Đồ án: Thiết kế hệ dẫn động Robot 4 bậc tự do - ĐHBK Hà Nội

Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cho robot 4 bậc tự do. Thiết kế hệ thống dẫn động, đảm bảo vecto bàn tay kẹp gần đúng đối tượng theo hướng x0.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Hải Nam
• Người hướng dẫn: Gs. Phạm Văn Hùng
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Dẫn Động Cho Robot 4 Bậc Tự Do Có Vecto Bàn Tay Kẹp Tiệm Cận Đối Tượng Theo Hướng - X 0
• Loại tài liệu: Đồ án thiết kế
• Năm xuất bản: K66
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU ROBOT HARMO UE700SW-2R
• 1.1. Thiết lập sơ đồ động học
• 1.2. Thiết lập bảng thông số D-H và phương trình động học. Xác định bộ thông số D-H
• 1.3. Thiết lập các mô hình biến đổi và các ma trận biến đổi
• 1.4. Bậc tự do tịnh tiến các trục Robot Harmo UE700SW-2R
• 2. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC VÀ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC TRUYỀN DẪN HỆ THỐNG THIẾT KẾ MỚI
• 2.1. Thiết lập sơ đồ động học
• 2.2. Thiết lập bảng thông số D-H và phương trình động học. Xác định bộ thông số D-H
• 2.3. Thiết lập các mô hình biến đổi và các ma trận biến đổi
• 3. CHƯƠNG III THIẾT KẾ TRUYỀN DẪN CHO CÁC BẬC TỰ DO CỦA ROBOT MỚI
• 3.1. Tính toán dẫn động bậc tự do tịnh tiến bằng động cơ
• 3.2. Tính toán lựa chọn bánh răng thanh răng dẫn động
• 3.3. Tính toán lựa chọn dẫn hướng chuyển động
• 3.4. Tính toán dẫn động bậc tự do tịnh tiến bằng khí nén
• 3.5. Tính toán di chuyển của khâu tịnh tiến theo trục X

Tóm tắt

I. Tổng Quan Robot 4 Bậc Tự Do Thiết Kế Ứng Dụng Tương Lai

Robot 4 bậc tự do (4-DOF) đóng vai trò quan trọng trong automation và robotics, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp. Chúng cung cấp sự linh hoạt cần thiết cho nhiều tác vụ, từ gắp và đặt đơn giản đến lắp ráp phức tạp. Bài viết này đi sâu vào thiết kế hệ dẫn động Robot 4 bậc tự do, từ nguyên lý hoạt động đến các phương pháp tính toán và lựa chọn thành phần. Mục tiêu là cung cấp một cái nhìn toàn diện về chủ đề này, giúp người đọc hiểu rõ hơn về những thách thức và cơ hội trong lĩnh vực này. Một ví dụ điển hình là robot Harmo UE700SW-2R, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thực tế. Các thông số cơ bản của robot này bao gồm 4 bậc tự do (3 tịnh tiến, 1 quay), khả năng tải 2kg và kích thước cơ bản được chỉ định cụ thể. Robot 4 bậc tự do là một phần của hệ thống cơ điện tử phức tạp, đòi hỏi sự tích hợp giữa cơ khí và điện tử. Việc thiết kế cơ cấu robot 4 bậc tự do cần xem xét đến nhiều yếu tố, bao gồm động học, động lực học, và điều khiển. Các phần mềm mô phỏng robot giúp tối ưu hóa thiết kế và dự đoán hiệu suất của robot trong các điều kiện khác nhau. Thiết kế hệ thống truyền động robot cũng cần tính đến các yêu cầu về tốc độ, độ chính xác, và khả năng chịu tải. Theo tài liệu, "Robot Harmo UE700SW-2R là cơ sở cho thiết kế robot mới" (Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cho hệ thống cơ điện tử).

1.1. Giới Thiệu Cấu Tạo Robot 4 Bậc Tự Do SCARA Delta

Robot 4 bậc tự do thường bao gồm các cấu trúc SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) và Delta. Cấu trúc SCARA nổi bật với khả năng di chuyển nhanh và chính xác trong mặt phẳng ngang, rất phù hợp cho các ứng dụng lắp ráp và chọn gắp. Cấu trúc Delta, mặt khác, có ưu điểm về tốc độ và khả năng chịu tải, thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao và tải trọng lớn. Cấu trúc cơ bản của robot 4 bậc tự do bao gồm các khớp quay và khớp tịnh tiến. Số lượng và vị trí của các khớp này xác định phạm vi làm việc và khả năng di chuyển của robot. Các khớp robot thường được dẫn động bằng động cơ robot và bộ truyền động robot, bao gồm hộp giảm tốc, đai răng, và vít me bi. Vật liệu chế tạo robot thường là hợp kim nhôm hoặc thép, đảm bảo độ cứng vững và khả năng chịu tải. Việc lựa chọn vật liệu và cấu trúc phù hợp là yếu tố quan trọng trong thiết kế robot.

1.2. Ứng Dụng Thực Tế Của Robot Công Nghiệp 4 Bậc Tự Do

Robot 4 bậc tự do được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Trong ngành sản xuất điện tử, chúng được sử dụng để lắp ráp các linh kiện nhỏ và kiểm tra chất lượng sản phẩm. Trong ngành thực phẩm và đồ uống, chúng được sử dụng để đóng gói và phân loại sản phẩm. Trong ngành ô tô, chúng được sử dụng để hàn, sơn, và lắp ráp các bộ phận. Ngoài ra, robot 4 bậc tự do còn được sử dụng trong các ứng dụng y tế, như phẫu thuật hỗ trợ và phục hồi chức năng. Ứng dụng robot 4 bậc tự do ngày càng trở nên phổ biến do khả năng tăng năng suất, giảm chi phí, và cải thiện chất lượng sản phẩm. Theo tài liệu, robot Harmo UE700SW-2R có thể thực hiện các tác vụ như "gắp và đặt" với độ chính xác cao, giúp tăng hiệu quả sản xuất.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Hệ Dẫn Động Robot 4 Bậc

Thiết kế hệ dẫn động robot 4 bậc tự do không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác và độ lặp lại của robot. Sai số trong hệ dẫn động có thể dẫn đến sai số trong vị trí và hướng của bàn kẹp, ảnh hưởng đến hiệu suất của robot. Thách thức khác là lựa chọn các thành phần phù hợp, bao gồm động cơ, hộp giảm tốc, và cảm biến. Các thành phần này phải đáp ứng các yêu cầu về tốc độ, mô-men xoắn, độ chính xác, và độ bền. Ngoài ra, việc tích hợp các thành phần này vào hệ thống cơ khí cũng là một thách thức không nhỏ. Việc tính toán động lực học robot 4 bậc tự do phức tạp đòi hỏi các công cụ và kỹ thuật tiên tiến. Việc lựa chọn các hệ truyền động phù hợp là rất quan trọng. Từ tài liệu tham khảo, "Các khớp động 1, 2, 3 đều là các khớp tịnh tiến".

2.1. Vấn Đề Độ Chính Xác Điều Khiển Chuyển Động Robot

Độ chính xác và độ lặp lại là hai yếu tố quan trọng trong thiết kế robot. Độ chính xác là khả năng của robot để đạt được vị trí và hướng mong muốn. Độ lặp lại là khả năng của robot để trở lại vị trí và hướng đó nhiều lần. Để đạt được độ chính xác và độ lặp lại cao, cần phải kiểm soát sai số trong hệ dẫn động và sử dụng các thuật toán điều khiển chuyển động robot tiên tiến. Các thuật toán điều khiển này có thể bù trừ các sai số do ma sát, độ trễ, và các yếu tố khác. Ngoài ra, việc sử dụng các cảm biến chính xác, như encoder và gia tốc kế, cũng giúp cải thiện độ chính xác và độ lặp lại của robot. Việc hiệu chỉnh robot định kỳ cũng là cần thiết để duy trì hiệu suất của robot.

2.2. Lựa Chọn Động Cơ Robot Hệ Thống Truyền Động Tối Ưu

Việc lựa chọn động cơ robot và hệ thống truyền động robot phù hợp là yếu tố quan trọng trong thiết kế robot. Động cơ phải có đủ mô-men xoắn để di chuyển các khớp robot, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu về tốc độ và độ chính xác. Hệ thống truyền động phải truyền mô-men xoắn từ động cơ đến các khớp robot một cách hiệu quả, đồng thời phải giảm thiểu sai số và độ trễ. Các loại động cơ thường được sử dụng trong robot bao gồm động cơ DC, động cơ AC servo, và động cơ bước. Các loại hệ thống truyền động thường được sử dụng bao gồm hộp giảm tốc, đai răng, và vít me bi. Việc lựa chọn động cơ và hệ thống truyền động phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

III. Cách Thiết Kế Hệ Dẫn Động Robot 4 Bậc Tự Do Hiệu Quả

Thiết kế hệ dẫn động robot 4 bậc tự do hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Đầu tiên, cần phải xác định các yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm phạm vi làm việc, khả năng chịu tải, tốc độ, độ chính xác, và độ lặp lại. Sau đó, cần phải lựa chọn các thành phần phù hợp và tích hợp chúng vào hệ thống cơ khí một cách hiệu quả. Cuối cùng, cần phải kiểm tra và đánh giá hiệu suất của robot trong các điều kiện khác nhau. Theo tài liệu, việc "thiết lập sơ đồ động học" là một bước quan trọng trong thiết kế robot Harmo. Việc mô phỏng robot có thể giúp giảm đáng kể thời gian phát triển. Một cách tốt để phân tích robot là sử dụng các công cụ cơ điện tử chuyên dụng.

3.1. Phương Pháp Tính Toán Động Học Động Lực Học Robot

Việc tính toán động học robot 4 bậc tự do và tính toán động lực học robot 4 bậc tự do là yếu tố then chốt cho thiết kế. Động học liên quan đến việc xác định vị trí và hướng của bàn kẹp robot dựa trên vị trí của các khớp. Động lực học liên quan đến việc xác định lực và mô-men xoắn cần thiết để di chuyển các khớp robot. Các phương pháp tính toán động học và động lực học bao gồm phương pháp Denavit-Hartenberg (D-H), phương pháp Lagrange, và phương pháp Newton-Euler. Các phương pháp này cho phép xác định các thông số quan trọng, như ma trận biến đổi, phương trình động học, và phương trình động lực học. Các phần mềm mô phỏng robot thường cung cấp các công cụ để tự động hóa các tính toán này.

3.2. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng Robot Để Tối Ưu Thiết Kế

Phần mềm mô phỏng robot là công cụ quan trọng giúp tối ưu hóa thiết kế robot. Các phần mềm này cho phép mô phỏng hoạt động của robot trong môi trường ảo, giúp dự đoán hiệu suất của robot trong các điều kiện khác nhau. Các phần mềm mô phỏng robot cũng cung cấp các công cụ để phân tích động học, động lực học, và điều khiển của robot. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng robot giúp giảm thời gian phát triển, giảm chi phí thử nghiệm, và cải thiện hiệu suất của robot. Một vài phần mềm phổ biến là Matlab, Simulink và các phần mềm chuyên dụng khác. Từ tài liệu tham khảo, việc "thiết lập bảng thông số D-H" là một bước cần thiết trong quá trình thiết kế.

IV. Nghiên Cứu Robot HARMO UE700SW 2R Phân Tích Cải Tiến

Robot HARMO UE700SW-2R là một ví dụ điển hình về robot 4 bậc tự do được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nghiên cứu robot này giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố quan trọng trong thiết kế robot, bao gồm cấu trúc cơ khí, hệ dẫn động, và hệ điều khiển. Phân tích robot HARMO UE700SW-2R có thể cung cấp các thông tin hữu ích để cải tiến thiết kế robot và phát triển các ứng dụng mới. Theo tài liệu, robot HARMO có các thông số kỹ thuật cụ thể, như số bậc tự do, khối lượng gắp, và chiều cao thân robot. Nghiên cứu cho thấy rằng cần phải có các thiết kế cơ cấu robot 4 bậc tự do tối ưu cho từng nhu cầu cụ thể.

4.1. Đánh Giá Ưu Điểm Nhược Điểm Của Robot HARMO UE700SW 2R

Robot HARMO UE700SW-2R có nhiều ưu điểm, bao gồm cấu trúc đơn giản, độ tin cậy cao, và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, robot này cũng có một số nhược điểm, bao gồm khả năng chịu tải hạn chế và độ chính xác không cao. Việc đánh giá ưu điểm và nhược điểm của robot HARMO UE700SW-2R giúp xác định các lĩnh vực cần cải tiến. Theo tài liệu, robot HARMO sử dụng "cụm nhân đôi tốc độ" và "cụm nhân đôi hành trình ở trục Z", cho thấy sự tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của robot.

4.2. Đề Xuất Giải Pháp Cải Tiến Hệ Dẫn Động Điều Khiển Robot

Để cải tiến robot HARMO UE700SW-2R, có thể áp dụng các giải pháp sau: Sử dụng động cơ và hộp giảm tốc có hiệu suất cao hơn, sử dụng các cảm biến chính xác hơn, và phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến hơn. Ngoài ra, có thể cải tiến cấu trúc cơ khí của robot để tăng khả năng chịu tải và độ cứng vững. Việc áp dụng các giải pháp này có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của robot HARMO UE700SW-2R. Các vấn đề liên quan đến điều khiển robot 4 bậc tự do là quan trọng. Từ tài liệu tham khảo, "Hệ thống khí nén của Robot". Cần đảm bảo hệ thống nhúng hoạt động ổn định.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Thiết Kế Hệ Truyền Động Cho Robot Mới

Dựa trên các nguyên tắc và phương pháp đã trình bày, có thể thiết kế hệ thống truyền động robot cho một robot 4 bậc tự do mới. Quá trình thiết kế bao gồm các bước sau: Xác định yêu cầu của ứng dụng, lựa chọn các thành phần phù hợp, tích hợp các thành phần vào hệ thống cơ khí, và kiểm tra và đánh giá hiệu suất của robot. Việc thiết kế thiết kế hệ thống dẫn động robot 4 bậc tự do cần tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định liên quan. Cần có mô hình robot 4 bậc tự do chi tiết. Từ tài liệu tham khảo, "Thiết lập các mô hình biến đổi và các ma trận biến đổi".

5.1. Lựa Chọn Tính Toán Thông Số Động Cơ Hộp Giảm Tốc

Việc lựa chọn và tính toán thông số động cơ và hộp giảm tốc là bước quan trọng trong thiết kế hệ truyền động. Động cơ phải có đủ mô-men xoắn để di chuyển các khớp robot, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu về tốc độ và độ chính xác. Hộp giảm tốc phải truyền mô-men xoắn từ động cơ đến các khớp robot một cách hiệu quả, đồng thời phải giảm thiểu sai số và độ trễ. Các thông số cần tính toán bao gồm mô-men xoắn, tốc độ, công suất, và tỷ số truyền. Việc lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

5.2. Thiết Kế Cơ Cấu Truyền Động Bánh Răng Đai Răng Vít Me Bi

Cơ cấu truyền động bánh răng, đai răng, và vít me bi được sử dụng rộng rãi trong robot. Cơ cấu bánh răng có ưu điểm về độ bền và khả năng chịu tải cao. Cơ cấu đai răng có ưu điểm về độ ồn thấp và khả năng truyền động ở khoảng cách xa. Cơ cấu vít me bi có ưu điểm về độ chính xác cao và khả năng chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến một cách hiệu quả. Việc lựa chọn cơ cấu truyền động phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Cần tính toán các thông số như số răng, bước răng, và đường kính để đảm bảo hiệu suất truyền động cao.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Robot 4 Bậc Tự Do Tương Lai

Robot 4 bậc tự do đóng vai trò quan trọng trong automation và robotics. Việc thiết kế hệ dẫn động robot 4 bậc tự do hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này tiếp tục mở ra những cơ hội mới cho các ứng dụng robot. Trong tương lai, robot 4 bậc tự do sẽ ngày càng trở nên thông minh, linh hoạt, và dễ sử dụng. Việc mô phỏng robot sẽ càng trở nên quan trọng trong quá trình thiết kế. Các hệ thống điều khiển chuyển động robot sẽ ngày càng phức tạp và hiệu quả hơn. Cần chú trọng đến thiết kế cơ cấu robot 4 bậc tự do để nâng cao hiệu suất. Từ tài liệu tham khảo, "Các khớp động 1, 2, 3 đều là các khớp tịnh tiến" .

6.1. Tích Hợp Trí Tuệ Nhân Tạo Machine Learning Vào Robot

Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và machine learning (ML) vào robot 4 bậc tự do sẽ mở ra những khả năng mới. Robot có thể học hỏi từ kinh nghiệm, thích nghi với môi trường thay đổi, và thực hiện các tác vụ phức tạp một cách tự động. AI và ML có thể được sử dụng để cải thiện khả năng nhận dạng vật thể, lập kế hoạch đường đi, và điều khiển chuyển động của robot. Trong tương lai, robot 4 bậc tự do sẽ trở thành những cộng sự thông minh và linh hoạt, giúp con người giải quyết các vấn đề khó khăn.

6.2. Phát Triển Các Ứng Dụng Robot Mới Trong Y Tế Dịch Vụ

Robot 4 bậc tự do có tiềm năng lớn trong các ứng dụng y tế và dịch vụ. Trong y tế, robot có thể được sử dụng để phẫu thuật hỗ trợ, phục hồi chức năng, và chăm sóc bệnh nhân. Trong dịch vụ, robot có thể được sử dụng để giao hàng, dọn dẹp, và phục vụ khách hàng. Việc phát triển các ứng dụng robot mới trong y tế và dịch vụ sẽ giúp cải thiện chất lượng cuộc sống và giải quyết các vấn đề xã hội. Các ứng dụng robot trong tương lai sẽ đòi hỏi sự kết hợp giữa cơ khí, điện tử, và phần mềm. Các kỹ sư và nhà khoa học cần phải hợp tác để phát triển các giải pháp robot sáng tạo và hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU ROBOT HARMO UE700SW-2R STT Tính năng kĩ thuật Robot HARMO Robot Thiết kế mới 1 Số bậc tự do 4 4 2 Khối lượng gắp 2kg 2kg 3 Chiều cao thân Robot 1450mm 1450mm 4 Chiều dài phương Y 1850mm 1850mm Giới hạn chuyển động theo phương Y 1600mm 1600mm 5 Chiều dài phương X 1200mm 1200mm Giới hạn chuyển động theo phương X 500mm 500mm 6 Chiều dài phương Z 1050mm 1050mm Giới hạn chuyển động theo phương Z 600mm 600mm 7 Chiều quay quanh trục Y 8 Cơ cấu đặc biệt Cụm nhân đôi tốc độ Cụm nhân đôi tốc và hành trình ở trục Z độ và hành trình ở trục Z  Từ các đặc điểm trên, em chọn sử dụng Robot Harmo làm cơ sở cho thiết kế robot mới 1. Thiết lập sơ đồ động học. 4 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng Hình 1.1 Sơ đồ động học Robot Harmo.

5 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Thiết lập bảng thông số D-H và phương trình động học. Xác định bộ thông số D-H Bộ thông số D-H bao gồm các thông số cơ bản giữa hai khâu liên tiếp nhau. Cụ thể là: + : Độ dài của đường vuông góc giữa hai trục khớp động liền kề.

+ : Góc lệch giữa hai trục của hai khớp động liền kề, là góc quay quanh trục sao cho chuyển đến theo quy tắc bàn tay phải + : Khoảng dịch chuyển tịnh tiến giữa hai đường vuông góc chung của hai trục + : Góc giữa hai đường vuông góc chung. Là góc quay quanh trục để trục chuyển đến trục. Trong bộ thông số trên có một thông số là đặc trưng và cũng là thông số thể hiện chuyển động tương đối giữa hai khâu (thể hiện chuyển động của khớp). Thông số đó được là biến khớp.

Biến khớp sẽ là với khớp động là khớp quay, và là nếu khớp động là khớp tịnh tiến. Trong robot Harmo thì các thông số xác định như sau: + : là khoảng cách giữa trục khớp động 1 và khớp động 2 + : là khoảng cách giữa trục khớp động 2 và khớp động 3 + : là khoảng cách giữa trục khớp động 3 và khớp động 4 + : là khoảng cách giữa tâm quay và tay kẹp + h: là khoảng cách giữa gốc tọa độ O và trục khớp động 1 Ban đầu dịch chuyển dọc theo trục Z một khoảng h, quay theo trục X một góc -90o, sau đó các trục khớp động 1, 2, 3, 4 lần lượt vuông góc với nhau nên ta có: Các thông số góc của robot:  =- , =- , = , = 0. Các khớp động 1, 2, 3 đều là các khớp tịnh tiến nên , , đều khác 0. 6 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS.

Phạm Văn Hùng Trong đó , , , là các biến khớp. Từ các phần tích trên ta lập được bảng thông số D-H của Robot Harmo như sau: Khâu 1 -900 -900 2 900 -900 3 900 900 4 0 0 1. Thiết lập các mô hình biến đổi và các ma trận biến đổi. Trên cơ sở đã được xây dựng được các hệ tọa độ với hai khâu động liên tiếp nhau và bộ thông số D-H, có thể thiết lập mối quan hệ giữa hai hệ tọa độ liên tiếp nhau theo các bước sau: + Quay quanh trục một góc.

+ Tịnh tiến dọc trục một khoảng. + Tịnh tiến dọc trục (đã trùng với ) một khoảng. + Quay quanh trục một góc. Bốn bước này được thể hiện bằng tích các ma trận thuần nhất sau: Aii-1 Thay các thông số tương ứng các khâu vào ta có: 7 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS.

Phạm Văn Hùng Phương trình động học cơ bản của robot được thành lập dựa trên cơ sở của các ma trận đã tính ở bước trên. Ma trận là tích của các ma trận và là ma trận mô tả vị trí và hướng của tọa độ gắn liền với khâu thứ i so với hệ tọa độ cố định. Khi ấy ta có phương trình động học cơ bản của robot harmo là: [ ] U x V x W x Px U V y W y Py T 04 = A 10 ⋅ A 12. Bậc tự do tịnh tiến các trục Robot Harmo UE700SW-2R 1.

Bậc tự do tịnh tiến theo trục Oy: Chuyển động tịnh tiến dọc trục Y có nhiệm vụ đưa toàn bộ tay máy cùng di chuyển. Bậc tự do này được dẫn động bằng động cơ Mitsubishi (GM-HFB) 3 pha, công suất P = 0.2KW, ở tần số 50Hz và có 4 đôi cực, tốc độ n = 1500 vòng/phút thường điều khiển bằng biến tần lắp qua hộp giảm tốc với tỷ số truyền 1:10, tốc ra tải là 150 vòng/phút (hình 1. 8 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng Hình 1.2 Sơ đồ mô phỏng theo trục Y.

Cơ cấu chuyển động: Hình 1.  Cơ cấu dẫn truyền cơ khí: Thanh răng, bánh răng có tác dụng truyền chuyển động tịnh tiến. Trong đó, thanh răng có thông số 1860x20x20, bánh răng với thông số Z = 30, mô đun m = 2.  Hệ thống dẫn hướng: Thanh trượt THK SR25W (Hình 1.

 Encoder quay tương đối OMRON E6B2-CWZ6C 100 xung (Hình 1.  Hai cảm biến vị trí Fotek PS-05N-24V (Hình 1.6) loại NPN, CB3 ở vị trí gốc và CB4 là cảm biến ở vị trí ngoài cùng. 9 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng Hình 1.5 Encoder tương đối Hình 1.6 Cảm biến Fotek PS-05N-24V 10 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS.

Phạm Văn Hùng Hình 1.7 Thanh trượt THK SR25W Bộ Inventer 3G3MV-A2007 dùng để điều khiển động cơ quay ngược, thuận, tốc độ (lưu ý: để đảo chiều phải sử dụng phanh điện tử).8 Bộ Inventer 3G3MV-A2007 Các đầu vào đa chức năng được dùng để làm tín hiệu điều khiển (Hình 1.9):  S1: Tín hiệu điều khiển động cơ quay ngược (Revert).  S2: Tín hiệu điều khiển động cơ quay thuận (Forward).  S7: Tín hiệu điều khiển động cơ quay tốc độ chậm (Slow speed). 11 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS.

Phạm Văn Hùng  Đầu ra tiếp điểm đa chức năng MA (thường mở).  Đầu ra tiếp điểm đa chức năng MB (thường đóng).  Đầu ra chung tiếp điểm đa chức năng MC (chung cho MA và MB).  Phanh động cơ (Brake) sử dụng điện áp 220 VAC được điều khiển thông qua 1 rơ-le 24 VDC được nối vào đầu ra tiếp điểm đa chức năng.

Khi không có điện áp, phanh động cơ ở trạng thái phanh; khi cơ điện áp, phanh động cơ ở trạng thái nhả phanh.9 Mạch Inventer 3G3MV-A2007. Bậc tự do tịnh tiến theo trục X. Bậc tự do tịnh tiến dọc trục X được thực hiện nhờ chuyển động tịnh tiến khứ hồi của piston xylanh khí nén, trong đó trục của piston va xylanh trùng với trục X, xilanh gắn cố định piston dịch chuyển.10 Sơ đồ mô phỏng theo trục X. 12 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS.

Phạm Văn Hùng Cơ cấu chuyển động: Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý theo trục X  Nguồn động lực: Chuyển động khứ hồi nhờ xi lanh khí nén Airtac MAL16- 500, trục piston phi 16, khoảng chạy của piston 500.12 Xi lanh khí nén Othmro MAL16-500  Hệ thống dẫn hướng: Các khớp tịnh tiến được dẫn hướng nhờ các con lăn hình trụ phi 20 gắn cố định trên trục X. Trên bậc tự do trục X sử dụng ba khớp tịnh tiến:  Nguồn khí nén đi qua bộ điều áp được đưa tới van đảo chiều 5/2 với một đầu điều khiển bằng điện tử.  Một đầu điều khiểu bằng lò xo của Van Airtac 4V210-08, 5 cửa 2 vị trí, điện áp hoạt động 220V AC, áp suất hoạt động 0.8 MPa, điều chỉnh thông 13 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng qua van tiết lưu (loại 1 đầu gen M13) trước khi đi vào xylanh trục X.

Bậc tự do tịnh tiến dọc trục Z Kết cấu:  Tay máy được cấu tạo bởi 3 cánh tay dạng hộp có vật liệu bằng hợp kim nhôm liên kết với nhau: Thanh dưới nối với thanh giữa bằng đai răng và có một 14 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng thanh dẫn hướng dọc trục lên xuống. Thanh giữa được nối với thanh trên bằng một thanh dẫn hướng (Hình 1. Nguồn động lực:  Chuyển động khứ hồi nhờ xylanh khí nén Airtac SC 20x300, trục piston phi 20, hành trình piston 300mm (Hình 1.

 Xy lanh được điều khiển bằng van khí nén điện từ đảo chiều Airtac 4V210-08, 5 cửa 2 vị trí, với một đầu điều khiển bằng điện tử. Điện áp hoạt động 220V AC, áp suất hoạt động 0.8 MPa, điều chỉnh thông qua van tiết lưu (loại 1 đầu gen M13) trước khi đi vào xylanh trục X.13)  Cơ cấu vít me đai ốc có nhiệm vụ đặt cữ hành trình cho cơ cấu, dẫn động bằng động cơ điện vạn năng Servo 1 pha 200V 4RK25C-36LB của Oriental Motor (công suất P= 25W) Hình 1.14 Sơ đồ mô phỏng theo trục Z. 15 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý theo trục Z.

Chuyển động tịnh tiến lên xuống dọc trục Z được thực hiện nhờ chuyển động tịnh tiến khứ hồi của piston xilanh khí nén, trục của piston và xilanh trùng với trục Z, xilanh gắn cố định, piston dịch chuyển. Khi muốn đưa tay robot lên thì ta đưa khí nén vào buồng phía dưới xylanh, dưới tác dụng của khí nén piston bị đẩy lên trên, và ngược lại. Hành trình làm việc của piston chỉ giới hạn trên chiều dài xylanh nhưng nhờ cơ cấu bánh đai - dây đai răng nên không gian làm việc của bàn tay kẹp robot Harmo được mở rộng thêm, do đó nó có thể làm việc với chiều dài gấp đôi chiều dài hành trình piston xylanh khí nén. Trục động cơ không trùng với trục vitme, chuyển động quay của trục động cơ được chuyền tới vitme thông qua cơ cấu bánh răng - đai răng.

Nguồn động lực dẫn động của cơ cấu là xylanh khí nén tác động hai chiều. 16 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng Hình1.16 Xylanh khí nén Airtac SC 50x300  Cơ cấu bánh đai – dây đai răng (tăng gấp đôi chiều dài hành trình làm việc) nhờ sử dụng loại thanh răng STD 1360-S8M (bánh đai – dây đai răng, bước răng 8mm, chu vi đai răng 1360mm, chiều rộng đai 32mm). 17 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS.

Bậc tự do quay quanh trục Y 18 SVTH: Nguyễn Ngọc Hải Nam GVHD: GS. Phạm Văn Hùng Hình 1.17 Mô hình vẽ tay kẹp. Bậc tự do quay này thực hiện nhiệm vụ quay bàn kẹp quay trục Y để đưa bàn kẹp tới hai vị trí phương ngang và phương thẳng đứng như cổ tay người.