Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế tự động hóa các dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện đại, việc ứng dụng tay máy robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng nhằm nâng cao năng suất công nghệ, hạ giá thành gia công, nâng cao độ đồng đều và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời giải phóng người lao động khỏi môi trường làm việc độc hại, nguy hiểm. Đồ án tập trung nghiên cứu, tính toán thiết kế và mô phỏng hệ thống robot công nghiệp phục vụ công đoạn hàn điểm tiếp xúc cho các sản phẩm cơ khí dạng hộp.

Đối tượng gia công cụ thể của hệ thống là chi tiết vỏ tủ điện có các thông số hình học:

  • Chiều dài: 400 mm
  • Chiều rộng: 250 mm
  • Chiều cao: 100 mm

Về điều kiện không gian và bố trí dây chuyền, robot được đặt cạnh hệ thống băng tải sản xuất. Chi tiết sau các công đoạn cắt phôi và uốn gập sẽ được định vị, kẹp chặt trên băng tải có độ cao 0,385 m so với mặt sàn công tác. Khi chi tiết di chuyển tới vị trí làm việc, băng tải dừng lại để robot thực hiện chu trình hàn điểm tại các vị trí xác định trên bề mặt chi tiết.

Nhiệm vụ kỹ thuật của đề tài bao gồm:

  1. Phân tích yêu cầu công nghệ hàn điểm, lựa chọn cấu trúc động học phù hợp với biên dạng sản phẩm tủ điện.
  2. Xây dựng mô hình hình học 3D chi tiết cho từng khâu và toàn bộ hệ thống robot.
  3. Giải bài toán động học thuận, động học ngược, xác định không gian làm việc và quỹ đạo chuyển động.
  4. Thiết lập mô hình động lực học bằng phương trình Lagrange loại 2 dạng ma trận để xác định tải trọng, mô-men tác động lên các khớp.
  5. Tính toán thiết kế chi tiết hệ thống dẫn động cơ khí gồm bộ truyền bánh răng, trục, then, ổ lăn, bộ truyền vít me – đai ốc bi và kiểm nghiệm bền kết cấu.
  6. Thiết kế bộ điều khiển bù mô-men (Computed Torque Control) và kiểm chứng chất lượng bám quỹ đạo trên phần mềm Matlab/Simulink.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân công cụ thể giữa các thành viên trong nhóm thực hiện:

STT Thành viên thực hiện Mã số sinh viên Nhiệm vụ đảm nhiệm trong đồ án
1 Tạ Trọng Khánh 20198492 Tổng hợp và trình bày powerpoint; Thiết kế hệ dẫn động robot; Thiết kế hệ thống điều khiển
2 Nguyễn Đức Anh 20175839 Phân tích và lựa chọn cấu trúc; Thiết kế 3D; Bài toán động học (thuận, ngược)
3 Đoàn Mạnh Hiếu 20187439 Bài toán tĩnh học; Bài toán động lực học

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án sử dụng hệ thống cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật cơ điện tử, cơ học máy và điều khiển tự động:

  • Lý thuyết động học robot: Sử dụng phương pháp tham số Denavit – Hartenberg (D-H) để gắn hệ trục tọa độ lên các khâu, thiết lập các ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất $A_n^0(q)$ mô tả trạng thái vị trí và hướng của khâu tác động cuối. Hướng của khâu công tác được biểu diễn thông qua ma trận quay sử dụng hệ góc Cardan $R_n^0(\alpha, \beta, \gamma)$. Ma trận Jacobi $J_{TE}$ được xây dựng để xác định mối quan hệ vận tốc dài và vận tốc góc của điểm tác động cuối với vận tốc các biến khớp.
  • Lý thuyết động lực học nhiều vật: Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của hệ robot dựa trên phương trình Lagrange loại 2 dạng ma trận: $$M(q)\ddot{q} + C(q, \dot{q})\dot{q} + G(q) = Q + U$$ Trong đó xác định tường minh ma trận khối lượng suy rộng $M(q)$, ma trận lực ly tâm và Coriolis $C(q, \dot{q})$, véc-tơ lực thế trọng trường $G(q)$, véc-tơ ngoại lực không thế $Q$ và véc-tơ lực/mô-men điều khiển $U$.
  • Lý thuyết tính toán thiết kế máy: Dựa trên tài liệu chuyên ngành "Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí" (Trịnh Chất, Lê Văn Uyển) để tính toán công suất động cơ, thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng một cấp, tính chọn trục, then, ổ lăn đỡ một dãy, khớp nối ống và bộ truyền vít me – đai ốc bi.
  • Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA): Đánh giá độ bền kết cấu, phân bố ứng suất và chuyển vị của các khâu cơ khí dưới tác dụng của tải trọng làm việc với vật liệu thép không gỉ AISI 304.
  • Lý thuyết điều khiển phi tuyến: Sử dụng phương pháp điều khiển mô-men tính toán (Computed Torque Control / Inverse Dynamics Control) kết hợp bù phản hồi vi tích phân tỉ lệ (PD) nhằm biến đổi hệ phi tuyến nhiều chiều thành hệ tuyến tính khối lượng đơn vị độc lập cho từng khớp.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống robot được thiết kế theo cấu trúc cơ cấu 4 bậc tự do dạng RRTR, bao gồm:

  • Khâu đế và hai khâu quay (Khâu 1, Khâu 2): Chuyển động quay trong mặt phẳng ngang thông qua hệ dẫn động động cơ điện xoay chiều AC kết hợp hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng một cấp có tỉ số truyền $u = 4$.
  • Khâu tịnh tiến (Khâu 3): Chuyển động trượt thẳng đứng theo trục Z nhằm nâng hạ mỏ hàn, sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi PMI (mã hiệu 16-5B2-FSWC) dẫn động bởi động cơ servo AM 1150A.
  • Khâu quay cổ tay (Khâu 4): Đảm bảo định hướng góc xoay của đầu mỏ hàn vuông góc với mặt phẳng tấm hàn.

Bảng thông số cấu hình và thiết bị dẫn động các khớp:

Khâu Bậc tự do / Dạng khớp Cơ cấu truyền động Thông số bộ truyền Động cơ dẫn động / Đặc tính
Khâu 1 Khớp quay (R) Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng $u = 4$, $m = 1,75$ mm, $a_w = 83,15$ mm Động cơ AC, $P = 0,9$ kW, $n = 120$ v/p
Khâu 2 Khớp quay (R) Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng $u = 4$, $M_{max} = 70,56$ Nm Động cơ AC, $n = 120$ v/p
Khâu 3 Khớp tịnh tiến (T) Vít me – đai ốc bi PMI 16-5B2-FSWC Bước $l = 5$ mm, $d = 16$ mm, $L_1 = 620$ mm Động cơ AM 1150A ($M_{start} = 1,7$ Nm, 3000 v/p)
Khâu 4 Khớp quay (R) Bộ truyền trực tiếp / giảm tốc Tải trọng $F_{max} = 11,36$ N Động cơ AM 1150A

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Phân tích và lựa chọn cấu trúc

Chương 1 trình bày tổng quan về công nghệ hàn điểm tiếp xúc (Resistance Spot Welding). Phương pháp này tạo mối nối thông qua nhiệt lượng sinh ra do điện trở tiếp xúc khi có dòng điện cường độ lớn chạy qua bề mặt tiếp giáp của hai tấm kim loại ép sát nhau. Công nghệ này có ưu điểm nổi bật là tốc độ gia công nhanh, mối hàn kín, không cần kim loại phụ trợ hay khí bảo vệ, mức độ tự động hóa cao và cho phép liên kết các kim loại khác loại. Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí thiết bị và đồ gá lớn, đòi hỏi kỹ thuật bảo dưỡng cao và bị hạn chế đối với các chi tiết có chiều dày lớn.

Để gia công vỏ tủ điện kích thước $400 \times 250 \times 100$ mm, nhóm nghiên cứu phân tích và so sánh 3 phương án cấu trúc hình học:

  1. Mô hình robot 3 bậc tự do (TTT): Cấu trúc không gian Descartes đơn giản nhưng phạm vi thao tác và độ linh hoạt kém khi tiếp cận các vị trí cạnh.
  2. Mô hình robot 5 bậc tự do: Khả năng định hướng linh hoạt cao trên nhiều mặt phẳng nhưng hệ phương trình động học, động lực học rất phức tạp, khối lượng tính toán lớn.
  3. Mô hình robot 4 bậc tự do (RRTR): Kết cấu cân đối, thuận lợi cho việc hàn các bề mặt định vị thẳng đứng và các cạnh xung quanh của tủ điện đặt trên băng tải.

Nhóm quyết định lựa chọn mô hình 4 bậc tự do RRTR làm đối tượng nghiên cứu và thiết kế chi tiết.

Chương 2: Thiết kế 3D

Chương này trình bày quá trình dựng hình 3 chiều toàn diện của robot, bao gồm kết cấu hình học của từng cụm chi tiết:

  • Cụm bệ đế cố định trên nền xưởng.
  • Khâu 1 và Khâu 2 đảm nhiệm chuyển động quay phẳng trong không gian công tác.
  • Khâu 3 dạng trục trượt tịnh tiến theo phương đứng.
  • Khâu 4 mang đầu điện cực hàn điểm tiếp xúc.
  • Mô hình lắp ráp tổng thể hoàn chỉnh của robot trong không gian làm việc cạnh băng tải chi tiết.

Chương 3: Bài toán động học và động lực học

Nội dung chương 3 giải quyết toàn diện bài toán động học và động lực học của tay máy 4 bậc tự do:

  • Bài toán động học thuận: Thiết lập ma trận trạng thái thuần nhất $A_n^0(q)$ từ bảng thông số D-H và ma trận hướng $R_n^0(\alpha, \beta, \gamma)$. Xác định tọa độ vị trí $[x_E(q), y_E(q), z_E(q)]^T$, thiết lập ma trận Jacobi vận tốc $J_{TE}$ và tính toán vận tốc góc. Đồ thị vận tốc, gia tốc theo các phương $x, y, z$ được xây dựng tương ứng với quy luật biến thiên của các biến khớp theo thời gian.
  • Không gian làm việc: Khảo sát và mô hình hóa thể tích không gian thao tác 3D và hình chiếu bằng (Top view) của điểm tác động cuối.
  • Bài toán động học ngược: Áp dụng phương pháp giải tích để giải hệ phương trình đại số phi tuyến tìm nghiệm biến khớp $q = [q_1, q_2, q_3, q_4]^T$ tương ứng với tọa độ quỹ đạo điểm cuối mong muốn $P_E(x_E, y_E, z_E)$.
  • Bài toán động lực học: Áp dụng phương trình Lagrange loại 2 dạng ma trận:
    • Thiết lập ma trận ten-xơ quán tính của từng khâu.
    • Xây dựng ma trận Jacobi tịnh tiến $J_{Ti}$ và ma trận Jacobi quay $J_{Ri}$.
    • Tính toán các phần tử của ma trận khối lượng $M(q)_{4 \times 4}$, véc-tơ lực Coriolis và ly tâm $C(q, \dot{q})$, véc-tơ thế năng và lực suy rộng của các lực thế $G(q)$, cùng các thành phần ngoại lực $Q$.
    • Tính toán mô-men và lực cực đại: Khảo sát chuyển động qua các điểm quỹ đạo $P_2, P_3, P_4, P_5$. Kết quả cho thấy mô-men tại khớp 1 là hàm phụ thuộc biến khớp $q_2$ và đạt giá trị cực đại khi $q_2 = 0$ (cấu hình tay máy duỗi thẳng $180^\circ$ vươn xa nhất): $$|M_1|_{max} = 244,37\text{ Nm};\quad F_1 = 365,456\text{ N}$$

Chương 5: Thiết kế hệ thống dẫn động robots

Chương 5 tính toán, thiết kế cơ khí chi tiết cho từng bộ truyền động:

  • Chọn động cơ cho các khớp:
    • Khớp 1: $M_{max} = 235,2$ Nm, số vòng quay khâu 1 $n_1 = 30$ v/p, số vòng quay trục động cơ $n_{dc1} = 120$ v/p, công suất yêu cầu $P \ge 0,83$ kW, chọn công suất định mức $P = 0,9$ kW.
    • Khớp 2: $M_{max} = 70,56$ Nm, số vòng quay $n_2 = 30$ v/p, $n_{dc2} = 120$ v/p.
    • Khớp 3 (khâu tịnh tiến): Lực cực đại $F_{max} = 36,5$ N, mô-men tĩnh khởi động $M_{start} = 1,5$ Nm, vận tốc quay $n_{tinh} = 600$ v/p. Lựa chọn động cơ AM 1150A có mô-men khởi động $1,7$ Nm, tốc độ định mức 3000 v/p.
    • Khớp 4: Lực cực đại $F_{max} = 11,36$ N, sử dụng động cơ cùng loại AM 1150A.
  • Thiết kế bộ truyền vít me – đai ốc bi khâu 3: Vật liệu vít bằng thép tôi 40CrMn, đai ốc bằng đồng thanh nhôm – sắt. Kiểu lắp đặt ổ đỡ một đầu cố định – một đầu tùy chỉnh (fixed-supported) với hệ số $N=2, m=10,2$. Bước vít chọn $l = 5$ mm, tổng chiều dài vít me $L_1 = 620$ mm. Lựa chọn trục vít me bi hãng PMI mã hiệu 16-5B2-FSWC (đường kính trục 16 mm, đường kính lõi ren 12 mm, bước 5 mm).
  • Thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng khâu 1:
    • Vật liệu bánh răng: Thép nhóm I có độ rắn $HB = 300$, giới hạn bền $\sigma_b = 600$ MPa, giới hạn chảy $\sigma_c = 340$ MPa.
    • Ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H] = 864,9$ MPa, ứng suất uốn cho phép $[\sigma_F] = 224,6$ MPa.
    • Thông số hình học: Mô-đun $m = 1,75$ mm, góc nghiêng răng $\beta = 0^\circ$, số răng bánh nhỏ $z_1 = 19$, số răng bánh lớn $z_2 = 76$ (tỉ số truyền $u = 4$). Khoảng cách trục tính toán $a_w = 83,15$ mm (độ sai lệch nằm trong giới hạn cho phép so với khoảng cách danh nghĩa tiêu chuẩn 80 mm). Chiều rộng vành răng $b_w = 35$ mm. Đường kính lăn $d_{w1} = 33,3$ mm, $d_{w2} = 133$ mm.
    • Kiểm nghiệm bền: Ứng suất tiếp xúc $\sigma_H$ và ứng suất uốn $\sigma_{F1} = 169,4$ MPa, $\sigma_{F2} = 149,9$ MPa đều nhỏ hơn giá trị cho phép.
  • Thiết kế trục và ổ lăn: Trục chế tạo từ thép 45 ($\sigma_b = 600$ MPa, $[\tau] = 15 \div 30$ MPa). Bánh răng nhỏ làm liền trục với đường kính ngõng trục chọn $d = 25$ mm. Trục lớn có đường kính $d = 35$ mm, khoảng cách giữa hai gối đỡ $l_{11} = 86$ mm. Kiểm nghiệm hệ số an toàn bền mỏi $s \ge [s] = 1,5 \div 2,5$ tại tất cả các tiết diện nguy hiểm. Chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ trung 307 cho trục bánh răng lớn ($d=35$ mm, $D=80$ mm, tải động $C=26,3$ kN) và ổ 305 cho trục động cơ ($d=25$ mm, $D=62$ mm, tải động $C=17,6$ kN).
  • Khớp nối và bôi trơn: Sử dụng nối trục ống chặt bằng thép 45 dùng then ([T] = 125 Nm, $d=25$ mm, $D=40$ mm, $L=75$ mm, chốt M6). Hộp giảm tốc bôi trơn định kỳ bằng mỡ.
  • Dung sai lắp ghép và kiểm nghiệm FEA: Bảng dung sai quy định kiểu lắp ổ lăn – trục 25k6/30k6, vỏ hộp – ổ lăn 42H7/47H7, then – trục N9. Kiểm nghiệm bền tĩnh bằng mô phỏng FEA trên thép AISI 304 dưới các mức tải trọng: Đế (350 N), Khâu 1 (200 N), Khâu 2 (30 N), Khâu 3 (12 N), Khâu 4 (12 N).

Chương 6: Thiết kế hệ thống điều khiển

Chương 6 xây dựng giải thuật điều khiển bám quỹ đạo cho tay máy dựa trên phương pháp bù phi tuyến (Computed Torque Control):

Luật điều khiển mô-men tổng quát có dạng: $$U = M(q)\tau + C(q, \dot{q})\dot{q} + G(q) + Q$$ Trong đó tín hiệu điều khiển mới $\tau$ được tổng hợp theo luật phản hồi PD: $$\tau = \ddot{q}_d + K_v(\dot{q}_d - \dot{q}) + K_p(q_d - q)$$

Phương trình vi phân mô tả sai số chuyển động của hệ kín trở thành: $$\ddot{E} + K_v\dot{E} + K_p E = 0$$ Với véc-tơ sai số vị trí $E = q_d - q$. Các ma trận hệ số $K_p, K_v$ là các ma trận đường chéo dương, được lựa chọn theo điều kiện dao động tắt dần tới hạn ($\xi = 1$) để hệ thống triệt tiêu sai số nhanh nhất và không xảy ra dao động quá điều chỉnh.

Thuật toán được lập trình và mô phỏng trên nền tảng Matlab/Simulink:

  • Khối đầu vào cung cấp quy luật chuyển động đặt cho các biến khớp: $q_{1d} = 0,4$, $q_{4d} = \frac{\pi}{20}t^3$, $\dot{q}{4d} = \frac{3\pi}{20}t^2$, $\ddot{q}{4d} = \frac{6\pi}{20}t$.
  • Khối hàm dieukhien(u) tính toán ma trận khối lượng $M$, ma trận Coriolis $C_q$, ma trận thế năng $G$ và tính gia tốc góc $\ddot{q} = M^{-1}(U - G - C_q)$.
  • Kết quả đồ thị mô phỏng cho thấy các giá trị góc quay và vận tốc thực tế ($q_1, q_2, q_3, q_4$ và $\dot{q}_1, \dot{q}_2, \dot{q}_3, \dot{q}_4$) bám sát hoàn toàn theo quỹ đạo đặt mong muốn ($q_d, \dot{q}_d$).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật với những kết quả cụ thể:

  1. Xác định cấu trúc hình học tối ưu 4 bậc tự do RRTR phục vụ công nghệ hàn vỏ tủ điện ($400 \times 250 \times 100$ mm) trên băng tải cao 0,385 m.
  2. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình 3D và giải quyết trọn vẹn bài toán động học thuận – ngược, xác định vùng làm việc 3D của tay máy.
  3. Thiết lập hệ phương trình vi phân động lực học Lagrange loại 2 dạng ma trận, xác định chính xác mô-men cực đại khớp 1 ($|M_1| = 244,37$ Nm) và lực cực đại ($F_1 = 365,456$ N) tại vị trí duỗi thẳng cánh tay ($q_2 = 0$).
  4. Tính toán, kiểm nghiệm đầy đủ hệ dẫn động cơ khí:
    • Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng ($u=4, m=1,75$ mm, $z_1=19, z_2=76$) thỏa mãn bền tiếp xúc ($\sigma_H \le 864,9$ MPa) và bền uốn ($\sigma_F \le 224,6$ MPa).
    • Trục thép 45 đường kính $25$ mm và $35$ mm thỏa mãn điều kiện bền mỏi.
    • Bộ truyền vít me – đai ốc bi PMI 16-5B2-FSWC ($l=5$ mm) và động cơ AM 1150A ($1,7$ Nm) đáp ứng tốt yêu cầu khâu tịnh tiến.
    • Kiểm nghiệm bền kết cấu các khâu bằng vật liệu thép AISI 304 dưới các mức tải trọng từ 12 N đến 350 N.
  5. Thiết kế và kiểm chứng thành công thuật toán điều khiển bù mô-men kết hợp PD trên Matlab/Simulink, chứng minh hệ thống đạt độ ổn định cao và bám sát quỹ đạo đặt.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản, đồ án tồn tại một số hạn chế và định hướng nghiên cứu phát triển sau:

  • Hạn chế:
    • Cấu trúc robot 4 bậc tự do RRTR chỉ tối ưu cho việc hàn các bề mặt thẳng đứng và các cạnh phẳng cơ bản, chưa thể thao tác linh hoạt trên các bề mặt nghiêng phức tạp hoặc biên dạng cong đa chiều.
    • Các tính toán động lực học và mô phỏng điều khiển được khảo sát chủ yếu trên mô hình toán lý thuyết, bỏ qua ma sát phức tạp tại các khớp và chưa xét đến biến dạng đàn hồi của các khâu dưới tải trọng động thực tế.
    • Đề tài dừng lại ở mức độ tính toán thiết kế và mô phỏng trên máy tính, chưa tiến hành chế tạo mẫu thực nghiệm (prototype) để đo kiểm thông số thực tế.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu mở rộng thêm bậc tự do tại cụm cổ tay để nâng cao khả năng định hướng mỏ hàn trong không gian 3 chiều phức tạp.
    • Tích hợp thêm cảm biến lực/mô-men tại đầu tác động cuối và cảm biến thị giác (camera) để nhận dạng vị trí phôi tự động trên băng chuyền.
    • Chế tạo mô hình thử nghiệm vật lý và triển khai thuật toán điều khiển trên phần cứng nhúng thời gian thực.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Robot, Cơ học kỹ thuật và Tự động hóa. Tài liệu có giá trị ứng dụng cao ở các phần:

  • Quy trình chuẩn giải bài toán động học và động lực học robot nhiều khâu sử dụng phương pháp ma trận Lagrange loại 2.
  • Phương pháp tính toán thiết kế truyền động cơ khí chi tiết (bộ truyền bánh răng, trục, ổ lăn, vít me bi) theo tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam.
  • Mã nguồn và mô hình khối mô phỏng giải thuật điều khiển phi tuyến bù mô-men (Computed Torque Control) trên môi trường Matlab/Simulink.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu trúc động học của robot trong đồ án gồm những bậc tự do nào và tại sao lại được lựa chọn?
Robot có cấu trúc 4 bậc tự do dạng RRTR gồm 2 khớp quay phẳng (Khâu 1, Khâu 2), 1 khớp tịnh tiến thẳng đứng (Khâu 3) và 1 khớp quay định hướng (Khâu 4). Cấu trúc này được lựa chọn vì đáp ứng tốt yêu cầu công nghệ hàn các bề mặt thẳng đứng của vỏ tủ điện ($400 \times 250 \times 100$ mm) đặt trên băng tải, đồng thời có kết cấu cơ khí gọn nhẹ và khối lượng tính toán động học, động lực học hợp lý hơn so với phương án 5 bậc tự do.

2. Điều kiện biên để mô-men tại khớp 1 đạt giá trị lớn nhất trong quá trình chuyển động là gì?
Mô-men tại khớp 1 đạt giá trị lớn nhất $|M_1| = 244,37$ Nm (ứng với lực lớn nhất $F_1 = 365,456$ N) khi biến khớp $q_2 = 0$. Khi đó, góc giữa khâu 1 và khâu 2 bằng $180^\circ$, cánh tay robot ở trạng thái vươn dài nhất trong không gian làm việc.

3. Khâu tịnh tiến (Khâu 3) sử dụng cơ cấu truyền động và động cơ gì?
Khâu 3 sử dụng bộ truyền vít me – đai ốc bi của hãng PMI có mã hiệu 16-5B2-FSWC với đường kính trục vít 16 mm, đường kính lõi 12 mm, bước vít $l = 5$ mm, chiều dài $L_1 = 620$ mm. Động cơ dẫn động là động cơ servo mã AM 1150A có mô-men khởi động $1,7$ Nm và tốc độ quay định mức 3000 vòng/phút.

4. Cặp bánh răng trong hộp giảm tốc khâu 1 có các thông số hình học và độ bền cơ bản nào?
Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng một cấp có tỉ số truyền $u = 4$, mô-đun $m = 1,75$ mm, số răng $z_1 = 19, z_2 = 76$, khoảng cách trục $a_w = 83,15$ mm, chiều rộng vành răng $b_w = 35$ mm. Vật liệu thép nhóm I có độ rắn $HB = 300$, ứng suất tiếp xúc cho phép $[\sigma_H] = 864,9$ MPa và ứng suất uốn cho phép $[\sigma_F] = 224,6$ MPa.

5. Nguyên lý của bộ điều khiển được thiết kế trong Chương 6 là gì?
Bộ điều khiển sử dụng phương pháp bù mô-men (Computed Torque Control), chia cấu trúc điều khiển thành hai phần: phần bù phi tuyến dựa trên mô hình động lực học ngược ($M, C, G$) và phần phản hồi sai số PD. Luật điều khiển này triệt tiêu các thành phần phi tuyến của robot, đưa hệ thống về dạng phương trình dao động tuyến tính khối lượng đơn vị $\ddot{E} + K_v\dot{E} + K_p E = 0$, giúp triệt tiêu sai số bám quỹ đạo nhanh chóng theo chế độ tắt dần tới hạn.

Kết luận

Đồ án "Tính Toán Thiết Kế Robot: Phân Tích và Ứng Dụng" đã thực hiện thành công quy trình thiết kế hoàn chỉnh một tay máy công nghiệp 4 bậc tự do (RRTR) phục vụ hàn điểm vỏ tủ điện trên dây chuyền tự động. Toàn bộ các bài toán từ phân tích cấu trúc, thiết kế hình học 3D, giải tích động học – động lực học Lagrange, tính toán sức bền chi tiết máy cho đến mô phỏng giải thuật điều khiển bù mô-men trên Matlab/Simulink đều được thực hiện nhất quán và có độ tin cậy kỹ thuật cao. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn tốt cho sinh viên và kỹ sư hoạt động trong lĩnh vực kỹ thuật cơ điện tử và điều khiển robot công nghiệp.