đồ án robot đóng nắp thùng giấy và dán băng keo

KHOA ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ ROBOT
ĐÓNG NẮP THÙNG GIẤY DÁN BĂNG KEO

Chuyên ngành : Cơ điện tử

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: NGUYỄN ĐĂNG HÀO

THÁI NGUYÊN - 2017


KHOA ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
------------o0o------------

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP

Sinh viên thực hiện :

1. Nguyễn Hồng Thái
2. Tạ Văn Hợi

Giáo viên hướng dẫn:

Nguyễn Đăng Hào

K135520114043
K135520114021

Tên đề tài :
-

Thiết kế robot đóng nắp thùng giấy ,dán băng keo

-

Kích thước thùng giấy

: 450x600x450

-

Tốc độ băng chuyền

: 0.2 m/s

Kết quả cần đạt được:
-

Tính toán, thiết kế

-

Thuyết minh:

Ngày giao đề tài
Ngày hoàn thành

01 Bản
:12/10/2016
:

Trưởng bộ môn

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Phạm Thành Long

Nguyễn Đăng Hào


Lời cam đoan
Nhóm chúng em bao gồm Nguyễn Hồng Thái, Tạ Văn Hợi xin cam đoan .
1. Kết quả của đồ án là do nhóm tìm hiểu và tham khảo qua các tài liệu để hoàn
thành .
2. Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều ghi rõ nguồn tham khảo, trích dẫn rõ tên
tác giả .
3. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo gian trá, nhóm xin hoàn
toàn tự chịu trách nhiệm.


Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP ................................ 3
1.1. Lịch sử phát triển của robot................................................................................. 3
1.2. Ứng dụng của Robot trong công nghiệp sản xuất ............................................... 3
1.3. Cấu trúc cơ bản của Robot công nghiệp ............................................................ 5
1.3.1. Các thành phần chính của robot công nghiệp .............................................. 5
1.3.2 Kết cấu của tay máy ....................................................................................... 6
1.4 . Lựa chọn phương án thiết kế .............................................................................. 9
1.5. Một số ứng dụng của robot công nghiệp ........................................................... 10
CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ....................................................... 12
2.1. Yêu cầu kỹ thuật................................................................................................ 12
2.2. Sơ đồ nguyên lý của cả hệ thống....................................................................... 13
2.3. Phân tích cơ cấu vai trò và nguyên lý hoạt động của hệ thống ......................... 14
2.3.1. Sơ đồ động của cơ cấu robot gắp thùng giấy ............................................... 14
c. Tính toán giải bài toán ngược ............................................................................... 15
2.3.2. Hệ thống đóng nắp hộp và dán băng keo ..................................................... 18
CHƯƠNG 3 BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN DẪN ĐỘNG ........................................ 26
3.1. Bài toán điều khiển robot .................................................................................. 26
3.1.1. Điều khiển dẫn động robot ......................................................................... 26
3.1.2. Lựa chọn và sử dụng hệ thống khí nén hút và thả vật ................................. 28
3.2. Kết luận ............................................................................................................. 28
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN ...................................................................................... 30
4.1. Ưu nhược, điểm ................................................................................................. 30
4.2. Hướng phát triển đề tài...................................................................................... 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 32


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Đã gần một thế kỷ, kể từ khi xuất hiện trên thế giới mẫu hình robot cho tới nay
đã có hàng vạn robot ra đời và đang làm việc trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời
sống – xã hội ở hầu khắp các quốc gia trên thế giới. ngày nay robot đã trở thành
một tên gọi khá phổ biến trong nhân dân. Robot đã và đang trở thành một nguồn
lực lao động với năng suất và chất lượng cao trong nhiều lĩnh vực như: công
nghiệp, nông nghiệp, y học, an ninh quốc phòng v.v. Trong số đó robot công
nghiệp đóng vai trò rất quan trọng.
Robot nói chung và robot công nghiệp nói riêng là sự tích hợp rất tinh vi giữa
các lĩnh vực cơ học – điện – điện tử và kỹ thuật điều khiển. Có thể nói robot là một
trong số các loại hình sản xuất trí tuệ cao cấp trong thời đại ngày nay, do con người
tạo ra để phục vụ con người.
Ở nước ta, robot công nghiệp xuất hiện sau những năm 1990 trong các lĩnh vực
cơ khí, tự động hóa. Để đáp ứng được nhu cầu xã hội và tiếp cận nền khoa học kỹ
thuật tương lai, thì nền tảng của ngành cơ điện tử mà chúng em đang được các thầy
cô truyền đạt và nghiên cứu là cơ sở ban đầu để chúng em tiếp thu và trang bị
những kiến thức cao hơn nữa , để làm chủ của những máy móc công cụ hiện đại.
Trên cơ sở những ứng dụng rộng rãi của robot, nhóm chúng em đã nghiên cứu và
chọn đề tài”Thiết kế robot đóng nắp thùng giấy và dán băng keo”. Trong quá trình
thực hiện đề tài,do kiến thức của chúng em còn nhiều hạn chế nên vẫn còn nhiều
thiếu sót và hạn chế .Nhóm chúng em rất nhận được sự góp ý của thầy cô
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Đăng Hào và các thầy
cô bộ môn cơ điện tử đã giúp chúng em thiết kế và hoàn thành đề tài.

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 1

Đồ án thiết kế robot công nghiệp

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.3.1 Các thành phần chính của hệ thống robot ............................................... 5
Hình 1.3.2 Robot hoạt động trong hệ tạo độ Đề các ................................................. 7
Hình 1.3.3 Robot hoạt động theo hệ tọa độ trụ.......................................................... 7
Hình 1.3.4 Robot kiểu tọa độ góc ............................................................................... 8
Hình 1.3.5 Robot SCARA ........................................................................................... 8
Hình 1.3.6 Robot hoạt động tọa độ cầu ..................................................................... 9

Hình 1.5.1 Robot hàn vật ......................................................................................... 10
Hình 1.5.2 Hình Robot gắp vật ................................................................................ 11
Hình 1.5.3 Robot nâng hạ tải .................................................................................. 11
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống đóng nắp thùng giấy và dán băng
keo ............................................................................................................................ 13
Hình 2.2 Sơ đồ động của robot ................................................................................ 14
Hình 2.3 Giá trị của l1 đến l2 sau khi khai báo ....................................................... 16
Hình 2.4 Kết quả bài toán ngược ............................................................................. 17
Hình 2.5 Hình chiếu đứng và hình chiếu bằng cơ cấu dán băng keo mặt đáy thùng
giấy ........................................................................................................................... 18
Hình 2.6 Hình chiếu cạnh sơ đồ hệ thống dán băng keo mặt đáy thùng giấy ......... 19
Hình 2.7 Thùng giấy khi chưa được đóng nắp đáy .................................................. 19
Hình 2.8 Quá trình dán băng keo mặt đáy thùng giấy kết thúc khi thùng giấy đi ra
khỏi con lăn (13) thứ hai .......................................................................................... 21
Hình 2.9 Hình chiếu đứng và hình chiếu bằng của hệ thống đóng nắp và dán băng
keo mặt trêm thùng giấy ........................................................................................... 22
Hình 2.10 Hình chiếu cạnh của hệ thống đóng nắp và dán băng keo mặt trên thùng
giấy ........................................................................................................................... 23
Hình 2.11 Thùng giấy khi chưa đóng nắp và dán băng keo mặt trên ...................... 24
Hình 2.12 Thùng giấy sau khi đi qua con lăn số (3) thì quá trình dán băng keo kết

thúc ........................................................................................................................... 25
Hình 3.1 Hệ thống điều khiển robot ......................................................................... 26
Hình 3.2 Bộ truyền động khí nén ............................................................................. 27
Hình 3.3 Động cơ servo ........................................................................................... 27
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống ..................................................... 28
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 2


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
1.1. Lịch sử phát triển của robot
Thuật ngữ Robot lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn
học của nhà văn Tiệp Khắc có tên Karel Capek.
Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR)- xuất hiện lần đầu tiên tại Mỹ do công ty
AMF (American Manchine Foundry company) quảng cáo mô tả một thiết bị mang
dáng dấp và có một số chức năng của một cánh tay được điều khiển tự động để
thực hiện sản xuất một số thiết bị gọi là versatran. Chiếc Robot công nghiệp đầu
tiên được đưa vào ứng dụng vào năm 1961 tại Hoa Kỳ.
Quá trình phát triển của IR có thể tóm tắt như sau:
- Từ những năm 50 của thế kỷ trước tại Mỹ đã có viện nghiên cứu đầu tiên về
robot;
-Đầu những năm 60 đã xuất hiện sản phẩm đầu tiên mang tên versatran cảu công ty
AMF.
-Ở anh đã bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các IR theo bản quyền của công ty AMF
của Mỹ từ năm 1967.
-Các nước tây âu khác bắt đầu nghiên cứu từ những năm 70.

-Châu á có Nhật nghiên cứu từ năm 1968.
Đến nay có trên 200 công ty sản xuất IR, trong đó có 80 công ty của Nhật,90 công
ty của các nước tây âu,30 công ty của Mỹ và một số nước khác.
1.2. Ứng dụng của Robot trong công nghiệp sản xuất
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc
độ thay thế sức con người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất đươc tổ chức lại làm
tăng năng suất lao động, hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt.
Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm nâng cao năng suất day chuyền
công nghệ, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 3


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện sản xuất. Đạt được mục tiêu trên nhờ vào
khả năng to lớn của robot công nghiệp như: làm việc không biết mệt mỏi, có khả
năng thay đổi nghề một cách thành thạo, chịu được các phóng xạ, làm việc trong
môi trường độc hại, nhiệt độ cao, “cảm nhận” được từ trường, sóng siêu âm ..... mà
con người không thể làm được. Robot thay thế con người trong những trường hợp
trên hoặc làm những công việc không nặng nhọc nhưng đơn điệu dễ gây nhàm chán
mệ mỏi, dễ nhầm lẫn.
Trong ngành cơ khí robot được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghệ đúc,
công nghệ hàn, cắt gọt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi,
lắp ráp sản phẩm....
Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC và
robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hóa cao, linh hoạt cao... ở
đây các máy móc và robot được điều khiển bằng cùng một chương trình.
Ngoài các phân xưởng, nhà máy, robot còn được áp dụng trong lĩnh vực thăm dò

thêm lục địa, đại dương, trong y học, trong quốc phòng trong lĩnh vực chinh phục
vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử, trong lĩnh vực xã hội.
Rõ ràng khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt trội hơn hẳn so
với khả năng của con người. Do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự động hóa,
nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những việc nặng nhọc, độc
hại. Nhược điểm lớn nhất của robot à chưa linh hoạt được như con người. Trong
dây chuyền sản xuất nếu có con robot bị hỏng sẽ ảnh hưởng tới toàn bộ dây chuyền.
Cho nên robot vẫn luôn phải làm việc dưới sự giám sát của con người.
-

Cánh tay: Là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết bằng khớp động, nguồn
động lực là động cơ điện, hệ thống xi lanh khí nén thủy lực

-

Dụng cụ thao tác là dạy bàn tay, mỏ hàn, đá mài

-

Thiết bị dạy học là thiết bị dạy dỗ các thao tác cần thiết

-

Các phần mềm lập trình.

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 4

Đồ án thiết kế robot công nghiệp
1.3. Cấu trúc cơ bản của Robot công nghiệp
1.3.1. Các thành phần chính của robot công nghiệp
Một robot công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính sau: cánh tay robot,
nguồn động lực,dụng gắn lên khâu chấp hành cuối,các cảm biến và bộ điều
khiển,thiết bị dạy học máy tính…….các phần mềm lập trình cũng coi là một thành
phần của hệ thống robot. Mối quan hệ giữa các thành phần trong robot như hình
(1.3)

Các cảm biến

Thiết bị dạy
học

Bộ điều khiển
và máy tính

Nguồn động
lực

Các chương
trình

Cánh tay
robot

Dụng cụ
thao tác

Hình 1.3.1 Các thành phần chính của hệ thống robot

-Cánh tay robot (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bằng
các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của robot.
-Nguồn động lực là các động cơ điện (động cơ điện một chiều hoặc động cơ
bước),các hệ thống xilanh khí nén,thủy lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động
-Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của robot,dụng cụ của robot có thể có
nhiều kiều khác nhau như :dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ làm
việc như mỏ hàn đá mài, dầu phun sơn.

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 5


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
-Thiết bị dạy học (Teach pendant) dùng để dạy cho robot những thao tác cần
thiết theo yêu cầu của quá trình làm việc ,sau đó robot tự lặp lại các động tác đã
được dạy để là việc .
-Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot được cài đặt
trên máy tính ,dùng điều khiển robot thông qua bộ điiều khiển (Controller) .Bộ điều
khiển còn gọi là Modun điều khiển (hay unit,driver), nó thường được dùng để kết
nối với máy tính .Một modun điều khiển có thể còn có các cổng vào –ra để làm
việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái
của bản thân,xác định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dò tìm khác ,điều
khiển các băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với robot.
1.3.2 Kết cấu của tay máy
Tay máy là thành phần quan trọng ,nó quyết định khả năng làm việc của
robot.Cấc kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chứ năng của tay

người ,tuy nhiên ngày nay tay máy được thiết kế rất đa dạng,nhiều robot có hình
dáng rất khác so với tay người .Trong thiết kế và sử dụng tay máy,chúng ta cần
phải quan tâm đến các thông số hình động học , là những thông số liên quan đến
khả năng làm việc của robot như tầm với , số bậc tự do, độ cứng vững, tải trọng vật
nặng, lực kẹp
Các khâu của robot thường thực hiện 2 chuyển động cơ bản :
Chuyển động tịnh tiến theo hướng x,y,z trong không gian Descarde ,thông
thường tạo nên hình khối các chuyển ddoognj này thường ký hiệu là P(Prismatic)
hoặc T(Translation)
Chuyển động quanh các trục x,y,z kí hiệu là R(Rotation)
Tùy thuộc vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động (R và T) mà tay máy có các
kết cấu khác nhau với vùng làm việc khác nhau.Các kết cấu thường gặp của robot
là robot kiểu tọa độ Đề các,tọa độ trụ,,tạo độ cầu ,robot kiểu scara,hệ tọa độ góc
Robot kiểu tọa độ Đề các : Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo
phương của các trục hệ tọa độ gốc. Trường công tác có dạng khối chữ nhật. Do kết
cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, chính xác cơ khí dễ đảm bảo

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 6


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
vì vậythường dùng chuyển phôi liệu và lắp ráp, hàn trong mặt phẳng ...vv

Hình 1.3.2 Robot hoạt động trong hệ tạo độ Đề các

Robot kiểu tọa độ trụ : Vùng làm việc của robot có dạng trụ rỗng. Thường khớp
thứ nhất chuyển động quay. Có ưu điểm độ cứng vững cơ học của tay máy trụ tốt,

thích hợp với khả năng tải nặng nhưng độ chính xác định vị góc trong mặt phẳng
nằm ngang giảm khi tầm với tăng.

Hình 1.3.3 Robot hoạt động theo hệ tọa độ trụ

Robot kiểu tọa độ góc ( Hệ tọa độ phỏng sinh ) có cả ba khớp đều là khớp quay,
trong đó trục thứ nhất vuông góc với hai trục kia. Do sự tương tự với tay người,
khớp thứ 2 gọi là khớp vai, khớp thứ 3 gọi là khớp khuỷu nói cẳng tay với khuỷu
tay. Với kết cấu này không có sự tương ứng giữa

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 7


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
khả năng chuyển động của các khâu và các bậc tự do. Tay máy làm việc rất khéo
léo, nhưng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của phần công tác trong vùng làm
việc. Vùng làm việc của tay máy kiểu này gần giống với phần khối cầu.

Hình 1.3.4 Robot kiểu tọa độ góc

Robot kiểu SCARA : Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường ĐH
Yamanashi (Nhật Bản) là một loại Robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng các quá
trình sản xuất. Tên SCARA là viết tắt của “Selective Compliant Articulated Robot
Arm” . Nghĩa là tay máy mềm dẻo tùy ý. Đây là một kiểu tay máy có cấu tạo đặc
biệt, gồm 2 khớp quay và 1khớp trượt nhưng cả 3 khớp đều có trục song song với
nhau.Kết cấu này làm cho tay máy cứng vững hơn theo phương thẳng đứng nhưng
kém cứng vững hơn khi phương được chọn là phương ngang. Loại này chuyên

dùng cho công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ theo phương đứng

Hình 1.3.5 Robot SCARA
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 8


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

Robot tọa độ cầu : Vùng làm việc của robot có dạng hình cầu có độ cứng vữn thấp
hơn so với robot kiểu tạo độ trụ và robot tọa độ đề các
Ví dụ robot 3 bậc tự do cấu hình R.R.R

Hình 1.3.6 Robot hoạt động tọa độ cầu

1.4 . Lựa chọn phương án thiết kế
Việc lựa chọn và thiết kế robot đóng nắp thùng giấy và dán băng keo hiện nay có
thể được thực hiện theo nhiều phương án khác nhau như :
-Phương án thiết kế chủ động: Các thao tác của cơ cấu đóng nắp thùng giấy được
robot chủ động tiến hành, được điều khiển tự động theo các chương trình được thiết
kế trước mà không phải dựa theo nguyên lý tự hình thành khi thiết kế theo phương
án bị động .
-Phương án thiết kế bị động : Quy trình hình thành và đóng nắp thùng giấy được
thực hiện một cách bị động tức là trên cơ cấu được thiết kế sẵn các cơ cấu con ,dựa
trên sự chuyển động tương tác giữa robot với cơ cấu con mà các nắp thùng giấy
được tự hình thành .
-Phương án kết hợp giữa chủ động và bị động : Kết hợp giữa cả 2 phương án chủ
động và bị động, một số nắp thùng giấy sẽ được đóng lại nhờ vào thao tác của robot

đã được lập trình sẵn và một số nắp của robot sẽ được đóng lại nhờ vào cơ chế tự
hình thành khi thùng giấy đi qua các cơ cấu con của cả hệ thống đóng nắp thùng
giấy.
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 9


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về hệ thống đóng nắp thùng giấy và dán
băng keo theo 3 phương án nêu trên, dựa vào kiến thức bản thân và thông qua mạng
internet nhóm chúng em đã thống nhất lựa chọn phương án : Kết hợp giữa chủ động
và bị động với đề tài “ Thiết kế robot đóng nắp thùng giấy và dán băng keo” vì
các lý do sau:
-

Kết hợp cả 2 phương án chủ động và bị động để phân tích và nghiên cứu về

từng ưu nhược điểm của từng phương án.
-

Dựa trên các video trên mạng internet về hệ thống đóng nắp và dán băng keo

được thiết kế theo phương án kết hợp cả chủ động và bị động, nên thuận tiện cho
quá trình thực hiện đề tài cho nhóm.
1.5. Một số ứng dụng của robot công nghiệp

Hình 1.5.1 Robot hàn vật
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi

Nguyễn Hồng Thái

Page 10


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

Hình 1.5.2 Hình Robot gắp vật

Hình 1.5.3 Robot nâng hạ tải
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 11


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
2.1. Yêu cầu kỹ thuật
-Yêu cầu kỹ thuật
+Thùng được thực hiện trong hệ thống là thùng giấy (thùng carton)
+Thực hiện dán băng keo cả mặt trên và mặt dưới của thùng
+Miệng thùng giấy sau khi dán băng keo phải phẳng ,không có bọng khí
-Kích thước yêu cầu của thùng giấy

b

a

c
Bảng thông số kích thước thùng giấy :
a

b

c

450

450

600

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 12


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
2.2. Sơ đồ nguyên lý của cả hệ thống
-Theo yêu cầu của bài toán ,“thiết kế Robot đóng nắp thùng giấy và dán băng
keo’’ thì sơ đồ nguyên lý của hệ thống được chia ra làm 2 sơ đồ bao gồm:
+Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dán băng keo mặt đáy của thùng giấy
+Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dán băng keo mặt trên của thùng giấy sau khi đã
được đặt sản phẩm vào bên trong và được cân đo.

8
5

1

20

6

2000

4xR50

A

2

450

9
B

450

600
10

3

4

7

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống đóng nắp thùng giấy và dán băng keo

1.Ray trượt
2.Giác hút của hệ hút thùng giấy bằng hệ thống khí nén
3.Cơ cấu chạc 3
4.Cơ cấu dán băng keo
5.Giá chứa thùng giấy
6.Động cơ servo thực hiện chuyển động quay của robot
7.Băng tải
8.Cơ cấu lò xo đẩy thùng giấy
9.Cánh tay robot
10. Thanh chặn tạo khối vuông cho thùng giấy
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 13


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
2.3. Phân tích cơ cấu vai trò và nguyên lý hoạt động của hệ thống
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống bao gồm hai cơ cấu cơ bản bao gồm:
-Cơ cấu robot gắp thùng giấy
-Cơ cấu hệ thống dán băng keo
Cụ thể:
2.3.1. Sơ đồ động của cơ cấu robot gắp thùng giấy

X2
00
=1

a2

300

225

z1 d2=500
x0

z0

(d1)

Hình 2.2 Sơ đồ động của robot

a . Tính toán
Bao gồm các bài toán :
-Tính toán động học
-Tính toán vị trí
 Tính toán động học
-Sơ đồ động của Robot
Bảng D-H:
Khớp

R(z,θ)

T(z,d)

T(x,a)

R(x,β)

O0

O1

90

(d1)

0

90

O1

O2

(θ2)

500

100

0

Bảng D-H của Robot
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 14


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
b. Xác định vị trí và hướng của bàn kẹp
Từ các ma trận trên ta có ma trận D – H
− sin(𝜃𝑖) ∗ cos⁡(βi)
⁡⁡⁡⁡cos(𝜃𝑖) ∗ cos⁡(βi)
sin⁡(βi)
0

cos⁡(θi)
sin⁡(θi)
𝐴𝑖−1
𝑖 =[
0
0

sin(𝜃𝑖) sin⁡(βi)
− cos(𝜃𝑖) ∗ sin⁡(βi)
cos⁡(βi)
0

⁡ai ∗ cos⁡(𝜃𝑖)
⁡ai ∗ sin⁡(𝜃𝑖) ]
⁡di⁡
1

+Ma trận D – H chuyển từ hệ tọa độ 0 sang hệ tọa độ 1

0
1
𝐴10 =[
0
0

0
0
1
0

1
0
0
0

0
0
]
(𝑑1 )
1

+Ma trận D – H chuyển từ hệ tọa độ 1 sang hệ tọa độ 2
cos⁡(𝜃2 )
𝑠𝑖𝑛(𝜃2 )
𝐴12 =[
0
0

−sin⁡(𝜃2 )

cos⁡(𝜃2 )
1
0

0
0
0
0

𝑎2 cos⁡(𝜃2 )
𝑎2 𝑠𝑖𝑛(𝜃2 )
]
𝑑2
1

-Ma trận D – H chuyển từ hệ tọa độ 0 sang hệ tọa độ 2
cos⁡(𝜃2 ) −sin⁡(𝜃2 ) 0 𝑎2 cos⁡(𝜃2 )
0 1
0
0 0 𝑎1
𝑠𝑖𝑛(𝜃2 ) cos⁡(𝜃2 ) 0 𝑎2 𝑠𝑖𝑛(𝜃2 )
]*[
]
1 0 (𝑑1 )
0
1
0
𝑑2
0 0
1

0
0
0
1
0
0
1
𝑑2
𝑐𝑜𝑠(𝜃2 ) −𝑠𝑖𝑛(𝜃2 ) 0
𝑎2 𝑐𝑜𝑠(𝜃2 )
]
=⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡⁡[
sin⁡(𝜃2 ) 𝑐𝑜𝑠(𝜃2 ) 0 𝑎2 𝑠𝑖𝑛(𝜃2 ) + (𝑑1 )
0
0
0
1
0
1
𝑇20 =𝐴10 *𝐴12 =[
0
0

=

nx
𝑛𝑦
[
nz
0

𝑆𝑥
𝑆𝑦
𝑆𝑧
0

ax
𝑎𝑦
𝑎𝑧
0

𝑃𝑥
𝑃𝑦
]
𝑃𝑧
1

c. Tính toán giải bài toán ngược

Mục đích của việc giải phương trình động học robot công nghiệp: để điều
khiển tay máy của robot công nghiệp tới vị trí làm việc và có một hướng xác
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 15


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

định thì chúng ta phải tính toán giá trị các biến khớp đã quay hoặc tịnh tiến

một lượng là bao nhiêu.
Động học ngược tay máy là cơ sở cho việc điều khiển robot
Các phương pháp giải bài toán động học ngược :
- Phương pháp số.:
- *Từ hệ phương trình của bài toán gốc:
𝑆𝑥 = 𝑎12
𝐴𝑥 = 𝑎13
𝐴𝑦 = 𝑎23
𝑃𝑥 = 𝑎14
𝑃𝑦 = 𝑎24
{ 𝑃𝑧 = 𝑎34
- Giải hệ phương trình này ta nhận được các giá trị của biến khớp
- Viết lại phương trình tương đương:
𝑆𝑥 − 𝑎12 = 0
𝐴𝑥 − 𝑎13 = 0
𝐴𝑦 − 𝑎23 = 0
𝑃𝑥 − 𝑎14 = 0
𝑃𝑦 − 𝑎24 = 0
{ 𝑃𝑧 − 𝑎34 = 0
Vì robot thiết kế theo đề tài chỉ bao gồm 2 bậc tự do nên ta có các thông số
a24 và a34 là 2 thống số đầu ra của bài toán thuận có được ở trên

Hình 2.3 Giá trị của l1 đến l2 sau khi khai báo
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 16


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

Bằng phương pháp Solver trên Excel ta được kết quả :

Hình 2.4 Kết quả bài toán ngược

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 17


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

2.3.2. Hệ thống đóng nắp hộp và dán băng keo
+ Sơ đồ hệ thống thực hiện đóng nắp và dán băng keo mặt đáy thùng giấy:

13

1

14

15

n

12

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1
2
3

Hình 2.5 Hình chiếu đứng và hình chiếu bằng cơ cấu dán băng keo mặt đáy thùng giấy

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 18


Đồ án thiết kế robot công nghiệp

n

n

Hình 2.6 Hình chiếu cạnh sơ đồ hệ thống dán băng keo mặt đáy thùng giấy

1.Dao cắt băng keo

7.Con lăn

13.Con lăn dán băng keo

2.Cơ cấu lò xo kéo

8.Khâu số 8

14.Băng tải

3.Khâu số 3

9.Khâu số 9

15. Con lăn dán băng keo

4.Con lăn

10.Lò xo kéo

5.Băng keo

11.Khâu số 11

6.Cuộn băng keo

12.Cơ cấu chạc 3

2

4

1
3

Hình 2.7 Thùng giấy khi chưa được đóng nắp đáy
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 19


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
-Nguyên lý làm việc của hệ thống:
Thùng giấy sau khi được cánh tay robot gắp vào hệ thống thì mặt trước (1) của
thùng giấy được gập lên theo nguyên lý hình thành chủ động nhờ vào một cần gạt
được gắn trên cánh tay robot . Sau khi mặt trước (1) của thùng giấy được gạt lên
,nhờ vào chuyển động của động cơ đưa cánh tay robot vẫn đang gắp thùng giấy di
chuyển đoạn đường dài 1200mm và tiến vào vào cơ cấu chạc ba

1

2
3

.
Thùng giấy được đưa bắt đầu vào cơ cấu chạc ba do chiều dài của chạc thứ 2 trong
cơ cấu chạc ba là dài nhất nên mặt sau (2) của thùng giấy được gập lên.Tiếp đến
sau khi mặt sau (2) được gập lên thì hai mặt bên (3) và (4) cũng tự được gập lên
nhờ vào hai chạc (1) và (2) trong cơ cấu chạc ba.Từ đó theo băng chuyền thùng
giấy được đưa đến cơ cấu dán băng keo tự động mặt đáy.
Dây băng keo (5) được kéo ra từ cuộn băng keo vòng qua các con lăn (4),(7) có tác
dụng làm căng băng keo và đến vị trí con lăn dán băng keo (13).
Thùng giấy được băng tải (14) đưa vào cụm dán băng keo dưới để tiến hành dán.
Khi thùng giấy di chuyển đến vị trí con lăn dán băng keo (13),tác động làm cho con
lăn dán băng keo (13) được đẩy lên, đồng thời khâu số (3) được nâng lên tác động
qua khâu số(9) và số (11) làm cho con lăn dán băng keo (13) thứ hai được nâng lên
.Dây băng keo bắt đầu được dán khi thùng giấy chạm vào con lăn (13) thứ nhất
Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 20


Đồ án thiết kế robot công nghiệp
.Thùng giấy di chuyển gần đến vị trí dao cắt (1) tác động vào khâu số (8) làm cho
dao cắt (1) hạ xuống .Khi thùng di chuyển ra khỏi khâu (8) không còn tác động vào
khâu này nên khâu (8) được nâng lên nhờ lò xo kéo (2) .Do dao cắt (1) được gắn
trên khâu số (8) nên khi thùng giấy đi ra khỏi khâu số (8) thì dao cắt (1) được nâng
lên đồng thời, cùng lúc đó dao cắt (1) cắt đứt dây băng keo .Sau khi băng keo được
cắt đứt, thùng giấy sau khi được dán băng keo mặt đáy di chuyển đến con lăn số
(13) thứ hai,con lăn này có nhiệm vụ ép chặt lại dây băng keo dán trên thùng giấy.

Quá trình dán băng keo mặt đáy thùng giấy kết thúc khi thùng giấy đi ra khỏi con
lăn (13) thứ hai

13

1

14

15

n

12

2

3

4

5 6

7

8

9

10

11

Hình 2.8 Quá trình dán băng keo mặt đáy thùng giấy kết thúc khi thùng giấy đi ra khỏi con
lăn (13) thứ hai

Sinh viên thực hiện: Tạ Văn Hợi
Nguyễn Hồng Thái

Page 21