luận văn đề tài nghiên cứu, tìm hiểu robot công nghiệp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (589.52 KB, 21 trang )
ROBOT CÔNG NGHIỆP
Trường ĐHCN Hà Nôi
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Khiêm
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
LỜI MỞ ĐẦU
Vào đầu thập kỷ trước, ý tưởng đầu tiên về robot xuất hiện, thể
hiện ước mơ cháy bỏng của con người là tạo ra những người máy có thể
thay thế mình trong những công việc nặng nhọc, nhàm chán nguy hiểm.
Vào khoảng năm 1940, mẫu robot đầu tiên ra đời tại phòng thí nghiệm
quốc gia Oak Ridge và Argonne của Mỹ, để vận chuyển các hoạt chất
phóng xạ. Đến thập kỷ 80 trên thế giới đó có tới 40 nghìn robot thuộc 500
kiểu do 200 hãng tham gia sản xuất. Ngày nay robot đã được sử dụng
rộng rãi trong sản xuất nghiên cứu khoa học và đời sống. Đó là các thiết
bị không thể thiếu được trên các hệ thống sản xuất, đặc biệt là các hệ
thống sản xuất linh hoạt. Robot ngày càng khéo léo và thông minh, được
coi là sản phẩm điển hình của 1 số ngành kỹ thuật.
Cho đến nay, hầu hết các trường đại học kỹ thuật ở Việt Nam đó
đưa môn kỹ thuật robot vào chương trình chính khóa. Môn học này chủ
yếu được giảng dạy cho chủ yếu cho các chuyên ngành cơ khí, song khía
cạnh riêng biệt của nó như kỹ thuật điều khiển, lập trình, mô phỏng cũng
được các ngành khác rất quan tâm.
Ngày 12-10-2003 đó xảy ra một sự kiện, đánh dấu mốc phát triển
mới trong lĩnh vực nghiên cứu, đào tạo và ứng dụng khoa học vào công
nghệ robot tại Việt Nam: Hội khoa học Công nghệ robot Việt Nam được
thành lập. Sự ra đời của hội phản ánh nhu cầu cấp thiết của công nghiệp,
quốc phòng và cuộc sống, đáp ứng được sự mong mỏi của đông đảo các
nhà khoa học, các nhà sản xuất, các giáo sư, các nhà nghiên cứu sinh,
sinh viên tại các trường đại học và tất cả những ai quan tâm đến robot.
Kuka là một loại robot đang được sử dụng rất rộng rãi, với công
suất lớn. Ngay sau đây chúng tôi sẽ đưa ra những hiểu biết cơ bản về
robot Kuka. Trong quá trình tìm hiểu và làm bài có nhiều thiếu sót rất
mong được sự đóng góp và thông cảm của quý thầy cô và các bạn.
Xin trân thành cảm ơn!
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
2
PHẦN I: GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ ROBOT KUKA
KR 1000
Ngay từ khi mới ra đời Kuka đó được củng cố chủ quyền với những
sáng tạo rất năng động trong lĩnh vực robot. Điển hình kr kuka 1000 là
một nhà vô địch mới trong các lớp học của robot nặng. Mạnh mẽ và năng
động, các KR kuka 1000 luôn xử lý an toàn và chính xác với những thành
phần nặng nhất. Năng lực tải trọng của nó là 1.000 kg - mức cao nhất của
robot cụng nghiệp, với một chuỗi động học mở, với một tiếp cận ngang
rất lớn là 3.200 mm và và vươn cao tới 5.000 mm. Nú giúp loại bỏ sự cần
thiết cho các trạm thang máy, thiết bị nâng hạ khác. Thiết kế của nó hoàn
toàn mới cho phép tốc độ và sức nâng rất lớn mà đối với những loại robot
trước đây chỉ là mơ ước: thời gian chu kỳ đạt tới mức tối thiểu, tải trọng
tối đa và rất linh hoạt.
1. Kuka kr 1000 cú những lợi thế vụ tận với các tính năng sau:
Mạnh hơn bất kỳ robot nào: Tải trọng 1.000 kg, năng lực tải trọng
cao nhất của tất cả các robot 6 trục với một chuỗi động học mở.
Nhanh hơn: Vận tốc cao làm việc do FEM và tối ưu hóa trọng
lượng, động cơ AC năng động và nhanh chóng thích nghi với điều kiện
môi trường. không gian làm việc: bề ngang là 3.200 mm và chiều cao từ
5.000 mm mở ra các ứng dụng mới rất linh hoạt trong sản xuất.
An toàn hơn: Kuka luôn giữ an toàn để bảo vệ máy tính dựa trên
phần mềm và an toàn khi vận hành.
Chính xác hơn: Sai số do thiết kế robot tối ưu.
Nhiều phũng để cơ động: Không có hạn chế chuyển động trục
phạm vi do năng lượng tích hợp và hệ thống cấp nước.
Bảo dưỡng thấp hơn: Quỏ tải, bảo vệ, động cơ brushless AC servo
được sử dụng trong robot, các trục chính được bôi trơn.
Độ bền cao: Kuka có thể làm việc nơi mà người khác không thể
làm việc với nhiệt độ cao như các xưởng đúc, các lò cán thép, độ chịu
nhiệt và chịu mài món cực tốt không những thế Kuka 1000 có thể đề
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
3
kháng với cả 2 loại axit và kiềm .
2. Kuka kr 1000 là robot đi tiên phong
Khi bạn lựa chọn robot kuka, bạn có thể chắc chắn rằng bạn đang
có sự lựa chọn đúng đắn cho mọi lĩnh vực ứng dụng mà bạn chọn, Kuka
là một loại robot tối ưu. Nhờ chính năng lực của chúng ta trong phát triển
và sản xuất cộng thêm sự chuyên môn của các nhà thiết kế trong các bộ
điều khiển và phần mềm, Kuka cung cấp cho bạn các tính năng không chỉ
hiện nay mà sẽ vẫn còn được chứng minh hiệu quả của chúng trên thế
giới trong tương lai. Kuka kr điều khiển dựa trên Windows kuka C2,
chính vì vậy bạn được hưởng lợi từ công nghệ đó được chứng minh dịch
vụ hàng ngàn lần, nên sẽ đơn giản hóa việc cài đặt, và lập trình các robot
của bạn.
3
.
Thông số kỹ thuật cơ bản của Kuka Kr 1000
Góc quay tối đa bề ngang là 300
o
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
4
Đặc điểm kỹ thuật ROBOT KR KUKA 1000
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
5
Tải trọng 1000kg
Tải trọng bổ sung 50kg
Tầm với phương ngang 3200mm
Tầm với phương dọc 5000mm
Số trục 6 trục
Sai số ±0.1mm
Trọng lượng 4690kg
Vị trí gắn Sàn phẳng
Bộ điều khiển Kr C2
Nhiệt độ hoạt động an
toàn
+10
o
C đến +50
o
C (283K đến 323K)
Tốc độ chuyển động
J1(58
o
/s (1.01 rad/s)
J2, J3 (50
o
/s (0.87 rad/s)
J4, J5 (60
o
/s (1.05 rad/s)
J6 (84
o
/s (1.47 rad/s)
Giới hạn chuyển động
J1 = ±150
o
J2 = +175
o
, -130
o
J3 = +145
o
, -110
o
J4 = ±350
o
J5 = ±118
o
J6 = ±350
o
4. Các ứng dụng của robot Kr kuka và tiềm năng tại thị trường Việt
Nam:
Robot kr Kura cú rất nhiều ứng dụng trong nền công nghiệp hiện
đại, nó được sử dụng trên nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ví dụ: Được sử dụng trong công nghiệp ô tô ,công nghiệp chế tạo
kính……
- Ở Việt Nam robot kr kura đã bắt đầu được ứng dụng nhiều, ví dụ ở
cụng ty Toyota Việt Nam,Yamaha…
- Ở Việt Nam có một số công ty bán sản phẩm này: CÔNG TY
TNHH SẢN XUẤT VÀ THƯƠNG MẠI W.I.N Địa chỉ: Vĩnh
Thịnh, Đại Áng, Thanh Trì, Hà Nội…
PHẦN 2: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CHO
KHÂU CÔNG TÁC CỦA ROBOT
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
6
1. Mô hình và bảng thông số động học Denavit – Hatenberg.
Khâu d
i
θ
i
a
i
α
i
1 l
0
θ
0
*
a
0
90
o
2 0 θ
1
*
a
2
0
3 0 θ
2
*
0 -90
o
4 l
4
θ
3
*
0 90
o
5 0 θ
4
*
0 90
o
6 l
6
θ
5
*
0 0
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
7
x0
z0
x1
x3
x2
x4
x5
z1
z2
z3
z4
z5
x6
6
l
a
a
l
l
Robot KR 1000 và các hệ tọa độ
2. Giải bài toán động học thuận robot:
Ma trận mô tả hướng và vị trí khâu thứ i so với khâu thứ i-1:
,.,.,.,
111
*
11 iiii
i
i
xRotaxTranszRotdzTransT
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
8
1000
0cossin0
0sincos0
0001
.
1000
0100
0010
001
.
1000
0100
00cossin
00sincos
.
1000
100
0010
0001
1
ii
ii
i
ii
ii
i
i
i
a
d
T
1000
cossin0
sin.sin.coscos.cossin
cos.sin.sincos.sincos
1
iii
iiiiiii
iiiiiii
i
i
d
a
a
T
Ta có các ma trận biến đổi thuần nhất giữa các hệ trục tọa độ theo D – H:
1000
010
sincos0sin
cossin0cos
0
*
00
*
0
*
0
*
00
*
0
*
0
1
0
l
a
a
T
O
O
1000
0100
sin0cossin
cos0sincos
*
12
*
1
*
1
*
12
*
1
*
1
2
1
l
l
T
O
O
1000
0010
0cos0sin
0sin0cos
2
*
2
3
2
O
O
T
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
9
1000
010
0cos0sin
0sin0cos
4
3
4
3
l
T
O
O
1000
0010
0cos0sin
0sin0cos
4
4
5
4
O
O
T
1000
100
00cossin
00sincos
6
5
5
6
5
l
T
O
O
Phương trình động học của khâu công tác:
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
6
0
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
TTTTTTT
Để đơn giản khi viết phương trình động học, ta quy ước các hàm lượng
giác như sau:
5,0
i
SinS
CosC
ii
ii
Thực hiện tính toán ma trận trên phần mềm Matlab như sau:
Syms C0 C1 C2 C3 C4 C5;
Syms S0 S1 S2 S3 S4 S5;
Syms l
0
a
0
a
2
l
4
l
6
;
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
10
5*4*3*2*1*06
1000;6100;0055;00555
1000;0010;0404;04044
1000;4010;0303;03033
1000;0010;0202;02022
1000;0100;1*2011;1*20111
1000;0010;0*0000;0*00000
TTTTTTT
lCSSCT
CSSCT
lCSSCT
CSSCT
SaCSCaSCT
lSaCSCaSCT
T6 =
[((C1*C2-S1*S2)*C3*C4+(-C1*S2-S1*C2)*S4)*C5+(C1*C2-
S1*S2)*S3*S5, -((C1*C2-S1*S2)*C3*C4+(-C1*S2-
S1*C2)*S4)*S5+(C1*C2-S1*S2)*S3*C5, (C1*C2-S1*S2)*C3*S4-(-
C1*S2-S1*C2)*C4, ((C1*C2-S1*S2)*C3*S4-(-C1*S2-
S1*C2)*C4)*l6+(-C1*S2-S1*C2)*l4+a2*C1]
[((S1*C2+C1*S2)*C3*C4+(C1*C2-
S1*S2)*S4)*C5+(S1*C2+C1*S2)*S3*S5, -
((S1*C2+C1*S2)*C3*C4+(C1*C2-
S1*S2)*S4)*S5+(S1*C2+C1*S2)*S3*C5,
(S1*C2+C1*S2)*C3*S4-(C1*C2-S1*S2)*C4,
((S1*C2+C1*S2)*C3*S4-(C1*C2-S1*S2)*C4)*l6+(C1*C2-
S1*S2)*l4+a2*S1]
[-S4*C4*C5+C3*S5, S4*C4*S5+C3*C5, -S4^2, -S4^2*l6]
[0, 0, 0, 1]
Thay số cụ thể: a
0
= 600; l
0
= 1100; a
2
= 1400; l
4
= 1200; l
6
=0.
T6 mô tả hướng và vị trí của khâu chấp hành cuối:
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
11
Ta được hệ thống các phương trình động học của khâu công tác
như sau:
n
x
= ((C1*C2-S1*S2)*C3*C4+(-C1*S2-S1*C2)*S4)*C5+(C1*C2-
S1*S2)*S3*S5.
n
y
= ((S1*C2+C1*S2)*C3*C4+(C1*C2-
S1*S2)*S4)*C5+(S1*C2+C1*S2)*S3*S5
n
z
= -S4*C4*C5+C3*S5
O
x
= -((C1*C2-S1*S2)*C3*C4+(-C1*S2-S1*C2)*S4)*S5+(C1*C2-
S1*S2)*S3*C5
O
y
= -((S1*C2+C1*S2)*C3*C4+(C1*C2-
S1*S2)*S4)*S5+(S1*C2+C1*S2)*S3*C5
O
z
= S4*C4*S5+C3*C5
a
x
= (C1*C2-S1*S2)*C3*S4-(-C1*S2-S1*C2)*C4
a
y
= (S1*C2+C1*S2)*C3*S4-(C1*C2-S1*S2)*C4
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
12
a
z
= -S4^2
p
x
= ((C1*C2-S1*S2)*C3*S4-(-C1*S2-S1*C2)*C4)*l6+(-C1*S2-
S1*C2)*l4+a2*C1
p
Y
= ((S1*C2+C1*S2)*C3*S4-(C1*C2-S1*S2)*C4)*l6+(C1*C2-
S1*S2)*l4+a2*S1
p
z
= -S4^2*l6
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
13
PHẦN 3: ROBOT CÓ MỘT KHỚP QUAY VÀ HAI
KHỚP TỊNH TIẾN
Đề số 14
Câu 3:
Viết phương trình động học robot
Giải bài toán động học
1 10
2 20
3 30
1 2 3
0.1sin
0.3sin
0.6sin
, , ?
( )
( )
( )
, , ?
p p p
p p
p p
p p
q q t
q q t
q q t
x y z
x x t
y y t
z z t
q q q
Xác định quy luật chuyển động, vân tốc và gia tốc biến khớp q
1
? Biết:
q
1
(0) = 5
0
; q
1
(2) = 15
0
; q
1
(4) = 45
0
; q
1
(5) = 75
0
; gia tốc liên tục tại các
điểm chốt.
Vẽ các biểu đồ vị trí, vận tốc, gia tốc biến khớp q
1
?
I. Phương trình động học:
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
14
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
15
Bảng thông số động học D – H:
Khâu d
i
θ
i
a
i
α
i
1 d
2
*
θ
1
*
0 0
2 l
2
-90
o
a
3
-90
o
3 d
3
*
0 0 0
Các ma trận biến đổi thuần nhất theo D – H:
1000
100
00cossin
00sincos
2
11
11
2
1
d
T
O
O
;
1000
010
001
0100
2
3
3
2
l
a
T
O
O
1000
100
0010
0001
3
4
3
d
T
O
O
Phương trình động học của robot:
1000
010
*cos*sinsin0cos
*sin*coscos0sin
22
313111
313111
4
1
4
3
3
2
2
1
4
1
dl
ad
ad
T
TTTT
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Nhìn vào ma trận phương trình động học của robot ta thấy vị trí của khâu
công tác:
22
3131
3131
*cos*sin
*sin*cos
dlz
ady
adx
p
p
p
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
16
Thay các giá trị
tqq
tqq
tqq
sin6.0
sin3.0
sin1.0
303
202
101
Ta được
tqlz
atqtqtqy
atqtqtqx
p
p
p
sin3.0
*sin1.0cossin6.0*sin1.0sin
*sin1.0sinsin6.0*sin1.0cos
202
3103010
3103010
II. BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƯỢC:
22
3131
3131
*cos*sin
*sin*cos
dltz
adty
adtx
p
p
p
2
1
Ta có: Lượng tịnh tiến
22
ltzd
p
Bình phương 2 vế của (1) và (2) rồi cộng vào ta tìm được
lượng tịnh tiến
2
3
22
3
atytxd
pp
Từ (1) rút
1
sin
thay vào (2) ta có:
3
2
3
22
1
3
2
3
22
1
arccos
cos
aatytx
tytx
aatytx
tytx
pp
pp
pp
pp
\
III. QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHÂU 1
Ta có: quy luật chuyển động của khớp 1 có dạng sau:
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
17
231
12
2
31
01
2
2
3
31
26
23
atat
atatat
atatatat
Tại các thời điểm đã cho: q
1
(0) = 5
0
; q
1
(2) = 15
0
; q
1
(4) = 45
0
; q
1
(5) = 75
0
Ta có hệ phương trình sau:
21
21
4
5
14525
10416
524
5
3
2
1
0
123
123
123
0
a
a
a
a
aaa
aaa
aaa
a
Vậy quy luật chuyển động của khâu 1 là:
54
2
1
2
1
23
1
tttt
Và vận tốc và gia tốc:
13
4
2
3
1
2
1
tt
ttt
*) Đồ thị hàm số:
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
18
a. Đồ thị hàm số của:
54
2
1
2
1
23
1
tttt
b. Đồ thị hàm số của vận tốc:
4
2
3
2
1
ttt
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
19
TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ROBOT CÔNG NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN KHIÊM GVHD: KHỔNG MINH
20
c. Đồ thị hàm số gia tốc:
13
1
tt
