Chương 1: Giới thiệu. Nêu tính cấp thiết và lý do hình thành đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài, kết cấu luận văn và phân định nội dung của vấn đề nghiên cứu. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này trình bày một vài nét về robot và robot công nghiệp, một số loại robot công nghiệp, giới thiệu về Robot Scara và một số phương pháp điều khiển Robot Scara.
- Chương 3: Đánh giá thực trạng và phương án cải tiến thiết kế. Chương này trình bày một số phương pháp thiết kế tay gắp, phương pháp lựa chọn động cơ cho các trục X,Y,Z. - Chương 4: Tính toán và xây dựng thiết kế cơ khí. Chương này trình bày về tính toán lựa chọn động cơ tay gắp, băng tải, động cơ các khâu dựa vào các phương án lựa chọn ở chương 3.
- Chương 5: Thiết kế hệ thống điện điều khiển. Chương này trình bày thiết kế hệ thống điện điều khiển có Robot Scara, tính toán và lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch nguyên lý. - Chương 6: Động học robot và thuận toán điều khiển. Chương này trình bày tính toán động học thuận, động học nghịch cho robot, các giải thuật điều khiển, thiết kế phần mềm điều khiển.
- Chương 7: Thi công, kết quả và thực nghiệm. Chương này trình bày kết quả cải tiến phần cơ khí, phần điện, phần mềm qua hình ảnh thực tế, sau đó nhận xét và đánh giá chung sản phẩm. 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về Robot công nghiệp 2.
Định nghĩa Robot công nghiệp Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề về tự động hóa sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng. Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật robot công nghiệp nằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Sự cạnh tranh hàng hóa đặt ra một vấn đề thời sự là làm sao để hệ thống tự động hóa sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng với sự biến động thường xuyên của thị trường hàng hóa cạnh tranh. Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong việc tạo ra những hệ thống tự động sản xuất linh hoạt đó.
Robot công nghiệp là những cổ máy tự động được thiết kế để thực hiện các hoạt động lặp đi lặp lại, các tác vụ đòi hỏi sự chính xác, các tác vụ nặng và thay thế con người trong môi trường độc hại hoặc khắc nghiệt. Chúng giúp giảm sai lỗi của con người và cải thiện năng suất. Một robot công nghiệp điển hình được cấu tạo từ các bộ phận sau: Hình 2.1: Cấu tạo của robot công nghiệp. - Bộ điều khiển: đây được coi là bộ não của robot, nơi cung cấp cho robot bộ nhớ và khả năng xử lý cần thiết để hoạt động.
- Cảm biến: robot sử dụng các cảm biến để nhận biết và thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh, đây được coi là tai và mắt của robot. - Bộ truyền động và nguồn điện: Robot có thể sử dụng các bộ truyền động bằng điện, khí nén, thủy lực hoặc các loại bộ truyền động khác để chuyển đổi năng lượng cần thiết cho các hoạt động của robot. 4 - Cánh tay robot: được thiết kế để mô phỏng cánh tay con người, cánh tay robot là một cấu trúc được tạo thành từ nhiều đoạn được nối với nhau bằng khớp nối liên kết. Các khớp có thể là khớp gắp, khớp xoay.
và có thể lập trình được để duy chuyển theo mong muốn. - Dụng cụ cuối cánh tay hoặc dụng cụ thao tác: là các dụng cụ hoặc thiết bị được gắn vào cuối cánh tay robot để thực hiện các tác vụ, chẳng hạn như các loại tay gắp, tay kẹp, camera, đầu hàn. Phân loại robot công nghiệp. Robot công nghiệp được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm cấu trúc cơ khí, ứng dụng, độ tự động hóa và khả năng lập trình.
Dưới đây là các phân loại chính của robot công nghiệp. Phân loại theo kết cấu. Theo kết cấu của tay máy, người ta phân loại robot theo nhiều loại như: Cartesian robot, robot có khớp nối, robot hình trụ, robot hình cầu, Robot Delta, robot Scara. Phân loại theo hệ thống truyền động.
Robot được phân loại theo các dạng truyền động phổ biến là: - Hệ truyền động điện: Thường dùng các động cơ điện 1 chiều (DC: Direct Current) hoặc các động cơ bước (step motor). Loại truyền động nầy dễ điều khiển, kết cấu gọn. - Hệ truyền động thủy lực: Có thể đạt được công suất cao, đáp ứng nhiều điều kiện làm việc nặng. Tuy nhiên hệ thống thủy lực, thường có kết cấu cồng kềnh.
Tồn tại độ phi tuyến lớn, khó xử lý khi điều khiển. - Hệ thống truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngược nhưng lại gắn liền với trung tâm tạo khí nén. Hệ này cần làm việc với công suất trung bình và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thích hợp với các robot hoạt động theo chương trình sẵn với các thao tác đơn giản. Bậc tự do của robot.
Bậc tự do là số khả năng chuyển động của cơ cấu (chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến). Để dịch chuyển một vậy thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot phải đạt được một số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của Robot là một cơ cấu hở, do bậc tự do của nó có thể tính theo công thức: 5 w = 6n − ipi i =1 Trong đó: n – Số khâu động. pi - Số khớp loại i (i = 1,2,3,4,5: Số bậc tự do bị hạn chế).
5 Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tịnh tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động. Đối với cơ cấu hở, số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động. Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tùy ý trong không gian 3 chiều robot cần 6 bậc tự do, 3 bậc tự do để định vị, 3 bậc tự do để định hướng. Một số công việc như nâng hạ, sắp xếp yêu cầu ít số bậc tự do ít hơn.
Các robot hàn, sơn…, thường yêu cầu nhiều bậc tự do hơn. Trong một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hóa quỹ đạo, người ta dùng robot với số robot với bậc tự do lớn hơn 6.2: Hệ tọa độ suy rộng của robot. Mỗi robot thường có nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp (joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một hệ khâu cơ bản đứng yên. Hệ tọa độ gắn với khâu cơ bản gọi là khâu cơ bản (hay hệ tọa độ chuẩn).
Các hệ tọa độ trung gian khác, gắn với các khâu động gọi là hệ tọa độ suy rộng. Trong từng thời điểm hoạt động, các tọa độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch dài hoặc chuyển dịch góc của khớp tịnh tiến hoặc khớp quay. Các tọa độ suy rộng còn gọi là các biến khớp. Các hệ tọa độ gắn trên các khâu của robot phải tuân thủ theo quy tắc bàn tay phải như sau: Dùng bàn tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào bàn tay, xòe 3 ngón: cái trỏ và giữa theo 3 hướng vuông góc với nhau, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục Z thì ngón 6 trỏ chỉ phương, chiều của trục X và ngón giữa sẽ biểu thị phương và chiều của trục Y.3: Quy tắc bàn tay phải gán tọa độ cho robot.
Trong robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ tọa độ gắn trên khâu thứ n. Như vậy hệ tọa độ cơ bản (hệ tọa tọa độ gắn với khâu cố định) sẽ được kí hiệu là O0 , hệ tọa độ gắn trên các khâu tương ứng sẽ là O1 , O2 , …, On −1. Hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối cùng là khâu On. Trường công tác của robot.
Trường công tác hay vùng làm việc (không gian công tác) của robot là toàn bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi robot cuối khi robot thực hiện các chuyển động có thể. Trường công tác bị ràng buộc bởi các thông số hình học của robot cũng như các ràng buộc cơ học của khớp; ví dụ, một khớp quay có chuyển động nhỏ hơn một góc 360o. Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của robot.4: Trường công tác của robot Scara 7 2. Kết cấu của tay máy.
Như đã nói phía trên, tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việc của robot. Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay người, tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tay robot có hình dạng rất khác xa cánh tay người. Trong thiết kế và sử dụng tay máy, chúng ta cần quan tâm đến thông số hình – động học, là những thông số liên quan đến khả năng làm việc của robot như: tầm với (hay trường công tác), số bậc tự do (thể hiện sự khéo léo, linh hoạt của robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp… Các khâu của robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản: - Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarde, thông thường tạo nên các hình khối. - Chuyển động xoay theo các trục x, y, z trong không gian.
Tổng quan về Robot Scara 2. Định nghĩa Robot Scara. Robot SCARA, viết tắt của “Selective Compliance Assembly Robot Arm” là một loại robot công nghiệp đặc biệt được thiết kế các nhiệm vụ lắp ráp, di chuyển vật liệu, công việc đòi hỏi sự chính xác và tốc độ cao. Đây là những cánh tay robot có phạm vi chuyển động theo hướng tuân theo mặt phẳng ngang hay còn gọi là mặt phẳng X-Y trong không gian ba chiều và 8 trục Z chỉ có thể di chuyển lên xuống.
Đặc điểm của loại robot này là chiều dọc chính giữa luôn luôn được giữ cố định và không thể di chuyển lên xuống như những loại robot khác. Ứng dụng robot Scara Robot Scara được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1980 bởi Sankyo Seiki, Pentel, và NEC, nhằm đáp ứng nhu cầu tự động hóa trong ngành công nghiệp điện tử. Kể từ đó, Scara đã trải qua nhiều cải tiến về thiết kế và công nghệ, trở thành một trong những loại robot phổ biến nhất trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Do thiết kế cơ học của chúng, robot SCARA có những trường hợp sử dụng cụ thể khác nhau.