BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI CHU MANH YINH TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT HAN - CAT TY’ DON GIÁ CÔNG DUONG ONG DẪN DẦU, KHÍ Chuyên ngành : CÔNG NGHẸ CHẾ TẠO MÁY LUAN VAN THAC Si KHOA HOC CONG NGIIE CIE TAG MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. PHAN BÙI KHÔI. TIả Nội — 2010 Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam DộcLập TựlDo Lạnh Phúc LỎI CAM ĐOAN Tôi lá: Chu Mạnh Vinh Noi céng lac: Khoa Cơ khí Trường cao đẳng nghề Cơ khí nông nghiệp Tên dé tai: Tinh toán động học robot hàn - cắt tự đồng gia công đường ống dẫn dâu, khí, Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy. Tôi xin cam đoan, đây là luận vấn của riêng tôi.
Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là đo tôi phát triển, và chưa từng được công bổ trong bất kì một tải liệu nào. Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010 Người viết CHU MẠNH VINH MỤC LỤC Trang TRANG PLL BLA LOI CAM DOAN awe DANH MỤC CAC KY HIỆU, CÁC CHỮ VIE DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ, ĐÔ THỊ eH So ow MO DAU Chong 1: TONG QUAN VE ROBOT 1.1 Giới thiệu về robot 1.2 Công nghệ hàn hỗ quang.3 Rébot Han wo 1.1 Hệ thông hàn hé quang tu déng, oo s1 1.2 Câu trúc cơ khí và bậc tự đo của tay máy han ww 1.3 Đặc tinh kỹ thuật robot hàn và thông số đường hàn.4 Ứng đụng Robot trong thi công hản— cắt đường ống đẫn đầu khí 1.1 Công nghệ dâu khi 1.2 Lắp đặt đường ống din dầu khí ở Việ Nam Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỈNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT HÀN - CẮT TỰ ĐỘNG GIA CONG DUONG ONG DẪN DẦU, KHÍ 2.1 Câu trúc động học, bậc tự đo của robot hản đi động 2.1 Câu trúc động học 2.2 Bậc tự đơ chuyển động của WMR.2 Cơ sở lý thuyết kháo sát động học robot 2.1 Các tọa độ tuần nhất, ma trận biến đổi thuần nhất 2 Các ma trên quay cơ bản thuần nhật và ma trận tịnh tiến thuần.3 Cách xây dụng hệ trục tọa độ theo Denavit-Lartenberg 2.4 Các tham sẽ động học Denavit-Hartenberg 2.5 Cae ma trận Denavit-Hartenberg 3.3 Thiết lập hệ phương trình động học cơ bản cia WMR 2.3 Xác định ma bận trạng thái của khâu theo đây chuyển động học 23.3 Xác định ma trận trang thai ofa khéu theo yéu cau thao tac cdng DANH MỤC CÁC BẰNG Trang Bang 2.1 Bảng than số động hoc DH 60 Bang 3.1 Bing toa dé diém chét P; trên quỹ dạo trong không gian tọa 65 độ vật. Bang 32 Bảng tọa dộ diễm trong không gian hệ quy chiếu cơ sở của 7 robot DANH MỤC CÁC BẰNG Trang Bang 2.1 Bảng than số động hoc DH 60 Bang 3.1 Bing toa dé diém chét P; trên quỹ dạo trong không gian tọa 65 độ vật. Bang 32 Bảng tọa dộ diễm trong không gian hệ quy chiếu cơ sở của 7 robot Hinh 2.9: Hệ tọa độ khẩu 4 Hinh 3.1: Mô tả đường hàn trong không gian ba chiều Hinh 3.2: Thiết lập diém keypoint bang lệnh Divide Hinh 3.3: Quan hệ chuyển trục giữa hai hệ quy chiều Hinh 3.4: M6 td qua trink han Hinh 3.5: Mô hình tỉnh toán Hinh 3.6: Hình biên diễn vận tắc hàn Hinh 3.7: Sơ đề thông số tính toán Hinh 3.8: Khoảng cách giữa hệ tọa độ cơ số và hệ toa do vat Hith 3.9: Giao ngắn giữa hai dng tru én Maple Hình 3.10: Dé thi vi trí khâu 1 Hinh 3.11: ĐỒ thị vị trí khâu 2 Hình 3.12: Đồ thị vị trí khâu 3 Hinh 3.13: Đồ thị vị trí khâu 4 Hinh 3.14: Dé thi vi tt robot Hinh 3.15: Đồi thị vận tắc khâu } Hinh 3.16: ĐỀ thị vận tốc khẩu 2 Hinh 3.17: ĐỒ thị vận tắc khâu 3 Hinh 3.18: Dé thi van ide khâu 4 Hinh 3.19: Dé thi van tic robot Hình 3.20: Đổi lhị gia tốc khâu 1 Hình 3.21: Dé thi gia toc khâu 2 Hình 3.22: Dé thi gia toc khau 3 Hình 3.23: Đồ thị gia tốc khâu 4 Hình 3.24: Dd thi gia téc robot Hinh 3.25: Giao dién chuong winh mé phang déng hoc robor WMR.9: Hệ tọa độ khẩu 4 Hinh 3.1: Mô tả đường hàn trong không gian ba chiều Hinh 3.2: Thiết lập diém keypoint bang lệnh Divide Hinh 3.3: Quan hệ chuyển trục giữa hai hệ quy chiều Hinh 3.4: M6 td qua trink han Hinh 3.5: Mô hình tỉnh toán Hinh 3.6: Hình biên diễn vận tắc hàn Hinh 3.7: Sơ đề thông số tính toán Hinh 3.8: Khoảng cách giữa hệ tọa độ cơ số và hệ toa do vat Hith 3.9: Giao ngắn giữa hai dng tru én Maple Hình 3.10: Dé thi vi trí khâu 1 Hinh 3.11: ĐỒ thị vị trí khâu 2 Hình 3.12: Đồ thị vị trí khâu 3 Hinh 3.13: Đồ thị vị trí khâu 4 Hinh 3.14: Dé thi vi tt robot Hinh 3.15: Đồi thị vận tắc khâu } Hinh 3.16: ĐỀ thị vận tốc khẩu 2 Hinh 3.17: ĐỒ thị vận tắc khâu 3 Hinh 3.18: Dé thi van ide khâu 4 Hinh 3.19: Dé thi van tic robot Hình 3.20: Đổi lhị gia tốc khâu 1 Hình 3.21: Dé thi gia toc khâu 2 Hình 3.22: Dé thi gia toc khau 3 Hình 3.23: Đồ thị gia tốc khâu 4 Hình 3.24: Dd thi gia téc robot Hinh 3.25: Giao dién chuong winh mé phang déng hoc robor WMR.
DANH MỤC CÁC BẰNG Trang Bang 2.1 Bảng than số động hoc DH 60 Bang 3.1 Bing toa dé diém chét P; trên quỹ dạo trong không gian tọa 65 độ vật. Bang 32 Bảng tọa dộ diễm trong không gian hệ quy chiếu cơ sở của 7 robot mới Mã tận cosin chỉ hướng 45 od Ma trận chuyên vị Rot(x.9 Ma trận oosin chỉ hướng có được khi quay hệ tọa độ quanh trục Aq tọa dộ x góc ø Rotty,u) Ma trận cosin chí hướng có được khi quay hệ tọa độ quanh trục tọa độ y góc tự Rot(z,8) Ma trận cosim chỉ hưởng có được khi quay hệ tọa dộ quanh trục tọa độ z góc 0 Trans(A, Tỉnh tiến đọc trục tọa độ x một đoạn lä a, theo trục tọa độ y một be) đoạn là b, theo trục tọa độ z một doạn là e, "4 Ma trận xác định vị trí của khâu thao tác 56 4 Ma trận xác định vị trí của hệ tọa độ gắn với khâu thao tác tại điểm tác động cudi trong hé Loa dé khâu cuối z D-H Denavit-Hartenberg, 56 nghệ 2.4 Thiết lập hệ phương trình động học của robot 59 Chương 3: TINH TOAN. MO PHÒNG ĐÔNG HỌC ROBOT HÀN ~ CẮT 62 TỰ DỘÒNG GIA CÔNG DƯƠNG ÓNG DẪN DẦU, KIÍ 3.1 Tỉnh toán biên dạng của mép cắt, biên dạng đường hán 62 3.1 Mô hình toán học đối tượng gia công 62 3.2 Tỉnh toán biên đạng của mép cắt, biên đọng đường hàn 64 3.2 Phương pháp tính toán động học ø@ 3.1 Xác định tọa độ các điểm hàn trên mỗi hàn 68 3.2 Xáo định hướng khâu thao tác 3.3 Khão sát bài toán thuận động học robot SHG 3.1 Bai toán thuận về i ~ waaay 3.2 Bài toán thuận về vận tốc 3.3 Bài tuần thuận vỀ gia lốc 3.4 Khảo sát bài Ioàn ngược động học robol AAWA 3.1 Bải toán ngược về 3.2 Bài toán ngược vẻ vận tốc 3.3 Hài toán ngược về gia tảo 3.5 Kết quả tính bài toán động học robot 3.1 Giới thiệu sơ lược về ngôn ngữ lập brink Visual. C+ va dng dung MFC 3.2 Khái quát về thư viện dé hoa OpenGL 88 3.3 Các bước xây dụng chương trinh mö phóng KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VHÈ TRO Triemalional Organizalion [or Standardization Computer Aided Design Computer Aided Manufacturing Numerical Control Chuyén déng quay Chuyén déng tinh tién là số bặc tự đo của robot Tà số khâu của robot bao gồm cả giả có định là sẽ bắc tự do của một vật rắn không chíu liên kết trong không gian lâm việc của robot Tà số bậc tự đo của khớp thử¡ là tổng số khớn của cơ câu Tà số liên kết thừa Tà sô bậc tự do thừa Tổe đệ hàn Hệ số đắp Cường độ đòng hàn.
Hệ số tấn that que han lượng kim loại hỏa tan tạo mui. cốt ngang dường hàn Cường độ đèng điện hàn Tỉ khối kim loại hàn Welding Mobile Robot lã hệ số tý lệ Ma biận mô tả vị trí và hướng của khâu ¡ đối với khâu ?-7 rigl Ma tran nghịch đảo của ma trận ' '4, DANH MỤC CÁC BẰNG Trang Bang 2.1 Bảng than số động hoc DH 60 Bang 3.1 Bing toa dé diém chét P; trên quỹ dạo trong không gian tọa 65 độ vật. Bang 32 Bảng tọa dộ diễm trong không gian hệ quy chiếu cơ sở của 7 robot DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VHÈ TRO Triemalional Organizalion [or Standardization Computer Aided Design Computer Aided Manufacturing Numerical Control Chuyén déng quay Chuyén déng tinh tién là số bặc tự đo của robot Tà số khâu của robot bao gồm cả giả có định là sẽ bắc tự do của một vật rắn không chíu liên kết trong không gian lâm việc của robot Tà số bậc tự đo của khớp thử¡ là tổng số khớn của cơ câu Tà số liên kết thừa Tà sô bậc tự do thừa Tổe đệ hàn Hệ số đắp Cường độ đòng hàn. Hệ số tấn that que han lượng kim loại hỏa tan tạo mui.
cốt ngang dường hàn Cường độ đèng điện hàn Tỉ khối kim loại hàn Welding Mobile Robot lã hệ số tý lệ Ma biận mô tả vị trí và hướng của khâu ¡ đối với khâu ?-7 rigl Ma tran nghịch đảo của ma trận ' '4, mới Mã tận cosin chỉ hướng 45 od Ma trận chuyên vị Rot(x.9 Ma trận oosin chỉ hướng có được khi quay hệ tọa độ quanh trục Aq tọa dộ x góc ø Rotty,u) Ma trận cosin chí hướng có được khi quay hệ tọa độ quanh trục tọa độ y góc tự Rot(z,8) Ma trận cosim chỉ hưởng có được khi quay hệ tọa dộ quanh trục tọa độ z góc 0 Trans(A, Tỉnh tiến đọc trục tọa độ x một đoạn lä a, theo trục tọa độ y một be) đoạn là b, theo trục tọa độ z một doạn là e, "4 Ma trận xác định vị trí của khâu thao tác 56 4 Ma trận xác định vị trí của hệ tọa độ gắn với khâu thao tác tại điểm tác động cudi trong hé Loa dé khâu cuối z D-H Denavit-Hartenberg, 56 DANH MỤC CÁC HINA VE, BO THT Trang Hình 1.1: Các dạng vùng làm việc của fay robot Hình 1.2: Một số loại robol công nghiệp diễn hình và các ứng dựng Hình 1.3: Hàn bồ quang THỉnh 1.4: Robot han THỉnh 1.5: Robot han điềm Hình 1.6 Robot hàn đường Hình 1.7 Một số loại robol hàn ẳng Hình 1.8: Robot hàn hỗ quang Hình 1.9: Các cảnh tay robot hàn Tlinh 1.10: Ngôn điện cha hàn hỗ quang Tlinh 1.1): Sting han Hinh 1.