Download miễn phí Đồ án Tìm hiểu về rôbôt công nghiệp
MỤC LỤC TRANG
LỜI NÓI ĐẦU .5
Chương I. Tổng quan về rôbôt 8
1.1.các kháI niệm về rôbôt .8
1.2. Phân loại . .9
1.2.1. Phân loại theo hình học không gianhoạt động .9
1.2.1.1. Rôbôt toạ độ vuông góc . .9
1.2.1.2. Rôbôt toạ độ trụ .9
1.2.1.3. Rôbôt toạ độ cầu .9
1.2.1.4.Rôbôt khớp bản lề .9
1.2.2. Phân loại theo thế hệ .9
1.2.2.1. Phân loại theo thế hệ thứ nhất .10
1.2.2.2. Phân loại theo thế hệ thứ 2 . 10
1.2.2.3. Phân loại theo thế hệ thứ 3 10
1.2.2.4. Phân loại theo thế hệ thứ 4 11
1.2.2.5. Phân loại theo thế hệ thứ 5 11
1.2.3.Phân loại theo điều khiển .11
1.2.3.1.Phân loại theo điều khiển hở .12
1.2.3.2. Phân loại theo điều khiển kín .12
1.2.4. Phân loại theo nguồn dẫn động .12
1.2.4.1. Theo nguồn cấp đIện .12
1.2.4.2. Theo nguồn khí nén .12
1.2.4.3. Theo nguồn thuỷ lực .12
1.3. Ứng dụng .12
1.3.1. Mục tiêu của ứng dụng 12
1.3.2. Các bước ứng dụng . 13
Chương II : Cấu tạo chung của rôbôt 15
2.Tay máy 15
2.1.1.Bậc tự do của tay máy .15
2.1.2.Tay máy toạ độ vuông góc .15
2.1.3.Tay máy toạ độ trụ .17
2.1.4.Tay máy toạ độ cầu .18
2.1.5.Tay máy toạ độ toàn khớp bản lề và SCARA 18
2.1.6.Cổ tay máy .18
2.1.7.Các chế độ hoạt động của tay máy và rôbôt công nghiệp .19
Chương III. Cơ sở lựa chọn rôbôt 21
3.1. Các thông số kỹ thuật .21
3.1.1. Sức nâng của tay máy 21
3.1.2. Số bậc tự do của phần công tác .22
3.1.3. Vùng cơ công tác .22
3.1.4. Độ chính xác định vị .22
3.1.5. Tốc độ định vị .23
3.1.6. Đặc tính của hệ điều khiển .23
3.1.6.1. Kiểu điều khiển 23
3.1.6.2. Bộ nhớ .23
3.1.6.3. Giao diện với thiết bị ngoại vi . 23
3.1.6.4. Các tiện ích .24
3.2. Thiết kế và tổ hợp .24
3.2.1. Các nguyên tắc chung 24
3.2.1.1. Đảm báo sự đồng bộ của hệ thống . 24
3.2.1.2. Xuất phát từ yêu cầu công nghệ . .24
3.2.1.3. Chọn kết cấu điển hình . .24
3.2.1.4. Đảm bảo sự hoà hợp với môi trường .25
3.2.1.5. Sự hoà hợp giữa rôbôt với người dùng . .25
3.2.1.6. Thiết kế có định hướng sản xuất . .25
3.2.2. Các công việc phải tiến hành khi thiết kế rôbôt . .25
3.2.3. Thiết kế theo phương pháp tổ hợp modul . 26
3.3. Một số kết cấu điển hình . 28
3.3.1. Rôbôt cố định trên nền . .28
3.3.2. Rôbôt cố định trên nền dùng toạ độ cầu 30
3.3.3. Rôbôt treo . 31
3.3.4. Rôbôt cố định thích nghi 31
3.4. Cơ cấu tay kẹp . .32
3.4.1. Khái niệm và phân loại .32
3.4.2. Kết cấu .33
3.4.2.1. Tay kẹp cơ khí .33
3.4.2.2.Tay kẹp dùng chân không và điện từ .35
3.4.2.3. Tay kẹp dùng buồng đàn hồi .35
3.4.2.4. Tay kẹp thích nghi .35
3.4.3 Phương pháp tính toán tay kẹp .36
3.4.3.1. Tính toán tay kẹp cơ khí .37
3.4.3.2. Tính toán tay kẹp chân không và điện từ .38
Chương IV: Hệ phương trình động học .38
4.1. Đặt vấn đề .38
4.2. Xác định trạng thái của rôbôt tại điểm tác động cuối . .38
4.3. Mô hình động học của công cụ .40
4.3.1. Ma trận quan hệ .40
4.3.2. Bộ thông số DH 41
4.3.2. Thiết lâp hệ toạ độ 41
4.3.4. Mô hình biến đổi .42
4.3.5. Mô hình toán đồ chuyển đổi .43
4.4. Trình tự thiết lập hệ phương trình động học của rôbôt 44
4.5. Mô hình đồ toán chuyển đổi .47
Chương V. Tổng hợp chuyển động của rôbôt .48
5.1. Nhiệm vụ tổng hợp chuyển động của rôbôt .48
5.2. Bài toán động học ngược .48
5.3. Các phương pháp giải các bài toán ngược 50
5.3.1. Trường hợp n bậc tự do .50
5.3.2. GiảI bài toán động học ngược của rôbôt stanford .51
Chương VI. Cơ sở điều khiển rôbôt 59
6.1. Khái niệm chung về điều khiển rôbôt .59
6.2. Cơ sở điều khiển rôbôt .61
6.2.1. Thiết kế quỹ đạo 61
6.2.1.1. Quỹ đạo trong không gian khớp .62
6.2.1.2. Quỹ đạo trong không gian công tác 62
6.2.2. Điều khiển chuyển động 62
6.2.2.1. Điều khiển trong không gian khớp .62
6.3. Hệ thống điều khiển rôbôt 65
6.3.1. Hệ thống chấp hành .65
6.3.1.1. Hệ thống truyền dẫn cơ khí .66
6.3.1.2. Động cơ 66
6.3.1.3. Khuyếch đại công suất .68
6.3.1.4. Nguồn cung cấp chính .68
6.3.2. Điều khiển động cơ servo 68
6.3.2.1. Điều khiển động cơ đIện .68
6.3.2.2. Điều khiển động cơ thuỷ lực 69
6.4. Hệ thống cảm biến .70
6.4.1.KháI niệm và phân loại 70
6.4.2. Nguyên lý làm việc .72
6.5. Hệ thống điều khiển 76
6.5.1. Kiến trúc chức năng .76
chương VII. Lập trình rôbôt .79
7.1. Giới thiệu .79
7.2. Mô tả vật thể và nhiệm vụ .81
7.2.1.Lập trình làm kiểu mẫu 81
7.2.2. Lập trình hướng đối tượng .83
7.3. Mô tả vật thể và nhiệm vụ .83
7.3.1. Mô tả vật thể .83
7.4. Mô tả nhiệm vụ .85
Chương VIII. .88
8.1. Giới thiệu chung 88
8.2. Truyền động cơ khí .89
8.2.1. Bộ truyền bánh răng sóng .89
8.2.2. Bộ truyền bánh răng con lăn – cycloid hành tinh 90
8.2.3. Truyền vít bi đai ốc .90
8.3. Ứng dụng truyền động đIện 91
8.3.1. Động cơ 1 chiều 91
8.3.2. Động cơ bước .93
8.4. Truyền động thuỷ khí .95
8.4.1. Khái niệm cơ bản .95
8.4.1.1. Các phương trình cơ bản làm việc ở chế độ bình ổn .96
8.4.1.2. Các phương trình cơ bản làm việc ở chế độ chuyển tiếp .98
8.5. Khí nén . 100
8.5.1. Đặc điểm chung. .100
8.5.2. Tính toán lựa chọn xylanh khí nén .110
8.6. Truyền động thuỷ lực .113
6.1. Đặc điểm chung 113
6.2. Truyền động thuỷ lực 114
6.3. Thiết bị điều khiển 117
Mục lục 120
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
á nhiều lời giải có thể tồn tại.Trong [35] đã tiến hành độc lập việc tìm thử một phương án cho trường hợp rôbôt n bậc tự do còn trong [38] lại đề xuất một phương án thực dụng, gọi là tên phương án “các nhóm 3”.
Xuất phát từ phương trình động học theo cơ bản (4.15) ta có:
Tn = A1A2…An = (5.1)
Các ma trận Ai (i = 1,2…n) là hàm các biến khớp qi véctơ định vị bàn kẹp hay “điểm tác động cuối ” p = (PxPyPz) cũng là hàm của các biến khớp qi. Vectơ định vị bàn kẹp hay “điểm tác động cuối” p = (PxPyPz)T cũng là hàm của qi. Các vectơ u, s, a là các véctơ đơn vị chỉ phương các trục của hệ toạ độ chỉ phương. Các vectơ trong hẹ tọa độ gắn liền với bàn kẹp hay “điểm tác động cuối” biểu diễn trong hệ tọa độ cố định XYZ. Các vectơ này vuông góc với nhau từng đôi một cho nên chín thành phần của chúng tồn tại độc lập chỉ có ba thành phần.
Hai ma trận ở vế trái và vế phải của phương trình (5.1) đều là các ma trận thuần nhất 4x4. So sánh các thành phần tử tương ứng của hai ma trận trên ta có 6 phương trình độc lập với các ẩn số qi (i = 1,2…n). Có 3 trường hợp có thể xẩy ra:
Nếu ẩn số (thường cũng là bậc tự do của rôbôt) n < 6 thì lời giải không hoàn chỉnh, tức là lúc này rôbôt không đưa bàn kẹp đến vị trí và định hướng mong muốn được hay có thể, ví dụ đạt tới vị trí nhưng không thoả mãn yêu cầu về định hướng. Trường hợp này cũng có thể áp dụng khi không có yêu cầu hoàn chỉnh về các thông số định vị và hướng của bàn kẹp.
Nếu n = 6 tức là ẩn số lớn hơn số phương trình thì bộ biến khớp q1 – q6 hoàn toàn xác định. Tuy nhiên lời giải không phải lúc nào cũng dễ dàng tìm ra bởi vì nói chung các phương trình này nói chung có thể là siêu việt và hệ phương trình này không phải là lúc nào cũng có độ hội tụ của lời giải.
Nếu n > 6, tức là ẩn số lớn hơn phương trình thì có khả năng nhiều lời giải, tức là cùng đạt tới một vị trí và hướng của bàn kẹp, có thể có nhiều thông số bộ biến khớp.
Xuất phát từ ý muốn để động cơ của rôbôt được nâng cao, tức là hoạt động linh hoạt hơn thì cơ cấu chấp hành như một cơ cấu không gian, phải có nhiều bậc tự do hơn 6. Khi đó cơ cấu của rôbôt có thể có nhiều phương án để đạt tới đích. Điều đó cũng rất cần thiết, nhất là khi môi trường làm việc có nhiều chướng ngại vật. Tuy nhiên trong lúc này lại nẩy sinh khó khăn trong tính toán vì sự đa trị của bài toán. Nhiều trường hợp máy tính không chọn được lời giải thích hợp hay chọn quá lâu nên không thể quyết định kịp thời các giá trị của biến khớp để điều khiển chuyển động của rôbôt. Sở dĩ như vậy là do khi giải bài toán thường gặp các hệ phương trình siêu việt như đã nói là không phải bao giờ cũng có lời giải. Ngoài ra có những lời giải là không được coi là thích hợp. Nếu chúng vượt qua ngoài phạm vi hạn chế của các biến khớp tuỳ từng trường hợp kết cấu của rôbôt.
5.3: Các phương pháp giải bài toán động học ngược.
5.3.1. Trường hợp rôbôt n bậc tự do.
Như đã đề cập ở phần trên, khi giải quyết nhiệm vụ tổng hợp quỹ đạo tổng hợp của rôbôt thường nhiều lần phải lặp laị việc giải bài toán động học ngược. Trong khá nhiều trường hợp giải bằng phương pháp số lại không xác định được lời giải thích hợp hay thời gian tìm kiếm lời giải quá lâu do gặp khó khăn như giải hệ phương trình siêu việt, hay vì tính đa trị của lời giải cũng như sự đa dạng của cấu hình trung gian của cơ cấu rôbôt vì vậy có nhiều công trình nghiên cứu để tìm lời giải cho bài toán động học ngược ở dạng công thức. Hầu hết các phương pháp đều dùng cho các trường hợp rôbôt cụ thể nào đó và tất cả đều là trường hợp 6 bậc tự do trở xuống.
Nội dung phương pháp trình bầy dưới đây là đối với trường hợp rôbôt n bậc tự do [35].
Vế trái của phương trình (5.1) theo ký hiệu như (4.7)á(4.9) có thể viết lại như sau:
Tn = Ti iTn. (5.2)
Nhân hai vế của (5.2) với Ti-1 ta có:
Ti iTn = iTn và vì Ti-1 = (A1A2….Ai)-1 = Ai-1…A-21A-11
ta có Ai-1…A-21A-11 1Ti = iTn (5.3)
Kết hợp với (5.1) ta có:
= Ai-1…A-21A-11 = iTn (5.4)
Với i thay đổi từ 1 đến n – 1.
ứng với mỗi giá trị của i, khi so sánh các phần tử tương ứng của hai ma trận ở hai vế của biểu thức (5.7) ta có 6 phương trình tồn tại độc lập để xác định biến khớp qi.
Như thế, bằng cách đó có nhiều khả năng để lựa chọn các bộ lời giải qi đa trị này. Trong nhiều trường hợp từ hệ các phương trình nàycó thể xác định qi bằng các biểu thức giải tích. Việc này rất quan trọng nhất là khi cần nhanh tróng có lời giải để có thời gian thực hiện điều khiển rôbôt. Tuy nhiên cũng tuỳ từng trường hợp vào loại rôbôt cụ thể mới nhận biết được từ các phương trình nào trong hệ các phương trình này có thể tìm được biểu thức tính qi ở dạng công thức.
5.3.2 Giải bài toán động học ngược của rôbôt Stanford [12]
Hệ phương trình động học của rôbôt được xác định như sau:
Rôbôt Stanford có 6 khâu với cấu hình RRTRRR (khâu thứ 3 là khớp tịnh tiến T, còn lại là các khớp quay). Kết cấu của rôbôt Stanford như hình 4.13 q2 trang 103.
Trên hình 4.14 trình bầy mô hình của rôbôt Stanford với việc gắn lên các hệ tọa độ trên từng khâu. Để đơn giản, trong khi viết các phương trình động học ta quy ước cách viết tắt các hàm lượng giác như sau:
C1 = cosq1 C2 = cosq2
S1 = sinq1 S2 = sinq2
C12 = cos(q1 + q2) S12 = sin(q1 + q2)
S234 = sin(q2 + q3 + q4)
C234 = cos(q2 + q3 + q4)
Hệ tọa độ gắn lên các khâu của rôbôt như hình 4.14 (kích thước của khâu chấp hành cuối có thể thay đổi) khi gắn các công cụ khác nhau nên ta chọn 05 = 06.
Bảng thông số DH của rôbôt Stanford như sau:
khâu
q
a
ai
di
khớp
1
q1*
- 90°
0
0
R
2
q2*
90°
0
d2
R
3
0
0
0
d3
T
4
q4*
-90°
0
0
R
5
q5*
90°
0
0
R
6
q6*
0
0
0
R
Các ma trận của Stanford được xác định như sau:
A1 = A2 =
A3 = A4 =
A5 = A6 =
Tích ma trận Ai đối với rôbôt stanford được bắt đầu ở khâu 6 và chuyển dần về gốc, theo thứ tự này ta có
5T6 = (4.21)
4T6 = A5A6 = (4.22)
3T6 = A4A5A6 =
2T6 = A3 A4A5A6 =
1T6 = A2A3A4A5A6 = (4.25)
Cuối cùng:
6T = = A1 1T6 (4.26)
Để tính T6, phải nhân A1 với 1T6 sau đó cân bằng các phần tử của ma trận T 6 ở cả hai vế, được hệ thống các phương trình sau:
ux = C1[ C2(C4C5C6 - d4d6) - d2d5d6] - d1(d4C5C6 + C4d6)
uy = d1[ C2(C4C5C6 - d4d6) - d2d5d6] + C1(d4C5C6 + C4d6)
uz = -d2(C4C5C6 - d4d6) - d2d5d6
Sx = C1[-C2(C4C5d6 + d4C6) + d2d5d6] - d1(-d4C5d6 + d4C6)
Sy = d1[-C2(C4C5d6 + d4C6) + d2d5d6] + C1(-d4C5C6 + C4C6)
Sz = d2(C4C5d6 + d4C6) + d2d5d6
ax = C1(C2C4d6 + d2C5) – d1d4d5
ay = d1(C2C4d6 + d2C5) + C1d4d5
az = -d2C4d5 + C2C5
px = C1d2d3 - d1d2
py = d1d2d3 + C1d2
pz = C2d3
Nếu biết được giá trị của biến khớp thì vị trí và hướng của bàn tay rôbôt sẽ tìm được bằng cách xác định các giá trị phần tử của T6 theo các phương trình trên.
Từ biểu thức 5.3 ứng với i = 1á5, lần lượt ta có:
A-11T6 = 1T6 (5.5)
A2-1A-11T6 = 2T6 (5.6)
A3-1A2-1A-11T6 = 3T6 (5.7)
A4-1A3-1A2-1A-11T6 = 4T6 (5.8)
A5-1A4-1A3-1A2-1A1-1T6 = 5T6 (5.9)
Sử dụng các biểu thức tương ứng tính vế trái của phương trình (5.5)
A-11T6 = (5.10)
A-11T6 =
Vế phải là ma trận (4.25) đối với 1T6. So s