CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU ROBOT HARMO UE700SW-2R 1. Thiết lập sơ đồ động học. Để thiết lập được các phương trình động học của Robot nói riêng cũng như của các vật khác nói chung thì trước hết ta phải thiết lập được hệ tọa độ cho vật dó bởi phương trình động học sẽ chỉ tương ứng với một hệ tọa độ nhất định. Theo quy tắc đặt hệ tọa độ thì gốc của hệ tọa độ thứ i gắn liền với chính khâu thứ i đó và được đặt tại giao điểm của đường vuông góc chung giữa hai trục khớp động thứ i+1 và khớp động thứ i với chính trục khớp động thứ i+1.
Trong trường hợp hai trục của khớp động giao nhau thì gốc tọa độ sẽ được lấy trùng với chính giao điểm đó. Còn nếu hai trục song song với nhau thì gốc tọa độ được chọn là điểm bất kỳ trên trục khớp động i+1. Trục của hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo trục khớp động thứ i+1. Trục của hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo đường vuông góc chung hướng từ khớp động i đến khớp động i+1.
Trường hợp hai trục giao nhau, hướng trục sẽ trùng với hướng vecto x , tức là vuông góc với mặt phẳng chứa ,. Trục của hệ tọa độ thứ i vuông góc với 2 trục và. Áp dụng nguyên tắc đặt hệ trục tọa độ trên vào Robot Harmo ta có hệ tọa độ của Robot Harmo như hình vẽ.1 Sơ đồ động học Robot Harmo. Thiết lập bảng thông số D-H và phương trình động học.
Xác định bộ thông số D-H Bộ thông số D-H bao gồm các thông số cơ bản giữa hai khâu liên tiếp nhau. Cụ thể là: + : Độ dài của đường vuông góc giữa hai trục khớp động liền kề. + : Góc lệch giữa hai trục của hai khớp động liền kề, là góc quay quanh trục sao cho chuyển đến theo quy tắc bàn tay phải + : Khoảng dịch chuyển tịnh tiến giữa hai đường vuông góc chung của hai trục + : Góc giữa hai đường vuông góc chung. Là góc quay quanh trục để trục chuyển đến trục.
Trong bộ thông số trên có một thông số là đặc trưng và cũng là thông số thể hiện chuyển động tương đối giữa hai khâu (thể hiện chuyển động của khớp). Thông số đó được là biến khớp. Biến khớp sẽ là với khớp động là khớp quay, và là nếu khớp động là khớp tịnh tiến. Để phân biệt giữa biến khớp và các thông số khác, ta dùng thêm dấu * bên cạnh thông số đó để ký hiệu rằng đó là biến khớp.
Trong robot Harmo thì các thông số xác định như sau: + : là khoảng cách giữa trục khớp động 1 và khớp động 2 + : là khoảng cách giữa trục khớp động 2 và khớp động 3 + : là khoảng cách giữa trục khớp động 3 và khớp động 4 + : là khoảng cách giữa tâm quay và tay kẹp + h: là khoảng cách giữa gốc tọa độ O và trục khớp động 1 Ban đầu dịch chuyển dọc theo trục Z một khoảng h, quay theo trục X một góc -90o, sau đó các trục khớp động 1, 2, 3, 4 lần lượt vuông góc với nhau nên ta có: Các thông số góc của robot: =- , =- , = , = 0. Các khớp động 1, 2, 3 đều là các khớp tịnh tiến nên , , đều khác 0. Trong đó , , , là các khớp biến. Từ các phần tích trên ta lập được bảng thông số D-H của Robot Harmo như sau: Khâu θi αi ai di Biến khớp 1 - - a1 d1* d1* 2 a2 d2* d2* 3 a3 d3* d3* 4 θ4* 0 -a4 0 θ4* 1.
Thiết lập các mô hình biến đổi và các ma trận biến đổi. Trên cơ sở đã được xây dựng được các hệ tọa độ với hai khâu động liên tiếp nhau và bộ thông số D-H, có thể thiết lập mối quan hệ giữa hai hệ tọa độ liên tiếp nhau theo các bước sau: + Quay quanh trục một góc. + Tịnh tiến dọc trục một khoảng. + Tịnh tiến dọc trục (đã trùng với ) một khoảng.
+ Quay quanh trục một góc. Bốn bước này được thể hiện bằng tích các ma trận thuần nhất sau: Các ma trận ở vế phải được tính theo công thức của các phép biến đổi ma trân: - Quay quanh trục một góc α: - Quay quanh trục một góc θ: - Tịnh tiến theo phương ( , , ): Áp dụng công thức này ta có ma trận biến đổi sau: Thay các thông số tương ứng các khâu vào ta có: Phương trình động học cơ bản của robot được thành lập dựa trên cơ sở của các ma trận đã tính ở bước trên. Ma trận là tích của các ma trận và là ma trận mô tả vị trí và hướng của tọa độ gắn liền với khâu thứ i so với hệ tọa độ cố định. Trong trường hợp i = n, với n là số hiệu chỉ hệ tọa độ gắn liền với “điểm tác động cuối” và được viết ở dạng tường minh như sau: Trong đó là ma trận mô tả trạng thái của “điểm tác động cuối” và được viết ở dạng tường minh như sau: Các phần tử của ma trận 3x1 là tọa độ , , của điểm tác động cuối E.
Mỗi ma trận quay 3x3 là một véc tơ đơn vị chỉ phương một trục tọa độ động UVW (gắn liên với khâu cuối cùng của Robot và có gốc là điểm tác động cuối) biểu diễn trong tọa độ cố định XYZ. Suy ra: Đây là phương trình động học cơ bản của robot, nó mô tả trang thái (tọa độ, phương chiều) của điểm tác động cuối. Ứng dụng vào thực tế trên robot Harmo ta có phương trình động học cơ bản của robot harmo là: 1. Bậc tự do tịnh tiến các trục Robot Harmo UE700SW-2R 1.
Bậc tự do tịnh tiến trục Y. Chuyển động tịnh tiến dọc trục Y có nhiệm vụ đưa toàn bộ tay máy cùng di chuyển. Bậc tự do này được dẫn động bằng động cơ điện servo lắp qua hộp giảm tốc với tỷ số truyền 1:10 đưa ra vận tốc cuối cho bậc tự do.2 Sơ đồ mô phỏng theo trục Y. Cơ cấu chuyển động: Hình 1.
Nguồn động lực: (hình 1.4) Động cơ Servo Mitsubishi GM-HFB với công suất P = 0.2KW, tốc độ n = 1800 vòng/phút, sử dụng hộp giảm tốc với tỷ số truyển 1:10, tốc ra tải là 180 vòng/phút. Cơ cấu dẫn truyền cơ khí: Thanh răng, bánh răng có tác dụng truyền chuyển động tịnh tiến. Trong đó, thanh răng có thông số 1860x20x20, bánh răng với thông số Z = 30, mô đun m = 2. Hệ thống dẫn hướng: Thanh trượt THK SR25W (Hình 1.
Encoder quay tương đối OMRON E6B2-CWZ6C 100 xung (Hình 1. Hai cảm biến vị trí Fotek PS-05N-24V (Hình 1.6) loại NPN, CB3 ở vị trí gốc và CB4 là cảm biến ở vị trí ngoài cùng (Hình 1.4 Động cơ Servo Mitsubishi GM-HFB Hình 1.5 Encoder tương đối Hình 1.6 Cảm biến Fotek PS-05N-24V Hình 1.7 Thanh trượt THK SR25W Động cơ được điều khiển bởi bộ Inventer 3G3MV-A2007 (Hình 1.8 Bộ Inventer 3G3MV-A2007 Các đầu vào đa chức năng được dùng để làm tín hiệu điều khiển (Hình 1.9): S1: Tín hiệu điều khiển động cơ quay ngược (Revert). S2: Tín hiệu điều khiển động cơ quay thuận (Forward). S7: Tín hiệu điều khiển động cơ quay tốc độ chậm (Slow speed).
Đầu ra tiếp điểm đa chức năng MA (thường mở). Đầu ra tiếp điểm đa chức năng MB (thường đóng). Đầu ra chung tiếp điểm đa chức năng MC (chung cho MA và MB). Phanh động cơ (Brake) sử dụng điện áp 220 VAC được điều khiển thông qua 1 rơ-le 24 VDC được nối vào đầu ra tiếp điểm đa chức năng.
Khi không có điện áp, phanh động cơ ở trạng thái phanh; khi cơ điện áp, phanh động cơ ở trạng thái nhả phanh.9 Mạch Inventer 3G3MV-A2007. Bậc tự do tịnh tiến theo trục X. Bậc tự do tịnh tiến dọc trục X được thực hiện nhờ chuyển động tịnh tiến khứ hồi của piston trong xylanh, trong đó trục của piston va xylanh trùng với trục X, xilanh gắn cố định piston dịch chuyển.10 Sơ đồ mô phỏng theo trục X. Cơ cấu chuyển động: Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý theo trục X Nguồn động lực: Chuyển động khứ hồi nhờ xi lanh khí nén Airtac MAL16-500, trục piston phi 16, khoảng chạy của piston 500.12 Xi lanh khí nén Othmro MAL16-500 Hệ thống dẫn hướng: Các khớp tịnh tiến được dẫn hướng nhờ các sống trượt hình trụ phi 20 gắn cố định trên trục X.
Trên bậc tự do trục X sử dụng ba khớp tịnh tiến: Khớp tịnh tiến thứ nhất chuyển động tịnh tiến khứ hồi của piston xy lanh; xy lanh cố định, piston di chuyển thực hiện thao tác của robot. Nguồn khí nén đi qua bộ điều áp được đưa tới van đảo chiều 5/2 với một đầu điều khiển bằng điện tử, một đầu điều khiểu bằng lò xo của 4V210-08 của hãng Airtac (áp suất 0.8Mpa) điều chỉnh thông qua van tiết lưu (loại 1 đầu gen M13) trước khi đi vào xylanh trục X (Hình 1. Bậc tự do tịnh tiến dọc trục Z Kết cấu: Tay máy được cấu tạo bởi 3 thanh có vật liệu bằng hợp kim nhôm liên kết với nhau: Thanh dưới nối với thanh giữa bằng đai răng và có một thanh dẫn hướng dọc trục lên xuống. Thanh giữa được nối với thanh trên bằng một thanh dẫn hướng (Hình 1.
Nguồn động lực: Chuyển động khứ hồi nhờ xylanh khí nén Airtac SC 20x300, trục piston phi 20, hành trình piston 300mm (Hình 1. Xy lanh được điều khiển bằng van đảo chiều 5/2 với một đầu điều khiển bằng điện tử, một đầu điều khiển bằng lò xo (tương tự như trên trục X) 4V210-08 của hãng Airtac (áp suất 0.8 Mpa), điều chỉnh thông qua van tiết lưu (loại 1 đầu gen M13) (hình 1.13) Cơ cấu bánh răng đai răng (tăng gấp đối chiều dài hành trình làm việc), sử dụng loại đai thanh răng STD 1360-S8M (đai thanh răng, bước răng 8mm, chu vi đai răng 1360mm, chiều rộng đai 32mm). Cơ cấu vít me đai ốc có nhiệm vụ đặt cữ hành trình cho cơ cấu, dẫn động bằng động cơ điện Servo 1 pha 200V 4RK25C-36LB của Oriental Motor (công suất P= 25W) Hình 1.14 Sơ đồ mô phỏng theo trục Z. Chuyển động tịnh tiến lên xuống dọc trục Z được thực hiện nhờ chuyển động tịnh tiến khứ hồi của piston trong xilanh, trục của piston va xilanh trùng với trục Z, xilanh gắn cố định, piston dịch chuyển.
Khi muốn đưa tay robot lên thì ta đưa khí nén vào buồng phía dưới xylanh, dưới tác dụng của khí nén piston bị đẩy lên trên, và ngược lại.