nghiên cứu thiết kế, chế tạo tay máy song song với chân dẫn động phụ phục vụ ứng dụng công nghiệp

i


VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
PHÂN VIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH










BÁO CÁO TỔNG KẾT
KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT


Tên Đề tài:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG
SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG
CÔNG NGHIỆP

Chủ nhiệm Đề tài: TS. LÊ QUỐC HÀ

 02/2013
ii


DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN CHỦ CHỐT THAM GIA ĐỀ TÀI



TT
Họ và tên
Chuyên môn
Đơn vị
1

-
VIELINA HMC
2

-
VIELINA HCMC
3

-
VIELINA HCMC
4

-

VIELINA HCMC
5

-
VIELINA HCMC
6

-
VIELINA HCMC
7

-
VIELINA HCMC
8

KS. -
VIELINA HCMC
9



10




iii


TÓM TẮT






ABSTRACT

Parallel Robot has some advantages such as: rigidity, changing position,
ability and flexible navigation, accuracy and high stability, They are applied in a
lot of fields. The project researching, designing and manufacture equipment
parallel robot with lead assistant leg for industrial application.

iv



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình một số tay máy thông dụng
4
Hình 1.4: Robot hàn
5
Hình 1.5: Robot sơn
5
Hình 1.6: Robot trong lắp ráp tự động
6
Hình 1.7: Phân xưởng sản xuất đồ nhựa gồm các máy ép nhựa có gắn tay máy lấy
SP
6
Hình 1.8: Robot spirit được phát triển bởi NASA ứng dụng trong thám hiểm sao
hỏa. Được đưa lên sao hỏa vào tháng 1 năm 2004
7
Hình 1.9: Xe vận chuyển chất đồng vị phóng xạ từ lò phản ứng hạt nhân
8
Hình 1.11: Robot quân sự (USA)
8

Hình 1.12: Cách bố trí các chuỗi động học của cơ cấu chấp hành song song phẳng
11
Hình 1.13: Cấu trúc chấp hành song song 3PRP
11
Hình 1.14: Cấu trúc chấp hành kiểu cầu 3RRR
11
Hình 1.15: Một số cấu trúc chân của robot song song không gian
12
Hình 1.16: Tấm dịch chuyển Stewart
12
Hình 1.17: Robot Delta
13
Hình 1.18: Cấu trúc chấp hành song song 3RPS
13
Hình 1.19: Tay máy song song 3-PRS
14
Hình 1.20: Tripteron
15
Hình 1.21: Tay máy KNTU
15
Hình 1.22: Tấm dịch chuyển Gough
17
Hình 1.23: Sơ đồ của robot Delta và ứng dụng nâng gắp trong công nghệ thực
phẩm
17
Hình 1.24: Hệ gia công Hexapod+CNC 6 trục ảo
18
Hình 1.25: Hệ gia công Hexapod+CNC 8 trục ảo
18
Hình 1.26: Tấm dịch chuyển Stewart

19
Hình 1.27: Bộ mô phỏng xe đạp của KAIST và sản phẩm Caren của Motek
19
Hình 1.28: SurgiScope đang vận hành ở Surgical Robotics Lab,
Đại học Humboldt (Berlin, Đức)
20
v

Hình 1.29: Robot CRIGOS dùng để phẫu thuật tái tạo xương
20
Hình 1.30: Robot leo cột của Phòng thí nghiệm PCR
21
Hình 1.31: Mô hình thiết bị đồ gá và thiết bị thực tế tại Viện Cơ học
22
Hình 1.32: Hệ thống gia công 5 trục ảo CNC+Hexapod
23
Hình 1.33: Tay máy song song với các dẫn động phụ bên ngoài không gian làm
việc
25
H.2.1 Tay máy song song có các dẫn động phụ
27
H.2.2 Mô hình hình học
28
H.2.3 Mô hình tay máy song song với tâm của tấm dịch chuyển là (0 0 3), góc
hướng của tấm dịch chuyển là

= 0,

=



và

=



30
H.2.4 Mô hình tay máy song song với dẫn động phụ
33
H.2.5 Cấu tạo khớp trượt
34
H.2.6 Cấu tạo khớp cầu
35
H.2.7 Cấu tạo khớp nối dài
35
H.2.8 Tấm đế di động
36
H.2.9 Tấm đế cố định
37
Hình 3.1. Nguyên lý phần cứng bộ điều khiển robot
38
Hình 3.2. Cấu trúc phần cứng bộ điều khiển robot
40
Hình 3.3. Cấu trúc CPU điều khiển 1 khâu trượt robot
41
Hình 3.4. Cấu trúc CPU -100-V20
41
Hình 4.1. Sơ đồ khối chương trình chính điều khiển vận hành robot từ máy tính PC
43

Hình 4.2. Giải thuật chương trình vận hành robot OB1
44
Hình 4.3. Giản đồ thuật toán xử lý và điều khiển
45
Hình 4.4. Giản đồ chương trình chính hoạt động của CPU-Main
47
Hình 4.5. Giải thuật chương trình vận hành robot OB1a
48
Hình 4.6. Giản đồ thuật toán xử lý và điều khiển
49
Hình 4.7. Giản đồ chương trình chính hoạt động của CPU-DRIVER
50
Hình 4.8. Giản đồ chương trình ngắt từ CPU-Main
51
Hình 5.1. Bộ điều khiển số với hàm PID số
52
Hình 5.2. Sơ đồ điều khiển tay máy với thuật toán Fuzzy
55
Hình 6.1: Hệ gia công Hexapod+CNC 6 trục ảo
57
Hình 6.2: Hệ gia công Hexapod+CNC 8 trục ảo
57
vi

Hình 6.3: Hệ thống gia công 5 trục ảo CNC+Hexapod
58
Hình 6.4: Robot song song của ABB và ứng dụng phân loại trong dây chuyền bánh
kẹo
59
Hình 6.5: Robot đóng gói sản phẩm xúc xích, đóng gói thịt xông khói

59
Hình 6.6: Robot Công ty Elekta (Thụy Điển) nâng giữ kính hiển vi
59
Hình 6.7: Robot song song cho mô phỏng bay để đào tạo phi công
60
Hình 7.1. Hệ thống điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ
62
Hình 7.2. Chương trình điều khiển robot song song với chân dẫn động phụ
62

vii

Mục lục



Trang

Báo cáo khoa học kỹ thuật

1
1
Nghiên cứu tổng quan

2
1.1


2
1.2
Phân loại chung về robot

3
1.3


5
1.4
Robot song song

8
1.5


26
2
Thiết kế cơ khí Robot song song

27
2.1


27
2.2



27
2.3



32
2.4


37
3
Thiết kế hệ thống điều khiển cho Robot song song

38
3.1


38
3.2


38
4
Thiết kế phần mềm điều khiển Robot song song

42
4.1


42
4.2


42
4.3
-MAIN

46
4.4

-

50
4.5


51
5
Thiết kế các giải thuật cho Robot song song

52
5.1


52
5.2



55
5.3



56
6
Nghiên cứu khả năng ứng dụng tay máy song song có dẫn động phụ
đƣợc thiết kế chế tạo trong đề tài. Thiết kế mô hình ứng dụng

57

6.1


57
6.2


60
7
Các kết quả thực hiện đề tài

62
7.1


62
7.2


63
7.3


63



65

1

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
PHÂN VIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH











BÁO CÁO
KHOA HỌC KỸ THUẬT


Tên Đề tài:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TAY MÁY SONG
SONG VỚI CHÂN DẪN ĐỘNG PHỤ PHỤC VỤ ỨNG DỤNG
CÔNG NGHIỆP

Chủ nhiệm Đề tài: TS. LÊ QUỐC HÀ

2



1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1. Mở đầu


 






-

 
-cao su-

Robot công nghiệp , 































m;  : 
,  ,  : 
,  ,  , 



















 , 










 . 

, 













 , 

, ,  c,













 :
Mitsubishi, Siemens, Honda, 






 , PUMA, ASV,

-


p


Robot dịch vụ  2008, các
              -





-




3

Robot trong an ninh quốc phòng 

- 

- Robot rà phá bom mìn.
- Robot trinh sát.
- 
- 
1.2. Phân loại chung về robot


- 

 



- 


- c và


 



   


 













- 


 
4






là cánh tay, 
-










     


Hình 1.1


1.3. Một số ứng dụng của robot


5


        
trong 




c


Hình 1.4: Robot hàn


 










Hình 1.5


6


Hình 1.6



Hình 1.7



















ên.
7
















 










 




Hình 1.8

8


Hình 1.9

Hình 1.10

 


Hình 1.11


1.4. Robot song song
1.4.1. Một số ưu, nhược điểm của robot song song

 

 Ưu điểm
9

- 

- 



- 


- 
- 

- 

- 
- 
              

- 

- 

 Nhược điểm


- 
- 
- 
1.4.2. Cấu trúc robot song song
4.2.1. Cấu trúc cơ cấu







4.2.2. Khâu, khớp, chuỗi động và cơ cấu chấp hành của cơ cấu song song
 


 
10

 

 

- 
- 


- - 


- ismatic Joint - 


- - C): cho phép ha 



- - 


do.
- - 


- - 


- - 
               

- - 
 
1.4.3. Một số lĩnh vực nghiên cứu
 
- 

PRR, RPP, PRP và PPR (hình 1.12).
11



Hình 1.12

Hình 1.13
- 
  


 


 



Hình 1.14
- Robot song song không gian (hình 1.15):
12


Hình 1.15

[3]. -
 



Hình 1.16
[1]

a

w.
13


Hình 1.17: Robot Delta





liên 





Hình 1.18
- 

                 
-

- 

- 
14

- 
- 
 

              


   -Charles Faugère, Jean-        



 [7,8].

-
-
[11].

Hình 1.19: Tay máy song song 3-PRS
 

 

- [4]

- 

- 
rong 
- [4]


- 
15


-Phình 1.20). Tripteron


Hình 1.20: Tripteron
Mohammad M. Aref và Hamid D. Taghirad [12] 


Hình 1.21: Tay máy KNTU
- [5]: 
                





 

 



                  
16



y máy song song
 



 



           -   

  -     

-
- 


- 

- 

- Tì

- 
-
 






-

1.4.4. Ứng dụng của tay máy song song


 
                   
-






17



Hình 1.22ugh


      






Hình 1.23
Robot song song có nhm  chính xác cao v v  cng vng cao, vn tc
cao và kh u ti ln, cho phép xây dng nhng h th chính xác
cao, cu trúc phc tp. Vic nghiên cu phát trin tip tng ng dng robot song song kt
hp máy CNC, nâng s trc o ca h thng lên 8-9 tr gia công to hình nhng sn phm
c tp là mc tiên tic nhic phát trin.
Trên hình 1.24 là dng máy gia công 6 trc CNC+Hexapod vng ca Ohuma (Nht), gia
công vi t cao.
18


Hình 1.24

Trên hình 1.25 là h gia công CNC+Hexapod 8 trc o ca G&L.



Hình 1.25

 
- 
[3] 
(hình 1.26).