Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của các cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt là cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0, công nghệ robot và tự động hóa đã trở thành thành phần then chốt nhằm thay thế sức lao động con người trong các công việc đòi hỏi tính linh hoạt, cường độ cao và môi trường độc hại, đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Tại Việt Nam, nhiều dây chuyền sản xuất vẫn sử dụng công nghệ cũ và chỉ tự động hóa ở mức độ đơn giản, dẫn đến năng suất lao động và khả năng cạnh tranh sản phẩm còn hạn chế. Tuy nhiên, hoạt động nghiên cứu động lực học và chế tạo robot công nghiệp đã có những bước tiến đáng kể trong 25 năm qua tại các trường đại học và viện nghiên cứu, tiêu biểu như ứng dụng hệ thống máy đóng bao tự động tại Công ty Supe Phốt phát và Hóa chất Lâm Thao do Viện máy và dụng cụ công nghiệp thực hiện.

Đề tài tập trung nghiên cứu tổng quan về robot công nghiệp và thực hiện tính toán, thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí cho cánh tay máy. Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể gồm:

  1. Tổng quan lý thuyết về robot công nghiệp: lịch sử phát triển, cấu trúc cơ bản, phân loại theo kết cấu, phương pháp điều khiển và các hệ dẫn động thông dụng.
  2. Phân tích kết cấu động học và thiết lập phương trình động học vị trí cho tay máy 3 bậc tự do (4 khâu, 3 khớp quay) bằng phương pháp Denavit – Hartenberg (D-H).
  3. Tính toán lực và mômen tĩnh học tác dụng lên các khớp khi tay máy nâng vật tải trọng 5 kg.
  4. Thiết kế chi tiết bộ dẫn động cho khâu 2: tính chọn động cơ servo, thiết kế bộ giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng có dịch chỉnh góc, tính toán thiết kế trục, mối ghép then, khớp nối vòng đàn hồi, tính chọn ổ lăn và xác định kích thước vỏ hộp giảm tốc.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống dẫn động cơ khí của robot công nghiệp, trọng tâm là cụm dẫn động khớp quay khâu 2. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở mô hình tay máy hở gồm 4 khâu, 3 khớp quay với chiều dài các khâu lần lượt là 57 cm, 50 cm, 42 cm; khối lượng các khâu tương ứng là 20 kg, 15 kg, 10 kg; tải trọng nâng 5 kg và tốc độ quay trục ra của bộ giảm tốc khâu 2 là 30 vòng/phút.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài áp dụng các cơ sở lý thuyết chuẩn mực trong lĩnh vực cơ học robot và thiết kế máy:

  • Lý thuyết động học robot: Sử dụng phương pháp ma trận chuyển đổi tọa độ thuần nhất Denavit – Hartenberg (D-H), biểu diễn hướng và vị trí khâu tác động cuối thông qua ma trận góc Cardan ($\alpha, \beta, \eta$) để thiết lập hệ 6 phương trình động học vị trí.
  • Lý thuyết bậc tự do: Sử dụng công thức tính bậc tự do cơ cấu không gian Somov – Malyshev: $f = 6(n - k) + \sum f_i - f_c - f_p$ để xác định khả năng chuyển động của tay máy.
  • Lý thuyết tính toán chi tiết máy và hệ dẫn động: Áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế độ bền tiếp xúc mặt răng, độ bền uốn chân răng, kiểm nghiệm quá tải bánh răng; phương pháp tính trục theo độ bền tĩnh (chống biến dạng dẻo), độ bền mỏi (xét hệ số tập trung ứng suất và chu trình đối xứng) và độ cứng xoắn; phương pháp tính chọn then bằng theo ứng suất dập và cắt; phương pháp tính chọn ổ bi đỡ một dãy theo khả năng tải động ($C_d$) và khả năng tải tĩnh ($C_0$).

Phương pháp nghiên cứu thực hiện qua các bước:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Khảo sát, so sánh ưu nhược điểm của các dạng kết cấu robot (đề các, trụ, cầu, SCARA, kiểu tay người), các dạng điều khiển (điều khiển hở bước, điều khiển kín servo dạng điểm - điểm và contour) và các loại hộp giảm tốc (bánh răng trụ, bánh răng hành tinh, bánh răng song song).
  • Phương pháp mô hình hóa và giải tích: Lập bảng thông số D-H, tính các ma trận biến đổi thuần nhất $^0A_1, ^0A_2, ^0A_3$, giải bài toán tĩnh học để tìm biểu thức mômen cực đại tác dụng lên khớp 2 ($|M_2|_{\max} = 154,5\text{ N}\cdot\text{m}$).
  • Phương pháp thiết kế cơ khí giải tích: Xác định công suất và tỉ số truyền; tính toán kích thước hình học bánh răng có dịch chỉnh góc ($x_1 = 0,5; x_2 = 0,5$); xác định tải trọng tác dụng lên trục, giải hệ phương trình cân bằng tĩnh để tìm phản lực gối đỡ, vẽ biểu đồ mômen và kiểm nghiệm bền toàn diện.

Nguồn dữ liệu sử dụng gồm các thông số hình học và tải trọng công tác của bài toán thiết kế, bảng tra cứu tiêu chuẩn chi tiết máy cơ khí (vật liệu thép C45, thông số ăn khớp, ổ bi, then, vỏ hộp) và catalogue kỹ thuật động cơ servo hãng Delta (dòng ECMA-E1310RS).

Nội dung chính theo từng chương

I. Tổng quan về robot công nghiệp

Chương này tổng hợp các kiến thức cơ bản về robot công nghiệp:

  • Khái niệm và lịch sử: Định nghĩa robot là hệ thống cơ khí - điện tử hoạt động tự động; robot công nghiệp là tay máy vạn năng có khả năng tái lập trình. Khái quát mốc lịch sử từ thuật ngữ "Robota" (năm 1921), viện nghiên cứu đầu tiên tại Mỹ (1950), mẫu Versatran của hãng AMF (1960), quá trình phát triển tại Anh (1967), Nhật Bản (1968), các nước châu Âu (1970) và giai đoạn gia tăng mạnh mẽ từ thập niên 1990 với hơn 200 công ty sản xuất trên thế giới. Tại Việt Nam, quá trình nghiên cứu phát triển động lực học robot đã diễn ra trong hơn 25 năm.
  • Cấu trúc cơ bản: Gồm 4 thành phần chính: (1) Tay máy dạng chuỗi động hở với các khâu liên kết qua khớp quay/tịnh tiến và khâu tác động cuối; (2) Nguồn cung cấp; (3) Bộ điều khiển trung tâm sử dụng CPU quản lý bộ nhớ, I/O và chuyển đổi tín hiệu; (4) Hệ thống cảm biến trong (giám sát trạng thái robot) và cảm biến ngoài (nhận biết môi trường). Nguồn động lực chấp hành gồm động cơ điện, thủy lực, khí nén.
  • Phân loại: Phân loại theo kết cấu hình học (đề các, trụ, cầu, SCARA, kiểu tay người); phân loại theo điều khiển (điều khiển hở dùng động cơ bước độ chính xác thấp; điều khiển kín servo gồm điều khiển điểm - điểm cho hàn điểm/vận chuyển/tán đinh và điều khiển contour cho hàn hồ quang/phun sơn); phân loại theo ứng dụng (công nghiệp, khoa học, quân sự, vũ trụ).
  • Kết cấu và đặc tính: Số bậc tự do của tay máy công nghiệp thường không quá 6 để tối ưu giữa độ linh hoạt tiếp cận không gian và chi phí điều khiển; phân biệt hệ tọa độ cơ bản gắn với đế và hệ tọa độ suy rộng (biến khớp); định nghĩa vùng làm việc là thể tích quét bởi khâu chấp hành cuối.

II. Phân tích thông số kỹ thuật của robot

Nội dung chương tập trung xây dựng mô hình toán học và thông số kỹ thuật:

  • Kết cấu động học: Tay máy gồm 4 khâu và 3 khớp quay ($R \perp R \perp R$), khâu 0 cố định, khâu 1 quay quanh trục thẳng đứng, khâu 2 và khâu 3 quay quanh các trục nằm ngang vuông góc với mặt phẳng chứa khâu 1. Số bậc tự do tính toán là $f = 6$.
  • Mô hình Denavit – Hartenberg: Thiết lập bảng thông số D-H và xây dựng các ma trận biến đổi thuần nhất $^0A_1, ^0A_2, ^0A_3$:
    • Khớp 1: góc xoay $\theta_1 = q_1$, khoảng cách dịch chuyển $d_1 = 57\text{ cm}$, độ dài khâu $a_1 = 0$, góc xoắn $\alpha_1 = 90^\circ$.
    • Khớp 2: $\theta_2 = q_2, d_2 = 0, a_2 = 50\text{ cm}, \alpha_2 = 0^\circ$.
    • Khớp 3: $\theta_3 = q_3, d_3 = 0, a_3 = 42\text{ cm}, \alpha_3 = 0^\circ$.
  • Hệ phương trình động học: Bằng cách đồng nhất ma trận $^0A_3(q)$ với ma trận hướng góc Cardan $^0A_3(p)$, thiết lập hệ phương trình (I) xác định tọa độ vị trí khâu tác động cuối: $$\begin{cases} x_E - C_1(a_3 C_{23} + a_2 C_2) = 0 \ y_E - S_1(a_3 C_{23} + a_2 C_2) = 0 \ z_E - (d_1 + a_2 S_2 + a_3 S_{23}) = 0 \end{cases}$$ trong đó $C_i = \cos(q_i), S_i = \sin(q_i), C_{23} = \cos(q_2+q_3), S_{23} = \sin(q_2+q_3)$.
  • Lựa chọn mô-đun thiết kế: Chiều dài các khâu $l_1 = 57\text{ cm}, l_2 = 50\text{ cm}, l_3 = 42\text{ cm}$; khối lượng $m_1 = 20\text{ kg}, m_2 = 15\text{ kg}, m_3 = 10\text{ kg}$; vật nâng có khối lượng 5 kg ($F_Z = 50\text{ N}$). Chọn thiết kế cụm dẫn động cho khâu 2 ($m = 10\text{ kg}, L_2 = 0,5\text{ m}, O_2G_3 = 0,25\text{ m}$).

III. Tính toán và thiết kế

Chương III trình bày toàn bộ quy trình thiết kế cơ khí chi tiết cho khâu 2:

  • Tính toán tĩnh học và chọn động cơ: Phương trình mômen tại khớp 2 xác định từ cân bằng tĩnh học: $M_2 = 42\cos(q_2+q_3) + 112,5\cos(q_2)$, giá trị cực đại đạt $|M_2|{\max} = 154,5\text{ N}\cdot\text{m}$. Với vận tốc trục ra $n_2 = 30\text{ vg/ph}$, công suất làm việc là $P{lv} = 0,49\text{ kW}$. Hiệu suất chung hệ dẫn động $\eta = 0,94$ ($\eta_{br} = 0,96, \eta_{ol} = 0,99, \eta_{kn} = 1$). Công suất cần thiết động cơ $P_{ct} = 0,521\text{ kW}$. Với tỉ số truyền $u = 4$, chọn động cơ servo Delta ECMA-E1310RS (công suất định mức $1,0\text{ kW}$).
  • Thiết kế bộ giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng:
    • Vật liệu: Thép C45 tôi cải thiện. Bánh chủ động: HB1 = 250, $\sigma_{b1} = 850\text{ MPa}, \sigma_{ch1} = 580\text{ MPa}$; bánh bị động: HB2 = 240, $\sigma_{b2} = 750\text{ MPa}, \sigma_{ch2} = 450\text{ MPa}$.
    • Ứng suất cho phép: $[\sigma_H] = 500\text{ MPa}$; $[\sigma_{F1}] = 172,8\text{ MPa}$; $[\sigma_{F2}] = 165,8\text{ MPa}$.
    • Kích thước ăn khớp: Khoảng cách trục sơ bộ $a_w = 119\text{ mm}$, chọn mô-đun $m = 2\text{ mm}$, số răng $z_1 = 24, z_2 = 96$, khoảng cách trục chia $a = 120\text{ mm}$. Áp dụng dịch chỉnh góc ($x_1 = 0,5; x_2 = 0,5$) tính được góc ăn khớp $\alpha_{tw} = 22,5^\circ$, khoảng cách trục làm việc $a_w = 122\text{ mm}$, chiều rộng vành răng $b_w = 48,8\text{ mm}$.
    • Kiểm nghiệm tiếp xúc: $\sigma_H = 406,48\text{ MPa} \le [\sigma_H] = 500\text{ MPa}$. Kiểm nghiệm uốn và kiểm nghiệm quá tải ($\sigma_{H\max} = 497,83\text{ MPa} \le 1260\text{ MPa}$) đều thỏa mãn.
  • Tính toán khớp nối, trục và then:
    • Khớp nối: Chọn khớp nối trục vòng đàn hồi với mômen tính toán $T_t = 49755,5\text{ N}\cdot\text{mm}$, gồm $Z = 4$ chốt đàn hồi đường kính $d_c = 10\text{ mm}$, đường kính vòng tâm chốt $D_0 = 63\text{ mm}$, lực phụ tác dụng lên trục $F_{kn} = 263,26\text{ N}$.
    • Trục I: Vật liệu thép C45 ($[\tau] = 25\text{ MPa}, [\sigma] = 67\text{ MPa}$). Lực ăn khớp: lực vòng $F_{t1} = 1699\text{ N}$, lực hướng tâm $F_{r1} = 703,75\text{ N}$. Phản lực gối đỡ: $F_{x10} = 388,79\text{ N}, F_{y10} = 351,87\text{ N}, F_{x11} = 1046,95\text{ N}, F_{y11} = 351,88\text{ N}$. Đường kính các đoạn trục: $d_{10} = 18\text{ mm}, d_{11} = d_{13} = 20\text{ mm}, d_{12} = 24\text{ mm}$. Mối ghép then bằng kích thước $b \times h \times l_t = 8 \times 7 \times 28\text{ mm}$. Hệ số an toàn mỏi tại tiết diện lắp bánh răng đạt $s_{12} = 3,19 \ge [s] = 2,5$. Kiểm nghiệm ứng suất tĩnh ($\sigma_{td11} = 48,81\text{ MPa}, \sigma_{td12} = 41,07\text{ MPa} \le 464\text{ MPa}$) và độ cứng xoắn đạt yêu cầu.
    • Trục II: Vật liệu thép C45 ($[\sigma] = 55\text{ MPa}$). Lực ăn khớp: $F_{t2} = 1699\text{ N}, F_{r2} = 703,75\text{ N}$, lực ngoài $F = 300\text{ N}$. Phản lực gối: $F_{x20} = -849,5\text{ N}, F_{y20} = -138,29\text{ N}, F_{x21} = -849,5\text{ N}, F_{y21} = 865,46\text{ N}$. Đường kính các đoạn trục: $d_{23} = 28\text{ mm}, d_{20} = d_{21} = 30\text{ mm}, d_{22} = 34\text{ mm}$. Then bằng kích thước $10 \times 8 \times 40\text{ mm}$. Kiểm nghiệm mỏi, tĩnh ($\sigma_{td21} = 35,06\text{ MPa}, \sigma_{td22} = 29,45\text{ MPa} \le 464\text{ MPa}$) và xoắn thỏa mãn.
  • Tính chọn ổ lăn:
    • Trục I: Chọn 2 ổ bi đỡ một dãy cỡ siêu nhẹ ký hiệu 1000904 ($d = 20\text{ mm}, D = 37\text{ mm}, B = 9\text{ mm}, C = 5,14\text{ kN}, C_0 = 3,12\text{ kN}$). Khả năng tải động tính toán $C_d = 5785,84\text{ N} < C$, tải tĩnh $Q_{t1} = 662,7\text{ N} < C_0$.
    • Trục II: Chọn 2 ổ bi đỡ một dãy cỡ siêu nhẹ ký hiệu 1000906 ($d = 30\text{ mm}, D = 47\text{ mm}, B = 9\text{ mm}, C = 5,95\text{ kN}, C_0 = 4,06\text{ kN}$). Khả năng tải động $C_d = 4001,25\text{ N} < C$, tải tĩnh $Q_{t1} = 727,5\text{ N} < C_0$.
  • Kích thước vỏ hộp giảm tốc: Xác định chiều dày thân hộp $\delta = 8\text{ mm}$, nắp hộp $\delta_1 = 7\text{ mm}$, gân tăng cứng $e = 7\text{ mm}$, bu lông nền $d_1 = 16\text{ mm}$, bu lông cạnh ổ $d_2 = 12\text{ mm}$, bu lông nắp ghép thân $d_3 = 10\text{ mm}$, vít nắp ổ $d_4 = 8\text{ mm}$, khe hở vỏ hộp $\Delta = 9\text{ mm}$.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống số liệu kỹ thuật và kết quả tính toán thiết kế chi tiết cơ khí được tổng hợp qua các bảng số liệu sau:

Bảng phân phối động học và động lực học trên các trục

Thông số Động cơ Trục I Trục II Trục làm việc
Tỉ số truyền ($u$) 1 1 4 1
Công suất ($P$, kW) 0,521 0,521 0,495 0,490
Vận tốc quay ($n$, vg/ph) 120 120 30 30
Mômen xoắn ($T$, $\text{N}\cdot\text{mm}$) 41462,9 41462,9 157575,0 155983,3

Bảng thông số hình học bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng dịch chỉnh

Thông số hình học Ký hiệu / Công thức Giá trị
Mô-đun pháp $m$ 2 mm
Số răng bánh chủ động / bị động $z_1 / z_2$ 24 / 96
Hệ số dịch chỉnh $x_1 / x_2$ +0,5 / +0,5
Khoảng cách trục chia $a$ 120 mm
Khoảng cách trục làm việc $a_w$ 122 mm
Góc ăn khớp $\alpha_{tw}$ $22,5^\circ$
Chiều rộng vành răng $b_w$ 48,8 mm
Đường kính vòng lăn nhỏ / lớn $d_{w1} / d_{w2}$ 48,8 mm / 195,2 mm
Ứng suất tiếp xúc tính toán / cho phép $\sigma_H / [\sigma_H]$ $406,48\text{ MPa} / 500\text{ MPa}$

Bảng thông số kích thước cơ bản vỏ hộp giảm tốc đúc

Bộ phận kết cấu Quy cách / Biểu thức tính toán Kích thước
Chiều dày thân hộp ($\delta$) $\delta = 0,03a_w + 3$ 8 mm
Chiều dày nắp hộp ($\delta_1$) $\delta_1 = 0,9\delta$ 7 mm
Chiều dày gân tăng cứng ($e$) $e = (0,8 \div 1)\delta$ 7 mm
Bulông nền ($d_1$) $d_1 > 0,04a_w + 10$ 16 mm (M16)
Bulông cạnh ổ ($d_2$) $d_2 = (0,7 \div 0,8)d_1$ 12 mm (M12)
Bulông ghép bích nắp và thân ($d_3$) $d_3 = (0,8 \div 0,9)d_2$ 10 mm (M10)
Chiều dày bích thân / bích nắp ($S_3 / S_4$) $S_3 = S_4 = (1,4 \div 1,8)d_3$ 16 mm / 16 mm
Chiều dày đế hộp không có phần lồi ($S_1$) $S_1 = (1,3 \div 1,5)d_1$ 22 mm
Bề rộng mặt đế hộp ($K_1 / q$) $K_1 = 3d_1 / q > K_1 + 2\delta$ 48 mm / 70 mm
Khe hở giữa bánh răng và thành trong hộp $\Delta \ge (1 \div 1,2)\delta$ 9 mm

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành các kết quả tính toán kỹ thuật cụ thể:

  • Xây dựng hoàn chỉnh mô hình động học thuận cho tay máy 3 bậc tự do với 3 khớp quay thông qua bảng thông số D-H và hệ 6 phương trình tọa độ vị trí.
  • Xác định chính xác mômen tải tĩnh học lớn nhất tại khớp 2 là $154,5\text{ N}\cdot\text{m}$ dưới điều kiện tải trọng nâng 5 kg và khối lượng các khâu $m_1 = 20\text{ kg}, m_2 = 15\text{ kg}, m_3 = 10\text{ kg}$.
  • Thiết kế hoàn chỉnh bộ giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng 1 cấp tỉ số truyền $u = 4$, ứng dụng kỹ thuật dịch chỉnh đều góc ($x_1 = x_2 = 0,5$) giúp tăng khoảng cách trục làm việc lên $a_w = 122\text{ mm}$ và góc ăn khớp đạt $22,5^\circ$, thỏa mãn mọi điều kiện bền tiếp xúc, bền uốn và quá tải.
  • Lựa chọn động cơ servo Delta ECMA-E1310RS ($1,0\text{ kW}$) và thiết kế kết cấu chi tiết máy đồng bộ: 2 trục thép C45 đảm bảo hệ số an toàn mỏi ($s_{12} = 3,19 \ge 2,5$), then bằng chịu dập và cắt tốt, khớp nối vòng đàn hồi $Z = 4$ chốt, 4 cụm ổ bi đỡ một dãy cỡ siêu nhẹ (1000904 và 1000906) đáp ứng tuổi thọ $L_h = 17520\text{ giờ}$ (tương đương 6 năm làm việc).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu giới hạn ở bài toán tĩnh học cho khâu 2, chưa xét đến lực quán tính và mômen động lực học vi sai khi cả 3 khâu cùng chuyển động gia tốc trong không gian; việc sử dụng bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng còn tồn tại khe hở ăn khớp (backlash), chưa tối ưu triệt để cho các khâu tay máy đòi hỏi độ chính xác định vị rất cao so với các bộ truyền sóng (Harmonic Drive) hoặc bánh răng hành tinh; chưa thiết kế mạch điều khiển và bộ điều khiển vòng kín cho động cơ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Thiết lập phương trình động lực học tổng thể toàn hệ thống bằng phương pháp Lagrange hoặc Newton – Euler; nghiên cứu thay thế bằng các bộ truyền không khe hở và tỉ số truyền lớn; xây dựng thuật toán điều khiển servo vị trí có bù trọng lực và quán tính cho cánh tay robot.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Kỹ thuật Robot và Tự động hóa khi thực hiện đồ án môn học Chi tiết máy, đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
  • Người làm đề tài thiết kế tay máy công nghiệp: có thể tham khảo trực tiếp quy trình phối hợp giữa phân tích ma trận D-H, tính mômen tĩnh học khớp và chuỗi tính toán thiết kế chi tiết máy hoàn chỉnh từ bánh răng, trục, then, ổ lăn đến kết cấu vỏ hộp.

Câu hỏi thường gặp

1. Robot trong nghiên cứu có cấu trúc động học và số bậc tự do như thế nào?
Robot có cấu trúc chuỗi động hở gồm 4 khâu và 3 khớp quay ($R \perp R \perp R$), trong đó khâu 0 cố định, khâu 1 quay quanh trục thẳng đứng, khâu 2 và khâu 3 quay quanh trục nằm ngang vuông góc với mặt phẳng chứa khâu 1. Theo công thức tính bậc tự do cơ cấu không gian Somov – Malyshev, robot có 6 bậc tự do không gian.

2. Mômen xoắn lớn nhất tại khớp 2 được xác định là bao nhiêu và phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Mômen xoắn lớn nhất tại khớp 2 là $|M_2|_{\max} = 154,5\text{ N}\cdot\text{m}$, xác định từ biểu thức tĩnh học $M_2 = 42\cos(q_2+q_3) + 112,5\cos(q_2)$. Giá trị này phụ thuộc vào trọng lượng vật nâng 5 kg ($F_Z = 50\text{ N}$), khối lượng các khâu ($m_1 = 20\text{ kg}, m_2 = 15\text{ kg}, m_3 = 10\text{ kg}$) và chiều dài các khâu ($l_1 = 57\text{ cm}, l_2 = 50\text{ cm}, l_3 = 42\text{ cm}$).

3. Tại sao bộ giảm tốc khâu 2 lại sử dụng bánh răng dịch chỉnh và thông số sau dịch chỉnh là gì?
Do khoảng cách trục tính toán sơ bộ ($a_w = 119\text{ mm}$) khác với khoảng cách trục chia tiêu chuẩn ($a = 120\text{ mm}$) và số răng bánh nhỏ $z_1 = 24 < 30$, tác giả sử dụng dịch chỉnh góc với hệ số $x_1 = 0,5$ và $x_2 = 0,5$. Sau khi dịch chỉnh, góc ăn khớp đạt $\alpha_{tw} = 22,5^\circ$ và khoảng cách trục làm việc là $a_w = 122\text{ mm}$.

4. Động cơ servo được chọn cho hệ dẫn động khâu 2 là loại nào và thông số trục ra sao?
Động cơ được chọn theo catalogue hãng Delta là dòng servo ECMA-E1310RS có công suất định mức $1,0\text{ kW}$. Sau khi qua bộ giảm tốc tỉ số truyền $u = 4$ (hiệu suất chung $\eta = 0,94$), trục làm việc đạt công suất $P_{lv} = 0,49\text{ kW}$, tốc độ quay 30 vòng/phút và mômen xoắn danh nghĩa $155983,3\text{ N}\cdot\text{mm}$.

5. Ổ lăn và kích thước trục của bộ giảm tốc được lựa chọn cụ thể như thế nào?
Trục I có đường kính các đoạn $d_{10}=18\text{ mm}, d_{11}=d_{13}=20\text{ mm}, d_{12}=24\text{ mm}$, sử dụng 2 ổ bi đỡ một dãy cỡ siêu nhẹ 1000904 ($d=20\text{ mm}, D=37\text{ mm}, B=9\text{ mm}$). Trục II có đường kính $d_{23}=28\text{ mm}, d_{20}=d_{21}=30\text{ mm}, d_{22}=34\text{ mm}$, sử dụng 2 ổ bi đỡ một dãy cỡ siêu nhẹ 1000906 ($d=30\text{ mm}, D=47\text{ mm}, B=9\text{ mm}$). Cả hai loại ổ đều đảm bảo khả năng tải động và tải tĩnh theo thời gian phục vụ 17520 giờ.

Kết luận

Đề tài đã hoàn thành việc khảo sát tổng quan hệ thống robot công nghiệp, xây dựng mô hình toán học động học vị trí 3 bậc tự do và thực hiện thiết kế kỹ thuật chi tiết cụm dẫn động cho khâu 2 của tay máy. Giải pháp thiết kế sử dụng động cơ servo Delta kết hợp bộ giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng dịch chỉnh góc ($a_w = 122\text{ mm}, u = 4$), hệ trục thép C45, then bằng, khớp nối vòng đàn hồi và ổ bi đỡ một dãy đều được kiểm nghiệm đạt chuẩn về độ bền tiếp xúc, độ bền uốn, độ bền mỏi, độ bền tĩnh và độ cứng xoắn. Toàn bộ thông số kết cấu vỏ hộp và bộ truyền được tính toán đồng bộ, cung cấp một phương án thiết kế cơ khí hoàn chỉnh cho mô-đun tay máy công nghiệp.