Tính toán và mô phỏng robot song song cao tốc 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 (3.35 MB, 22 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM THỊ HẠNH
TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ROBOT SONG SONG
CAO TỐC BA BẬC TỰ DO
NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204
S KC 0 0 1 0 9 2
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2006
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM THỊ HẠNH
TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG
ROBOT SONG SONG CAO TỐC
BA BẬC TỰ DO
Chuyên ngành : Cơ khí chế tạo máy
Mã ngành
Học viên
: 605204
: KS. PHẠM THỊ HẠNH
Hướng dẫn : PGS. TS ĐẶNG VĂN NGHÌN
TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 9 NĂM 2006
LỜI CẢM ƠN
Xin cảm ơn Đảng ủy, ban giám hiệu trường
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ chí minh đã tạo
điều kiện cho tôi theo học lớp Cao học chuyên
ngành Cơ Khí Chế Tạo Máy.
Xin cảm ơn qúy thầy, cô đã giảng dạy lớp cao
học Cơ Khí khóa 2004 – 2006 đã tận tình trong
giảng dạy và cung cấp các kiến thức nền tảng giúp
tôi hoàn thành luận văn.
Xin cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Đặng
Văn Nghìn đã hết sức nhiệt tình trong quá trình
hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này.
Xin cảm ơn giảng viên phản biện đã bỏ thời
gian và công sức để đọc tập luận văn và đóng góp
các ý kiến qúy báu giúp tôi hoàn thiện luận nội dung
của luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cha mẹ
tôi, người đã luôn luôn ủng hộ và tạo điều kiện cho
tôi học tập và hoàn thiện luận văn.
Xin cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp
đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
PHẠM THỊ HẠNH
TÓM TẮT
Cách đây hai thập kỷ, trên thế giới, lónh vực robot song song đã được nghiên
cứu khá phổ biến. Quả thật những con robot này tỏ ra nổi bật hơn so với robot nối
tiếp trong một số lónh vực. Cụ thể là, chúng có thể đạt được tốc độ cao hơn (do quán
tính của cả hệ thống dòch chuyển thấp) và độ chính xác cao hơn (do không có sai số
do các khớp dồn lại). Cho đến nay, những đặc điểm này vẫn được quan tâm trong
công nghệ sản xuất, đó là việc lắp ráp và chế tạo sản phẩm với độ chính xác cao
hơn và tốc độ nhanh hơn. Một lónh vực ứng dụng khá thích hợp cho loại robot này là
công nghệ điện tử, ở đó robot có thể được ứng dụng rộng rãi. Vì thế, đối tượng
nghiên cứu trong luận văn này là Robot song song cao tốc ba bậc tự do.
SUMMARIZE
Two decade ago, in the world, the field of parallel robot has been popularly
researched. Really these robots have proved more remarkable than these serial
counterparts in some fields. Namely, they can achieve higher speeds (due to low
moving inertia of the system) and higher precision (due to non – cumulative joint
errors). Nowadays, these properties are very considerrable in the manufacturing
industrial; such as manufacturing and assembling of products with higher accuracy
and faster pace. A pertinent application area for this kind is the electronics industry,
where by such robot can be extensively untilized. As a result, the object of study in
this thesis is a three – degree of freedom parallel robot for high speed.
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, công nghệ Robot đã trở thành một bộ phận quan trọng trong môi
trường sản xuất linh hoạt. Hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa là động lực
thúc đẩy việc ứng dụng Robot để thay thế cho cho con người làm việc ở môi trường
độc hại, nguy hiểm, và đặc biệt là thay con người thực thi các công việc mang tính
đơn điệu, nhàm chán nhưng đòi hỏi cường độ làm việc cao và độ chính xác phải
lớn, điển hình là các công việc lắp ráp các linh kiện điện tử trên board mạch, vận
chuyển vật liệu, …
Trước đây, hầu hết những con Robot được ứng dụng trong nền sản xuất công
nghiệp là Robot nối tiếp. Tuy nhiên, nhược điểm của loại Robot này là khó có thể
đạt được tốc độ và độ chính xác cao, khi chòu tải lớn thì độ cứng vững kém, gia tốc
của bộ tác động cuối cũng bò hạn chế do quán tính dòch chuyển cao và do tồn tại
các sai số do các khâu nối tiếp nhau. Bên cạnh đó, việc phân tích động học cũng
khó khăn.
Thế nhưng, theo nghiên cứu thì Robot song song lại có nhiều ưu điểm hơn so
với Robot nối tiếp trong một số lónh vực. Các ưu điểm điển hình của Robot song
song là : khả năng tải lớn, độ cứng vững cao và quán tính dòch chuyển thấp. Chính
vì thế, người ta đã đưa ra nhiều giải pháp để tận dụng các ưu điểm của Robot song
song thay thế robot nối tiếp trong một số lónh vực.
Do thế, đối tượng nghiên cứu trong luận văn này là Robot song song cao tốc ba
bậc tự do. Loại robot này đơn giản nhưng khá phổ biến trong gia đình Robot song
song cao tốc. Nó có thể được nhiên cứu thêm để có thể thực hiện một số công việc
như: dùng trong các máy công cụ, lắp ráp sản phẩm, vận chuyển hàng hoá, … Và
trong tương lai nó còn có thể được nghiên cứu để ứng dụng trong nhiều lónh vực khác.
MỤC LỤC
Quyết đònh
Lời cảm ơn
Tóm tắt
Lời nói đầu
NỘI DUNG
TRANG
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 1
1.2. Nhu cầu sử dụng Robot song song cao tốc .................................................. 5
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................... 5
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài ..................................................... 6
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................ 6
1.4. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 7
1.5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 7
1.5.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống ......................................................... 8
1.5.2. Phương pháp mô phỏng ..................................................................... 8
1.6. Nội dung của đề tài ..................................................................................... 8
1.7. Đònh nghóa một số thuật ngữ ........................................................................ 8
CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ ROBOT
2.1. Giới thiệu ................................................................................................... 11
2.2. Robot nối tiếp .............................................................................................. 13
2.3. Robot song song .......................................................................................... 14
2.4. Robot song song và hướng nghiên cứu ........................................................ 16
2.5. Giới thiệu về Robot song song cao tốc ....................................................... 19
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC
3.1. Giới thiệu ................................................................................................... 21
3.2. Mô tả cấu trúc của Robot ............................................................................ 21
3.3. Hình học của của Robot .............................................................................. 24
3.4. Động học nghòch ......................................................................................... 26
3.5. Động học thuận ........................................................................................... 29
3.6. Phân tích ma trận Jacobi ............................................................................. 35
3.6.1. Giới thiệu ............................................................................................ 35
3.6.2. Ma trận Jacobi .................................................................................. 35
3.6.3. Các điều kiện đặc biệt ....................................................................... 36
3.7. Phân tích ma trận Jacobi của cơ cấu ........................................................... 37
3.7.1. Trạng thái đặc biệt động học đảo ....................................................... 40
3.7.2. Trạng thái đặc biệt động học thuận ..................................................... 40
3.7.3. Trạng thái đặc biệt hỗn hợp ................................................................. 41
CHƯƠNG 4
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU
4.1. Giới thiệu .................................................................................................... 44
4.2. Phương pháp Lagrăng ................................................................................. 44
4.3. Động lực học của cơ cấu bằng phương pháp lagrăng ................................. 46
TỔNG KẾT ......................................................................................................... 53
Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 55
PHỤ LỤC
Phụ lục 1 : Sơ đồ cơ cấu robot song song cao tốc ............................................... 56
Phụ lục 2 : Cấu hình của robot khi mô phỏng ..................................................... 57
Phụ lục 3 : Giao diện và chương trình tính toán động học nghòch ...................... 58
Phụ lục 4 : Giao diện và chương trình tính toán động học thuận ....................... 68
Phụ lục 5 : Giao diện và chương trình tính toán ma trận Jacobi ........................ 78
Phụ lục 6 : Giao diện và chương trình tính toán động lực học ............................ 90
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU
Từ trước thập niên 90, thuật ngữ Robot hầu như còn xa lạ đối với người dân
Việt Nam. Nhưng kể từ khi nhà nước thực hiện chính sách công nghiệp hóa và hiện
đại hóa cho đến nay thì tên gọi Robot đã trở nên quen thuộc với mọi người. Mặc dù
là đất nước nghiên cứu Robot khá muộn (sau các nước trên thế giới gần nửa thế kỷ)
nhưng ở Việt Nam đã có một sân chơi rất sôi động và hấp dẫn đang được các bạn
học sinh – sinh viên khối kỹ thuật nhiệt tình hưởng ứng, đó là cuộc thi “Robocon”
được tổ chức hàng năm.
Thế nhưng, ít ai biết rằng, thuật ngữ Robot lại được xuất hiện lần đầu tiên
trong một tác phẩm khoa học viễn tưởng “Rosum’s Universal Robot” của nhà soạn
kòch người Tiệp Karen Kapek. Theo tiếng Sec thì Robot có nghóa là người tạp vụ.
Và trong tác phẩm này, nhân vật Rosum cùng với con trai ông ta đã chế tạo ra
những chiếc máy gần giống như con người để phụ vụ con người. Vậy mà, chỉ hơn
20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karen Kapek đã trở thành hiện thực. Giờ đây,
kế thừa những thiết kế ban đầu, Robot đã ngày càng được nâng cao về khả năng
hoạt động, linh hoạt hơn, chính xác hơn, thông minh hơn, cấu trúc hình học thì đa
dạng hơn và phạm vi ứng dụng thì rộng rãi hơn.
Thật vậy, trong ngành chế tạo máy thì các máy công cụ đã từng bước được cơ
khí hóa và tự động hóa, riêng công việc cấp phôi cho các máy công cụ hiện nay đã
được thực hiện bằng robot. Đặc biệt, việc ứng dụng Robot làm việc trong các môi
trường độc hại, không an toàn đã đem lại hiệu quả rất cao.
- Trang 1-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
Cho đến những năm gần đây, các nhà sản xuất đã ứng dụng các cơ cấu chấp
hành Robot để nâng cao tính linh động trong việc chế tạo. Ưu điểm của phương
pháp này, các Robot có thể thực hiện được nhiều nguyên công như : chuyển tải vật
tư, hàn điểm, sơn phu, lắp ráp, … mà không tốn thêm chi phí thiết kế lại hệ thống.
Hiện nay, công nghệ hiện đại đang phát triển theo hướng chất lượng cao và
đem lại hiệu quả kinh tế lớn hơn. Tự động hóa robot hiện đang là động lực cơ bản
trong việc cải tiến nền sản xuất hiện đại. Phạm vi ứng dụng của Robot ngày càng
mở rộng trong nhiều lónh vực khác nhau, nhưng trong luận văn này chỉ trình bày
một số ứng dụng của Robot song song :
1. Làm việc ở những nơi nguy hiểm hoặc ở những nơi mà con người không thể
trực tiếp làm được : sao hoả, miệng núi lửa, lò hạt nhân …
Hình 1.1 : Robot song song dùng trong hệ thống thu tín hiệu
2. Ứng dụng trong việc đóng gói sản phẩm.
Hình 1.2 : Robot song song cao tốc dùng để đóng gói sản phẩm
- Trang 2-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
3. Dùng trong các máy công cụ.
Hình 1.3 : Máy cưa CNC dùng Robot song
song cao tốc Delta 5 bậc tự do
Hình 1.4 : Robot Tornado dùng trong máy phay
5 trục được ứng dụng trong Sản xuất tự động
4. Dùng trong lónh vực y học.
Hình 1.6 : Robot phẫu thuật dùng trong y học
5. Dùng để thay thế con người thực hiện các
công việc trong môi trường khắc nghiệt
như xưởng hàn.
Hình 1.7 : Robot song song cao tốc ứng
dụng trong công nghệ hàn điểm hay hàn đường.
- Trang 3-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
6. Dùng trong công nghệ chế biến thực phẩm
Hình 1.8 : Robot song song dùng trong công việc ướp thòt gà
7. Dùng trong môi trường đảm bảo yêu cầu vệ sinh cao.
Hình 1.9 : Ứng dụng Robot song song cao tốc Delta trong dây chuyền sản xuất
bánh kẹo của công ty Demaure
8. Dùng để vận chuyển hàng hóa.
Hình 1.10 : Robot song song cao tốc vận chuyển thùng phuy
- Trang 4-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
Mặc dù mục đích ban đầu của Robot là tự động hóa cấp phôi trong ngành cơ
khí. Nhưng hiện nay, Robot còn được ứng dụng trong nhiều lónh vực khác như : công
tác cứu hộ, an ninh quốc phòng, phá mìn, rà bom, thăm dò khoáng sản, …
1.2. NHU CẦU SỬ DỤNG ROBOT SONG SONG CAO TỐC
Kể từ khi bùng nổ cuộc cách mạng công nghệ thông tin cùng với sự phát triển
như vũ bão của ngành công nghiệp điện tử đã thúc đẩy các nhà sản xuất phát triển
dây chuyền sản xuất hiện đại dùng nhiều loại Robot song song cao tốc. Vì Robot
song song cao tốc có các ưu điểm sau : Có khả năng thực hiện công việc mang tính
đơn điệu với tốc độ cao, độ chính xác cao, khả năng tải lớn, độ cứng vững cao, …
Do vậy, việc ứng dụng Robot để thực hiện các công việc đơn điệu dễ gây nhàm
chám cho người lao động nhưng đòi hỏi cường độ làm việc cao cũng như độ chính xác
cao đang được đón nhận ở nhiều lónh vực công nghệ do Robot có ưu điểm nổi bật hơn
con người là không bò mệt mỏi cũng như nhàm chán khi chỉ thực hiện một công việc lặp
đi lặp lại. Các công việc điển hình như là : đóng gói, lắp ráp và phân loại sản phẩm.
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Robot công nghiệp bắt đầu được phát triển vào năm 1940. Ban đầu được
dùng để chuyển tải các loại vật liệu nguy hiểm, được dùng trong thám hiểm không
gian và sau đó được dùng trong công nghệ tự động hóa linh hoạt.
Vào những năm 90, đã có nhiều công ty của Nhật, Bắc Mỹ, Châu Âu đã
ứng dụng Robot rộng rãi trong nhiều lónh vực công nghiệp.
Trong những năm gần đây, Robot công nghiệp chủ yếu được dùng cho các
thao tác lặp lại nhiều lần như : chuyển tải vật tư, xếp dỡ các chi tiết máy, lắp ráp
các bộ phận thành cụm máy và làm việc trong các môi trường nguy hiểm như :
- Trang 5-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
chuyển tải vật liệu phóng xạ, thám hiểm không gian và đáy biển, hàn điểm, sơn
phun, … Đặc biệt hiện nay Robot còn được ứng dụng trong lónh vực y khoa để giải
phẫu cho con người. Ngoài ra, các nhà sản xuất còn quan tâm đến các loại robot
thân thiện với con người như : là Robot giúp việc nhà, giúp người tàn tật, Robot làm
hướng dẫn viên du lòch, …
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Với mục tiêu là tiếp cận kỹ thuật Robot, trong nước đã triển khai nhiều đề tài
cấp nhà nước, như : Đề tài 58.01.03 trong giai đoạn 81 – 85 và đề tài 52B.03.01
trong giai đoạn 86 – 89. Kết quả nghiên cứu của các đề tài này không những đáp
ứng được yêu cầu tiếp cận mà còn có những ứng dụng ban đầu trong kỹ thuật bảo
hộ lao động và phục vụ cán bộ kỹ thuật ở nước ta.
1.3.2.1. Về Robot nối tiếp
Trong những năn gần đây, đã có rất nhiều loại Robot được nghiên cứu bởi :
Trung tâm nghiên cứu Kỹ thuật Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên
cứu tính toán thiết kế Robot RP. Loại Robot này bắt chước cơ cấu tay người.
Trung tâm nghiên cứu Kỹ thuật Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thiết kế
và chế tạo Robot SCA mini, dùng để giảng dạy, học tập, đồng thời có thể sử dụng
để lắp ráp hoặc xắp xếp các vật nhỏ có khối lượng dưới 1 Kg.
Ngoài ra, Trung tâm nghiên cứu Kỹ thuật Đại học Bách Khoa Hà Nội
còn thành công trong việc nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán điều khiển
Robot bằng phần mềm Matlab.
1.3.2.2. Về Robot song song
Khoa cơ khí Đại học Bách Khoa TP.HCM, đã thực hiện đề tài cấp nhà
nước KC0312 là Robot Hexapod dùng trong máy phay 5 trục ảo do TS Thái Thò Thu
Hà thực hiện.
- Trang 6-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
Ngoài ra, còn có những nghiên cứu của khoa cơ khí ĐHBK Hà Nội và
Viện Cơ học Quốc gia, …
Tuy nhiên, tình hình nghiên cứu trong nước vẫn chưa đề cập về Robot song
song cao tốc. Hiện nay, hướng phát triển của ngành công nghiệp hiện đại là ứng
dụng Robot thay thế con người làm các công việc đơn điệu với cường độ và độ
chính xác cao. Và Việt Nam cũng đang từng bước công nghiệp hóa, hiện đại hóa
để hòa mình vào sự phát triển chung của thế giới. Do đó, nhu cầu ứng dụng Robot
song song cao tốc trong tương lai của Việt Nam có tiềm năng rất lớn.
Song, để thiết kế và chế tạo Robot thì bước đầu tiên cần phải tiến hành tính
toán và mô phỏng để khảo sát hoạt động của Robot. Đó là lý do tôi chọn đề tài
chọn đề tài :
“TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ROBOT SONG SONG CAO TỐC
3 BẬC TỰ DO”
1.4. ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
Trong các loại Robot song song cao tốc thì loại ba bậc tự do là khá cơ bản và
thông dụng, cho nên đối tượng nghiên cứu của luận văn này Robot song song cao
tốc ba bậc tự do.
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.5.1. Phương pháp tiếp cận hệ thống
Giống như các ngành khoa học khác, công nghệ Robot cũng được phát triển
dựa trên những nền tảng ban đầu. Do đó, chúng ta cần kế thừa những kết quả đã
được nghiên cứu để rút ngắn thời gian tiếp cận đối tượng cần nghiên cứu. Cho nên
tôi đã dùng phương pháp tiếp cận hệ thống để có thể đạt được kết quả nhanh nhất.
1.5.2. Phương pháp mô phỏng
- Trang 7-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
Trước đây, ở Việt Nam, khi hệ thống máy tính và các phần mềm chưa được
ứng dụng rộng rãi thì các công việc từ tính toán đến chế tạo thường phải dùng
phương pháp “thử và sai” nên mất nhiều thời gian và khá tốn kém. Còn hiện nay,
với sự hỗ trợ của máy tính cũng như các phần mềm tính toán, mô phỏng đã được
ứng dụng khá phổ biến, cho nên trong luận văn này, tôi cũng ứng dụng các phần
mềm như : Matlab, Autocad, Inventer và Visual Natrans để tính toán và mô phỏng
Robot nhằm khảo sát hoạt động của Robot.
1.6. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Để đạt được các đề mục trên, tôi chỉ thực hiện nghiên cứu những nội dung
chính dưới đây :
Tóm lược lại cơ sở lý thuyết đã được các nhà nghiên cứu trong và ngoài
nước xây dựng.
Phân tích động học thuận.
Phân tích động học nghòch.
Phân tích ma trận Jacobi.
Phân tích động lực học.
Vẽ và mô phỏng cơ cấu dựa vào các phần mền : Autocad, Inventer, Solidword.
Tính toán, thiết kế các giao diện bằng Matlab.
1.7. ĐỊNH NGHĨA MỘT SỐ THUẬT NGỮ
-
Về kỹ thuật, Robot được đònh nghóa như sau : “Robot là cơ cấu chấp hành đa
năng tái lập trình được thiết kế để chuyển tải vật tư, công cụ hoặc các thiết bò chuyên
biệt thông qua các chuyển động được lập trình để thực hiện các tác vụ khác nhau”.
-
Theo Viện nghiên cứu Hoa Kỳ, Robot được đònh nghóa như sau : “ Robot
là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để
- Trang 8-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
di chuyển vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt
thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoàn
thành những nhiệm vụ đa dạng” ( Schlussel, 1985).
-
Đònh nghóa Robot còn được Mikell P. Groover, một nhà nghiên cứu hàng đầu
trong lónh vực Robot, mở rộng như sau : “ Robot công nghiệp là những máy, thiết bò tổng
hợp hoạt động theo chương trình có những đặc điểm nhất đònh tương tự như ở con người”.
-
Theo Artobolevski I. I., Vorobiov M. V. và các nhà nghiên cứu thuộc
trường phái khối SEV trước đây thì phát biểu rằng : “Robot công nghiệp là
những máy họat động tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc
thay đổi vò trí của những đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hoá
các quá trình sản xuất”.
-
Theo quan điểm của người Nhật Bản : “ Robot là bất cứ thiết bò nào có
thể thay thế cho lao động của con người”.
-
Các thuật ngữ tương đồng với Robot song song :
Manupulator : tay máy
Parallel Manupulator : tay máy song song
Close – loop mechanism
Parallel Kinematic Machine.
Fully Parallel Machanism
-
Hexapod
Các thuật ngữ thường dùng để diễn tả Robot
Chuỗi động học : là toàn bộ các khâu được nối với nhau bằng các khớp.
Máy : là một hệ thống gồm một hoặc nhiều cơ cấu cùng với các phần tử
như : điện, thủy lực hay khí nén được dùng để biến đổi năng lượng
thành cơ năng hoặc dạng năng lượng khác.
- Trang 9-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
Cơ cấu : là chuỗi động học trong đó có một khâu cố đònh với nền.
Moving Platform : tấm động
Fixed base : đế
Prismatic actuator : Cơ cấu tác động lăng trụ
Spherrical joint (S) : khớp cầu
Revolute joint (R) : khớp quay
Prismatic joint (P) : khớp lăng trụ
Degree – of – Freedom (DOF) : bậc tự do
- Trang 10-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ ROBOT
2.1. GIỚI THIỆU
Hiện nay, thế giới Robot công nghệ rất đa dạng cả về cấu trúc hình học lẫn khả
năng thực hiện công việc. Tuy nhiên, theo cầu trúc hình học, chúng có thể được phân
loại theo ba kiểu sau : Robot song song, Robot nối tiếp và Robot lai (Hình 2.1.)
Bộ tác động cuối
(End - Effector)
Khớp (Joint)
Khâu (Rigid Body)
Đế (Fixed Base)
(a)
(b)
(c)
Hình 2.1 : Ví dụ về a) Robot nối tiếp ; b) Robot song song và c) Robot lai
Trong đó, Robot nối tiếp và Robot song song đã được các tổ chức cũng như các
nhà sản suất quan tâm nghiên cứu nhiều nhất, do chúng có những ưu và nhược điểm
trong bảng 2.1 dưới đây :
Bảng 2.1
CẤU TRÚC
Robot
ƯU ĐIỂM
NHƯC ĐIỂM
• Không gian làm việc lớn.
• Khả năng tải thấp.
• Khớp thấp giữa việc dòch
• Gia tốc bộ tác động cuối
- Trang 11-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
nối tiếp
KS : PHẠM THỊ HẠNH
chuyển các chuỗi động học.
• Dễ dàng thiết lập được kiểu
động học nghòch.
thấp khi khối lượng vận
chuyển lớn.
• Độ chính xác về vò trí thấp
do các sai số của khớp dòch
chuyển cao.
• Khả năng tải cao.
Robot
song song
• Độ cứng vững của cơ cấu cao.
• Cấu trúc hình học đơn giản.
• Độ chính xác cao do sai số
của các khớp thấp.
• Bộ phát động có thể được đặt
• Không gian làm việc bò giới
hạn.
• Việc thiết lập động học
nghòch khó khăn.
• Không gian làm việc trong
phạm vi cố đònh.
• Khớp cao giữa các chuỗi
ở đế.
• Tần số tự nhiên cao.
động học dòch chuyển.
• Gia tốc có thể đạt được mức
• Vò trí và phương hướng của
cao do quán tính dòch chuyển
tấm động thường được kết
của hệ thống thấp.
hợp.
Hình 2.2 Ví dụ hình ảnh các loại robot đã được thương mại hóa.
Robot nối tiếp
Robot song song cao tốc
- Trang 12-
Robot lai
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
Tuy nhiên, theo cấu trúc hình học, mỗi loại Robot lại được phân chia theo
không gian làm việc và của chúng. Sơ đồ cây dưới đây là sự phân biệt Robot theo
cấu trúc hình học :
ROBOT
ROBOT NỐI TIẾP
Được mô tả bởi cấu
hình động học hở.
ROBOT SONG SONG
Được mô tả bởi cấu
hình động học kín.
ROBOT LAI
Bao gồm cả cấu hình
động học kín và hở.
Cơ cấu song song đầy đủ
Số lượng của chuỗi
phải bằng số bậc tự do của
bộ tác động cuối.
Spatial
Planar
Spatial
Spatial
Planar
Planar
2.2. ROBOT NỐI TIẾP
Robot nối tiếp gồm nhiều khâu nối tiếp nhau bằng nhiều kiểu khớp, thường là
khớp quay và khớp lăng trụ. Một đầu của Robot được gắn với nền và đầu kia chuyển
động tự do trong không gian. Do đó, Robot nối tiếp thường được gọi là cơ cấu hở.
Khâu cố đònh được gọi là đế, đầu tự do có gắn bộ phận kẹp hoặc tay máy được gọi là
bộ tác động cuối. Robot nối tiếp thường được thiết kế giống như cánh tay con người.
Hiện nay, Robot nối tiếp đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ chế tạo
máy. Dưới đây là một vài ứng dụng của Robot nối tiếp trong lónh vực cơ khí.
- Trang 13-
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ
KS : PHẠM THỊ HẠNH
Hình 2. Robot nối tiếp dùng để xếp hàng hóa
Hình 2.3 : Robot nối tiếp hàn khung xe
2.3. ROBOT SONG SONG
Cấu tạo của Robot song song gồm một bệ chuyển động kết nối với đế cố đònh
bằng nhiều nhánh song song, số nhánh bằng số bậc tự do, nghóa là mỗi nhánh được
điều khiển bằng một cơ cấu tác động. Các cơ cấu tác động được gắn vào hoặc gần với
đế cố đònh. Cơ cấu chấp hành song song được ứng dụng khá phổ biến như là : các bộ
mô hình máy bay, các máy khai thác mỏ, … Hơn nữa, chúng còn được kết hợp thành
cụm gia công cơ khí có nhiều bậc tự do đểø đạt được độ chính xác và tốc độ cao. Đặc
điểm của Robot song song là độ cứng vững cao, quán tính thấp và khả năng tải trọng
lớn nhưng nhược điểm của chúng là không gian làm việc nhỏ và khó thiết kế.
Có thể nói một trong những tay máy song song nổi tiếng là Stewart platform
(Hình 2.4), nó được chế tạo bởi Stewart vào năm 1965 và được dùng trong công việc
mô phỏng máy bay. Sau này, các phiên bản của nó vẫn được dùng trong mục đích
này. Ngoài ra, Stewart platform còn có những ứng dụng khác như : Máy nghiền (được
Aronson chế tạo vào năm 1996); Thiết bò đào đất (được Arai chế tạo vào năm 1991);
…
- Trang 14-
