CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về robot. Sơ lược về lịch sử hình thành. Những công trình vĩ đại của con người đều bắt đầu từ những ý tưởng mộng mơ có thể nói là viễn tưởng, trong đó có giấc mơ về robot, một thứ mô phỏng đặc tính và hành động giống con người và có thể giúp con người làm việc.
Từ giấc mơ đó mà kể từ vài thế kỉ trước robot bắt đầu được phát minh ra và ngày càng cải thiện. Năm 1738, con vịt biết di chuyển, bơi, tiêu hóa, năm 1774 robot chấm viết bằng lông ngỗng … nhưng thuật ngữ “robot” được sử dụng lần tiên vào nhóm 1921 bởi nhà viết kịch người Czechoslovakian_Karel Capek để chỉ một máy với hình dạng người trong vở kịch của ông. Tuy nhiên mãi đến năm 1945 thì thời đại robot mới thực sự bắt đầu với sự suất hiện của tay máy đầu tiên với bộ nhớ chương trình được chế tạo bởi George Devol, thiết bị này có thể di chuyển lặp đi lặp lại từ điểm này đến điểm khác. Ngày nay robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều nghành nghề từ đơn giản đến phức tạp.
Kỹ thuật robot là ngành khoa học đa ngành dựa trên sự phát triển và ứng dụng nâng cao cảu nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ (mối quan hệ “cộng sinh”).1: Mối liên hệ giữa kỹ thuật robot và các ngành khoa học khác. Phân loại robot: robot ngày nay dựa vào chức năng được thiết kế và nhu cầu thị trường mà được chia làm hai loại chính là: robot công nghiệp và robot dịch vụ. 1 o Robot công nghiệp: theo tiêu chuẩn ISO 8373 thì robot là một tay máy có thể hoạt động đa mục đích có thể điều khiển hoàn toàn tự động dựa trên việc lập trình và phải có ít nhất là ba trục. Được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như lắp ráp, đóng gói, quản lí kho….2 Ứng dụng của Robot công nghiệp trong sản xuất Ô tô Hình 1.3 Ứng dụng của Robot cộng nghiệp trong đóng gói o Robot dịch vụ: được định nghĩa là các robot có kahr năng vận hành tự động hoặc bán tự động để thực việc công việc hữu ích cho máy móc cũng như làm cho cuốc sống con người tiện nghi, phong phú hơn, không bao gồm 2 hoạt động vận hành sản xuất.
Nếu Robot công nghiệp cũng được xem là Robot dịch vụ nếu không phục vụ cho hoạt động sản xuất.4 Ứng dụng của Robot dịch vụ trong phục vụ nhà hàng Hình 1.5 Ứng dụng của Robot dịch vụ trong giao hàng 1. Với sự phát triển không ngừng của khoa học Robot hiện nay thì ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung, tất cả đang hướng theo xu thế là hướng tới tự động hóa quá trình sản xuất một cách nhiều nhất có thể để tiết kiệm chi phí và nâng cao sản lượng với các ưu điểm như khả năng làm việc ổn định không ngừng nghỉ, làm việc trong môi trường độc hại, có độ nguy hiểm cao…. Tuy nhiên mức độ lớn nhỏ của công ty là khác nhau nên nhu cầu về thiết bị tự động là khác nhau vì vậy quy mô và chi phí 3 của dây chuyền tự động là rất quan trọng. Vì lí do đó chúng em hướng tới nghiên cứu cánh tay robot Scara hướng tới tối ưu chi phí và quy mô cho các dây chuyền tự động.3 Giới hạn đề tài.
Đề tài của chúng em hướng đến muc tiêu là mô phỏng một Scara Robot sử dụng trong dây truyền phân loại sản phẩm, có khả năng phối hợp nhịp nhàng, chuyển động trong một khu vực cố định, khéo léo giống như tay người vậy nên cánh tay sẽ phải cố định, không thể di chuyển xung quanh. Nhưng bù lại là khả năng linh hoạt, sự cơ động đến từ cánh tay. Nó sẽ giúp chúng ta hoàn thành công việc một cách nhanh chóng mà không cần sự can thiệp của con người. Vì kinh nghiệm và điều kiện thực tế hạn chế nên nhóm hướng đến mục tiêu thực hiện một số nôi dung sau: Xây dựng mô hình cánh tay robot 4 bậc tự do.
Tính toán các bài toán động học và mô phỏng không gian làm việc. Lâp trình điều khiển robot hoạt động theo mục đích đề ra.4 Nội dung sẽ trình bày trong các chương tiếp theo. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT. Tổng quan về Robot Scara.
Động học robot. Động học vận tốc. Lựa chọn động cơ và cơ cấu truyền động. Mạch điều khiển Thị giác máy tính Không gian làm việc của Robot Scara Chương 3: Thiết kế cơ khí và mạch điện Thiết kế cơ khí Thiết kế mạch điện Chương 4: Thi công, thực nghiệm, tổng hợp và phân tích.
Thi công mô hình. Thực nghiệm 4 Tổng hợp và phân tích kết quả. Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá. Kết quả thu được.
Nhận xét và đánh giá. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Kết luận Hướng phát triền 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT Trong chương này sẽ trình bày các nội dung lí thuyết về đặc điểm của Robot scara, tính toán cơ khí, bài toán động học,. liên quan đến việc tính toán và thiết kế theo mục tiêu ban đầu cảu đề tài.
Xác định không gian làm việc từ đó xây dựng thuật toán cho robot.1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT SCARA. - Đây là loại robot thường được biết đến là loại có hai khớp xoay và một khớp tịnh tiến (nếu tính thêm tay gắp là có bốn bậc tự do) và tất cả các khớp đều song song với nhau. Thường thì tay gắp hoặc cơ cấu chấp hành cuối thường di chuyển vuông góc mặt đất. Vì vậy hai khớp đầu tiên không bi tác động của trong lực và tải trọng.
Có thể dễ dàng tích hợp với các bộ điều khiển và các bô phân ngoại vi để tạo thành các máy trạm robot tích hợp cao, được dùng phổ biến trong nghành cộng nghiệp như: điện/ điện tử, điện tử tiêu dùng….1: Robot Scara của YASKAWA - Một số đặc trưng như: + Tốc độ, độ tuyến tính, độ thẳng đứng và độ lặp lại cao. + Đơn giản và dễ vận hành với các phương pháp điều khiển linh hoạt + Tích hợp dễ dàng với các hệ thống thị giác máy để gia công / kiểm tra sản phẩm và cải thiện chất lượng. 6 - Nhược điểm: + Không gian làm việc phụ thuộc vào khích thước robot. + Chưa có khả năng đáp ứng các trường hợp khẩn cấp.
+ Giá thành còn cao, nhân viên bảo trì, sửa chữa còn hạn chế.2 ĐỘNG HỌC ROBOT 2.1 Lý thuyết về bài toán động học Robot. - Robot là một thiết bị máy móc có thể thực hiện công việc trong không gian dưới dưới sự điều khiển của máy tính thông qua việc kích hoạt chuyển động của các khớp. Các cảm biến khớp đo góc quay với khớp quay và khoảng cách trượt của khớp tịnh tiến (bài toán động học thuận, nghịch theo phương pháp D-H) từ đó cho phép bộ điều khiển tính toán giá trị diều khiển một cách chính xác để điều khiển các cơ cấu chấp hành. Thực hiện việc di chuyển một vật hoặc tự di chuyển chính bản thân nó để thực hiện công việc yêu cầu.
Mỗi khâu của robot được gắn với một hệ trục tham chiếu nhằm bám theo vi trí và hướng của khâu và mô hình hóa toàn bộ hệ thống robot. - Lý thuyết về phương pháp Denavit - Hartenberg (D-H): là phương pháp được sử dụng chung cho robot cho phép thiết lập phương trình động học của khâu thao tác tương đối đơn giản nhưng lại rất hiệu quả. Ngoài ra chúng ta còn có thể sử dụng kết quả của nó cho các bài toán khác như bài toán Jacobi, phân tích lực, độ cứng, .2: Mô hình hóa khâu và khớp theo D-H 7 + Một số quy ước về quy tắc D-H: Các khâu đánh số từ 0 tới n với n là số khâu của robnot. Bệ robot sẽ được đánh số 0.
Mỗi hệ trục gắn ở mỗi khâu phải luôn tuân theo quy tắc bàn tay phải hay quy tắt tam diện thuận. 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.
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. Trong nhiều trường hợp trục x sẽ có hướng như trục x của khâu trước. Sau khi đã đặt được hệ trục toạ độ vào các khâu ta lập được bảng D – H như sau: Bảng 2.1 Bảng D – H: θ d a α Biến 1 θ1 d1 a1 α1 x1 2 θ2 d2 a2 α2 x2 … θ3 d3 a3 α3 x3 n θ4 d4 a4 α4 x4 8 + Cách xác định thông số của bảng D – H: θi : góc quay từ trục x i−1tới x i xung quanh trục z i−1. a i: khoảng cách giữa giao điểm trục z i−1 và x i với gốc toạ độ hệ trục thứ i dọc theo trục x i.
α i: góc quay của trục z i−1 tới z i xung quanh trục x i. d i : khoảng cách từ gốc toạ độ thứ i-1 tới giao điểm của trục z n−1 và x i dọc theo trục z i−1. + Sau khi đã gắn được hệ trục và tìm được các thông số của bảng D – H ta có thể tính toán vị trí và hướng của cơ cấu chấp hành cuối qua việc giải bài toán động học thuận với các giá trị biến khớp đã cho trước. + Ta xác định được ma trận vị trí và hướng tại từng khâu theo phương trình tổng quát như sau: [ ] cos ( θi ) −sin ( θi )∗cos ( α i ) sin ( θi )∗sin ( α i ) l i∗cos ( θi ) sin ( θi ) cos ( θi )∗cos ( α i ) −sin ( α i)∗cos ( θi ) l i∗sin ( θi ) i-1 Ai = (2.