đồ án thiết kế hệ thống trong cơ điện tử

D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa có vai trò đặc biệt
quan trọng.
Nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ , nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh ,
cải thiện điều kiện lao động , nâng cao năng suât lao động, vấn đề đặt ra cần có 1 hệ thống sản
xuất phải cquanó tính linh hoạt cao. Robot công nghiệp , dặc biệt những tay máy robot là bộ phận
quan trọng tạo ra nhưng hệ thống đó.
Tay máy Robot đã có mặt trong quá trình sản xuất từ nhiều năm trước , ngày nay tay máy robot đã
dùng nhiều lĩnh vực sản xuất , suất phát từ những ưu điểm mà tay máy robot đó và đúc kết lại
trong quá trình sản xuất làm việc ,tay máy có những tính năng mà con người không thể có được ,
khả năng làm việc ổn định , có thể làm việc trong môi trường độc hại ……Do đó việc đầu tư nghiên
cứu , chế tạo ra những loại tay máy robot phục vụ cho công cuộc tự động hóa sản xuất là rất
cầncho hiện tại và tương lai.
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ giúp chúng em bước đầu làm quen vấn đề cốt lõi và cơ
bản nhất của robot , giúp cho sinh viên có thể hệ thống hóa lại môn học đã được học . Đồng thời
giúp sinh viên làm quen công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Trong quá trình học tập dù đã cố gắng hoàn thành đồ án với sự tập trung , sự nỗ lực một cách tốt
nhất với sự hướng dẫn cụ thể thầy trong bộ môn CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY .Nhưng do hiểu biết hạn
chế với chưa có nhiều kinh nghiệm trong thực tiễn nên đồ án này không tránh khỏi khả năng thiếu
xót . Vậy em rất mong sự sửa chữa và góp ý của thầy cô để em rút ra kinh nghiệm và bổ xung
thêm kiến thức cho mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện:
1
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
CHƯƠNG1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

I.SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP.
Hình 1.1: hình ảnh robot cong nghiệp
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công 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 hoàn thành và nâng cao hiệu quả hoàn
thành các nhiệm vụ khác nhau trong công nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, sản
phẩm, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dung khác”.
Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra
đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số
(NC - Numerically Controlled machine tool). Các cơ cấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị kiểu chủ-
tớ) đã phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng
xạ. Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc vài cửa
quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong. Các cơ cấu điều khiển từ xa thay thế cho
cánh tay của người thao tác. Nó gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài
(chủ). Cả hai, tay cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị
trí và hướng tuỳ ý của tay cầm và bộ kẹp. Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của
2
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
tay cầm. Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia
công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những robot đầu tiên thực chất là sự nối kết giữa

các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.
Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người máy công nghiệp.
Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ.
Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong
kỹ nghệ ôtô. Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh -1967, Thuỵ
Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở ý - 1973. . . Tính năng
làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý. Năm 1967 ở
trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”,
có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 Công
ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3 (The
Tomorrow Tool : Công cụ của tương lai). Robot này có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 KG.
Ngày nay, khoa học về Robot “Robotics” phát triển mạnh mẽ, ngày càng hiện đại ứng dụng trong
rất nhiều lĩnh vực khác nhau: Công nghiệp, thám hiểm vũ trụ, giáo dục, y tế….
II.CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Robot công nghiệp có thể được định nghĩa theo một số tiêu chuẩn sau:
Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp: Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể
lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ, có khả
năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo những
hành trình thay đổi đã được chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.
Theo tiêu chuẩn RIA của Mỹ (Robot institute of America): Robot là một tay máy vạn năng có thể
lặp lại các chương trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ, hoặc các thiết bị
chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ
khác nhau.
Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga: Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố
định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình,
có thể lặp đi lặp lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.
Do đó, robot công nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt, thực hiện các chức
năng lao động công nghiệp của con người dưới một hệ thống điều khiển theo những chương trình
đã được lập trình sẵn.
Với đặc điểm có thể lập trình lại được, robot công nghiệp là thiết bị tự động hóa và ngày càng trở

thành bộ phận không thể thiếu được của các hệ thống sản xuất linh hoạt. Vì vậy, robot công nghiệp
trở thành phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, nâng cao năng suất lao động và giảm nhẹ cho con
người những công việc nặng nhọc, độc hại dưới sự giám sát của con người.
III.CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI ROBOT CÔNG NGHIỆP
3
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
3.1.Cấu trúc chung của robot công nghiệp:
Một Robot công nghiệp được cấu thành bởi các hệ thống sau:
+Cơ cấu chấp hành(Actuator) tạo chuyển động cho các khâu của tay máy.Nguồn động lực của
các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: điện,thủy lực,khí nén
+Hệ thống cảm biến(Sensor) gồm các sensor và các thiết bị chuyển đổi tín hiệu.Các Robot cần hệ
thống sensor bên trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của Robot và các sensor
ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường tác động .
+Hệ thống điều khiển(Controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát và điều khiển hoạt
động của Robot.
+Tay máy(Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu,các khớp.Chúng hình thành cánh tay để
tạo chuyển động cơ bản,cổ tay tạo nên sự khéo léo linh hoạt và bàn tay (End Effector) để trực tiếp
hoàn thành các thao tác trên đối tượng.
3.2. Bậc tự do của robot :
Bậc tự do của Robot là đại lượng đặc trưng cho khả năng linh hoạt của chuyển động của Robot.
Robot có số bậc tự do càng lớn thì khả năng linh hoạt càng cao nhưng cấu trúc Robot càng trở nên
phức tạp. Cơ cấu tay của robot phải được cấu tạo sao cho khâu cuối phải có vị trí và theo một
hướng nhất định nào đó và dễ dàng di chuyển dễ dàng trong vùng làm việc. Muốn vậy cơ cấu tay
của robot phải đạt được một số bậc tự do chuyển động. Để tính số bậc tự do của robot thì có nhiều
công thức được đề xuất, dưới đây ta đưa ra cách tính dựa vào định lý Gruebler. Định lý này được
sử dụng phổ biến trong nhiều tài liệu hiện nay.
Theo Gruebler thì bậc tự do f được tính theo công thức:
Trong đó :

: Là số bậc tự do của cơ cấu.
: Bậc tự do của một vật rắn không chụi liên kết trong không gian làm việc của robot (λ = 3 ứng với
không gian làm việc trong mặt phẳng, λ = 6 ứng với không gian làm việc trong không gian).
: Số khâu ( kể cả giá cố định).
: Số bậc tự do của khớp thứ i.
4
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
: Tổng số khớp của cơ cấu.
: Số bậc tự do thừa
Hình 1.2. Robot Puma 560 có 6 bậc tự do
3.3. Phân loại Robot:
3.3.1Phân loại theo phương pháp điều khiển:
Có 2 kiểu điều khiển robot: Điều khiển hở và Điều khiển kín.
Điều khiển hở: dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén) mà quãng
đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với xung điều khiển. Kiểu này đơn giản nhưng cho độ chính xác
thấp.
Điều khiển kín: (điều khiển kiểu servo) sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều
khiển. Có hai kiểu điều khiển servo: Điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đường (contour).
Kiểu điều khiển điểm-điểm: phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường
thẳng với tốc độ không cao. Kiểu điều khiển này thường được dùng trên các Robot hàn điểm, vận
chuyển, tán đinh và bắn đinh.
Điều khiển contour: đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kì, với tốc điều
khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các Robot hàn hồ quang và phun sơn.
3.3.2. Phân loại theo ứng dụng:
Dựa vào những ứng dụng của robot trong sản xuất ta có những loại robot sau: robot sơn, robot
hàn, robot lắp ráp, robot dùng trong ngành dịch vụ, robot chuyển phôi.

5

D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hình 3 : Robot hàn công nghiệp Hình 4: Robot trong nghành dịch vụ
IV. ỨNG DỤNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG SẢN XUẤT
Trên thế giới:
Hiện nay trên thế giới, do nhu cầu sử dụng robot ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất
phức tạp với mục đích góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng
cao chất lượng, và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao
động, nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng tốt và thông minh hơn với những
cấu trúc đơn giản và linh hoạt.
Có thể kể đến một số ứng dụng điển hình của robot trên thế giới như:
Robot song song dùng trong phân loại và đóng gói sản phẩm: IRB 660 Flex Palletizer, IRB 340
FlexPicker, IRB 260 FlexPicker. Các robot này có thể gắp lần lượt các hộp vắc xin bại liệt từ băng
tải và đặt nó vào thùng gồm 20 hộp một cách chính xác.
Robot dùng trong công nghệ ép phun nhựa: IRB 6650 của hãng ABB có thể thao tác nhanh, dễ
dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn ở vị trí tách khuôn, giám sát, làm sạch, điều khiển chất lượng
dựa trên camera……
Tại Việt Nam:
Nước ta ứng dụng của robot công nghiệp rất đa đạng, tùy vào những nghành, công việc khác nhau
mà ta có thể áp dụng những robot công nghiệp riêng biệt. Dưới đây là một số nghành trong hệ
thống sản xuất mà áp dụng robot công nghiệp.
Công nghiệp đúc: robot làm nhiệm vụ rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt mép thừa, làm sạch
vật đúc hoặc làm tăng bền vật đúc bằng cách phun cát.
Ngành gia công áp lực: các quá trình hàn và nhiệt luyện thường bao gồm nhiều công việc độc hại
và ở nhiệt độ cao, điều kiện làm việc khá nặng nề, dễ gây mệt mỏi nhất là ở trong các phân xưởng
rèn dập.
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ CƠ CẤU ROBOT CÔNG NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3D BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS
6

D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Mô hình tổng thể robot PUMA
1.Thiết kế chi tiết khâu đế và khâu thứ nhất:
Mô hình hệ thống dẫn động khâu thứ nhất.
7
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết đế robot.
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết nắp ổ bi , động cơ servo và khớp nối
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết ổ đũa côn , ổ bi ,bulong
8
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết trục khâu 1, trục giảm tốc cấp 1 ,trục nối BR chủ động
Hệ thống bánh răng giảm tốc
9
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hệ thống bánh răng giảm tốc
10
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Bánh răng, nắp đếp chứa ổ bi ,lắp đếp
Mô hình phần đầu khâu thứ nhất

2.Mô hình khâu thứ 2
3.Mô hình khâu thứ 3
11
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
4.Mô hình khâu thứ 4
12
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
5.Mô hình khâu thứ 5
6.Mô hình khâu thứ 6
13
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
CHƯƠNG III: GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT PUMA
1.Thiết lập hệ phương trình động học của Robot:
a.Bậc tự do của robot
Bậc tự do của robot là khả năng làm việc tự do, độc lập của robot.
Để tính số bậc tự do chuyển động ta sử dụng công thức:

Trong đó :
- : Là số bậc tự do của cơ cấu.
- : Bậc tự do của không gian trong đó tay máy thực hiện chuyển động (λ = 3 ứng với
không gian làm việc trong mặt phẳng, λ = 6 ứng với không gian làm việc trong không
gian).
- n: Số khâu động của Robot.
- : Số bậc tự do của khớp thứ i.

- k: Số khớp của cơ cấu.
- : Số ràng buộc trùng.
- : Số bậc tự do thừa.
Với robot trong đồ án này em nghiên cứu số bậc tự do là:
= 6(5- 5) + 6 + 0 + 0 = 6.
b.Phương pháp Denavit – Hartenberg
Theo DH, tại mỗi khớp ta gắn một hệ trục toạ độ, quy ước về cách đặt hệ toạ độ này như sau:
14
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
- Trục
i
z
được liên kết với trục của khớp thứ i+1. Chiều của
i
z
được chọn tuỳ ý.
- Trục
i
x
được xác định là đường vuông góc chung giữa trục khớp i và khớp i+1, hướng từ
điểm trục của khớp
i
tới khớp i+1. Nếu hai trục song song thì
i
x
có thể chọn bất kỳ là
đường vuông góc chung hai trục khớp. Trong trường hợp hai trục này cắt nhau,
i

x
được
xác định theo chiều của
1i i
z z
+
×
( hoặc quy tắc bàn tay phải).
- Trục
i
y
được xác định theo
i
x
và
i
z
theo quy tắc bàn tay phải.
Hình 3.1 Quy tắc bàn tay phải
Các thông số động học Denavit – Hartenberg được xác định như sau:
- : khoảng cách O
i-1
và O
i
theo trục z
i-1.
- : góc giữa 2 đường vuông góc chung. Là góc quay quanh trục z
i-1
để trục x
i-1

chuyển đến
trục x
i
theo qui tắc bàn tay phải.
- : góc xoay đưa trục z
i-1
về z
i
quanh z
i
theo quy tắc bàn tay phải.
- : khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau.
15
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hình 3.2 Các thông số của khâu
c.Phương trình động học
Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit - Hartenberg :

Ma trận biến đổi tọa độ độ thuần nhất biểu diễn trạng thái khâu thao tác có thể xác định từ
từ cấu trúc động học robot. có thể nhận được bằng cách nhân liên tiếp các ma trận biến đổi
tọa độ thuần nhất ứng với các phép dịch chuyển hệ tọa độ từ hệ trục cố điịnh tới hệ trục tọa độ gắn
với EF :


16
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]

Phuong trình động học robot dạng ma trận

Các phần tử của ma trận là hàm của tọa độ khớp và tọa độ thao tác :

17
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Phương trình (3.12 ) được gọi là phương trìnhđộng học dạng ma trận của robot. Nó bao gồm 6
phường trình vô hướng, trong đó có 9 phương trình tầm thường. Các ma trận góc trên bên
phải cho 3 phương trình độc lập, biểu diễn vị trí điểm thao tác thuộc khâu thao tác. Các ma trận
góc trên bên trái cho 9 phương trình, mô tả về hướng khâu thao tác. Tuy nhiên do các điều
kiện trực giao nên chỉ có 3 phương trình là độc lập.
Phương trình (3.12 ) được sử dụng nhiều trong các bài toán động học thuận và ngược.
2. Ma trận Denavit – Hartenberg
Các thông số động học Denavit – Hartenberg được xác định như sau:
- : khoảng cách O
i-1
và O
i
theo trục z
i-1.
- : góc giữa 2 đường vuông góc chung. Là góc quay quanh trục z
i-1

để trục x
i-1
chuyển đến
trục x
i
theo qui tắc bàn tay phải.
- : góc xoay đưa trục z
i-1
về z
i
quanh z
i
theo quy tắc bàn tay phải.
- : khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau.
18
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
e
Hình 2.1 Hệ trục tọa độ của robot trong mô hình 3D
Bảng thông số D-H của Robot:
Khâu di ai

Khâu 1 0 0 90
Khâu 2 d2 a2 0
Khâu 3 0 a3 90
Khâu 4 d4 0 90
Khâu 5 0 0 90
Khâu 6 d6 0 0
3. Bài toán động học thuận robot:

Mục tiêu của bài toán động học thuận là tính toán vị trí và hướng của khâu thao tác dưới dạng hàm
của các biến khớp.
Trong đó:
19
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
- là vị trí bàn kẹp trong hệ tọa độ cố định. Tập hợp các vector X
Trong không gian gọi là không gian thao tác của robot.
- là vector tọa độ suy rộng của các biến khớp. Tập các vector q xác định nên không gian khớp
hay còn gọi là không gian cấu hình của của robot.
Ta sẽ tìm hướng và vị trí của bàn kẹp robot từ ma trận biến đổi thuần nhất
Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit – Hartenberg :
i
-1
A
i
=
Thay các giá trị trong bảng thông số DH vào công thức (1.3) ta được các ma trận biến đổi DH giữa
các trục như sau:
Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 1:
= (1)
- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 2:
= (2)
- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 3:
20
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
= (3)

- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 4:
= (4)
- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 5:
=

(5)
- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 6:

= (6)
- Thiết lập ma trận khâu thao tác :


= (7)
21
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Với:
22
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
- Ma trận cho ta biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định hay nói cách khác
là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối
trong hệ tọa độ cố định. Vì thế nó còn được biểu diễn qua thông số các biến khớp ta tạm gọi là q
i.
Trong bài toán cụ thể thì nó là các khớp xoay θ
i
, với i=1÷6.
- Khi đó, ma trận (7) được kí hiệu thành

Sử dụng các góc Cardan xác định hướng của vật rắn. Ta gọi là giá trị mô tả
trực tiếp vị trí và hướng của EX
E
Y
E
Z
E
so với hệ tọa độ O
0
Z
0
Y
0
Z
0
. Trong đó: là các tọa
độ điểm tác động cuối E và là các góc quay Cardan của EX
E
Y
E
Z
E
so với hệ tọa độ O
0
Z
0
Y
0
Z
0

. Do các
tọa độ thao tác đều là hàm của thời gian. Nên ta có thể biểu diễn:

Với:
0
A
E
(t)

là ma trận Cardan mô ta hướng EX
E
Y
E
Z
E
so với hệ tọa độ O
0
Z
0
Y
0
Z
0
.
là vectơ mô tả vị trí của điểm tác động cuối trong hệ tọa độ O
0
Z
0
Y
0

Z
0
.

Từ đó ta có PT động học ROBOT có dạng: . Với
n = 6 vì cơ cấu Robot có 6 khâu:
23
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hệ phương trình động học:
= 0,
= 0,
= 0,
= 0,
= 0,
= 0
Giả sử các biến khớp có quy luật chuyển động :
Sử dụng trương trình tính trên phần mềm MAPLE:
Ta nhận đươc tọa độ các điểm thao tác cuối:
24
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Vận tốc điểm thao tác cuối
Gia tốc điểm thao tác cuối
Đồ thị thu được của điểm khâu thao tác cuối sử dụng phần mềm MAPLE:
25