Chương 1: Tổng quan về Robot. Chương này, nhóm trình bày tổng quan về Robot, hay cụ thể là Mobile Robot mà nhóm đang hướng đến. Chương 2: Thiết kế Robot. Ở chương này, nhóm trình bày cụ thể bản vẽ chi tiết về đề tài của nhóm là Dog Robot.
Chương 3: Tính toán động học Robot. Trong chương này, nhóm sẽ giới thiệu cơ sở lý thuyết về động học và động lực học của Mobile Robot. Dựa vào cơ sở đó, nhóm thực hành tính toán động lực học nhằm cụ thể hóa trong quá trình hoàn thiện Robot. Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển.
Nhóm sẽ đặt vấn đề về cơ khí & động cơ, sau đó đưa ra lựa chọn nhằm phù hợp đối với tính toán của đề tài. 5 NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1. Giới thiệu về Mobile Robot 1. Robot Trước khi tìm hiểu về Mobile Robot, ta cần phải biết được rằng Robot là gì? Nguồn gốc của nó là từ đâu? Và nó được vận hành như thế nào? Và tại sao chúng ta lại cần tạo ra Robot.
Vậy thì, Robot hoặc Rô bốt hay Rô bô (Tiếng Anh có nghĩa là người máy). Là một loại máy móc có thể thực hiện những công việc hay thao tác một cách tự động, có thể là bởi sự điều khiển của máy tính, hay các vi mạch điện tử đã được lập trình sẵn. Robot là một tác nhân gồm cơ khí, nhân tảo ảo, và thường là một hệ thống cơ khí – điện tử. Cánh tay Robot trong sản xuất 6 Từ ngữ Robot thường được hiểu với nghĩa như Robot cơ khí và phần mềm tự động.
Do sự đa dạng mức độ tự động của hệ thống cơ – điện tử mà ranh giới phân chia Robot với phần còn lại là không rõ ràng. Thuật ngữ Robot xuất phát từ tiếng Séc “Robota” có nghĩa là “lao động cưỡng bức”. Robot lần đầu tiên được sử dụng để biểu thị một nhân vật hư cấu trong vở kịch “Các Robot toàn năng của Rossum”. Robot có những đặc điểm sau: + Không phải là tự nhiên, do con người sáng tạo ra.
+ Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh. + Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường. + Có sự thông minh do con người mang lại, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển tự động theo các trình tự đã được lập trình từ trước. + Có thể di chuyển, xoay, hoặc tịnh tiến theo một hoặc nhiều chiều.
+ Có khả năng thay đổi, điều khiển được theo yêu cầu của người sử dụng theo các lệnh ban đầu đã được lập trình + Có sự khéo léo trong vận động. Moblie Robot “Mobile Robot” theo như đúng tên gọi của nó, là một loại Robot có khả năng di chuyển, linh hoạt, không bị cố định tại một chổ như những loại Robot khác và có thể tự xử lý theo những gì đã được lập trình hoặc theo một sự điều khiển tử máy tính. Robot Vector (Mobile Robot) Mobile Robot được ứng dụng phổ biến không chỉ trong Công nghiệp, mà còn trong các lĩnh vực khác như nông nghiệp, ứng dụng thành Robot dò mìn trong quân đội hay thậm chí là Robot hút bụi trong chính ngôi nhà của chúng ta. Mobile Robot là một loại Robot khá là phổ biến hiện nay, nó giúp cho con người hầu hết trong các vấn đề nhỏ đến những rắc rối lớn mà con người gặp phải.
Ưu điểm và nhược điểm 1. Ưu điểm Mobile robot là loại robot có thể thực hiện các tác vụ ở các địa điểm khác nhau, không ở cố định một vị trí nào. Linh động là đặc tính của robot di động, có 8 thể có được từ các bộ phận chuyển động như bánh xe, chân, tay, cánh quạt… Robot di động “phải biết” định vị và “thu nhận” được thông tin đầy đủ về môi trường xung quanh, sau đó mới có quyết định thực hiện hành động nào cho phù hợp. Do đó, Mobile robot thường được tích hợp các cảm biến nhằm giúp cho chúng có thể nhận biết.
Ngoài ra, robot di động còn có thể gắn kết với một hệ thống máy tính điều khiển và hệ thống cung cấp điện năng cho các chuyển động cũng như các cảm biến. Tùy vào tính chất công việc, các robot di động có thể phải mang theo nguồn điện, camera, micro, bộ cảm biến và các bộ xử lý. Tuy nhiên, do các robot di động đều có một tải trọng nhất định, nên khi thiết kế, cần tính toán trọng lượng các vật mang theo này ở mức vừa phải. Một đặc điểm quan trọng khác nữa là các robot di động cần phải có tính tự động một cách tương đối, nghĩa là phải có khả năng tự làm một hành động nào đó mà không cần có sự can thiệp của con người.
Nhược điểm Khác với robot cố định, robot di động có những yêu cầu cao hơn, đòi hỏi đầu tư nhiều hơn. Trong khi robot cố định vận hành khá đơn giản, chỉ cần không gian cố định để thực các công việc lặp đi lặp lại, còn hệ thống robot di động hoạt động trong không gian mở, thay đổi liên tục và đôi khi rất phức tạp. Cấu tạo của Mobile Robot Để mobile robot hoạt động ổn định thì phần khung, vỏ đóng vai trò rất quan trọng. Khung, vỏ của robot giúp kết nối, cố định và sắp xếp hợp lý các bộ phận của robot như bánh xe, các linh kiện, bảng mạch và pin.
Từ đó, giúp cho robot có được sự ổn định và vững chắc trong quá trình vận hành. Ngoài ra, phần khung vỏ còn có tác dụng tăng tính cá nhân hóa và thẩm mỹ cho robot. Xuất phát từ các yêu cầu trên, phần khung vỏ của robot được thiết kế và chế tạo dựa vào công nghệ in 3D FDM. Mobile Robot cho quân sự Robot được chế tạo khung vỏ bằng công nghệ in 3D sẽ đảm bảo được các yêu cầu cần thiết Dễ dàng tháo lắp.
Sắp xếp hợp lý các bộ phận. Tiện lợi trong quá trình sử dụng. Có tính thẩm mỹ. Có giá thành rẻ hơn so với chế tạo khung vỏ hoàn toàn bằng kim loại.
Môi trường hoạt động Đối với từng môi trường sử dụng mà hệ thống truyền động cũng như khả năng hoạt động của các loại Mobile Robot là khác nhau tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng của con người. Đối với loại Mobile Robot mà bài báo cáo của nhóm đang hướng đến đó là loại Robot có thể di chuyển trong các địa hình hiểm trở, khó khăn, nhỏ hẹp, nguy hiểm đối với con người, thế nên môi trường hoạt động này sẽ tác động đến các hệ 10 thống truyền động của Robot mà cụ thể là bài báo cáo sẽ sử dụng chân thay cho các loại bánh xe thông thường mà các Mobile Robot đang sử dụng phổ biến. 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ROBOT 2. Hình ảnh 3D – Tổng quát của đề tài Hình 2.
Hình 3D – Tổng quát về Robot 12 2. Bản vẽ thiết kế Robot 2. Cụm thân của Robot 2. Thân của Robot Thân Hình 2.
Bản vẽ thiết kế thân của Robot 13 Thân trên Hình 2. Bản vẽ thiết kế thân trên của Robot 14 2. Tấm chắn hông của Robot Tấm chắn hông (bên phải) Hình 2. Bản vẽ thiết kế tấm chắn hông (bên phải) của Robot 15 Tấm chắn hông (bên trái) Hình 2.2 Bản vẽ thiết kế tấm chắn hông (bên trái) của Robot 16 2.
Cụm vai và chân của Robot Hình 2. Bản vẽ thiết kế cụm vai và chân 17 2. Vai của Robot Vai Robot thứ 1 Hình 2. Bản vẽ thiết kế vai của Robot thứ 1 18 Vai Robot thứ 2 Hình 2.
Bản vẽ thiết kế vai của Robot thứ 2 19 Vai Robot thứ 3 Hình 2. Bản vẽ thiết kế vai của Robot thứ 3 20 Vai Robot thứ 4 Hình 2. Bản vẽ thiết kế vai của Robot thứ 4 21 2. Chân của Robot Khớp truyền động của Robot Hình 2.
Bản vẽ thiết kế khớp truyền động của Robot 22 Khớp đùi của Robot Hình 2. Bản vẽ thiết kế khớp đùi của Robot 23 Khớp chân (bên phải) của Robot Hình 2. Bản vẽ thiết kế khớp chân (bên phải) của Robot 24 Đệm chân của Robot Hình 2. Bản vẽ thiết kế đệm chân của Robot 25 2.
Bản vẽ lắp của Robot Hình 2. Bản vẽ lắp của Robot 26 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 3. Động học của Mobile Robot Để khảo sát bài toán động học, nhóm đã sử dụng phương pháp D-H hay còn gọi là phương pháp Denavit – Hartenberg. Phương pháp này mang lại nhiều hiệu quả cũng như ưu điểm nổi bật hơn so với các phương pháp khác trong quá trình tính toán bài toán động học, và như đã nói, ta có thể áp dụng hiệu quả các kết quả mà phương pháp D-H mang lại cho chúng ta vào các bài toán động lực học, phân tích lực, tính toán vận tốc hay bài toán Jacobi.
Để tiếp cận một cách đơn giản và hiệu quả, điều đầu tiên cần lưu ý đó chính là các thông số trong Phương Pháp Denavit – Hartenberg hay còn gọi là Phương pháp DH. Hệ trục phương pháp D - H Các khâu đánh số từ 0 tới n với n là số khâu của robnot. Bệ robot sẽ được đánh số 0. 27 Mỗi hệ trục gắn ở mỗi khâu phải luôn tuân theo quy tắc bàn tay phải hay quy tắt tam diện thuận.
Quy tắc bàn tay phải Hệ trục toạ độ gắn trên khâu của Robot được gắn tại khớp xa hơn so với bệ của mỗi khâu. Gốc của hệ trục toạ độ đặt tại giao điểm của đường vuông góc chung của các trục khớp với nhau. Nếu các trục khớp song song với nhau thì vị trí của gốc của hệ trục toạ độ được lựa chọn sao cho khoảng cách giữa các khâu bằng 0 hoặc nhỏ nhất nếu có một khoảng dịch chuyển giữa các khâu. Nếu các trục khớp giao nhau thì gốc toạ độ sẽ đặt tại điểm giao nhau của các trục.
Trục z trùng với trục khớp: + Nếu khớp tịnh tiến thì hướng trục z sẽ là hướng di chuyển đi ra xa. + Nếu là khớp trụ, hướng trục z xác định là hướng dương theo hướng quay trục z hoặc theo hướng lựa chọn sao cho góc xoắn nhỏ nhất. Trục x sẽ song song với đường vuông góc chung giữa các trục khớp của các khâu. Nếu các trục giao nhau không có đường vuông góc chung thì trục x sẽ là tích vector của hai vector zn-1 và zn.