Đồ án: Thiết kế và Tính toán Động học Robot Công Nghiệp - Ứng dụng Thực tế

Đồ án môn học thiết kế robot công nghiệp: Thiết kế, tính toán động học robot thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu công nghệ. Tham khảo ngay!

• Tác giả: Thân Mai Thanh Bình
• Người hướng dẫn: Vũ Đức Vương
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Và Tính Toán Động Học Cho Robot Thực Hiện Nhiệm Vụ Theo Yêu Cầu Công Nghệ
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
• 1.1. Giới thiệu về robot công nghiệp
• 1.2. Cấu trúc chung của Robot công nghiệp
• 1.3. Ứng dụng của Robot công nghiệp
• 2. CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC
• 2.1. Tổng quan về cấu trúc động học
• 2.2. Bài toán động học thuận
• 2.2.1. Mô hình động học robot
• 2.2.2. Xây dựng phương trình động học robot
• 2.3. Bài toán động học ngược
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUỸ DẠO CHO ROBOT
• 3.1. Thiết kế quỹ đạo chuyển động trong không gian khớp
• 3.2. Cơ sở nội suy không gian khớp

Tóm tắt

I. Robot Công Nghiệp Tổng Quan Cấu Trúc Ứng Dụng 55 ký tự

Robot công nghiệp đóng vai trò then chốt trong tự động hóa và CMCN 4.0. Robot công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như lắp ráp, hàn, sơn, gắp sản phẩm, và các công việc nguy hiểm. Chúng giúp nâng cao năng suất, độ chính xác và an toàn lao động. Ứng dụng robot công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới. Theo tài liệu, nhiều nước như Mỹ, Nhật, Pháp, Hàn Quốc đã sử dụng robotics trong sản xuất. Các hãng robot nổi tiếng bao gồm Mitsubishi, Siement, Honda, SONY. Các loại robot phổ biến là SCARA, PUMA, ASV, STANDFORD. Robot công nghiệp có cấu trúc chung gồm tay máy, cơ cấu chấp hành, hệ thống cảm biến và hệ thống điều khiển. Tay máy (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo lên sự khéo léo, linh hoạt Cơ cấu chấp hành 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 hoặc kết hợp giữa chúng. Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác. Các robot cần hệ thống sensor trong nhận biết trạng thái của bản thân và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường. Hệ thống điều khiển (controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát và điều khiển hoạt động của robot. Tự động hóa công nghiệp là xu hướng tất yếu để nâng cao năng lực cạnh tranh.

1.1. Cấu Tạo Phân Loại Robot Công Nghiệp Phổ Biến

Robot công nghiệp bao gồm tay máy (manipulator), cơ cấu chấp hành (actuator), hệ thống cảm biến (sensor system) và hệ thống điều khiển (controller). Tay máy tạo chuyển động, cơ cấu chấp hành cung cấp năng lượng, cảm biến thu thập thông tin và hệ thống điều khiển xử lý dữ liệu. Các loại robot phổ biến bao gồm SCARA, PUMA, ASV, STANDFORD... Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng và phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Cấu trúc robot có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc. Tay máy (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo lên sự khéo léo, linh hoạt Cơ cấu chấp hành 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 hoặc kết hợp giữa chúng. Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác. Các robot cần hệ thống sensor trong nhận biết trạng thái của bản thân và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường. Hệ thống điều khiển (controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát và điều khiển hoạt động của robot.

1.2. Các Ứng Dụng Robot Công Nghiệp Trong Sản Xuất

Ứng dụng robot công nghiệp rất đa dạng, từ phục vụ máy CNC, tự động hàn, cấp phôi đến lắp ráp, kiểm tra chất lượng và đóng gói sản phẩm. Robot hàn, robot sơn, robot lắp ráp là những ứng dụng phổ biến. Robot cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp đặc thù như ô tô, thực phẩm, dược phẩm và điện tử. Robot được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống của con người, trong đó robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng và nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: - Phục vụ máy CNC và các hệ thống tự động linh hoạt. - Tự động hàn. - Đảm nhận thực hiện cấp phôi phục vụ các nguyên công trong các dây chuyền sản xuất tự động.

1.3. Tiêu Chí Lựa Chọn Robot Công Nghiệp Phù Hợp

Việc lựa chọn robot công nghiệp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ, tải trọng, tầm với, độ chính xác và môi trường làm việc. Cần xác định rõ mục tiêu, phân tích các thông số kỹ thuật và đánh giá khả năng đáp ứng của robot. Các yếu tố khác như chi phí, độ tin cậy và khả năng tích hợp cũng cần được xem xét. Từ yêu cầu công nghệ: - Khoảng cách gần nhất trên hình chiều đứng là 3400 mm và độ cao lệch nhau khoảng 1200 mm. - Khoảng cách ngắn nhất của 2 vị trí ô chứa trên hình chiếu bằng là 1700 mm .  Vì vậy ta cần chọn robot chuỗi có tầm với lớn hơn 1700 mm

II. Thiết Kế Động Học Robot Bài Toán Thuận Bài Toán Ngược 59 ký tự

Động học robot là lĩnh vực nghiên cứu về chuyển động của robot mà không quan tâm đến lực và mô-men. Bài toán động học thuận xác định vị trí và hướng của tay kẹp khi biết các biến khớp. Bài toán động học ngược xác định các biến khớp cần thiết để robot đạt được vị trí và hướng mong muốn. Giải quyết hai bài toán này là nền tảng cho điều khiển robot và lập kế hoạch quỹ đạo chuyển động. Thiết kế robot phải đảm bảo độ chính xác và ổn định của chuyển động. Có hai loại bài toán chính trong động học robot: + Bài toán động học thuận: chúng ta cần xác định phương trình động học của robot và vị trí của tay kẹp dựa trên chương trình chuyển động. + Bài toán động học ngược: chúng ta cần xác định các biến khớp để đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các chuyển động đã cho trước.

2.1. Mô Hình Hóa Động Học Robot Bảng Thông Số D H

Mô hình hóa động học robot sử dụng các phương pháp toán học như ma trận biến đổi đồng nhất và bảng thông số Denavit-Hartenberg (D-H). Bảng D-H mô tả mối quan hệ giữa các khớp và khâu của robot. Các thông số D-H bao gồm chiều dài khâu, góc xoắn, khoảng cách khớp và góc khớp. Từ thông số như trên ta tiến hành lược đồ hóa robot.2: mô động học robot IRB 6700.1 Tiến hành đặt hệ trục tọa độ , lập bảng D-H.1: thông số bảng D-H. Mô hình động học robot giúp xác định phương trình động học.

2.2. Xây Dựng Phương Trình Động Học Thuận Cho Robot

Phương trình động học thuận biểu diễn mối quan hệ giữa các biến khớp và vị trí, hướng của tay kẹp. Phương trình này được xây dựng bằng cách nhân các ma trận biến đổi đồng nhất liên tiếp nhau. Kết quả là một ma trận mô tả vị trí và hướng của hệ tọa độ công cụ so với hệ tọa độ gốc. Xác định hướng và vị trí tay kẹp: [ ] ( cos α i ) - ( sin α i ) * ( cos β i ) ( sin α i ) * ( sin β i ) ( ai * cos α i ) A ii - 1 = ( sin α i ) ( cos α i ) * ( cos β i ) - ( cos α i ) * ( sin β i ) ( ai * sin α i ) 0 ( sin β i ) ( cos β i ) di 0 0 0 1

2.3. Phương Pháp Giải Bài Toán Động Học Ngược Hiệu Quả

Giải bài toán động học ngược phức tạp hơn bài toán thuận. Có nhiều phương pháp giải như phương pháp đại số, phương pháp hình học và phương pháp số. Phương pháp số thường được sử dụng khi không có giải pháp đại số hoặc hình học. Solver tên Excel được dùng để giải bài toán này.  Sử dụng pháp số GRG Nonlinear để giải bài toán: Phương pháp này là tìm giá trị gần đúng nhất của biến khớp mà sai số của nó nằm trong phạm vi cho phép. Cân bằng các phần tử của hai ma trận tọa độ lý thuyết và tọa độ thực ta có hệ phương trình.

III. Thiết Kế Quỹ Đạo Robot Tối Ưu Hóa Chuyển Động 53 ký tự

Thiết kế quỹ đạo robot là quá trình lập kế hoạch chuyển động của robot từ điểm đầu đến điểm cuối, đảm bảo các yêu cầu về vận tốc, gia tốc và độ trơn tru. Quỹ đạo được thiết kế trong không gian khớp hoặc không gian Descartes. Tối ưu hóa quỹ đạo giúp giảm thiểu thời gian thực hiện, tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ của robot. Quỹ đạo không gian khớp có dạng hàm bậc 3: 3 2 u ( t ) = a1 t + b1 t + c 1 t + d 1 (*). Phương trình tiếp tuyến với quỹ đạo U(t) hay phương trình vận tốc tại thời điểm t là : ' 2 u ( t ) = 3. b1 t + c 1

3.1. Nội Suy Quỹ Đạo Trong Không Gian Khớp Chi Tiết

Nội suy quỹ đạo trong không gian khớp sử dụng các hàm đa thức hoặc spline để tạo ra quỹ đạo trơn tru. Các điều kiện biên như vị trí, vận tốc và gia tốc tại điểm đầu và điểm cuối được sử dụng để xác định các hệ số của hàm nội suy. Xét ui ( t )  Điều kiện về vận tốc công nghệ tại điểm đầu và cuối quỹ đạo. u̇ = 0  Điều kiện đi qua: {ui ( t i - 1 )= q i - 1 ui ( t i )= q i

3.2. Lập Trình Điều Khiển Robot Thực Hiện Quỹ Đạo

Lập trình robot để thực hiện quỹ đạo yêu cầu sử dụng ngôn ngữ lập trình robot và phần mềm điều khiển. Quỹ đạo được chuyển đổi thành các lệnh điều khiển động cơ để robot di chuyển theo kế hoạch. Các thuật toán điều khiển như PID được sử dụng để duy trì độ chính xác của quỹ đạo. Plot (t, u) : đồ thị. Hold on : giữ đồ thị trước đó vẽ tiếp vào. Grid on: chia lưới đồ thị. Plot ( t,u,’lineWidth’,3) : tăng độ nét dày hơn cho đường đồ thị =3.

3.3. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quỹ Đạo Robot Cách Khắc Phục

Các yếu tố như tải trọng, quán tính và ma sát có thể ảnh hưởng đến quỹ đạo robot. Cần bù trừ các yếu tố này trong quá trình thiết kế và điều khiển. Các thuật toán điều khiển nâng cao như điều khiển thích nghi và điều khiển bền vững có thể được sử dụng để cải thiện độ chính xác và ổn định của quỹ đạo.

IV. Mô Phỏng Robot Kiểm Tra Thiết Kế Quỹ Đạo 51 ký tự

Phần mềm mô phỏng robot như SolidWorks, Inventor, MATLAB cho phép kiểm tra thiết kế cơ khí và quỹ đạo chuyển động trước khi triển khai thực tế. Mô phỏng giúp phát hiện lỗi, tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro. Kết quả mô phỏng được sử dụng để tinh chỉnh thiết kế và quỹ đạo. Hình 3.4: Mô phỏng hoạt động.1: robot ở vị trí home.4: robot mang vật ra vị trí O2 Hình 3.2: robot di chuyển tới vị trí O2.5: robot di chuyển vật tới vị trí home.3: robot di chuyển tới vị trí O1.

4.1. Sử Dụng Phần Mềm CAD CAM Trong Thiết Kế Robot

Phần mềm CAD (Computer-Aided Design) được sử dụng để thiết kế mô hình 3D của robot. Phần mềm CAM (Computer-Aided Manufacturing) được sử dụng để tạo ra chương trình gia công cho các bộ phận của robot. SolidWorks, Inventor là những phần mềm CAD/CAM phổ biến. Đây là đồ án đầu tiên mà em được làm, nhờ làm đồ án này, em rèn luyện tính tự giác, độc lâp và đặc biệt rèn luyện được tính kiên trì chủ động.  Em đã tự mình học được cách sử dụng cơ bản những phần mền matlab, autoCAD, inventor, solidworks,…

4.2. Kiểm Tra Va Chạm Phân Tích Ứng Suất Robot

Mô phỏng giúp kiểm tra va chạm giữa robot và môi trường làm việc. Phân tích ứng suất giúp đánh giá độ bền của các bộ phận robot. Kết quả phân tích được sử dụng để cải thiện thiết kế và đảm bảo an toàn.  Đồ án của em về cơ bản đã hoàn thành được nội dung lý thuyết các yêu cầu thiết kế và đã đạt được yêu cầu về kỹ thuật và ứng dụng. Robot có thể di chuyển được cánh tay, mang theo tay kẹp để kẹp gắp vật từ vị trí này đến vị trí kia.

4.3. Tích Hợp Mô Phỏng Với Hệ Thống Điều Khiển Robot

Mô phỏng có thể được tích hợp với hệ thống điều khiển robot để tạo ra môi trường ảo cho việc thử nghiệm và đào tạo. Điều này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí phát triển. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian làm đồ án như kiến thức chuyên môn chưa thật tốt và cũng là lần đầu tiên làm đồ án nên chưa có kinh nghiệm, đồ án bọn em chắc chắn vẫn còn nhiều hạn chế như tốc độ xử lý, điều khiển chưa thể hoàn hảo vẫn còn thiếu sót… Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô để đề tài đồ án của em có thể hoàn thiện hơn.

V. Ứng Dụng Robot Trong Ngành Xu Hướng Tiềm Năng 55 ký tự

Ứng dụng robot trong các ngành công nghiệp đang tăng trưởng mạnh mẽ. Robot cho ngành sản xuất, robot cho ngành ô tô, robot cho ngành thực phẩm, robot cho ngành dược phẩm, robot cho ngành điện tử là những ví dụ điển hình. Robot cộng tác (cobot) và robot di động tự hành (AMR) đang mở ra những cơ hội mới. Trong thời gian tới robot sẽ còn được sự dụng rộng rãi hơn nữa, nên việc nghiên cứu về robot là rất quan trọng. Ở nước ta lĩnh vực robot đã được nghiên cứu ở các trường đại học và trong các viện nghiên cứu và đã đặt nên móng cho sự phát triển của ngành khoa học non trẻ này ở Việt Nam.

5.1. Cobot AMR Giải Pháp Tự Động Hóa Linh Hoạt

Robot cộng tác (cobot) có thể làm việc an toàn cùng với con người. Robot di động tự hành (AMR) có khả năng di chuyển linh hoạt trong môi trường sản xuất. Hai loại robot này giúp tăng cường tính linh hoạt và hiệu quả của tự động hóa. Cùng với sự phát triển của khoa học, tin học và các ứng dụng của nó ngày càng trở nên quan trọng. Máy tính được sử dụng như là một công cụ thay thế con người trong việc tính toán các bài toán phức tạp. Nó giúp chúng ta đưa ra kết quả nhanh và chính xác.

5.2. Robot Vision Cảm Biến Nâng Cao Khả Năng Nhận Thức

Robot vision và cảm biến robot giúp robot nhận biết và tương tác với môi trường xung quanh. Robot vision cho phép robot "nhìn thấy" và "hiểu" hình ảnh. Cảm biến robot cung cấp thông tin về khoảng cách, lực, nhiệt độ và các thông số khác. Các robot cần hệ thống sensor trong nhận biết trạng thái của bản thân và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường.

5.3. An Toàn Robot Tiêu Chuẩn Trong Công Nghiệp

An toàn robot là yếu tố quan trọng hàng đầu khi triển khai robot trong công nghiệp. Cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và thực hiện các biện pháp phòng ngừa rủi ro. Robot safety phải được đảm bảo để bảo vệ con người và tài sản. Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên không liên quan đến những vi phạm bản quyền, quyền tác giả do chúng em gây ra trong quá trình thực hiện đồ án (nếu có). Nếu có bất kì vi phạm về bản quyền ,quyền tác giả chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước pháp luật.

VI. Tương Lai Robot Công Nghiệp Hướng Phát Triển Mới 51 ký tự

Tương lai của robot công nghiệp hứa hẹn nhiều đột phá. Trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (machine learning) và dữ liệu lớn (big data) sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển robot thông minh hơn, linh hoạt hơn và dễ sử dụng hơn. Sự phát triển của khoa học và CM công nghiệp 4.0 các robot ngày càng linh hoạt, thông minh và chính xác hơn. Trong thời gian tới robot sẽ còn được sự dụng rộng rãi hơn nữa, nên việc nghiên cứu về robot là rất quan trọng.

6.1. AI Machine Learning Robot Thông Minh Hơn

AI và machine learning cho phép robot tự học hỏi và thích nghi với môi trường thay đổi. Robot có thể tự động điều chỉnh quỹ đạo, tối ưu hóa quá trình sản xuất và dự đoán lỗi. Em đã tìm hiểu được thêm những thông tin tổng quan về Robot công nghiệp và thấy được tầm quan trọng của Robot trong cuộc sống hiện đại. Qua đây, em đã học được quy trình về thiết kế một sản phẩm robot và biết được cách kết hợp được những kiến thức lý thuyết được học trên lớp cộng với việc tra cứu tài liệu để giải được bài toán yêu cầu.

6.2. Robot Tự Tái Cấu Hình In 3D Sản Xuất Tùy Biến

Robot tự tái cấu hình có thể thay đổi cấu trúc và chức năng để đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau. In 3D cho phép sản xuất các bộ phận robot tùy biến và nhanh chóng.  Tiến hành thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot, nội suy quỹ đạo trong không gian khớp.  Tiến hành mô phỏng.

6.3. Robot Trong Nông Nghiệp Y Tế Các Lĩnh Vực Mới

Robot đang được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, y tế và các lĩnh vực mới. Robot có thể thực hiện các công việc như thu hoạch, phẫu thuật, chăm sóc bệnh nhân và thám hiểm không gian. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô để đề tài đồ án của em có thể hoàn thiện hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1. Giới thiệu về robot công nghiệp Robot công nghiệp có vị trí rất quan trọng trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, robot công nghiệp là một trong những ứng dụng tiên tiến của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực điều khiển tự động vào trong sản xuất. Trong sản xuất tự động, robot công nghiệp đáp ứng các công việc lặp đi lặp lại nhiều lần như: lắp ráp, đóng gói, vận chuyển sản phẩm; các công việc có độ chính xác rất cao như: lắp ráp các chi tiết máy nhỏ, mạch điện tử; hoặc các công việc nguy hiểm như: các thao tác trong nhà máy điện nguyên tử, các lò luyện kim loại, những nơi có nhiệt độ áp suất cao, dễ xảy ra cháy nổ…. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng Robot vào trong sản xuất như Mỹ, Nhật, Pháp, Hàn Quốc,… với nhiều dòng sản phẩm của các hãng như: Mitsubishi, Siement, Honda, SONY.

Các loại Robot phổ biến như SCARA, PUMA, ASV, STANDFORD,… 1. Cấu trúc chung của Robot công nghiệp Một RBCN được cấu thành bởi các hệ thống sau: Tay máy (Manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo lên sự khéo léo, linh hoạt Cơ cấu chấp hành 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 hoặc kết hợp giữa chúng.

Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác. Các robot cần hệ thống sensor trong nhận biết trạng thái của bản thân và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường. Hệ thống điều khiển (controller) hiện nay thường là máy tính để giám sát và điều khiển hoạt động của robot. Ứng dụng của Robot công nghiệp Robot được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống của con người, trong đó robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng và nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: - Phục vụ máy CNC và các hệ thống tự động linh hoạt.

- Tự động hàn. - Đảm nhận thực hiện cấp phôi phục vụ các nguyên công trong các dây chuyền sản xuất tự động.4 Xác định robot cần sử dụng. - Cho một nhu cầu trong sản xuất, cần di chuyển sản phẩm từ vị trí A (có dạng ngăn chứa sản phẩm) đến vị trí B (có dạng ngăn chứa sản phẩm) theo như mô tả trên hình.1: hình chiếu đứng mô phỏng vị trí tương quan giữa vị trí A và vị trí B.5 xác định thông số để lữa chọn robot phù hợp.  Từ yêu cầu công nghệ: - Khoảng cách gần nhất trên hình chiều đứng là 3400 mm và độ cao lệch nhau khoảng 1200 mm.

- Khoảng cách ngắn nhất của 2 vị trí ô chứa trên hình chiếu bằng là 1700 mm.  Vì vậy ta cần chọn robot chuỗi có tầm với lớn hơn 1700 mm 1.6 lựa chọn robot đáp ứng yêu cầu.  Sử dụng robot IRB 6700-2.85m của hãng ABB.2: robot ABB IRB 6700-2.7 xác định điểm đặt của robot. -Do khoảng cách ở giữa 2 bên đặt vật thể là 1285 mm nên đặt robot ở vị trí gang hàng với vị trí B.

-Gốc tọa độ O0 sẽ đc đặt trên mặt đất và cách một khoảng nhất định để phù hợp với tầm với của robot.8 phác họa không gian làm việc của robot.3: không gian làm việc của robot trên hình chiếu đứng.4: không gian làm việc của robot trên hình chiếu bằng Hình 1.4: tầm với của robot.9 đánh giá khả năng đáp ứng yêu cầu. Tầm với: robot IRB 6700 có tầm với 2845mm (>1200 mm). Khả năng thao tác: robot IRB 6700-2.85 có khả năng thao tác trong không gian ba chiều, khả năng cơ động cao, chính xác và ổn định.  Vậy với yêu cầu công nghệ: di chuyển sản phẩm từ vị trí A đến vị trí B thì robot IRB 6700-2.85 có đủ khả năng thực hiện nhiệm vụ.

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC 2.1 tổng quan về cấu trúc động học. Động học robot là lĩnh vực nghiên cứu về các đặc trưng của chuyển động mà không quan tâm đến nguyên nhân gây ra chúng như lực và mô men. Nó tập trung vào vị trí, vận tốc và gia tốc của robot, chỉ liên quan đến hình học và thời gian thay đổi của chuyển động. Sự thay đổi của các khâu của robot được xác định bởi sự ràng buộc của các khớp, và việc nghiên cứu động học tập trung vào các quan hệ này.

-Có hai loại bài toán chính trong động học robot: + Bài toán động học thuận: chúng ta cần xác định phương trình động học của robot và vị trí của tay kẹp dựa trên chương trình chuyển động. + Bài toán động học ngược: chúng ta cần xác định các biến khớp để đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các chuyển động đã cho trước.2 bài toán động học thuận.1 Mô hình động học robot.1: thông số kích thước cơ bản của robot.  Từ thông số như trên ta tiến hành lược đồ hóa robot.2: mô động học robot IRB 6700.2 Xây dựng phương trình động học robot.1 Tiến hành đặt hệ trục tọa độ , lập bảng D-H.1: thông số bảng D-H.  Xác định hướng và vị trí tay kẹp: [ ] ( cos α i ) - ( sin α i ) * ( cos β i ) ( sin α i ) * ( sin β i ) ( ai * cos α i ) A ii - 1 = ( sin α i ) ( cos α i ) * ( cos β i ) - ( cos α i ) * ( sin β i ) ( ai * sin α i ) 0 ( sin β i ) ( cos β i ) di 0 0 0 1 - Ma trận mô tả vị trí và hướng của O1 đối với O0 : [ ] cos α 1 0 sin α 1 a 1 * cos α 1 sin α 1 0 - cos α 1 a 1 * sin α 1 A 10 = 0 1 0 d1 0 0 0 1 A01=[cos(q1) 0 sin(q1) a1*cos(q1);sin(q1) 0 -cos(q1) a1*sin(q1);0 1 0 d1;0 0 0 1] - Ma trận mô tả vị trí và hướng của O2 đối với O1 : [ ] cos α 2 - sin α 2 0 a 2 cos α 2 1 sin α 2 cos α 2 0 a 2 sin α 2 A2 = 0 0 1 0 0 0 0 1 A12=[cos(q2) -sin(q2) 0 a2*cos(q2);sin(q2) cos(q2) 0 a2*sin(q2);0 0 1 0;0 0 0 1] - Ma trận mô tả vị trí và hướng của O3 đối với O2 : [ ] cos α 3 0 sin α 3 a 3 cos α 3 2sin α 3 0 - cos α 3 a 3 sin α 3 A =3 0 1 0 0 0 0 0 1 A23=[cos(q3) 0 sin(q3) a3*cos(q3);sin(q3) 0 -cos(q3) a3*sin(q3);0 1 0 0;0 0 0 1] - Ma trận mô tả vị trí và hướng của O4 đối với O3 : [ ] cos α 4 0 - sin α 4 0 sin α 4 0 cos α 4 0 A 34 = 0 1 0 d4 0 0 0 1 A34=[cos(q4) 0 -sin(q4) 0;sin(q4) 0 cos(q4) 0;0 1 0 d4;0 0 0 1] - Ma trận mô tả vị trí và hướng của O5 đối với O4 : [ ] cos α 5 0 sin α 5 0 sin α 5 0 - cos α 5 0 A 54 = 0 1 0 0 0 0 0 1 A45=[cos(q5) 0 sin(q5) 0;sin(q5) 0 -cos(q5) 0;0 1 0 0;0 0 0 1] - Ma trận mô tả vị trí và hướng của O6 đối với O5 : [ ] cos α 6 - sin α 6 0 0 sin α 6 cos α 6 0 0 A 56 = 0 0 1 d6 0 0 0 1 A56=[cos(q6) -sin(q6) 0 0;sin(q6) cos(q6) 0 0;0 0 1 d6;0 0 0 1] 0 0 0 1 2 3 4 5 Ma trận A 6 : A 6 = A 1 * A 2 * A 3 * A 4 * A 5 * A 6= [ sin(q6)*(cos(q4)*sin(q1) - sin(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) + cos(q6)*(cos(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) + sin(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2))), cos(q6)*(cos(q4)*sin(q1) - sin(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) - sin(q6)*(cos(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) + sin(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2))), sin(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) - cos(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2)), a1*cos(q1) + d6*(sin(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) - cos(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2))) + d4*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2)) + a2*cos(q1)*cos(q2) + a3*cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - a3*cos(q1)*sin(q2)*sin(q3)] [- sin(q6)*(cos(q1)*cos(q4) - sin(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - cos(q6)*(cos(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - sin(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2))), sin(q6)*(cos(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - sin(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2))) - cos(q6)*(cos(q1)*cos(q4) - sin(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))), - sin(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - cos(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2)), d4*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2)) + a1*sin(q1) - d6*(sin(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) + cos(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2))) + a2*cos(q2)*sin(q1) + a3*cos(q2)*cos(q3)*sin(q1) - a3*sin(q1)*sin(q2)*sin(q3)] [ - cos(q6)*(sin(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) - cos(q4)*cos(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2))) - sin(q4)*sin(q6)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2)), sin(q6)*(sin(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) - cos(q4)*cos(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2))) - cos(q6)*sin(q4)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2)), cos(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) + cos(q4)*sin(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2)), d1 - d4*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) + d6*(cos(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) + cos(q4)*sin(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2))) + a2*sin(q2) + a3*cos(q2)*sin(q3) + a3*cos(q3)*sin(q2)] [ 0, 0, 0, 1] Ma trận xác định hướng và vị trí của hệ tọa độ O 0 so với hệ tọa độ O 6 [ ] nx sx ax px n s ay py A P = A 60 = A 10 * A 12 * A 23 * A 34 * A 54 * A 56 = y y nz sz az pz 0 0 0 1  Đồng nhất hệ số với ma trận trên ta được hệ phương trình động học thuận của robot sau: + nx=sin(q6)*(cos(q4)*sin(q1) - sin(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) + cos(q6)*(cos(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) + sin(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2))) + sx= cos(q6)*(cos(q4)*sin(q1) - sin(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) - sin(q6)*(cos(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) + sin(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2))) + ax= sin(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) - cos(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2)) + ny= a1*cos(q1) + d6*(sin(q5)*(sin(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - cos(q1)*sin(q2)*sin(q3))) - cos(q5)*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2))) + d4*(cos(q1)*cos(q2)*sin(q3) + cos(q1)*cos(q3)*sin(q2)) + a2*cos(q1)*cos(q2) + a3*cos(q1)*cos(q2)*cos(q3) - a3*cos(q1)*sin(q2)*sin(q3) + sy= - sin(q6)*(cos(q1)*cos(q4) - sin(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - cos(q6)*(cos(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - sin(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2))) + ay= sin(q6)*(cos(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - sin(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2))) - cos(q6)*(cos(q1)*cos(q4) - sin(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) + nz= - sin(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) - cos(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2)) + sz= d4*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2)) + a1*sin(q1) - d6*(sin(q5)*(cos(q1)*sin(q4) + cos(q4)*(sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) - cos(q2)*cos(q3)*sin(q1))) + cos(q5)*(cos(q2)*sin(q1)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q1)*sin(q2))) + a2*cos(q2)*sin(q1) + a3*cos(q2)*cos(q3)*sin(q1) - a3*sin(q1)*sin(q2)*sin(q3) +az= - cos(q6)*(sin(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) - cos(q4)*cos(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2))) - sin(q4)*sin(q6)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2)) + px = sin(q6)*(sin(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) - cos(q4)*cos(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2))) - cos(q6)*sin(q4)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2)) + py =cos(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) + cos(q4)*sin(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2)) + pz = d1 - d4*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) + d6*(cos(q5)*(cos(q2)*cos(q3) - sin(q2)*sin(q3)) + cos(q4)*sin(q5)*(cos(q2)*sin(q3) + cos(q3)*sin(q2))) + a2*sin(q2) + a3*cos(q2)*sin(q3) + a3*cos(q3)*sin(q2) - Với kết quả như trên ta biết : +) Vị trí tay kẹp mô tả qua vector P = ( p x , p y , p z ) [ ] nx sx ax +) Hướng của tay kẹp mô tả qua ma trận n y s y a y nz sz az 2.3 bài toán động học ngược.