TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ---------- BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề Tài: Tính Toán Thiết Kế Robot Khắc Chữ RRT GVHD : Th.S Triệu Thị Minh Thu Sinh viên : Lê Anh Quân Lớp : 61CĐT1 Mã sinh viên 1951093509 Hà Nội, 1/2024 Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Học kỳ: 1 Khoa Cơ khí Giai đoạn: 1+2 Bộ môn: Kỹ thuật cơ điện tử Năm học: 2023-2024 ĐỀ BÀI TIỂU LUẬN: ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Trƣởng bộ môn Ngƣời ra đề (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TS. Nguyễn Huy Thế Th.S Triệu Thị Minh Thu Sinh viên nhận đề: Lớp: 61CĐT1 Chữ ký sinh viên: Lê Anh Quân MSSV:1951093509 Tên đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT KHẮC CHỮ KIỂU RRT Yêu cầu: Không gian làm việc: 500x600x400 (mm) Dạng robot: Khắc chữ RRT Quỹ đạo làm việc: di chuyển trên đƣờng cong Parabol 3t 250 x 20 E 3369 15 r y E t 2 t 50 E 1580000 2 zE 0 Khối lƣợng: 1 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu Nội dung thực hiện: Thuyết minh: 1. Phân tích lựa chọn cấu trúc robot 1.1 Số bậc tự do cần thiết 1.2 Phân tích cấu trúc và phƣơng án thiết kế robot 2. Bài toán động học robot 2.1 Bảng tham số động học D-H-C 2.2 Bài toán động học thuận 2.3 Bài toán động học ngƣợc 3.
Thiết kế robot 3.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D 3.2 Thiết kế các chi tiết của robot 3.3 Lắp ráp các khâu và mô hình tổng thể robot 3.4 Mô phỏng lắp ráp và chuyển động của robot 3. Bài toán động lực học robot 4.1 Xác định các tham số động lực học 4.2 Thiết lập phƣơng trình vi phân chuyển động của robot 4.3 Giải bài toán động lực học thuận và ngƣợc (*) 5. Thiết kế hệ thống dẫn động 5.1 Lựa chọn động cơ dẫn động cho khâu 1 5.2 Phân tích lựa chọn hệ thống dẫn động cho khâu 1 6. Thiết kế hệ thống điều khiển (*) 6.1 Chọn luật điều khiển phù hợp 6.2 Mô phỏng trên phần mềm Matlab Bản vẽ: 03 bản vẽ 3D - Bản vẽ lắp tổng thể mô hình robot - Bản vẽ tách một khâu của robot - Bản vẽ tách một chi tiết điển hình 2 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
9 CHƢƠNG 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CẤU TRÚC ROBOT.1 Số bậc tự do cần thiết.2 Phân tích một số cấu trúc thỏa mãn và lựa chọn phƣơng án thiết kế.13 CHƢƠNG 2: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT.1 Bảng tham số động học D-H-C.2 Bài toán động học thuận.3 Bài toán động học ngƣợc.28 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ ROBOT.1 Giới thiệu về phần mềm thiết kế 3D.2 Thiết kế các chi tiết robot.3 Lắp ráp các khâu và mô hình tổng thể robot.4 Mô phỏng lắp ráp và chuyển động của robot. 63 CHƢƠNG 4: BÀI TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC.1 Xác định các tham số động lực học.2 Thiết lập phƣơng trình vi phân chuyển động của robot.72 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐỘNG ROBOT.1 Lựa chọn động cơ dẫn động cho khâu 1.2 Phân tích lựa chọn hệ thống dẫn động cho khâu 1.81 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN.85 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 88 3 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1: Quỹ đạo làm việc chuyển động.3: Cơ cấu tọa độ trục.4: Cơ cấu toạ độ cầu.5: Cơ cấu tọa độ SCARA.6: Robot SCARA 3 bậc tự do RRT.1: Thiết lập hệ toạ độ các khớp.2: Đồ thị quỹ đạo của điểm E.3: Đồ thị vận tốc của điểm E.4: Đồ thị gia tốc của điểm E.5: Đồ thị quỹ đạo đƣờng Parabol.6: Đồ thị quỹ đạo suy rộng của robot.7: Đồ thị vận tốc suy rộng của robot.8: Đồ thị gia tốc suy rộng của robot.9: Đồ thị tọa độ suy q1(t), q1(t), q1(t).10: Đồ thị tọa độ suy rộng q2 (t), q2(t), q2(t).11: Đồ thị tọa độ suy rộng q3(t), q3(t), q3(t).12: Cấu hình Robot RRT.1: Phần mềm thiết kế 3D SolidWorks.2: Lựa chọn sử dụng phần mềm vẽ 3D Part.3: Chọn mặt phẳng 2D làm việc.4: Vẽ chi tiết ở dạng 2D.5: Vẽ chi tiết ở dạng 3D.6: Chỉnh sửa bản vẽ 3D.7: Định dạng file dƣới dạng .8: Mô hình lắp ráp tổng thể robot RRT.9: Lựa chọn sử dụng phần mềm lắp ráp 3D Assembly.54 4 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu Hình 3.10: Sử dụng công cụ Insert Component.11: Thƣ viện bulong, ecu tiêu chuẩn ISO.12: Sử dụng các công cụ Mate.13: Định dạng file dƣới dạng .14: Mô hình lắp ráp khâu đế.15: Mô hình lắp ráp khâu 1.16: Mô hình lắp ráp khâu 2.17: Mô hình lắp ráp khâu 3.18: Biểu diễn quá trình tách các chi tiết mô hình.19: Biểu diễn đƣờng tháo lắp mô hình.20: Định dạng file dƣới dạng .21: Sử dụng công cụ Mate Distance.22: Tạo không gian làm việc XYZ cho robot.23: Thanh nhập vị trí cho điểm làm việc.24: Mô phỏng mô hình chuyển động thành video.25: Định dạng file dƣới dạng .26: Bản vẽ lắp ráp tổng thể mô hình robot RRT.27: Thiết kế khung bản vẽ theo quy định.28: Chuyển đổi hình 3D thành bản vẽ 2D.29: Chọn kích thƣớc khung và tỷ lệ hình vẽ.30: Các hình chiếu của 1 chi tiết 3D.31: Thanh công cụ ghi chú thích cho bản vẽ.32: Tạo bảng liệt kê các chi tiết trong cụm.33: Chỉnh sửa tên và vật liệu chi tiết.34: Định dạng file dƣới dạng .35: Bản vẽ lắp ráp mô hình cụm truyền động khâu đế.36: Bản vẽ lắp ráp mô hình cụm truyền động khâu 1.37: Bản vẽ lắp ráp mô hình cụm truyền động khâu 2.38: Bản vẽ lắp ráp mô hình cụm truyền động khâu 3.69 5 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu Hình 4.1: Momen quán tính khối khâu đế.2: Momen quán tính khối khâu 1.3: Momen quán tính khối khâu 2.4: Momen quán tính khối khâu 3.2: Chiều rộng đai răng.3: Bảng tra số răng.813 DANH SÁCH BẢNG THÔNG SỐ Bảng 1: Bảng tham số động học Craig của robot.21 Bảng 2: Bảng tham số động học.36 Bảng 3: Bảng mô tả vị trí trọng tâm, khối lƣợng, momen quán tính khối của từng khâu của robot.72 6 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu LỜI CAM ĐOAN Chúng em cam đoan rằng đồ án này hoàn toàn do chúng em tự tìm hiểu, tự làm theo hƣớng dẫn của thầy cô. Các nội dung, kết quả đồ án này là trung thực và hoàn toàn chƣa đƣợc công bố dƣới bất kì hình thức nào.
Trong đồ án có sử dụng kiến thức, các nhận xét, đánh giá và các thông số của các tác giả, cơ quan tổ chức mà chúng em tham khảo ở nhiều nguồn khác nhau, có ghi rõ ở phần tài liệu tham khảo. Trƣờng Đại học Thủy lợi không có liên quan gì đến những vi phạm bản quyền, quyền tác giả do chúng em gây ra trong quá trình làm đồ án môn học Hệ thống Cơ điện tử. Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) Lê Anh Quân 7 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, chúng em xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất thầy Th.S Nguyễn Tiến Thịnh đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hƣớng dẫn, động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án này. Em xin trân trọng cám ơn đến tất cả các quý thầy cô thuộc bộ môn Cơ Điện Tử trƣờng Đại Học Thuỷ Lợi, những ngƣời đã trang bị cho chúng em những kiến thức cơ bản , cũng nhƣ đã nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ chúng em trong suốt khóa học vừa qua.
Những góp ý, sửa chữa của thầy cô sẽ phần nào giúp nhóm tự tin hơn trong cách thức tiếp cận với nền công nghiệp hiện nay bởi mặc dù đã có những sự chuẩn bị của em hoặc cũng có thể kiến thức mang đến trong bài đồ án này còn sai sót và chƣa đúng. Em rất mong có đƣợc sự bổ sung, sửa chữa đó. Một lần nữa em xin cảm ơn. Trân trọng! 8 Sinh viên thực hiện: Lê Anh Quân - MSSV: Đồ án hệ thống Cơ điện tử GVHD: Th.S Triệu Thị Minh Thu LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp cũng phát triển nhanh chóng.
Việc áp dụng các máy móc hiện đại vào sản suất là một yêu cầu không thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng suất, tăng chất lƣợng và giảm giá thành sản phẩm. Song song với sự phát triển đó, công nghệ chế tạo Robot cũng phát triển nhanh chóng đặc biệt là ở các nƣớc phát triển nhằm đáp các nhu cầu về sản xuất, sinh hoạt, quốc phòng… Robot có thể thực hiện những công việc mà con ngƣời khó thực hiện và thậm chí không thực hiện đƣợc nhƣ: làm những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, làm việc trong môi trƣờng nguy hiểm (nhƣ lò phản ứng hạt nhân , dò phá mìn trong quân sự), thám hiểm không gian vũ trụ… “Đồ án Hệ thống Cơ điện tử – Robot” là một học phần bắt buộc trong chƣơng trình đào tạo Kiến thức ngành Cơ điện tử, học phần giúp cho sinh viên bƣớc đầu làm quen với việc thiết kế cơ khí của một hệ thống Robot cơ bản, ứng dụng phần mềm SOLIDWORK 2D/3D, mô phỏng nguyên lý hoạt động robot, giúp cho sinh viên nắm vững đƣợc các kiến thức cơ bản của các học phần và làm quen với nhiệm vụ của ngƣời kỹ sƣ. Có thể nói đây là học phần không thể thiếu đƣợc đối với sinh viên chuyên ngành Cơ điện tử. Với bố cục gồm 2 phần chính: 1.
Tổng quan về robot Phần này sẽ là cái nhìn sơ qua về Robot bao gồm lịch sử phát triển, phân loại và ứng dụng hiện nay giúp chúng ta hình dung tính quan trọng cũng nhƣ sự hữu dụng của nó tới cuộc sống. Tính toán thiết kế robot khắc chữ Bao gồm các bƣớc thiết kế cho đến việc mô phỏng để kiểm chứng tính đúng đắn của quá trình thiết kế sẽ cung cấp các quá trình cơ bản để có thể xác định cách có thể một sản phẩm Robot đƣợc đƣa vào ứng dụng trong cuộc sống.