Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành cơ điện tử đề tài nghiên cứu, thiết kế rô bốt scara 3 bậc tự do
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.91 MB, 55 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
----------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do.
Giáo viên hướng dẫn:
Ths. LÊ NGỌC DUY
Nhóm sinh viên thực hiện:
VŨ MINH ĐỨC
2017600781
ĐỖ ĐỨC HIẾU
2017600874
NGUYỄN HUY HOÀNG
2017601597
1
Hà Nội – 2021
BỘ CƠNG THƯƠNG
CỘNGHỒXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆTNAM
TRƯỜNGĐẠIHỌCCƠNG NGHIỆP HÀNỘI
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
Họ tên sinh viên:
1. Vũ Minh Đức
MSSV: 2017600781
Lớp: CĐT1
Khóa: 12
2. Đỗ Đức Hiếu
MSSV: 2017600874
Lớp: CĐT1
Khóa: 12
3. Nguyễn Huy Hồng
MSSV: 2017601597
Lớp: CĐT1
Khóa: 12
Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do.
Mục tiêu đề tài:
Phân tích, tổng hợp và đề xuất giải được pháp cho các vấn đề kỹ thuật liên quan
đến q trình điều khiển rơ bốt Scara. Vận dụng được các kiến thức về cơ khí,
điện, điện tử, điều khiển và tích hợp để thiết kế, chế tạo một hệ thống tự động,
hệ thống cơ điện tử.
Sử dụng được các phần mềm chuyên dụng để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ
điện tử.
Lựa được chọn linh kiện, thiết bị và lắp ráp hoàn chỉnh một sản phẩm cơ điện
tử.
Có khả năng tổng hợp, viết báo cáo, trình bày và phản biện khoa học.
Kết quả dự kiến (Phần này liệt kê các nội dung, kết quả chính cần đạt được của
ĐA/KLTN và phải bám sát mục tiêu đề tài)
Thiết kế, chế tạo mơ hình rơ bốt Scara
Lập trình thuật tốn điều khiển theo điều khiển.
Thời gian thực hiện: từ 22/03/2021 đến 09/05/2021
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên)
2
TS. Nguyễn Văn Thiện
3
NỘI DUNG THỰC HIỆN
1. Bố cục thuyết minh đề tài:
Nội dung nghiên cứu
SV thực hiện
Chương 1: Tổng quan về rô bốt Scara
1.1. Lịch sử nghiên cứu
Vũ Minh Đức
1.2. Mục tiêu của đề tài
Đỗ Đức Hiếu
1.3. Phương pháp thực hiện đề tài
Nguyễn Huy Hồng
Chương 2: Mơ hình tốn học rơ bốt Scara
2.1. Tính tốn lựa chọn phương pháp điều khiển
Vũ Minh Đức
2.3. Mơ hình tốn học hệ thống điều khiển
Nguyễn Huy Hồng
Chương 3: Tính tốn, thiết kế rơ bốt Scara
3.1. Tính tốn, thiết kế hệ thống cơ khí
Đỗ Đức Hiếu
3.2. Tính tốn, thiết kế hệ thống điện, điện tử
Nguyễn Huy Hồng
3.2. Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển
Vũ Minh Đức
Kết luận
Đỗ Đức Hiếu
2. Bản vẽ:
TT
Tên bản vẽ
Khổ giấy
Số lượng
SV thực hiện
1
Bản vẽ lắp hệ thống cơ khí
A0
1
Đỗ Đức Hiếu
2
Bản vẽ hệ thống điều khiển
A1
1
Nguyễn Huy Hồng
3
Lưu đồ thuật tốn điều khiển
A1
1
Vũ Minh Đức
4
3. Mơ hình/ sản phẩm (nếu có)
Trình bày ngắn gọn thơng số kỹ thuật cơ bản của mơ hình/ sản phẩm.
Nội dung công việc
SV thực hiện
Chế tạo, lắp ráp hệ thống cơ khí
Vũ Minh Đức
Lắp ráp mạch điều khiển
Đỗ Đức Hiếu
Lập trình hệ thống điều khiển
Nguyễn Huy Hồng
*
Ghi chú: Nhiệm vụ của sinh viên trong đề tài có thể phân công theo
chương hoặc theo các nội dung công việc.
5
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................... 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP..................................... 11
1.1.
Lịch sử nghiên cứu............................................................................................. 11
1.1.1
Sơ lược lịch sử quá trình phát triển của robot công nghiệp............................... 11
1.1.2
Giới thiệu chung về cánh tay robot................................................................... 15
1.2.
Mục tiêu của đề tài.............................................................................................. 19
1.3.
Phương pháp thực hiện đề tài.............................................................................. 20
CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ROBOT SCARA................................. 21
2.1.
Tính tốn, lựa chọ phương pháp điều khiển........................................................ 21
2.1.1
Phương pháp Denavit – Hartenberg(D-H)....................................................... 21
2.1.2
Ma trận thuần nhất của các hệ trục tọa độ theo quy tắc D-H............................. 22
2.2.
Mô hình tốn học hệ thống điều khiển................................................................ 23
2.2.1
Phương trình động học thuận............................................................................ 23
2.2.2
Phương trình động học nghịch.......................................................................... 25
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ROBOT SCARA....................................... 28
3.1.
Tính tốn, thiết kế hệ thống cơ khí..................................................................... 28
3.1.1
u cầu thiết kế................................................................................................ 28
3.1.2
Mơ hình thiết kế tay máy 3 bậc tự do................................................................ 28
3.1.3
Tính tốn lực tác động, cơng suất cần thiết....................................................... 29
3.1.4
Tính tốn bộ truyền đai..................................................................................... 32
3.2.
Tính tốn, thiết kế hệ thống điện, điện tử............................................................ 35
3.2.1
Tính tốn lựa chọn vi điều khiển....................................................................... 35
3.2.2
Chọn động cơ điều khiển.................................................................................. 36
3.2.3
Driver điều khiển động cơ................................................................................ 38
3.2.4
Công tắc hành trình........................................................................................... 39
3.3.
Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển............................................................... 40
3.3.1
Sơ đồ hệ thống điều khiển................................................................................. 40
3.3.2 Mơ hình hóa mơ phỏng..................................................................................... 43
6
3.4. Tổng hợp và tích hợp hệ thống............................................................................ 47
KẾT LUẬN ĐỀ TÀI................................................................................................... 53
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................... 54
7
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Robot tay máy......................................................................................
11
Hình 1.2 Robot Scara..........................................................................................
12
Hình 1.3 Robot cơng nghiệp của hãng Tosy Robotics, Việt Nam.......................
13
Hình 1.4 Xưởng hàn thân xe của hãng xe VinFast..............................................
14
Hình 1.5 Robot tay máy 6 bậc tự do....................................................................
16
Hình 1.6 Robot tay máy hàn ứng dụng trong cơng nghiệp..................................
17
Hình 1.7 Cơ cấu hệ tọa độ trụ..............................................................................
18
Hình 1.8 Tay máy robot tọa độ cầu.....................................................................
18
Hình 1.9 Tay máy robot dạng Scara....................................................................
18
Hình 1.10 Tay máy robot tọa độ Đề Các.............................................................
19
Hình 2.1 Quy tắc đặt các trục tọa độ...................................................................
21
Hình 2.2 Đặt hệ trục tọa độ lên các khâu cảu robot.............................................
23
Hình 2.3 Bài tốn động học nghịch.....................................................................
25
Hình 3.1 Mơ hình Robot tay máy Scara..............................................................
29
Hình 3.2 Mơ hình thiết kế...................................................................................
29
Hình 3.3 Lực tác dụng khâu 2.............................................................................
30
Hình 3.4 Biểu đồ momen khâu 2.........................................................................
31
Hình 3.5 Puli chủ động........................................................................................
34
Hình 3.6 Puli bị động..........................................................................................
34
Hình 3.7 Dây đai truyền động.............................................................................
35
Hình 3.5 Vi điều khiển STM32F103C8T6..........................................................
35
Hình 3.6 Động cơ bước điều khiển......................................................................
37
Hình 3.7 Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước A4988.............................................
38
Hình 3.8 Cơng tắc hành trình..............................................................................
39
Hình 3.9 Tiếp điểm thường mở...........................................................................
40
Hình 3.10 Tiếp điểm thường đóng......................................................................
40
Hình 3.11 Sơ đồ ngun lý mạch điều khiển trung tâm.......................................
40
Hình 3.12 Lưu đồ thuật tốn điều khiển..............................................................
42
Hình 3.13 Mơ hình thiết kế sơ bộ........................................................................
43
Hình 3.14 Mơ hình Simulink của robot...............................................................
44
8
Hình 3.15 Khối điều khiển chuyển động............................................................. 44
Hình 3.16 Mơ hình Simulink tổng quát............................................................... 45
Hình 3.17 Đồ thị quy luật chuyển động, vận tốc, gia tốc của q0.......................... 46
Hình 3.18 Đồ thị quy luật chuyển động, vận tốc, gia tốc của q2.......................... 46
9
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Bảng thông số Denavit – Hartenberg................................................... 23
Bảng 3.1 Bảng tra mô đun chọn số răng cho bánh răng...................................... 33
10
LỜI MỞ ĐẦU
Robot xuất hiện đã thực sự thay đổi cuộc sống của con người nói chung và nền
cơng nghiệp nói riêng. Với hầu hết mọi người, hiểu biết về robot chỉ dừng lại ở hình
ảnh: những chú robot với trí thơng minh nhân tạo, có thể giao tiếp, giúp đỡ việc nhà,
bán hàng trong siêu thị, chăm sóc các cụ già hay trông trẻ… Nhưng họ không để ý đến
vai trò đặc biệt quan trọng và sự xuất hiện ngày một nhiều của robot trong những
ngành công nghiệp, chế tạo, lắp ráp và sản xuất hiện đại ở khắp các nhà máy, công
xưởng trên thế giới. Một trong những robot phổ biến nhất trong thế giới sản xuất là
cánh tay robot Scara. Cánh tay robot Scara trong hầu hết các trường hợp được lập trình
và sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể, phổ biến nhất cho sản xuất, chế tạo và
các ứng dụng công nghiệp.
Cánh tay robot cơng nghiệp, có thể bạn khơng phải là một người biết về kỹ thuật,
nhưng chỉ cần nghe qua tên của nó, bạn cũng đốn được rằng để hoạt động được, nó sẽ
phải tuân thủ các cấu tạo và nguyên tắc cử động giống như cánh tay của con người.
Thật vậy, đây là một thiết bị hoạt động theo cách tương tự như cánh tay người,
với một số khớp có thể di chuyển dọc theo trục hoặc có thể xoay theo một số hướng
nhất định. Trên thực tế, một số cánh tay robot được cấu tạo và lập trình hoạt động với
cách bắt chước các chuyển động chính xác của cánh tay con người.
Trong suốt quá trình nghiên cứu và thiết kế được sự hướng dẫn, góp ý tận tình
của giảng viên, Ths. Lê Ngọc Duy cùng với sự nỗ lực của cả nhóm, đến nay chúng em
cơ bản đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3
bậc tự do”. Do khả năng và tầm nhận thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa
nhiều, với khối lượng cơng việc địi hỏi có sự tổng hợp cao nên thiết kế của chúng em
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong các thầy tiếp tục chỉ bảo và giúp
đỡ để chúng em chỉnh sửa thêm và vận dụng vào công việc thực tế.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
1.1. Lịch sử nghiên cứu
1.1.1 Sơ lược lịch sử quá trình phát triển của robot công nghiệp
Thuật ngữ robot xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là cơng việc
tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921.
Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc máy gần
giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà
sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con
người. Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp”
(Industrial Robot). Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công
nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được
điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất. Theo viện nghiên cứu Robot
của Mỹ đề xuất định nghĩa: “Robot công nghiệp là tay máy vạn năng hoạt động theo
chương trình và có thể lập trình lại để hồn thành và nâng cao hiệu quả hoàn thành các
nhiệm vụ khác nhau trong cơng nghiệp
Hình 1.1 Robot tay máy
12
Từ những năm 80, nhất là vào những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ
thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã gia tăng, giá
thành giảm đi rõ rêt, tính năng đã có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy robot cơng
nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Ngày nay chuyên ngành khoa học về robot ‘robotics’ đã trở thành 1 lĩnh vực
rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cáu trúc cơ bản động học, lập trình quỹ đạo,
cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động..v..v..
Hình 1.2 Robot Scara
Tình hình nghiên cứu và phát triển robot ở Việt Nam
Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bước tiến đáng kể trong
25 năm vừa qua. Các nghiên cứu về robot ở nước ta liên quan nhiều đến vấn đề về
động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cơ cấu chấp hành,
điều khiển và phát triển trí thơng minh. Đặc biệt, trong lĩnh vực điều khiển robot,
ngoài các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp tính mơ men,
phương pháp điều khiển trượt thì các phương pháp điều khiển thông minh như điều
khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển tự
thích nghi cũng đã được đề cập nghiên cứu và áp dụng tại các tổ chức KH&CN. Bên
cạnh đó cịn phải kể đến Công ty Cổ phần Robot TOSY, doanh nghiệp thiết kết và chết
tạo robot Việt Nam có nhiều sản phẩm ấn tượng trên trường quốc tế.
Các nghiên cứu cơ bản về Robot của Việt Nam đã được công bố nhiều trên các
Hội Nghị và tạp chí quốc tế. Việc phối hợp với các nước như Nhật, Mỹ, Singapore,
Đức tổ chức các hội nghị quốc tế tại Việt nam liên quan đến robot như RESCCE’98,
13
RESCCE’00, RESCCE’02, ICMT2004, ICARCV 2008, ITOMM 2009 là một chuỗi
hoạt động khoa học liên tục của cộng đồng Robotics Việt nam hòa nhập vào các hoạt
động nghiên cứu khoa học với các nước khu vực và tiên tiến trên thế giới.
Hình 1.3 Robot cơng nghiệp của hãng Tosy Robotics, Việt Nam
Song song với chế tạo robot thì các cơng trình nghiên cứu khoa học về robot
được công bố của các nhà khoa học Việt Nam rất đa dạng và theo sát được các hướng
nghiên cứu của thế giới. Các nghiên cứu về động học và động lực học rô bốt được các
khoa cơ khí, chế tạo máy ở các trường đại học và các viện nghiên cứu về cơ học, chế
tạo máy, cơ khí quan tâm cả trong dân sự và qn sự. Ngồi việc tìm các phương pháp
giải các bài toán liên quan đến cơ học của các loại rơ bốt nối tiếp, song song, di động,
thì các chương trình mơ phỏng kết cấu và chuyển động 3D được áp dụng và phát triển
để minh họa cũng như phục vụ cho phân tích, thiết kế robot. Lĩnh vực điều khiển robot
rất phong phú, từ các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp
tính mơ men, phương pháp điều khiển trượt đến các phương pháp điều khiển thông
minh như điều khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp
điều khiển tự thích nghi, các phương pháp học cho robot, các hệ visual servoing….
Lĩnh vực robot di động với nhiều cảm biến dẫn đường và camera đang được nhiều đơn
14
vị trong nước quan tâm nghiên cứu. Các vấn đề xử lý ảnh tốc độ cao, phối hợp đa cảm
biến, định vị và lập bản đồ không gian, thiết kế quỹ đạo chuyển động cho rơ bốt di
động đã có nhiều công bố trong các Hội nghị cơ điện tử toàn quốc năm 2004, 2006,
2008 và 2010. Các nghiên cứu về thị giác robot được quan tâm cả ở robot công nghiệp
và robot di động, nhất là lĩnh vực nhận dạng và điều khiển robot trên cơ sở thơng tin
hình ảnh. Các vấn đề về xử lý ngôn ngữ tự nhiên, nhận dạng và tổng hợp tiếng nói
tiêng Việt bắt đầu được chú ý cho các loại robot dịch vụ.
Hình 1.4 Xưởng hàn thân xe của hãng xe VinFast
Với xu thế tồn cầu hóa, sự phân cơng lao động trong chuỗi cung sản phẩm và
dịch vụ trên thế giới đã khơng cịn giới hạn địa lý. Cơ hội cho mỗi cá nhân, tổ chức có
thể tham gia vào các cơng việc trên thế giới là bình đẳng cho mọi người, mọi dân tộc
và mọi quốc gia. Vì vậy, với bối cảnh robot sẽ là trung tâm của cuộc cách mạng công
nghệ kế tiếp sau PC- Internet của thế giới trong vịng 20 năm nữa, Việt Nam khơng thể
bỏ lỡ cơ hội này như với máy vi tính PC 30 năm trước.
Để đạt được điều này, chúng ta phải có những định hướng ngay từ bây giờ như:
Về đào tạo: Tập trung phát triển đơng đảo nguồn nhân lực có kiến thức toàn
diện từ sử dụng đến nghiên cứu phát triển các rô bốt và các ứng dụng liên quan.
Về nghiên cứu: Tập trung cho phát triển trí tuệ của rơ bốt từ mức thấp với khả
năng giải quyết một vài việc cụ thể đến mức cao với khả năng nhận thức, suy
diễn và ra quyết định để rơ bốt có thể thích ứng với mơi trường tự nhiên và
tham gia vào xã hội loài người.
15
Về sản xuất: Tập trung thiết kế và chế tạo các loại rơ bốt dịch vụ Việt Nam có
tính thực dụng cao, giá rẻ, đơn giản và chuyên dụng cho các cơng việc cụ thể.
Tham gia vào chuỗi cung tồn cầu của các sản phẩm, hệ thống rô bốt từ các công
việc tay chân như lắp ráp, gia công đến các cơng việc trí óc như thiết kế, nghiên cứu
và đào tạo. Chuẩn bị nguồn lực cho các nhu cầu của một xã hội có sự hiện hữu phổ
biến của robot trong đời sống hàng ngày.
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam cần có chiến lược dài hạn cho phát triển
các nghiên cứu về robot, phát huy vai trò đầu tàu về nghiên cứu cơ bản trong phát triển
robot ở Việt Nam, một lĩnh vực trung tâm của cuộc cách mạng cơng nghệ lớn tiếp
theo, có tầm ảnh hưởng đến toàn xã hội loài người trong thời gian 15-20 năm tới.
Để có thể hội nhập và phát triển trong xu thế tồn cầu hóa hiện nay Việt Nam cần
có một cộng đồng rộng lớn các chuyên gia tâm huyết, có mơi trường học tập và nghiên
cứu lành mạnh và một chính sách vĩ mơ hỗ trợ tri thức phát triển thích nghi được với
q trình “phẳng” hóa thế giới hiện nay.
Các đặc diểm chung của robot:
Có thể tương tác với những vật thể trong mơi trường làm việc
Có khả năng tự học, tự thích ứng với mơi trường xung quanh.
Có thể chuyển động linh hoạt trong mơi trường làm việc.
Có khả năng điều khiển được các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu
của người sử dụng.
Có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển
một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước.
1.1.2 Giới thiệu chung về cánh tay robot
Lợi ích tuyệt vời khi sử dụng cánh tay robot công nghiệp trong sản xuất
Cánh tay robot cơng nghiệp, tuy nhiên lại có thể di chuyển nhanh hơn nhiều so
với cánh tay của con người. Một cánh tay robot cơng nghiệp làm tăng tốc độ của q
trình sản xuất và độ chính xác. Những cánh tay robot hoạt động trơn tru giúp cắt giảm
gần như tối đa các lỗi trong q trình sản xuất do người cơng nhân gây ra và giúp giảm
được rất nhiều chi phí lao động.
16
Hình 1.5 Robot tay máy 6 bậc tự do
Cánh tay robot thao tác nhanh và tiết kiệm thời gian hơn con người
Mỗi cử động của robot, bao gồm quay, tịnh tiến, cầm nắm, nhấc, dịch chuyển,
quay, lật có tải, tiến hành thao tác hàn, lắp ráp…của tay robot đều được con người
kiểm sốt. Nó được lập trình mơ phỏng trong không gian ảo của phần mềm để lường
trước những rủi ro về va chạm, quá tải hay bất hợp lý trong chuyển động.
Vì vậy, mỗi chuyển động thực tế của robot trong quá trình làm việc sẽ đều là một
chuyển động chính xác, trơn tru và khơng có động tác dư thừa. Bởi trong sản xuất,
Cycle Time được tính tối ưu tới đơn vị hàng phần chục hoặc phần trăm giây.
Ngồi ra, chất lượng của sản phẩm có thể bắt đầu được cải thiện do con người cải
thiện khả năng Robot. Ví dụ, cắt chính xác xuống các cạnh, tạo ra các mối hàn cứng
hơn hoặc khoan các lỗ chính xác. Điều này liên tục được người lập trình điều chỉnh
thiết lập tới khi đạt trạng thái hoàn hảo. Từ đó dê dàng cải tiến sản phẩm theo thời
gian, đồng thời cải thiện tính tồn vẹn của thương hiệu.
17
Hình 1.6 Robot tay máy hàn ứng dụng trong cơng nghiệp
Các chuyển động là chính xác và lặp lại hồn tồn giống nhau
Các chuyển động chính xác đem lại kết quả chính xác trên sản phẩm theo đúng
yêu cầu kỹ thuật từ đó đảm bảo khơng có sản phẩm NG do những bất cẩn hoặc thao
tác sai trong quá trình làm việc giống như con người.
Bởi con người chúng ta, trong quá trình làm việc, bộ não rất thường xuyên bị
đánh mất sự tập trung do các yếu tố chủ quan và khách quan bên ngoài tác động vào.
Các yếu tố đó bao gồm sức khỏe trong ca làm việc, tinh thần và sự tập trung, thái độ
nghiêm túc trong cơng việc, tính kỷ luật của bản thân cũng như nhóm, tổ đội trong dây
chuyền khi làm việc (nói chuyện, cười đùa…).
Chính vì các yếu tố đó, với cùng một công việc, tuy là lặp lại nhưng chất lượng
của mỗi sản phẩm hay một công đoạn lại thường bị phụ thuộc và phó mặc vào cảm
xúc và sự hứng thú của người cơng nhân thao tác nó. Điều này thực sự nguy hiểm với
những cơng việc hay mặt hàng địi hỏi độ chính xác cao trong thao tác và sự tập trung
cao độ.
Dựa vào kết cấu của tay máy người ta phân robot công nghiệp ra thành các
loại sau :
Robot tọa độ trụ: Robot cơng nghiệp này có kết cấu tay máy gồm 3 khớp: 1
khớp quay và 2 khớp tịnh tiến (RTT). Khơng gian làm việc trong thể tích một hình trụ.
Chiều cao của hình trụ phụ thuộc lượng tịnh tiến của khớp thứ 2, độ rộng của hình trụ
phụ thuộc lượng tịnh tiến của khớp thứ 3.
18
Hình 1.7 Cơ cấu hệ tọa độ trụ
Robot tọa độ cầu: Robot cơng nghiệp này có kết cấu tay máy gồm 3 khớp:3
khớp quay (RRR) hoặc 2 khớp quay và 1 khớp tịnh tiến (RRT). Không gian làm việc
trong thể tích 1 hình cầu. Bán kính hình cầu phụ thuộc vào góc quay, lượng tịnh tiến
và kích thước của 2 khâu cuối.
Hình 1.8 Tay máy robot tọa độ cầu
SCARA robot: đây là loại robot có hai khớp quay song song hoạt động trên một
mặt phẳng, được ứng dụng nhiều trong các hoạt động lắp ráp và xử lý chi tiết máy…
Hình 1.9 Tay máy robot dạng Scara
Robot tọa độ Đề Các: Robot cơng nghiệp này có kết cấu tay máy gồm 3 khớp
tịnh tiến, không gian làm việc trong thể tích của 1 hình hộp chữ nhật. Kích thước của
19
hình hộp chữ nhật phụ thuộc vào lượng dịch chuyển của các khâu trên tay máy. Robot
có tọa đề các thường sử dụng để làm việc với các đối tượng thuộc các mặt phẳng
vng góc trong khơng gian.
Hình 1.10 Tay máy robot tọa độ Đề Các
Robot dạng phỏng sinh: Cánh tay robot dạng phỏng sinh 6 bậc tự do RRRRRR
đang được sử dụng rất nhiều trong thực tế. Với cánh tay robot dạnh này cho phép điều
khiển được cả vị trí và hướng tác động cuối.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu khảo sát các cơng trình mà các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu
về loại cánh tay robot 3 bậc tự do, đồ án này sẽ đi vào nghiên cứu những vấn đề sau:
Phân tích, tổng hợp và đề xuất giải được pháp cho các vấn đề kỹ thuật liên quan
đến q trình điều khiển rơ bốt Scara. Vận dụng được các kiến thức về cơ khí,
điện, điện tử, điều khiển và tích hợp để thiết kế, chế tạo một hệ thống tự động,
hệ thống cơ điện tử.
Sử dụng được các phần mềm chuyên dụng để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ
điện tử.
Lựa được chọn linh kiện, thiết bị và lắp ráp hoàn chỉnh một sản phẩm cơ điện
tử.
Có khả năng tổng hợp, viết báo cáo, trình bày và phản biện khoa học.
Hầu hết các nghiên cứu cánh tay robot 3 bậc tự do ở nước ta hiện nay liên quan
chủ yếu đến các vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin
cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển.
Ngồi việc tìm các phương pháp giải các bài tốn liên quan đến cơ học của các
loại robot thì các chương trình mơ phỏng kết cấu và chuyển động 3D được áp dụng và
phát triển để minh họa cũng như phục vụ cho phân tích thiết kế robot.
20
