theo,
điều khiển các động cơ còn lại.
So với kết cấu theo phương thẳng đứng, thì kết cấu này vững hơn, cứng
hơn. Tuy nhiên so với phương ngang thì nó lại kém cứng vững hơn. Vùng làm
việc của Scara là một phần của hình trụ rỗng, theo mơ thức cử động tay như thao

tác của con người. Cùng với tên gọi robot Scara, nó cịn được gọi với nhiều tên
gọi khác như Scara song song (parallel scara robot).
Robot Scara 4 bậc được phát triển từ nền tảng trên và bao gồm có 4 bậc tự
do. Do có cấu tạo giống như cánh tay người nên nó mang theo rất nhiều ưu điểm
điểm nổi bật:
- Tốc độ.
- Độ chính xác tuyệt đối.
- Độ lặp lại.
Chính vì thế nên Robot Scara 4 bậc tự do là một trong những loại robot
cơng nghiệp mang tính ứng dụng cao nhất hiện nay. Chuyển động tay máy của
Scara giúp nó có khả năng gắp đặt vật liệu hồn hảo. Vì vậy, nó được ứng dụng
nhiều nhất trong những dây chuyền sản xuất có cơng đoạn cơng việc này. Hơn
nữa, nó cũng được sử dụng cho các cơng việc liên quan đến hàn xì ở các xưởng
cơ khí chế tạo.

TIEU LUAN MOI download :


Các thành phần cơ bản của Robot Scara.
Thành phần cơ khí.
Một Robot Scara 4 bậc tự do sẽ bao gồm 5 khâu 4 khớp liên kết chặt chẽ
với nhau. Các khâu của Robot phải có khả năng chịu tải tốt, các khớp thì phải có
khả năng di chuyển linh hoạt để các chuyển động của Robot mượt mà nhất.
Ngoài ra Robot sử dụng các động cơ Servo hoặc Step để cho việc điều khiển đạt
độ chính xác cao nhất. Hệ truyền động trong Robot sử dụng các trục vít me,
bánh đai để truyền chuyển động một cách hiệu quả.
Thành phần điều khiển.
Các thành phần điều khiển có vai trị xác định vị trí, tính tốn và đưa ra
các tín hiệu di chuyển thích hợp để cho Robot chuyển động, ngồi ra cịn có các
hệ thống cảm biến giúp cho Robot di chuyển đúng với góc độ chính xác.

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế sản phẩm
Phân tích nhiệm vụ thiết kế.
Robot thiết kế là mẫu Scara và có 4 bậc tự do, việc thiết kế phải rõ rang,
rành mạch, đúng với yêu cầu và thể hiện qua các quá trình thiết lập danh sách
yêu cầu dưới đây.
Danh sách yêu cầu.
Danh sách yêu cầu cho Robot Scara 4

21/3/2022

bậc tự do
Thay

D/W

u cầu

đổi
Hình dạng:
D

- Có 4 bậc tự do.

D

-

D

- Bán kính vùng làm việc: 80 – 100

D

Chịu trách
nhiệm
Cao Tuấn
Dũng

Chiều cao tổng thể: từ 70 - 100 cm.
cm.

D

- Đường kính vật gắp D: 5 – 7 cm.

D

- Chiều cao vật gắp H: 8 – 10 cm.
- Khoảng cách làm việc theo phương
dọc: 60 – 80 cm.
Động học:
- Vận tốc các khớp tịnh tiến: 0.2 – 0.3

Cao Tuấn
Dũng

m/s.
- Vận tốc các khớp quay: 2,6 – 3,14
rad/s
Khả năng chịu lực:
D

- Khả năng gắp trong khoảng 3 tới 5

Cao Tuấn
Dũng

kg.
D

TIEU LUAN MOI download :


- Khối lượng: 10 – 20 kg.
Năng lượng:
D

- Sử dụng dòng điện một chiều

Cao Tuấn
Dũng

chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V
– 60 Hz.
D

- Điện áp: 12 – 24 VDC.

D

- Cường độ dòng điện: 10 – 20 A.
Vật liệu:

D

- Các khâu được chế tạo từ vật liệu có

Cao Tuấn
Dũng

khả năng chịu va đập tốt, chịu được
tải trọng lớn, trong lượng nhẹ.
D

- Bộ truyền đai chế tạo từ vật liệu chịu
được ma sát lớn, bền bỉ.
Tín hiệu:

D

- Đầu vào: Các tín hiệu từ hệ thống.

D

- Đầu ra: tín hiệu qua xử lý.

D

- Bộ điều khiển: Vi xử lý.

D

- Cảm biến: các cảm biến đo tải trọng,

Cao Tuấn
Dũng

vị trí góc, cơng tắc hành trình.
An tồn:
D

- Mơi trường vận hành thơng thống,

Cao Tuấn
Dũng

khơng có vật cản trong phạm vi làm
việc của tay máy.
- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn tải
trọng tay gắp tối đa.
Kiểm tra chất lượng:
D
D
D

- Dung sai các tay máy không quá

Cao Tuấn
Dũng

5%.
- Sai số công suất nhỏ hơn 5%.

TIEU LUAN MOI download :


D

- Giới hạn bền: 350 – 600 N/mm2.
- Giới hạn chảy: ≥ 360 N/mm2.
- Độ chính xác lặp lại: 98%.
Lắp ráp:

D

- Thời gian lắp ráp từ 3 – 4 tuần.

D

- Các linh kiện được lắp đúng vị trí.

D

- Sau khi lắp ráp phải vận hành kiểm

Cao Tuấn

Dũng

thử.
Vận hành:
D

- Robot vận hành êm ái không gây

Cao Tuấn
Dũng

tiếng ồn lớn.
D

- Động cơ làm việc trơn tru không
rung lắc và gây ồn.

D

- Truyền động đai làm việc ổn định,
không bị trượt trong qua trình
chuyển động.

D

- Cảm biến hoạt động chính khác khi
tay máy đến góc làm việc tối đa.

D

D

- Thao tác gắp thả chính xác vị trí.

Bảo trì:
- Dễ dàng tháo lắp để vệ sinh và thay

Cao Tuấn
Dũng

mới.
D
D

- Thời gian giữa các lần bảo dưỡng từ
6 tới 8 tháng.
- Bảo quản nhiệt độ phịng.
Chi phí sản xuất:

D

- 1.500.000 – 3.000.000 VND.
Kế hoạch phát triển:

Cao Tuấn
Dũng
Cao Tuấn

TIEU LUAN MOI download :

D

- Nghiên cứu và chế tạo trong vòng 5

Dũng

tháng.

Thiết kế sơ bộ.
Xác định các vấn đề cơ bản.
Việc xác định các vấn đề cơ bản dựa theo các bước dưới đây.
Bước 1 và 2: loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua yêu cầu không ảnh hưởng trực
tiếp đến chức năng và các rằng buộc cần thiết.
Hình dạng:
- Có 4 bậc tự do.
-

Chiều cao tổng thể: từ 70 - 100 cm.

- Bán kính vùng làm việc: 80 – 100 cm.
- Đường kính vật gắp D: 5 – 7 cm.
- Chiều cao vật gắp H: 8 – 10 cm.
- Khoảng cách làm việc theo phương dọc: 60 – 80 cm.
Động học:
- Vận tốc các khớp tịnh tiến: 0.2 – 0.3 m/s.
- Vận tốc các khớp quay: 2,6 – 3,14 rad/s.
Khả năng chịu lực:
- Khả năng gắp trong khoảng 3 tới 5 kg.
- Khối lượng: 10 – 20 kg.

Năng lượng:
- Sử dụng dòng điện một chiều chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V – 60
Hz.
- Điện áp: 12 – 24 VDC.
- Cường độ dòng điện: 10 – 20 A.
Vật liệu:

TIEU LUAN MOI download :


- Các khâu được chế tạo từ vật liệu có khả năng chịu va đập tốt, chịu được
tải trọng lớn, trong lượng nhẹ.
- Bộ truyền đai chế tạo từ vật liệu chịu được ma sát lớn, bền bỉ.
Tín hiệu:
- Đầu vào: Các tín hiệu từ hệ thống.
- Đầu ra: tín hiệu qua xử lý.
- Bộ điều khiển: Vi xử lý.
- Các cảm biến đo tải trọng, vị trí góc, nhiệt độ.
An tồn:
- Mơi trường vận hành thơng thống, khơng có vật cản trong phạm vi làm
việc của tay máy.
- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn 5 kg.
Kiểm tra chất lượng:
- Dung sai các tay máy không quá 5%.
- Hiệu suất truyền đai từ 95 – 96 %.
- Sai số công suất nhỏ hơn 5%.
- Giới hạn bền: 350 – 600 N/mm2.
- Giới hạn chảy: ≥ 360 N/mm2.
Vận hành:
- Robot vận hành êm ái không gây tiếng ồn lớn.

- Động cơ làm việc trơn tru không rung lắc và gây ồn.
- Truyền động đai làm việc ổn định, không bị trượt trong qua trình chuyển
động.
- Cảm biến hoạt động chính khác khi tay máy đến góc làm việc tối đa.
- Thao tác gắp thả chính xác vị trí.
Bước 3: chuyển dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành
các tuyên bố thiết yếu.

TIEU LUAN MOI download :


Hình dạng:
- Có 4 bậc tự do.
-

Chiều cao tổng thể: từ 70 - 100 cm.

- Bán kính vùng làm việc: 80 – 100 cm.
- Đường kính vật gắp D: 5 – 7 cm.
- Chiều cao vật gắp H: 8 – 10 cm.
- Khoảng cách làm việc theo phương dọc: 60 – 80 cm.
Động học:
- Vận tốc các khớp tịnh tiến: 0.2 – 0.3 m/s.
- Vận tốc các khớp quay: 2,6 – 3,14 rad/s.
Khả năng chịu lực:
- Khả năng gắp trong khoảng 3 tới 5 kg.
- Khối lượng: 10 – 20 kg.
Năng lượng:
- Dòng điện một chiều chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V – 60 Hz.
- Điện áp: 12 – 24 VDC.

- Cường độ dòng điện: 10 – 2 A.
Vật liệu:
- Các vật liệu có khả năng chịu va đập tốt, chịu được tải trọng lớn, trong
lượng nhẹ.
- Bộ truyền đai chế tạo từ vật liệu chịu được ma sát lớn, bền bỉ.
Tín hiệu:
- Đầu vào: Các tín hiệu từ hệ thống.
- Đầu ra: tín hiệu qua xử lý.
- Bộ điều khiển: Vi xử lý.
- Các cảm biến đo tải trọng, vị trí góc, nhiệt độ.
An tồn:

TIEU LUAN MOI download :


- Mơi trường vận hành thơng thống, khơng có vật cản trong phạm vi làm
việc của tay máy.
- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn tải trọng tay gắp tối đa, nhiệt độ≥ 70° .
Kiểm tra chất lượng:
- Dung sai các tay máy không quá 5%.
- Hiệu suất truyền đai từ 95 – 96 %.
- Sai số công suất nhỏ hơn 5%.
- Giới hạn bền: 350 – 600 N/mm2.
- Giới hạn chảy: ≥ 360 N/mm2.
Vận hành:
- Robot vận hành êm ái không gây tiếng ồn lớn.
- Động cơ làm việc trơn tru không rung lắc và gây ồn.
- Truyền động đai làm việc ổn định, không bị trượt trong qua trình chuyển
động.
- Cảm biến hoạt động chính khác khi tay máy đến góc làm việc tối đa.

- Thao tác gắp thả chính xác vị trí.
Bước 4: trong mức độ nhất định khái qt lại kết quả bước trước.
Hình dạng:
- Có 4 bậc tự do.
- Chiều cao tổng thể: từ 70 - 100 cm.
- Bán kính vùng làm việc: 80 – 100 cm.
- Đường kính vật gắp D: 5 – 7 cm.
- Chiều cao vật gắp H: 8 – 10 cm.
- Khoảng cách làm việc theo phương dọc: 60 – 80 cm.
Động học:
- Vận tốc các khớp tịnh tiến: 0.2 – 0.3 m/s.
- Vận tốc các khớp quay: 2,6 – 3,14 rad/s.

TIEU LUAN MOI download :


Khả năng chịu lực:
- Khả năng gắp trong khoảng 3 tới 5 kg.
- Khối lượng: 10 – 20 kg.
Năng lượng:
- Dòng điện một chiều chuyển đổi từ dòng xoay chiều 220V – 60 Hz.
- Điện áp: 12 – 24 VDC.
- Cường độ dòng điện: 10 – 20 A.
Vật liệu:
- Các vật liệu có khả năng chịu va đập tốt, chịu được tải trọng lớn, trong
lượng nhẹ.
- Bộ truyền đai chế tạo từ vật liệu chịu được ma sát lớn, bền bỉ.
Tín hiệu:
- Đầu vào: Các tín hiệu từ hệ thống.
- Đầu ra: tín hiệu qua xử lý.

- Bộ điều khiển: Vi xử lý.
- Các cảm biến đo tải trọng, vị trí góc, nhiệt độ.
An tồn:
- Mơi trường vận hành thơng thống, khơng có vật cản trong phạm vi làm
việc của tay máy.
- Cảnh báo khi khối lượng lớn hơn tải trọng tay gắp tối đa.
Kiểm tra chất lượng:
- Dung sai các tay máy không quá 5%.
- Hiệu suất truyền đai từ 95 – 96 %.
- Sai số công suất nhỏ hơn 5%.
- Giới hạn bền: 350 – 600 N/mm2.
- Giới hạn chảy: ≥ 360 N/mm2.
Vận hành:

TIEU LUAN MOI download :


- Robot vận hành êm ái không gây tiếng ồn lớn.
- Động cơ làm việc trơn tru không rung lắc và gây ồn.
- Truyền động đai làm việc ổn định, khơng bị trượt trong qua trình chuyển
động.
- Cảm biến hoạt động chính khác khi tay máy đến góc làm việc tối đa.
- Thao tác gắp thả chính xác vị trí.
Bước 5: hình thành các vấn đề trong các thuật ngữ trung lập về giải pháp.
- Thiết kế Robot dạng Scara có 4 bậc tự do.

TIEU LUAN MOI download :


Thiết lập cấu trúc chức năng.

a) Cấu trúc tổng thể.

Chức năng tổng thể Robo Scara 4 bậc.

TIEU LUAN MOI download :