BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT GẮP VẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CƠ KHÍ
----------

BẢN THUYẾT MINH ĐỒ ÁN
CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:
TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT GẮP VẬT

Giảng viên hướng dẫn: Lương Bá Trường.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tất Thành.
Lớp: 60CĐT1.
Mã sinh viên: 1851200347.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022


Lời mở đầu
Có thể nói rằng Robot mang tới cho cuộc sống con người một cuộc sống mới, một
trải nghiệm cuộc sống và đơi khi cịn là một người bạn. Những hãng Robot(RB) từ các
nước nổi tiếng trên thế giới từ Dức, Nhật Bản, Nga, Mỹ ngày một khẳng định sự hiện
diện của RB là phần không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay và tương lai của phía
trước. Nó xuất hiện ở tất cả các lĩnh vực từ khoa học vĩ mô cho tới vĩ mô và ngày một đa
dạng.
Trong khn khổ mơn học Tính tốn thiết kế Robot với đề tài thiết kế Robot gắp
vật, em tin tưởng rằng với những kết quả có được từ việc hiều và tính tốn trong bản đồ
án thuyết minh này sẽ là bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều hơn nữa những ý
tưởng trong tương lai về tính tốn và thiết kế Robot công nghiệp.
Với bố cục gồm 2 phần chính:
1.Tổng quan về Robot

Phần này sẽ là cái nhìn sơ qua về Robot bao gồm lịch sử phát triển, phân loại và
ứng dụng hiện nay giúp chúng ta hình dung tính quan trọng cũng như sự hữu dụng của nó
tới cuộc sống.
2.Tính tốn thiết kế Robot gắp vật
Bao gồm các bước thiết kế cho đến việc mô phỏng để kiểm chứng tính đúng đắn
của q trình thiết kế sẽ cung cấp các q trình cơ bản để có thể xác định cách có thể một
sản phẩm Robot được đưa vào ứng dụng trong cuộc sống.
Em xin gửi lời cảm ơn đên thầy Lương Bá Trường, cảm ơn thầy vì những đóng góp
qua những bài giảng và hướng dẫn trong q trình trao đổi ở các buổi học. Những góp ý,
sửa chữa của thầy sẽ giúp em tự tin hơn trong các thức tiếp cận với nền công nghiệp hiện
nay bởi mặc dù đã có những sự chuẩn bị hoặc cũng có thể kiến thức của em mang đến
trong bản thuyết minh này cịn sai sót và chưa đúng. Em rất mong được bổ sung, sửa
chữa, em chân thành cảm ơn và chúc Thầy sức khỏe!

1


Chương 1. Phân tích lựa chọn cấu trúc
1.1 Số bậc tự do cần thiết.
Đề bài u cầu tính tốn thiết kế Robot gắp vật đảm bảo thực hiện quỹ đạo trên mặt
phẳng.
Ta có thể lập luận rằng:
Để khâu thao tác có thể di chuyển trên mặt phẳng đứng kia yêu cầu ít nhất phải có 2
bậc tự do di chuyển. Tuy nhiên chỉ với 2 bậc tự do kia thì đối tượng sẽ phải di chuyển
robot đến vị trí thích hợp mới có thể đảm bảo thực hiện đc gắp vật, như vậy yêu cầu tính
linh hoạt của robot trong việc tiếp cận( gắp vật từ vị trí này đến vị trí khác, vào ra) thì u
cầu thêm 1 bậc tự do nữa.
Phải có ít nhất 3 bậc tự do cho mơ hình thiết kế.
Dưới đây là 1 số cơ cấu dùng để xác định vị trí trong mặt phẳng làm việc.
Cơ cấu robot tọa độ Đecac: Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo

phương của các trục hệ tọa độ gốc( cấu hình TTT). Khơng gian làm việc của bàn tay có
dạng khối chữ nhật.

Cơ cấu robot tọa độ trụ: Khơng gian làm việc có dạng hình trụ rỗng. Thường khớp
thứ nhất là chuyển động quay.

2


Cơ cấu robot tọa độ cầu: Không gian làm việc của robot có dạng hình cầu

1.2 Phân tích một số cấu trúc thỏa mãn và lựa chọn phương án thiết kế.
Một số dạng cấu trúc thỏa mãn:

Phương án 1: Robot 4DOF TTRR

Phương án 2: Robot 3DOF RRR

Phương án 3: Robot 4DOF RTRR

Phương án 4: Robot3DOF RTR

3


Phương án 5: Robot 3DOF TTR

Phương án 6: Robot 3DOF RRT

Lựa chọn phương án thiết kế:

Với kết cấu 4,5,6 bậc tự do, Robot sẽ trở lên linh hoạt hơn tuy nhiên việc tính tốn
thiết kế và chế tạo cũng phức tạp hơn. Một phần nhu cầu của bài toán đặt ra các phương
án trên sẽ làm phức tạp thêm nhiều tốn kém.
Để tiết kiệm về mặt kinh tế nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu của bài toán đặt
ra, ta lựa chọn phương án thiết kế 3 bậc tự do ( phương án số 6 ) có 2 khâu quay xác định
định vị vị trí và bao quát các điểm trên mặt phẳng, một khâu chuyển động tịnh tiến để xác
định tọa độ và điều chỉnh sự vào ra linh hoạt của mỏ kẹp tránh va chạm trong môi trường
làm việc. Do đó việc lựa chọn phương án này hồn tồn thỏa mãn u cầu bài tốn.
Ưu điểm của phương án này so với các phương án khác thiết kế sẽ rất tối ưu với:
+) Diện tích cho khâu thực hiện rất tiết kiệm.
+) Xây dựng hệ thống điều khiển các khớp dễ dàng thuận tiện và gần như có thể độc
lập.
4


+) Kết cấu đơn giản đảm bảo tính linh hoạt.

5


Chương 2. Bài tốn động học
2.1 Thiết lập phương trình quỹ đạo theo yêu cầu.
z
B(xB,yB,zB)
O
A(xA,yA,zA)

y
v

x

Phương trình dạng tham số của đường thẳng AB:

Vận tốc của điểm thao tác trên quỹ đạo AB là (m/s).
Chiếu vận tốc v lên các phương ta được:

Dịch chuyển của điểm E trên đoạn AB:
6


Với điểm A(350,150,0),B(250,300,150) ta thay vào phương trình trên ta được:

2.2 Bài tốn động học thuận Robot.
Với khơng gian làm việc là 600x700x400(mm). Chọn:
l1=400mm=0,4m
l2=250mm=0,25m
l3=150mm=0,15m
z1

z2

y1

q1

y2

q2
l2

l3
y3

x2

x1

q3

x3

l1
z0

z3

y0

x0
7


Khâu

ai-1

di

1

0

0

l1

q1

2

0

l2

0

q2

3

π

l3

q3

0

Bảng tham số động học Cray của Robot.

Các ma trận Cray địa phương:

;

;

;
Các ma trận Cray toàn cục:

;

;
Tọa độ điểm E trong hệ quy chiếu cố định:
8


Tọa độ vị trí điểm thao tác E:

;

Cho trước các quy luật chuyển động của các khâu, vẽ đồ thị quỹ đạo, vận tốc, gia
tốc điểm thao tác robot.

Chọn quy luật chuyển động của các khâu:
Tọa độ điểm E theo biến t là:

 Vận tốc điểm thao tác cuối:
Đạo hàm theo thời gian t toạ độ điểm E trong hệ quy chiếu cố định ta được vận tốc
điểm thao tác E.

 Gia tốc điểm thao tác cuối:

9


Đạo hàm theo thời gian t vận tốc điểm E trong hệ quy chiếu cố định ta được gia tốc
điểm thao tác E.



Vận tốc góc điểm thao tác cuối E:

;

;
Đồ Thị

10


11


2.3 Bài toán động học ngược Robot.
Tọa độ điểm thao tác E phục thuộc vào các tọa độ suy rộng
trong hệ quy chiếu cố định có dạng:

Giả sử điểm thao tác của Robot chuyển động đều trên đường thẳng AB với vận tốc
v0 = 1 [m/s]. Trong đó đường thẳng AB thuộc mặt phẳng Oxy với A(350,150,0),điểm

B(250,300,150).

Quy luật chuyển động của điểm E:
12


Phương trình xác định vị trí:

Mối quan hệ điểm thao tác E trong không gian khớp và không gian thao tác:

(1)
Trong phương trình trên ta đã biết,

,đã biết từ phương trình quỹ đạo

tìm,
Đạo hàm (1) theo thời gian:

(2)

13


Ta có biểu thức xác định vecto vận tốc suy rộng:
(3)
Tiếp tục đạo hàm phương trình (2) theo thời gian ta được:

Ta có biểu thức xác định vecto gia tốc suy rộng:

(4)

Đồ thị

14


15


16


17


18


Chương 3. Thiết kế 3D robot
3.1 Bản vẽ lắp tổng thể chi tiết robot.

3.2 Bản vẽ các chi tiết robot.
Khâu đế

Khâu 1

Khâu 2

Khâu 3

19