Nghiên cứu tính toán thiết kế đồ gá di động cho robot hàn hồ quang Almega AII

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỒ GÁ DI ĐỘNG CHO
ROBOT HÀN HỒ QUANG ALMEGA AII

NGUYỄN THỊ BÍCH NGẦN

THÁI NGUYÊN, 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

1




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ BÍCH NGẦN

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỒ GÁ DI ĐỘNG CHO
ROBOT HÀN HỒ QUANG ALMEGA AII
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

HỌC VIÊN

PGS.TS. Phan Bùi Khôi

Nguyễn Thị Bích Ngần

KHOA ĐÀO TẠO SĐH

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

BGH TRƯỜNG ĐHKTCN

2




LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi tự làm và nghiên cứu, dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS Phan Bùi Khôi viện trưởng viện cơ khí ĐHBK
Hà Nội.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu
trong phần tài liệu tham khảo.
Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình.
Người cam đoan
Tác giả

Nguyễn Thị Bích Ngần

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

3




MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
LỜI NÓI ĐẦU
CHƢƠNG I ...................................................................................................... 1
TỔNG QUAN VỀ ROBOT .......................... Error! Bookmark not defined.
1.1 Giới thiệu tổng quan về Robot ........... Error! Bookmark not defined.
1.2 Robot công nghiệp và ứng dụng ........ Error! Bookmark not defined.
1.3 Robot hàn hồ quang ............................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2. ................................................................................................. 11
TÍNH TOÁN MÔ HÌNH .............................. Error! Bookmark not defined.
2.1 Cơ sở tính toán khảo sát Robot ......... Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Biểu diễn điểm trong không gian .. Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Ma trận cosin chỉ hướng, ma trận quay ....... Error! Bookmark not
defined.
2.1.3 Vị trí, hướng của vật rắn ............... Error! Bookmark not defined.
2.1.4 Phép biến đổi tọa độ thuần nhất ..... Error! Bookmark not defined.

2.1.5 Phương pháp Denavit- Hartenberg (D-H) ... Error! Bookmark not
defined.
2.2 Thiết lập phƣơng trình động học robot .......... Error! Bookmark not
defined.
2.2.1 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo cấu trúc động học
................................................................. Error! Bookmark not defined.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

4




2.2.2 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác theo tọa độ thao tác .... Error!
Bookmark not defined.
2.2.3 Phương trình động học robot ........ Error! Bookmark not defined.
2.2.4 Bài toán động học thuận về vị trí của robot . Error! Bookmark not
defined.
2.2.5 Bài toán động học ngược về vị trí của robot Error! Bookmark not
defined.
2.3 Bài toán động học robot hàn Almega AII khi vật hàn cố định
..................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4 Động học robot hàn Almega AII khi vật hàn gắn trên đồ gá di động
..................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3. .................................................................................................. 48
THIẾT KẾ ĐỒ GÁ DI ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG ROBOT
HÀN ALMEGA AII ....................................... Error! Bookmark not defined.
3.1 Thiết kế đồ gá di động ........................ Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Công dụng của đồ gá ..................... Error! Bookmark not defined.

3.1.2 Phân tích lựa chọn cấu trúc động học cho đồ gá Error! Bookmark
not defined.
3.1.3 Mẫu mô hình đồ gá ........................ Error! Bookmark not defined.
3.2 Tính toán thiết kế các bộ truyền động ............ Error! Bookmark not
defined.
3.2.1 Lựa chọn động cơ ........................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Tính toán bộ truyền cho đồ gá ....... Error! Bookmark not defined.
3.2.3 Tính chọn ổ .................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.4 Phân tích lựa chọn phôi .................. Error! Bookmark not defined.
3.2.5 Phân tích công nghệ trong kết cấu chi tiết .... Error! Bookmark not
defined.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

5




3.2.6 Mô hình bản vẽ lắp 3D và bảng kê các chi tiết chính của đồ gá
................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.7 Kiểm nghiệm độ bền của đồ gá bằng phần mềm COSMOSWorks
....................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3 Mô phỏng hoạt động của robot hàn Almega AII .. Error! Bookmark
not defined.
3.3.1 Phần mềm ứng dụng....................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2 Chương trình mô phỏng ................. Error! Bookmark not defined.
3.3.3 Giao diện chương trình và ứng dụng ............ Error! Bookmark not
defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................ Error! Bookmark not defined.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

6




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH

Stt

Ký hiệu

Mô tả

1

D-H

Denavit and Hartenberg

2

ai

Lượng tịnh tiến dọc theo trục ox

3

αi

Góc quay quanh trục ox

4

di

Lượng tịnh tiến dọc theo trục oz

5

θi

Góc quay quanh trục oz

6

qi

Biến khớp thứ (i)

7

Ai

Ma trận truyền giữa khâu (i-1) và khâu (i)

8

rot

Góc quay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

7




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TT

Hình số

Nội dung

1

Hình 1.1

Robot hàn Allmega AII

8

2

Hình 1.2

VD Robot hàn chi tiết có chiều dài lớn

9

3

Hình 1.3

VD Robot hàn chi tiết có biên dạng phức tạp

10

4

Hình 2.1

Robot hàn Allmega AII

11

5

Hình 2.2

Hệ quy chiếu cố định

12

6

Hình 2.3

Hai hệ quy chiếu chung gốc 0

12

7

Hình 2.4

Hai hệ quy chiếu liên hệ với nhau một góc α

14

8

Hình 2.5

Vị trí vật trong không gian 3 chiều

15

9

Hình 2.6

Phương pháp các góc Euler

16

10

Hình 2.7

Phương pháp các góc Cardan

17

11

Hình 2.8

12

Hình 2.9

13

Hình 2.10 Quỹ đạo hàn

33

14

Hình 2.11 Gắn các hệ tọa độ cho robot

36

15

Hình 2.12 VD1 Robot có giá cố định, đồ gá di chuyển tịnh tiến

39

16

Hình 2.13 VD2 Robot có giá cố định, đồ gá chuyển động quay

44

17

Hình 3.1

Mô hình đồ gá

49

18

Hình 3.2

Robot song song

49

19

Hình 3.3

Mô hình động học

50

20

Hình 3.4

Các hình chiếu của mô hình đồ gá

51

21

Hình 3.5

Tính chọn động cơ

52

22

Hình 3.6

Bánh răng đai lớn

54

23

Hình 3.7

Bánh răng đai nhỏ

54

24

Hình 3.8

Ổ đỡ

55

Trang

Vector định vị một điểm P thuộc vật rắn trong
không gian 3 chiều
Phương pháp Denavit- Hartenberg

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

8



18
22

Trục dài

25

Hình 3.9

56

26

Hình 3.10 Trục ngắn

56

27

Hình 3.11 Chi tiết mâm đỡ (bàn động 1)

57

28

Hình 3.12 Chi tiết dạng bạc

57

29

Hình 3.13 Bản vẽ lắp 3D

58

30

Hình 3.14 Giao diện của phần mềm COSMOSWorks

59

31

Hình 3.15 Chuyển vị của bàn động 1

61

32

Hình 3.16 Ứng suất của bàn động 1

61

33

Hình 3.17 Sức căng của bàn động 1

62

34

Hình 3.18 Ứng suất của trục 2

62

35

Hình 3.19 Sức căng của trục 2

63

36

Hình 3.20 Chuyển vị của trục 2

63

37

Hình 3.21 Ứng suất bàn động 2 (mâm quay)

64

38

Hình 3.22 Sức căng bàn động 2 (mâm quay)

64

39

Hình 3.23 Chuyển vị bàn động 2 (mâm quay)

65

40

Hình 3.24 Mô hình đồ gá trong môi trường SolidWorks

67

41

Hình 3.25

42

Hình 3.26

43

Hình 3.27

44

Hình 3.28 Giao diện chọn file “du lieu mo phong robot

72

45

Hình 3.29 Giao diện chọn file “du lieu cau truc robot”

72

Tùy chọn hiệu chỉnh file định dạng *.STL
Giao diện mô phỏng robot hàn 2 chi tiết với chiều
dài đường hàn lớn
Giao diện mô phỏng robot 2 chi tiết với quỹ đạo
hàn là một đường cong không gian

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

9



68
70
71


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Stt

Bảng số

Nội dung

Trang

1

Bảng 3.1

So sánh robot chuỗi và robot song song

49

2

Bảng 3.2

Bảng phân phối tỷ số truyền

53

3

Bảng 3.3

Bảng kê các chi tiết

58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

10

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not

read....