Chương I : GIỚI THIỆU TAY MÁY I. Tìm hiểu về Robot: ` Robotics được hiểu là ngành khoa học , có nhiệm vụ nghiên cứu về thiết kế , chế tạo các robot và ứng dụng chúng trong nhiều lĩnh vực hoạt động khác nhau của xã hội loài người , như nghiên cứu khoa học- kỹ thuật , kinh tế , quốc phòng và dân sinh. Về kỹ thuật Robot được định nghĩa là “cơ cấu chấp hành đa chức năng tái lập trình được thiết kế để chuyển tải vật tư, công cụ, hoặc các thiết bị chuyển động được lập trình để thực hiện các tác vụ khác nhau”. Địng nghĩa này bao gồm các cơ cấu chấp hành, các máy điều khiển bằng số, các mày di chuyển, và người máy của khoa học giả tưởng.
Mặc dù, nhiều người coi Robot là người máy, nhưng Robot công nghiệp ngày nay có hình thức rất khác vời con người. Ví dụ như tay máy công nghiệp. Robot công nghiệp là máy tự động được đặt cố định hay di động , bao gồm thiết bị thừa hành dạng tay máy có một số bậc tự do hoạt động và thiết bị điều khiển theo chương trình , có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất. Rôbot công nghiệp có 2 đặc trưng cơ bản: - Thiết bị vạn năng được tự động hóa theo chương trình và có thể lập trình lại để có thể đáp ứng 1 cách linh hoạt khéo léo các nhiệm vụ khác nhau.
- Được ứng dụng trong những trường hợp mang tính công nghiệp đặc trưng như vận chuyển xếp dỡ nguyên vật liệu, lắp ráp, đo lường… Vào đầu thế kỷ 20 , khái niệm sản xuất hang khối bắt đầu xuất hiện. Trong môi trường sản xuất hàng khối , hấu hết các quy trình đều đươc thưc hiện bằng các máy chuyên dùng. Phương pháp nay làm giảm rỏ rệt chi phí sản xuất , các sản phẩm công nghiêp phù hợp với hầu hết mọi người. Tuy nhiên mỗi máy công cụ đều đươc thiết kế để thực hiện 1 công việc duy nhất , mỗi lần thay đổi kiểu mẫu sản phẩm , phải thay đổi toàn bô dây chuyền sản xuất.
Việc sửa đổi dây chuyền sàn xuất mổi khi thay đổi kiểu mẫu sản phẩm có khi rất tốn kém. Kiểu tự động hóa này gọi là tự động hóa cứng. Tính không linh hoạt và chi phí hơi cao của tự động hóa cứng đã đưa đến phương pháp tiếp cận hoàn toàn mới. Gần đây , các cơ cấu chấp hành robot đươc đưa vào quy trình chế tao để thực hiện nhiều công việc.
Do các cơ cấu chấp hành điều khiển bằng máy tính hay vi xử lý , chúng có thể tái lâp trình một cách dễ dàng cho nhiều công việc khác nhau. Do đó , không cần phải thay các máy móc khi thay đổi kiểu mẫu sản phẩm. Đây là kiểu tư động hóa linh hoạt. Sự phát triển của robot công nghiệp chỉ bắt đầu vào cuối những năm 40.
Ban đầu được dùng để chuyền tải sản phẩm nguy hiểm , được dùng trong thám hiểm không gian , và sau đó được dùng trong tự động hóa linh hoạt. Vào cuối những năm 1950 , cơ cấu lập trình bắt đầu xuất hiện và được cải tiến liên tục. Đặc tính quan trọng của nó là phối hợp bộ điều khiên trên máy tính hoặc bộ vi xử lý với các cảm biến hồi tiếp để đat đươc chức năng lập trình đa chức năng. Trong những năm 80 robot công nghiệp đã có những bước phát triển vượt bậc và mạnh mẽ , do yêu cầu cao vê tự động hóa linh hoạt và kinh tế trong thám hiểm không gian và công nghiệp ôtô.
Vào những năm 90 nhiều công ty ở Nhật , Châu Âu và Bắc Mỹ đã sử dụng rộng rãi robot trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Trang 4 Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Thiết kế và thi công tay máy hai bậc tự do Ngoài ra , việc chế tạo ra Robot thống nhất ở một điểm: thực hiện hoài bảo của con người, tạo ra các thiệt bị thay thế mình trong những hoạt động khônh thích hợp với mình như: - Các công việc lặp đi lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu, lắp ráp, lau cọ nhà…. - Trong môi trường khắc nghiệt hoặc nguy hiểm: như ngoài khoảng không vũ trụ, trên chiến trường, dưới nước sâu, trong lòng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ cao,…. - Những việc đòi hỏi độ chính xác cao, như thông tắc mạch máu hoặc các ống dẫn trong cơ thể, lắp ráp các cấu tử trong vi mạch….
Ví du : Robot hoat động trong không gian. Tìm hiểu về tay máy: 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 nên sự khéo léo , linh hoạt và bàn tay (end effector) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng. Có nhiều loại tay máy như : tay máy kiểu tọa độ decac , trụ , cầu.
SCADA , kiểu tay người … Tay máy là phần cơ sở, quyết định khả năng làm việc của Robot công nghiệp. Đó là thiết bị cơ khí đảm bảo cho Robot khả năng chuyển động trong khộng gian và khả năng làm việc, như nâng hạ vật, lắp ráp… Ý tưởng ban đầu của việc thiết kế và chế tạo tay máy là phỏng tác cấu tạo và chức năng của tay người. Về sau đây không còn là điều bắt buộc nữa. Tay máy hiện nay rất đa dạng và nhiều loại có dáng vẻ rất khác xa tay người.
SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) là 1 kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt, gồm 2 khớp quay và 1 khớp trượt nhưng cả 3 khớp điều có trục song song với nhau. Kết cấu này làm tay máy cứng vững hơn theo phương thẳng đứng nhưng kém cứng vững theo phương được chọn, là phương ngang. Loại này chuyên dùng cho công việc lắp ráp với tải nhỏ theo phương thẳng đứng. SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Trang 5 Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Thiết kế và thi công tay máy hai bậc tự do III.
Động học tay máy: Theo quan điểm động học, tay máy có thể được biểu diễn bằng một chuỗi động học hở, gồm các khâu, liên kết với nhau bằng các khớp quay hay khớp trượt. Một đầu của chuỗi được gắn lên thân, còn đầu kia nối với phần công tác. Thao tác trong qua trình làm việc đòi hỏi phần công tác phải được định vị và định hướng chính xác trong không gian. Động học tay máy giải quyết 2 lớp bài toán: - Lớp bài toán thuận căn cứ vào các biến khớp để xác định vùng làm việc của phần công tác và mô tả chuyển động của phần công tác trong vùng làm việc của nó.
- Lớp bài toán ngược, xác định các biến khớp để đảm bảo chuyển động cho trước của phần công tác. SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Trang 6 Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Thiết kế và thi công tay máy hai bậc tự do Y Y2 Y1 O X1 X2 X Bài toán thuận x1 l1 .Cos 2 SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Trang 7 Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Thiết kế và thi công tay máy hai bậc tự do Bài toán ngược: y tan 1 w xw l12 l 22 2l1l 2 cos r 2 mà r 2 x w2 y w2 vây l12 l 22 2l1l 2 cos x w2 y w2 l 2 l 22 x w2 y w2 cos 1 2l1l 2 l l 22 x w2 y w2 2 cos 1 1 2l1l 2 mà l 2 l 22 x w2 y w2 2 cos 1 1 2l1l 2 SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Trang 8 Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Thiết kế và thi công tay máy hai bậc tự do Tương tự, ta có r 2 l12 2rl1 cos l 22 x w2 y w2 l12 l 22 2rl1 cos x w2 y w2 l12 l 22 cos 2rl1 r x w2 y w2 1 x w y w l1 l 2 2 2 2 2 yw 1 tan 1 cos ww 2l1 x w2 y w2 SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Trang 9 Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Thiết kế và thi công tay máy hai bậc tự do CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DC Đông cơ DC là động cơ chạy bằng dòng một chiều từ nguồn điện một chiều. Khi motor được cung cấp nguồn DC , nó sẽ biến đổi năng lượng điện thành cơ.Động cơ điện một chiều thường được sử dụng rộng rãi trong các hệ truyền động cần thay đổi cần thay đổi tốc độ yêu cầu điều chỉnh lớn , tốc độ ổn định cao.Động cơ một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt do đó được dùng nhiều trog các ngành công nghiệp có yêu cầu cao vê điều chỉnh tốc độ như cán thép , hầm mỏ , giao thong vận tải…. Động cơ một chiều ( DC ) đã được sử dụng trong công nghiệp từ nhiều năm qua.
Cùng với bộ điều khiển DC , động cơ điện một chiều cung cấp sự điều khiển chính xác. Động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và trong phạm vi rộng như băng tải, thang máy , máy ép , những ứng dụng trong ngành hàng hải, cán vật liệu , giấy , nhựa, cao su , thép và những ứng dụng trong công nghiệp dệt may … I. Cấu tạo và hoạt động của động cơ DC: Cấu tạo động cơ DC gồm 2 phần chính: +Phần tĩnh hay Stato: Còn gọi là phần cảm , gồm có lõi thép và cuộn dây kích từ. Cuộn dây kích từ được đặt vào trong lõi thép để tạo thành một nam châm điện.
Trong những động cơ công suất nhỏ , stato có thể là một nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên , trong các động cơ công suất lớn , stato là một nam châm điện. Cuộn kích từ và lỏi thép được gắn vào vỏ động cơ. +Phần quay hay còn gọi là phần Rotor: Còn được gọi là phần cứng , gồm lõi thép và dây quấn phần cứng.