CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CẤU TRÚC ROBOT 1.1 Trình bày không gian làm việc và số bậc tự do cần thiết của Robot.1 Trình bày không gian làm việc của Robot. - Không gian làm việc có dạng đường thẳng, thường được xác định bởi các điểm đầu và cuối và mà Robot có thể với tới. Chiều dài của đoạn thẳng là thông số quan trọng, xác định khả năng tiếp cận của robot chiều dài này phụ thuộc vào thiết kế cánh tay và cấu trúc cơ học của robot. Các giới hạn về an toàn để tránh va chạm với môi trường xung quanh.
- Có một số hình dạng không gian làm việc phổ biến của robot: + Không gian làm việc hình trụ: Robot có thể hoạt động trong không gian hình trụ với chiều cao và bán kính cố định. Đây là dạng thường thấy ở robot có trục quay và dịch chuyển tuyến tính. + Không gian làm việc hình cầu: Là không gian có hình dạng giống như một quả cầu. Đây là dạng không gian làm việc của robot mà cánh tay của nó có thể vươn ra và xoay quanh các trục, cho phép bao phủ một khu vực hình cầu.
+ Không gian làm việc hình hộp chữ nhật: Không gian làm việc này có dạng hình hộp chữ nhật, thường xuất hiện ở các robot có cấu trúc khớp song song hoặc các robot với khả năng dịch chuyển theo 3 trục tuyến tính.2 Số bậc tự do cần thiết. - Bậc tự do là một khái niệm quan trọng trong thống kê để đo đạc số lượng độc lập có thể thay đổi trong một mô hình hoặc một bộ dữ liệu mà không làm thay đổi quy luật hoặc ràng buộc của mô hình đó. - Để xác định công thức tính bậc tự do cho robot, ta cần xác định cơ cấu robot là không gian hay phẳng bằng cách xác định vị trí mặt phẳng làm việc của robot.1 Robot cơ cấu phẳng (2D Robot): - Là loại robot hoạt động làm việc trong không gian hai chiều, chủ yếu trên bề mặt phẳng xy. - Robot giới hạn các khâu quay theo 1 phương duy nhất và các khâu tịnh tiến theo phương vuông góc với khâu quay.
- Công thức xác định số bậc tự do cho cơ cấu phẳng: 3 Trong đó: +) n : số khâu động +) Pi: số biến khớp loại i +) : số rằng buộc trùng +) : Số rằng buộc thừa +) : số bậc tự do thừa 1.2 Robot cơ cấu không gian (3D Robot). - Là loại robot có khả năng di chuyển và thực hiện các tác vụ trong không gian ba chiều, bao gồm các phương hướng x, y, z. - Robot có khả năng di chuyển và làm việc trong môi trường không gian phức tạp, yêu cầu độ linh hoạt, chính xác cao. - Công thức xác định số bậc tự do cho cơ cấu không gian: Trong đó: +) n: số khâu động +)i.
: tổng số các khâu +) : số ràng buộc trùng +) : số ràng buộc thừa +) : số bậc tự do thừa 1.2 Phân tích cấu trúc và phương án thiết kế Robot.1 Trình bày điểm thao tác làm việc của Robot: - Điểm thao tác làm việc thực hiện các tác vụ trực tiếp trên đối tượng làm việc. Tùy thuộc vào nhiệm vụ cụ thể, điểm thao tác có thể được thiết kế đa dạng, có thể tháo lắp và thay đổi dễ dàng để phù hợp với các nhiệm vụ khác nhau. Được điều khiển chính xác thông qua các hệ thống máy tính và cảm biến. Có khả năng thực hiện các chuyển động phức tạp trong không gian làm việc.2 Phân tích cấu trúc Robot.
- Robot khắc chữ 3 khâu RRT bao gồm 4 khâu ( 3 động 1 cố định ), 2 khớp quay, 1 khớp tịnh tiến và 1 mũi hàn gắn ở khâu cuối. - Khớp Revolute (xoay): Trong cấu trúc RRT, các khớp là khớp xoay, cho phép các liên kết xoay quanh trục cố định. Cần chọn loại khớp và động cơ phù hợp với ứng dụng cụ thể. Điều này có thể bao gồm việc sử dụng động cơ servo hoặc động cơ bước, tùy thuộc vào yêu cầu về tốc độ, độ chính xác và mô-men xoắn cần thiết.
- Khớp translation (tịnh tiến): Trong cấu trúc RRT, các khớp tịnh tiến cho phép chuyển động tịnh tiến theo một hướng cố định. Nó có thể được thực hiện thông qua sử dụng trụ hoặc thanh trụ giữa các khối cơ bản của robot. - Động cơ: Mỗi khớp cần được điều khiển bởi một động cơ. Chọn động cơ servo hoặc động cơ bước có công suất và tốc độ phù hợp với yêu cầu chuyển động của robot.
- Thiết kế các liên kết (linkages):Kích thước và hình dạng: Xác định kích thước và hình dạng của các liên kết. Điều này liên quan đến việc quyết định chiều dài của mỗi liên kết và thiết kế chúng sao cho cân bằng giữa độ bền và trọng lượng. - Vật liệu: Chọn vật liệu cho các liên kết dựa trên yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Cần xem xét các yếu tố như độ bền, trọng lượng, độ cứng và khả năng chịu được tải trọng.
- Gắn kết và ổn định: Đảm bảo rằng các liên kết được gắn kết chặt chẽ và có khả năng hoạt động ổn định. Điều này có thể bao gồm việc sử dụng bạc đạn hoặc hệ thống lực định hướng - Hệ thống điều khiển: Điều khiển góc độ và vị trí: Phương án điều khiển cần đảm bảo rằng robot có khả năng điều khiển góc độ và vị trí của mỗi khớp một cách chính xác. - Điều này thường đòi hỏi việc sử dụng cảm biến góc độ (như encoder) và hệ thống điều khiển phù hợp. - Lập trình chuyển động: Xác định phương pháp lập trình để đạt được các chuyển động cụ thể của robot.
Điều này bao gồm việc viết mã điều khiển để điều khiển các động cơ và đảm bảo rằng robot thực hiện nhiệm vụ một cách chính xác. 5 - Thiết kế công cụ cuối cùng: Nếu cần, thiết kế công cụ cuối cùng (bàn làm việc hoặc công cụ nhiệm vụ cụ thể) để đáp ứng yêu cầu của ứng dụng. Điều này có thể bao gồm việc thiết kế và lắp ráp các kẹp, tay cầm hoặc các công cụ đặc biệt khác.3 Phương án thiết kế: - Đây là quá trình lựa chọn thông số kĩ thuật cấu tạo nguyên lí hoạt động và mạch điều khiển cho cánh tay robot. Việc này phụ thuộc vào mục đích sử dụng, số bậc tự do, khối lượng, kích thước…của cánh tay robot * Một số phương án thỏa mãn: Hình 1.1: Phương án 1 robot SCARA - Cấu trúc RRT - Cơ cấu không gian - Khớp 1 và 2 dùng ổ bi quay ngang 6 - Khớp 3 dùng ổ trượt tịnh tiến lên xuống đầu hàn Hình 1.2: Phương án 2 robot tay cực - Cấu trúc RRT - Cơ cấu không gian - Khớp 1 dùng ổ bi quay ngang - Khớp 2 dùng ổ bi quay dọc - Khớp 3 dùng ổ trượt tịnh tiến lên xuống đầu hàn 7 Hình 1.3: Phương án 3 robot dạng tay đòn - Cấu trúc RRT - Cơ cấu không gian - Khớp 1 dùng ổ bi quay ngang - Khớp 2 dùng ổ bi quay dọc - Khớp 3 dùng ổ trượt tịnh tiến lên xuống đầu hàn 8 Hình 1.4: Phương án 4 robot đa khớp - Cấu trúc RRT - Cơ cấu không gian - Khớp 1 dùng ổ bi quay ngang - Khớp 2 dùng ổ bi quay dọc - Khớp 3 dùng ổ trượt tịnh tiến lên xuống đầu hàn * Không gian làm việc của robot 550 × 600 × 700 (��) * Lựa chọn phương án thiết kế: - Để tiết kiệm về mặt kinh tế nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu của bài toán đặt ra, ta lựa chọn phương án 4 có 2 khâu quay xác định định vị trí và bao quát các điểm trên các mặt phẳng, một khâu chuyển động tịnh tiến để xác định mặt phẳng làm việc và điều chỉnh sự linh hoạt của đầu khắc tránh va chạm trong môi trường làm việc.
Do đó việc lựa chọn phương án này hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu bài toán.5: Cấu trúc 3D cánh tay robot RRT lựa chọn *Ưu điểm của phương án này so với phương án khác: - Điều khiển dễ dàng: Xây dựng hệ thống điều khiển các khớp dễ dàng thuận tiện và gần như có thể độc lập. - Khả năng làm việc chính xác trong không gian tuyến tính nhờ khớp tịnh tiến d3. - Thiết kế nhỏ gọn, đơn giản: Cơ cấu có thiết kế nhỏ gọn, đơn giản giúp tiết kiệm không gian mà vẫn đảm bảo tính linh hoạt. * Nhược điểm của phương án này so với phương án khác: - Bị giới hạn khả năng bao phủ không gian 3D do chỉ có 2 khớp quay.
- Linh hoạt kém hơn khi cần di chuyển trong các không gian phức tạp. - Khả năng tải trọng hạn chế: Cơ cấu có khả năng tải trọng hạn chế so với một số loại robot khác, do đó không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tải trọng lớn. 10 CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 2.1 Bài toán động học thuận 2.