Đồ Án: Thiết Kế Robot SCARA 3 Bậc Tự Do - Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ án môn học thiết kế robot Scara 3 bậc tự do: Tìm hiểu cấu trúc, nguyên lý hoạt động, và quy trình thiết kế robot Scara chi tiết. Tài liệu tham khảo hữu ích.

• Tác giả: Nguyễn Khánh Toàn
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Hữu Quang
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Robot SCARA 3 Bậc Tự Do
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• Danh Mục Hình Ảnh
• Danh Mục Bảng Biểu
• 1. Phân tích nguyên lí và thông số kỹ thuật
• 1.1. Giới thiệu về Robot Scara
• 1.2. Thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế
• 1.3. So sánh thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế với một số Robot cùng loại
• 2. Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật của Robot Denso HM-4A60
• 2.1. Thông số kỹ thuật
• 2.2. Phân tích nguyên lý
• 3. Thiết kế hệ thống cơ khí
• 3.1. Động học Robot Scara
• 3.1.1. Động học thuận
• 3.1.2. Động học ngược
• 3.2. Động lực học Robot Scara
• 3.2.1. Bài toán động lực học thuận
• 3.3. Tính toán thiết kế khâu 3
• 3.2. Tính toán thiết kế tay kẹp
• 3.3. Tính toán các thông số bộ truyền
• 3.4. Kiểm tra bền
• 3.5. Chọn động cơ cho trục vít me
• 3.6. Chọn bộ truyền động cho khâu 3
• 3.7. Chọn ổ bi đỡ chặn khâu 3
• 3.8. Chọn cơ cấu dẫn hướng cho vít me
• 3.4. Tính toán thiết kế khâu 2
• 3.4.1. Tính toán độ bền sơ bộ
• 3.4.2. Tính toán, thiết kế trục
• 3.4.3. Chọn then cho trục số 2
• 3.4.4. Chọn ổ bi đỡ chặn cho trục số 2
• 3.4.5. Chọn động cơ khâu 2
• 3.4.6. Chọn bộ truyền động khâu 2
• 3.5. Tính toán thiết kế khâu 1
• 3.5.1. Tính toán độ bền sơ bộ
• 3.5.2. Chọn động cơ khâu 1
• 3.6. Tính toán thiết kế khâu 0
• 4. Xây dựng bản vẽ lắp
• Tài liệu tham khảo
• Danh Mục Hình Ảnh
• Danh Mục Bảng Biểu

Tóm tắt

I. Tổng Quan về Thiết Kế Robot SCARA 3 Bậc Tự Do Đồ Án

Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) 3 bậc tự do là một loại robot công nghiệp phổ biến, nổi tiếng với tốc độ và độ chính xác cao trong các ứng dụng gắp và đặt. Cấu trúc của nó bao gồm hai khớp quay và một khớp trượt, tất cả đều có trục song song, mang lại sự cứng vững theo phương thẳng đứng. Thiết kế này đặc biệt hữu ích trong việc thao tác với các vật thể có tải trọng nhỏ theo phương thẳng đứng. Thiết kế robot công nghiệp 3 bậc tự do SCARA được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ lắp ráp điện tử đến đóng gói thực phẩm. Ưu điểm chính của robot SCARA 3 DOF design nằm ở khả năng hoạt động nhanh chóng, chính xác và hiệu quả với chi phí thấp hơn so với nhiều loại robot khác. Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các nhiệm vụ lặp đi lặp lại mà con người không thích hợp để thực hiện. Theo tài liệu gốc, SCARA được phát minh bởi Hiroshi Makino vào năm 1978. Trong đồ án môn học robot này, chúng ta sẽ đi sâu vào các khía cạnh khác nhau của thiết kế robot SCARA 3 bậc tự do, từ phân tích nguyên lý hoạt động đến thiết kế cơ khí và điều khiển. Mục tiêu là cung cấp một cái nhìn toàn diện về quá trình thiết kế cơ cấu robot SCARA và các yếu tố quan trọng cần xem xét.

1.1. Nguyên Lý Hoạt Động Cơ Bản của Robot SCARA 3 Bậc

Robot SCARA hoạt động dựa trên sự kết hợp của các khớp quay và trượt để đạt được vị trí và hướng mong muốn. Hai khớp quay cho phép robot di chuyển trong mặt phẳng ngang, trong khi khớp trượt cho phép di chuyển theo phương thẳng đứng. Nguyên lý hoạt động robot SCARA này cho phép robot tiếp cận các khu vực hạn chế và thực hiện các thao tác gắp và đặt một cách linh hoạt. Các khớp quay thường được điều khiển bằng động cơ servo, trong khi khớp trượt có thể được điều khiển bằng động cơ servo hoặc hệ thống khí nén. Sự phối hợp chính xác của các khớp này là chìa khóa để đạt được độ chính xác cao. Các tài liệu thiết kế robot SCARA thường nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn động cơ và bộ truyền động phù hợp để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

1.2. Ưu Điểm và Nhược Điểm của Robot SCARA 3 Bậc

Robot SCARA 3 bậc tự do có nhiều ưu điểm so với các loại robot khác. Đầu tiên, chúng có tốc độ hoạt động nhanh, cho phép thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại một cách hiệu quả. Thứ hai, chúng có độ chính xác cao, đảm bảo rằng các thao tác được thực hiện một cách chính xác. Thứ ba, chúng có chi phí thấp hơn so với nhiều loại robot khác, làm cho chúng trở thành một lựa chọn kinh tế cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, robot SCARA cũng có một số nhược điểm. Chúng có khả năng chịu tải thấp hơn so với các loại robot khác, làm cho chúng không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tải trọng lớn. Ngoài ra, chúng có phạm vi hoạt động hạn chế hơn so với các loại robot khác, làm cho chúng không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi phạm vi hoạt động rộng. Phân tích ưu nhược điểm robot SCARA 3 bậc là bước quan trọng để xác định tính khả thi của việc sử dụng robot này trong một ứng dụng cụ thể.

II. Thách Thức trong Thiết Kế Robot SCARA 3 Bậc Tự Do

Thiết kế robot SCARA 3 bậc tự do không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Có nhiều thách thức kỹ thuật cần phải vượt qua để đảm bảo rằng robot hoạt động một cách hiệu quả và đáng tin cậy. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo độ chính xác cao. Robot SCARA thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như lắp ráp điện tử. Để đáp ứng yêu cầu này, các nhà thiết kế phải sử dụng các thành phần có độ chính xác cao và kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như độ rung và độ trễ. Thách thức khác là tối ưu hóa hiệu suất. Robot SCARA thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, chẳng hạn như đóng gói thực phẩm. Để đáp ứng yêu cầu này, các nhà thiết kế phải tối ưu hóa các yếu tố như trọng lượng, quán tính và lực cản. Mô phỏng robot SCARA 3 bậc tự do là một công cụ quan trọng để đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất. Ngoài ra, việc lựa chọn động cơ cho robot SCARA 3 bậc cũng là một bài toán kỹ thuật cần được giải quyết để đảm bảo hiệu suất và độ bền của robot.

2.1. Đảm Bảo Độ Chính Xác Cao trong Thiết Kế SCARA

Độ chính xác là một yếu tố quan trọng trong thiết kế robot SCARA. Sai số trong quá trình sản xuất và lắp ráp có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của robot. Để giảm thiểu sai số, các nhà thiết kế cần sử dụng các thành phần có độ chính xác cao và kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như độ rung và độ trễ. Các phương pháp hiệu chuẩn và bù sai số cũng có thể được sử dụng để cải thiện độ chính xác. Giải bài toán động học robot SCARA 3 bậc là một phần quan trọng để đảm bảo độ chính xác của robot. Việc này đòi hỏi phải xác định chính xác các thông số hình học của robot và sử dụng các thuật toán điều khiển phù hợp.

2.2. Tối Ưu Hóa Hiệu Suất và Tốc Độ của Robot SCARA

Hiệu suất và tốc độ là những yếu tố quan trọng khác trong thiết kế robot SCARA. Robot SCARA thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, chẳng hạn như đóng gói thực phẩm. Để tối ưu hóa hiệu suất, các nhà thiết kế cần tối ưu hóa các yếu tố như trọng lượng, quán tính và lực cản. Việc sử dụng các vật liệu nhẹ và thiết kế tối ưu có thể giúp giảm trọng lượng và quán tính. Các thuật toán điều khiển tiên tiến cũng có thể được sử dụng để cải thiện tốc độ và độ chính xác. Lập trình robot SCARA 3 bậc tự do đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất.

III. Phương Pháp Tính Toán Động Học Robot SCARA 3 Bậc

Tính toán động học là một phần quan trọng trong thiết kế và điều khiển robot SCARA. Động học thuận cho phép xác định vị trí và hướng của khâu cuối khi biết các giá trị khớp, trong khi động học ngược cho phép xác định các giá trị khớp cần thiết để đạt được một vị trí và hướng mong muốn của khâu cuối. Các phương pháp tính toán động học có thể được chia thành hai loại chính: phương pháp giải tích và phương pháp số. Phương pháp giải tích sử dụng các phương trình toán học để giải các bài toán động học, trong khi phương pháp số sử dụng các thuật toán lặp để tìm ra các giải pháp gần đúng. Động học robot SCARA 3 bậc là một chủ đề quan trọng trong đồ án môn học robot. Việc nắm vững các phương pháp tính toán động học là cần thiết để thiết kế và điều khiển robot SCARA một cách hiệu quả.

3.1. Tính Động Học Thuận Robot SCARA 3 Bậc Tự Do

Động học thuận là quá trình xác định vị trí và hướng của khâu cuối dựa trên các giá trị khớp đã biết. Quá trình này thường được thực hiện bằng cách sử dụng ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất (Homogeneous Transformation Matrix - HTM). Các ma trận HTM được sử dụng để mô tả mối quan hệ giữa các hệ tọa độ khác nhau trên robot. Bằng cách nhân các ma trận HTM lại với nhau, ta có thể xác định vị trí và hướng của khâu cuối so với hệ tọa độ gốc. Giải động học thuận robot SCARA 3 bậc đòi hỏi phải thiết lập bảng thông số Denavit-Hartenberg (DH) và sử dụng các công thức toán học để tính toán ma trận biến đổi tọa độ.

3.2. Giải Bài Toán Động Học Ngược Robot SCARA 3 Bậc

Động học ngược là quá trình xác định các giá trị khớp cần thiết để đạt được một vị trí và hướng mong muốn của khâu cuối. Quá trình này phức tạp hơn so với động học thuận, vì có thể có nhiều giải pháp hoặc không có giải pháp nào cả. Các phương pháp giải động học ngược bao gồm phương pháp giải tích, phương pháp số và phương pháp dựa trên học máy. Giải bài toán động học ngược robot SCARA 3 bậc là một thách thức kỹ thuật quan trọng trong điều khiển robot. Các thuật toán điều khiển phải đảm bảo rằng robot di chuyển một cách chính xác và hiệu quả đến vị trí mong muốn.

IV. Thiết Kế Cơ Khí và Lựa Chọn Vật Liệu Robot SCARA 3 Bậc

Thiết kế cơ khí và lựa chọn vật liệu là các yếu tố quan trọng trong thiết kế robot SCARA. Thiết kế cơ khí phải đảm bảo rằng robot có đủ độ cứng vững, độ bền và khả năng chịu tải. Lựa chọn vật liệu phải đảm bảo rằng robot có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn. Các vật liệu thường được sử dụng trong thiết kế robot SCARA bao gồm nhôm, thép và composite. Thiết kế cơ cấu robot SCARA phải xem xét các yếu tố như động học, động lực học, độ bền và độ rung. Việc sử dụng phần mềm thiết kế robot SCARA có thể giúp các nhà thiết kế tạo ra các mô hình 3D và phân tích hiệu suất của robot.

4.1. Tính Toán Độ Bền và Độ Cứng Vững Cơ Cấu SCARA

Độ bền và độ cứng vững là các yếu tố quan trọng trong thiết kế cơ khí của robot SCARA. Độ bền đảm bảo rằng robot không bị hỏng khi chịu tải, trong khi độ cứng vững đảm bảo rằng robot không bị biến dạng quá mức khi chịu tải. Các phương pháp tính toán độ bền và độ cứng vững bao gồm phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) và phương pháp giải tích. Kiểm tra độ bền cơ cấu robot SCARA là bước quan trọng để đảm bảo an toàn và độ tin cậy của robot.

4.2. Lựa Chọn Vật Liệu Phù Hợp Cho Robot SCARA 3 Bậc

Lựa chọn vật liệu là một quyết định quan trọng trong thiết kế robot SCARA. Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm nhôm, thép và composite. Nhôm có trọng lượng nhẹ và độ bền cao, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho các bộ phận di chuyển của robot. Thép có độ bền cao hơn nhôm, làm cho nó trở thành một lựa chọn tốt cho các bộ phận chịu tải lớn. Composite có trọng lượng nhẹ và độ bền cao, nhưng chúng đắt hơn nhôm và thép. Phân tích vật liệu cho robot SCARA 3 bậc là cần thiết để lựa chọn vật liệu phù hợp với yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

V. Ứng Dụng Thực Tế của Robot SCARA 3 Bậc Tự Do

Robot SCARA 3 bậc tự do được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến bao gồm lắp ráp điện tử, đóng gói thực phẩm, kiểm tra chất lượng và hàn. Trong ngành lắp ráp điện tử, robot SCARA được sử dụng để lắp ráp các thành phần nhỏ trên bảng mạch in (PCB). Trong ngành đóng gói thực phẩm, robot SCARA được sử dụng để đóng gói các sản phẩm thực phẩm vào hộp hoặc túi. Trong ngành kiểm tra chất lượng, robot SCARA được sử dụng để kiểm tra các sản phẩm để phát hiện các khuyết tật. Trong ngành hàn, robot SCARA được sử dụng để hàn các chi tiết kim loại. Ứng dụng robot SCARA 3 bậc ngày càng trở nên phổ biến do khả năng tự động hóa các tác vụ lặp đi lặp lại và cải thiện hiệu quả sản xuất.

5.1. Robot SCARA trong Lắp Ráp Điện Tử và Công Nghiệp

Trong ngành lắp ráp điện tử, robot SCARA được sử dụng để lắp ráp các thành phần nhỏ trên bảng mạch in (PCB). Robot SCARA có thể được sử dụng để đặt các thành phần, hàn các chân và kiểm tra các kết nối. Độ chính xác cao và tốc độ nhanh của robot SCARA làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng lắp ráp điện tử. Ứng dụng robot SCARA trong lắp ráp điện tử giúp tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Robot SCARA trong Đóng Gói Thực Phẩm và Dược Phẩm

Trong ngành đóng gói thực phẩm, robot SCARA được sử dụng để đóng gói các sản phẩm thực phẩm vào hộp hoặc túi. Robot SCARA có thể được sử dụng để chọn các sản phẩm, đặt chúng vào hộp và đóng gói hộp. Tốc độ nhanh và khả năng hoạt động liên tục của robot SCARA làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đóng gói thực phẩm. Tương tự, robot SCARA cũng được sử dụng trong ngành dược phẩm để đóng gói thuốc và các sản phẩm y tế. Ứng dụng robot SCARA trong đóng gói thực phẩm giúp đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và tăng hiệu quả đóng gói.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Thiết Kế Robot SCARA

Robot SCARA 3 bậc tự do là một loại robot công nghiệp phổ biến với nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Thiết kế robot SCARA đòi hỏi sự kết hợp của các kiến thức về động học, động lực học, cơ khí và điều khiển. Với sự phát triển của công nghệ, robot SCARA ngày càng trở nên thông minh hơn, linh hoạt hơn và dễ sử dụng hơn. Trong tương lai, robot SCARA sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa sản xuất và các ứng dụng khác. Thiết kế robot SCARA 3 bậc tự do vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển sôi động.

6.1. Tương Lai của Robot SCARA trong Công Nghiệp Tự Động

Robot SCARA sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp tự động. Với sự phát triển của các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và thị giác máy tính (computer vision), robot SCARA sẽ trở nên thông minh hơn, linh hoạt hơn và dễ sử dụng hơn. Robot SCARA sẽ có thể thực hiện các tác vụ phức tạp hơn và tương tác với con người một cách an toàn và hiệu quả hơn. Các nghiên cứu robot SCARA 3 bậc tự do đang tập trung vào việc cải thiện độ chính xác, tốc độ và khả năng thích ứng của robot.

6.2. Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển Robot SCARA 3 Bậc

Có nhiều hướng nghiên cứu và phát triển robot SCARA trong tương lai. Một hướng là phát triển các vật liệu mới nhẹ hơn và bền hơn cho robot SCARA. Một hướng khác là phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến hơn cho robot SCARA. Một hướng khác nữa là phát triển các cảm biến mới cho robot SCARA để cho phép nó tương tác với môi trường một cách thông minh hơn. Hướng phát triển robot SCARA 3 bậc bao gồm việc tích hợp các công nghệ mới như AI, thị giác máy tính và Internet of Things (IoT) để tạo ra các hệ thống robot thông minh và kết nối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ----------oOo---------- ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ROBOT SCARA 3 BẬC TỰ DO Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Hữu Quang Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khánh Toàn. Mã số sinh viên: 20170939 HÀ NỘI , tháng 2 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ----------oOo---------- ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ROBOT SCARA 3 BẬC TỰ DO Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Hữu Quang Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khánh Toàn.

Mã số sinh viên: 20170939 HÀ NỘI , tháng 2 năm 2022 BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Hữu Quang Sinh viên thực hiện: Nguyễn Khánh Toàn 1. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày……tháng………năm 2022 Giáo viên hướng dẫn ký tên MỤC LỤC MỤC LỤC.4 Danh Mục Hình Ảnh.6 Danh Mục Bảng Biểu.

Phân tích nguyên lí và thông số kỹ thuật.1 Giới thiệu về Robot Scara.2 Thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế.3 So sánh thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế với một số Robot cùng loại. Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật của Robot Denso HM-4A60.1 Thông số kỹ thuật.2 Phân tích nguyên lý. Thiết kế hệ thống cơ khí.1 Động học Robot Scara.1 Động học thuận.2 Động học ngược.2 Động lực học Robot Scara.1 Bài toán động lực học thuận.3 Tính toán thiết kế khâu 3.2 Tính toán thiết kế tay kẹp.3 Tính toán các thông số bộ truyền.4 Kiểm tra bền.5 Chọn động cơ cho trục vít me.6 Chọn bộ truyền động cho khâu 3.7 Chọn ổ bi đỡ chặn khâu 3.8 Chọn cơ cấu dẫn hướng cho vít me.4 Tính toán thiết kế khâu 2.1 Tính toán độ bền sơ bộ.2 Tính toán, thiết kế trục.3 Chọn then cho trục số 2.4 Chọn ổ bi đỡ chặn cho trục số 2.5 Chọn động cơ khâu 2.6 Chọn bộ truyền động khâu 2.5 Tính toán thiết kế khâu 1.1 Tính toán độ bền sơ bộ.2 Chọn động cơ khâu 1.6 Tính toán thiết kế khâu 0. Xây dựng bản vẽ lắp.70 Tài liệu tham khảo.71 Danh Mục Hình Ảnh Hình 1: Robot Scara.8 Hình 2: Mô hình Robot HM-4A60.10 Hình 3: Sơ đồ động học Robot Scara.11 Hình 4: Sơ đồ động học Robot Scara.13 Hình 5: Hệ tọa độ khối tâm.20 Hình 6: Truyền động vít me - đai ốc bi.28 Hình 7: Đồ thị vận tốc hình thang.29 Hình 8: Phân tích lực tay kẹp.29 Hình 9: Tay gắp CHS2-68.30 Hình 10: Ball screw rotating nut.31 Hình 11: SLT /TLT 20x25 R.34 Hình 12: Thông số chi tiết của STL/TTL 25x20 R.34 Hình 13: Đồ thị xác định ứng suất lớn nhất.35 Hình 14: AC servo motor BPA007GCA6D1.36 Hình 15: Đai răng.36 Hình 16: Thông số của đai răng.37 Hình 17: Chiều rộng đai răng b.38 Hình 18: Số răng của bánh đai nhỏ.38 Hình 19: Số đai răng và chiều dài đai răng.39 Hình 20: Ổ bi đỡ - chặn.43 Hình 21: SKF 7208 BECBJ.44 Hình 22: Cơ cấu dẫn hướng cho vít me.44 Hình 23: Tiết diện đứng khâu 2.46 Hình 24: Tiết diện ngang khâu 2.49 Hình 25: Đồ thị vận tốc khâu 2.49 Hình 26: Sơ đồ lực tác dụng lên khâu 2.51 Hình 27: Kích thước tiết diện then.52 Hình 28: Chọn ổ bi đỡ chặn khâu 2.54 Hình 29: Đồ thị vận tốc khâu 1.55 Hình 30: Động cơ 130DNMA2-01D5C.56 Hình 31: Thông số của đai răng.57 Hình 32: Chiều rộng đai răng.58 Hình 33: Số đai răng và chiều dài đai răng.59 Hình 34: Tiết diện đứng khâu 1.61 Hình 35: Tiết diện ngang khâu 1.64 Hình 36: Mặt cắt khâu 0.66 Hình 37: Bản vẽ lắp 2D.67 Hình 38: Bản vẽ lắp 3D.68 Danh Mục Bảng Biểu Bảng 1: Thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế.9 Bảng 2: So sánh thông số của một số Robot cùng loại.10 Bảng 3: Thông số kỹ thuật của Robot HM-4A60.11 Bảng 4: Thông số kỹ thuật của CHS2-68.

Phân tích nguyên lí và thông số kỹ thuật 1.1 Giới thiệu về Robot Scara SCARA hay Selective Compliance Assembly Robot Arm được phát minh bởi Hiroshi Makino vào năm 1978 ( Hình 1 ). Đây là một kiểu tay máy có cấu tạo gồm hai khớp quay và một khớp trượt nhưng cả ba đều có trục song song với nhau. Kết cấu này làm cho tay máy cứng vững hơn theo phương thẳng đứng nhưng kém cứng vững theo phương ngang. Vì thế nó được chuyên dùng cho việc thao tác với vật thể có tải trọng nhỏ theo phương thẳng đứng.

Do có cấu trúc gồm hai khớp nối tương tự cánh tay con người từ đó cho phép cánh tay mở rộng vào các khu vực hạn chế và sau đó thu lại hoặc gấp lại. Điều này thuận lơi cho việc vận chuyển các bộ phận từ vị trí này sang vị trí khác. Đây đã và vẫn đang là một Robot mang tính cách mạng trong lĩnh vực Robot công nghiệp bởi tốc độ cũng như thiết kế đơn giản của nó. Trong nhiều ứng công nghiệp đòi hỏi các hoạt động chọn và đặt nhanh chóng cần có một Robot như vậy bởi vì người công nhân không thích hợp để xử lý những công việc nhàm chán này.

Robot SCARA là một trong những lựa chọn để thực hiện các nhiệm vụ này một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả cùng với chi phí thấp hơn khá nhiều các loại Robot khác. Hình 1: Robot Scara 1.2 Thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế Là Robot mang tính cách mạng, Robot Scara là một trong những loại Robot công nghiệp mang tính ứng dụng cao nhất hiện nay. Có rất nhiều loại Robot Scara, tuy nhiên em chi đi sâu vào nghiên cứu Robot Scara kết cấu 3 bậc tự do. Thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế: Robot Scara 3 bậc tự do ( Denso_HM-G Series ) Bảng 1: Thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế Tải Tầm với Hành trình Độ chinh xác Vận tốc lớn nhất Chu kì thời trọng (mm) trục z lặp gian (kg) (mm) ( s) (x,y) z Khâu 1 Khâu 2 Khâu 3 Tốc độ (mm) (mm) (°/s) (°/s) (mm/s) tổng hợp (mm/s) 20 600 200, 300, 400 ±0,02 ±0,01 450 667 2780 8780 0,29 (với tải 2 kg) 1.3 So sánh thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế với một số Robot cùng loại Thông số Denso HM-4A60 Robot cần thiết kế Tải trọng 20 20 (kg) Tầm với 600 600 (mm) Hành trình trục z 200, 300, 400 200, 300, 400 (mm) Độ chính (x,y) (mm) ±0,02 ±0,02 xác lặp z (mm) ±0,01 ±0,01 Khâu 1 450 450 (°/s) Khâu 2 667 667 Vận tốc (°/s) lớn nhất Khâu 3 2780 2780 (mm/s) Tốc độ tổng hợp 8780 8780 (mm/s) Chu kì thời gian 0,29 0,29 ( s) ( Với tải 2 kg ) ( Với tải 2 kg ) Bảng 2: So sánh thông số của một số Robot cùng loại Từ sự so sánh về thông số kỹ thuật của Robot cần thiết kế với Robot cùng loại, ta nhận thấy Robot Denso HM-4A60 có những đặc tính tương tự với Robot cần thiết kế, vì thế chọn Robot Denso HM-4A60 làm Robot tham khảo để thuận tiện cho việc thiết kế.

Phân tích nguyên lý và thông số kỹ thuật của Robot Denso HM-4A60 2.1 Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật của HM-4A60: Số trục 4 Tầm với (mm) 600 Chiều dài khâu 1 (mm) 250 Chiều dài khâu 2 (mm) 350 ±165 (°) Phạm vi chuyển động ±143 (°) Z (mm) 200, 300, 400 T (°) ±360 Phát hiện vị trí Encoder tuyệt đối Diện tích chuyển động tối thiểu (mm) 213 Tải trọng tối đa (kg) 20 Trọng lượng (kg) 53 Kích thước đế (mm × mm) 220×220 Thời gian chu kỳ (giây) 0,29 ( Với tải 2 kg ) Tốc độ tổng hợp tối đa (mm /giây) 8780 450 (°/s) Vận tốc lớn nhất 667 (°/s) Z (mm/s) 2780 T (°) 1540 Độ chính xác lặp ±0,02 (mm) Z (mm) ±0,01 T (°) ±0,005 Lực phù hợp tối đa (1 giây hoặc ít hơn, N) 98 Mômen quán tính lớn nhất cho phép (kgm2) 0,45 ( với tải 20 kg ) Hệ thống dây điện (tích hợp trong tay) 24 dây ( max 1A/dây ) Đường ống dẫn khí (tích hợp trong cánh tay) 4 hệ thống (∅6) Bảng 3: Thông số kỹ thuật của Robot HM-4A60 2.2 Phân tích nguyên lý Hình 2: Mô hình Robot HM-4A60 Khâu 0: Là khâu đế hay khâu cố định Khâu 1: Là khâu động có khả năng quay quanh đầu còn lại của khâu 0 với góc quay giới hạn ( ±165 ), trục quay song song với trục của khâu đế. Khâu 2: Là khâu động, có khả năng quay quanh đầu còn lại của khâu 1 với góc quay giới hạn ( ±143 ), trục quay song song với trục của khâu đế. Khâu 3: Là khâu tịnh tiến, khớp tịnh tiến ở một đầu khâu và trục khớp tịnh tiến cùng trục. Sơ đồ động học: Hình 3: Sơ đồ động học Robot Scara Các bộ truyền được sử dụng:  Sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc cho khâu tịnh tiến  Sử dụng bộ truyền puly đai răng cho hai khâu quay Động cơ:  Step motor Cảm biến:  Công tắc hành trình Trục Khớp nối Ổ lăn Chương 2.

Thiết kế hệ thống cơ khí 2.1 Động học Robot Scara 2.1 Động học thuận Để khâu thao tác có vị trí và hướng phù hợp thì ta phải điều khiển nó từ vị trí ban đầu đến vị trí đó. Để làm được điều đó thì ta cần biết khâu thao tác đang ở đâu trong không gian, bằng cách dựa vào các yếu tố có thể giúp ta tính toán ra, chẳng hạn như các cảm biến được sử dụng để xác định vị trí cũng như vận tốc, gia tốc của các khớp. Bài toán động học thuận vị trí là bài toán xác định vị trí và hướng của các khâu đối với hệ cố định khi biết được vị trí và hướng các biến khớp. Thiết lập bảng thông số Denavit-Hartenberg để giải bài toán động học thuận: Hình 4: Sơ đồ động học Robot Scara Khâu 1 0 2 0 3 0 0 0 Trong đó:  : Là góc giữa 2 đường vuông góc chung, là góc quay quanh trục để trục chuyển đến cùng phương trục theo quy tắc bàn tay phải.

 : Là khoảng cách giữa 2 trục và với trục  : Là khoảng cách giữa 2 trục và  : Là góc giữa quay quanh trục đê trục chuyển đến cùng phương trục theo quy tắc bàn tay phải. Do khớp 1, 2 là khớp quay, khớp 3 tịnh tiến cho nên , , là các biến khớp.