<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG CƠ KHÍKHOA CƠ ĐIỆN TỬ</b>

<b>Báo cáo bài tập lớn</b>

<b>Đề tài: Tính tốn thiết kế mơ hình robot ứng dụng bốc xếpkho chứa tự động trong dây chuyền sản xuất linh hoạt FMS</b>

Hà Nội 8/2023

Giảng viên hướng dẫn

Mã học phần

Sinh viên thực hiện

: TS. GVC. Nguyễn Văn Quyền : ME4505

: Nguyễn Bá Công 20194926: Nguyễn Văn Đức 20194963: Đặng Đức Độ 20194948

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Nhóm 3 đề tài: Tính tốn thiết kế mơ hình robot ứng dụng bốc xếpkho chứa tự động trong dây chuyền sản xuất linh hoạt FMS.111Equation Chapter 1 Section 1Bảng phân công</b>

<b>nhiệm vụ</b>

1 Nguyễn Bá Cơng 20194926 Tính động học thuận,

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Mục Lục

Lời mở đầu...6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT...7

1.1 Khái niệm Robot công nghiệp...7

1.2 Phân loại Robot công nghiệp...7

1.2.1 Phân loại theo kết cấu...7

1.2.2 Phân loại theo điều khiển...7

1.2.3 Phân loại theo ứng dụng...8

1.3 Ứng Dụng của Robot công nghiệp...8

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN KẾT CẤU ROBOT...13

2.1. Phân tích mục đích ứng dụng của Robot...13

2.2. Phân tích yêu cầu kĩ thuật...13

2.2.1. Phân tích về yêu cầu vị trí, hướng của khâu thao tác...13

2.2.2. Số bậc tự do cần thiết...14

2.2.3. Không gian làm việc...14

2.3. Các phương án thiết kế cấu trúc Robot...15

2.4. Các đặc trưng kĩ thuật...19

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC...20

3.1 Xây dựng bài tốn động học của Robot...20

3.1.1. Cấu trúc động học của robot...20

3.1.2. Phương pháp Denavit – Hartenberg...20

3.1.3. Xây dựng cấu trúc động học...22

3.2. Bài toán động học thuận về vị trí...24

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

3.3. Bài tốn động học ngược về vị trí...25

3.4. Bài tốn động học vi phân...26

3.4.1. Bài toán động học vi phân thuận...26

3.4.2. Bài toán động học vi phân ngược...27

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG THEO YÊU CẦU KỸ THUẬT ... 29

4.1. Thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác:...29

4.2. Xây dựng chương trình mơ phỏng trên Matlab...31

4.3. Kết quả thiết kế quỹ đạo trong không gian thao tác khi thực hiện chu trình cơng việc... 32

CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC...40

5.1. Thiết lập phương trình vi phân chuyển động của robot...40

5.2. Động năng và ma trận khối lượng M...40

5.2.1. Tính các tenxơ quán tính...40

5.2.2. Tính các ma trận Jacobi...41

5.2.3. Động năng và ma trận khối lượng M...42

5.3. Ma trận quán tính li tâm và gia tốc Coriolit...42

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

2. CODE Động học ngược vận tốc, gia tốc:...54

3. CODE Khơng gian thao tác:...54

4. CODE Tính động lực học ngược:...59

5. CODE mô phỏng điều khiển PD:...60

TÀI LIỆU THAM KHẢO...62

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>Lời mở đầu</b>

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh, mang lại những lợi ích cho con người về tất cả những lĩnh vực trong cuộc sống. Để nâng cao đời sống nhân dân và hòa nhập với sự phát triển chung của thế giới, Đảng và nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu đưa đất nước đi lên thành một nước cơng nghiệp hóa hiện đại hóa. Để thực hiện điều đó thì một trong những ngành cần quan tâm phát triển nhất đó là ngành cơ khí nói chung và cơ điện tử nói riêng vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị cơng cụ (máy móc, robot...) của mọi ngành kinh tế.

Muốn thực hiện việc phát triển ngành cơ khí cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kĩ thuật có trình độ chun mơn đáp ứng u cầu của cơng nghệ tiên tiến, cơng nghệ tự động hóa theo dây chuyền sản xuất. Đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của nền khoa học cơng nghiệp, tự động hóa đóng vai trị vơ cùng quan trọng. Vì vậy cơng nghệ tự động hóa được đầu tư và phát triển một cách mạnh mẽ.

Trong công nghiệp hiện nay nói chung, việc máy móc tự động dần thay thế con người đang trở thành xu thế tât yếu. Nhằm tạo ra 1 hệ thống điều khiển cho robot công nghiệp phục vụ công việc và nghiên cứu và đưa vào thực tiễn giúp nâng cao năng suất lao động. Chúng em đã thiết kế mơ hình robot ứng dụng trong bốc xếp kho hàng. Trong khi làm bài không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được những đóng góp của các thầy và các bạn để chúng em sửa chữa, khắc phục và làm tốt hơn trong những lần sau.

Cuối cùng chúng em xin trân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy cơ trong Bộ Môn Cơ Ứng Dụng và đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy ThS. GVC. Nguyễn Văn Quyền đã giúp em học được rất nhiều điều và hồn thành mơn học này.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT1.1 Khái niệm Robot công nghiệp</b>

Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp. Khái niệm về robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ, có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo những hành trình thay đổi đã được chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.

Theo tiêu chuẩn RIA của Mỹ, Robot institute of America. Khái niệm về robot công nghiệp là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ, hoặc các thiết bị chun dùng thơng qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hồn thành các nhiệm vụ khác nhau.

Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga. Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lặp đi lặp lại để hồn thành các chức năng vận động và điều khiển trong q trình sản xuất.

Do đó, robot cơng nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt. Thực hiện các chức năng theo chương trình đã được lập trình sẵn. Với đặc điểm có thể lập trình lại được, robot công nghiệp là thiết bị tự động hóa và ngày càng trở thành bộ phận khơng thể thiếu được của các hệ thống sản xuất linh hoạt.

<b>1.2 Phân loại Robot công nghiệp</b>

Ở thời điểm hiện nay, nền cơng nghiệp phát triển với tốc độ chóng mặt, vì vậy chúng ta có thể dễ dàng nhận ra sự hiện diện của Robot đặc biệt là ở những nước phát triển. Trong công nghiệp hiện nay chúng ta có thể phân loại Robot cơng nghiệp như sau:

<b>1.2.1 Phân loại theo kết cấu.</b>

Theo kết cấu (hay theo hình học), người ta phân Robot thành các loại: đề các, trụ, cầu, Sacara, kiểu tay người, robot nối tiếp hoặc song song và các dạng khác nữa.

<b>1.2.2 Phân loại theo điều khiển</b>

Có 2 kiểu điều khiển robot: Điều khiển hở và Điều khiển kín.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<i>- Điều khiển hở: dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí</i>

nén) mà qng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với xung điều khiển. Kiểu này đơn giản nhưng cho độ chính xác thấp.

<i>- Điều khiển kín: (điều khiển kiểu servo) sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ</i>

chính xác điều khiển. Có hai kiểu điều khiển servo: Điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đường (contour).

<i>- Kiểu điều khiển điểm-điểm: phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia</i>

theo đường thẳng với tốc độ không cao. Kiểu điều khiển này thường được dùng trên các Robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh và bắn đinh.

<i>- Điều khiển contour: đảm bảo cho phần cơng tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kì,</i>

với tốc điều khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các Robot hàn hồ quang và phun sơn.

<b>1.2.3 Phân loại theo ứng dụng</b>

Cách phân loại này dựa vào ứng dụng của Robot. Robot hàn, robot cắt, robot gắp sản phẩm, robot sơn, robot lắp ráp, robot pallet, robot cộng tác

<b>1.3 Ứng Dụng của Robot công nghiệp</b>

<i>Robot hàn mig</i>

Robot hàn là robot công nghiệp sử dụng chủ yếu cho nguyên cơng hàn trong các dây chuyền sản xuất cơ khí

Những lợi ích khi sử dụng robot hàn

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

– Có độ chính xác và năng suất cao, nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập trình hợp lý, các robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy cách.

– Chuyển động của mỏ hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công việc phải làm lại. Robot không những làm việc nhanh hơn mà cịn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một thiết bị hàn tay.

– Quá trình hàn được tự động hóa giải phóng người cơng nhân khỏi những tác hại khi hàn do tiếp xúc với bức xạ hồ quang, vẩy hàn nóng chảy, khí độc.

– Tốc độ: một robot có thể hàn nhanh hơn so với một con người, vì đèn hàn ln nằm theo hướng tối ưu và di chuyển càng nhanh càng tốt. Ngoài ra, chu kỳ hàn của robot luôn giữ nguyên. Điều này giúp quá trình hàn dễ dàng hơn và hiệu suất hàn dễ tính tốn hơn, nhờ vậy khách hàng có thể tưởng vào việc nhận được sản phẩm đúng theo thời gian đã hứa.

– Thời gian xử lý được tiết kiệm theo một cách khác. Do mối hàn robot nói chung là sạch hơn so với mối hàn của người, nên ít phải thay thế và dọn dẹp hơn. Điều này tiết kiệm thêm thời gian trong các thao tác đầu ra.

– Chất lượng: Chuyển động nhất quán cũng có nghĩa là chất lượng nhất quán. Với đèn hàn và các mảnh ghép ở cùng vị trí và di chuyển với cùng tốc độ, chúng sẽ được hàn giống nhau. Nguy cơ biến dạng không xuất hiện, và do robot không biết mệt mỏi là gì, nên sản phẩm hàn sẽ giống nhau từ đầu tới cuối. Đặc biệt, với các bộ phận đặc biệt quan trọng, tự động hóa mang lại cho khách hàng sự tin tưởng vào sự toàn vẹn của mỗi mối hàn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<i>Robot Yaskawa Motoman MPL160</i>

Với sự đa dạng trong các dòng sản phẩm Robot gắp nhả bốc dỡ hàng hóa của Yaskawa có thể cung cấp cho khách hàng các loại robot cũng như hệ thống đi kèm để phục vụ trong việc tự động hóa các thiết bị máy móc, dây chuyền sản xuất nhằm tối ưu quy trình sản xuất, nâng cao năng lực cạnh tranh.

Ứng dụng:

 Chúng ta sử dụng robot loại handling hoặc palletizing tùy theo ứng dụng:  Bốc xếp bao từ dây chuyển sản xuất lên pallet.

 Bốc xếp các loại thùng hàng.

 Di chuyển sản phẩm từ vị trí này sang vị trí khác.

<i>Giải pháp: Thiết kế giải pháp tổng thể: thiết kế băng tải ra hàng, robot, cấp pallet tự</i>

động, di chuyển pallet sang vị trí khác sau khi xếp hàng. Thiết kế tay gắp hàng( bằng khí nén hay sử dụng servo tùy theo loại sản phẩm cần gắp). Mô phỏng, thiết kế hệ thống. Cung cấp giải pháp tối ưu cho hoạt động của robot và đảm bảo an toàn khi vận hành.

<i>Mục đích: Việc sử dụng nhân cơng để bốc xếp hàng hóa gây tốn kém chi phí cũng</i>

như ảnh hưởng đến năng suất lao động về lâu dài. Ngoài ra, sử dụng nhân công cũng tiềm ẩn nhiều nguy hiểm cho an tồn lao động do phụ thuộc tình trạng sức khỏe, tinh thần nhân công khi làm việc. Đồng thời đối với các mơi trường làm việc nhiều khói bụi, độc

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

hại như các nhà máy sản xuất xi măng thì việc sử dụng robot sẽ đảm bảo được an toàn lao động cũng như sức khỏe của người vận hành.

<i>Robot sơn abb</i>

Robot sơn có thể mang lại hiệu quả ứng dụng cao như bất kỳ hệ thống sơn tự động nào, nếu nó được sử dụng theo đúng phương pháp kỹ thuật. Ngược lại, trong trường hợp nó được trang bị những thiết bị tốt nhất nhưng kỹ thuật viên khơng có kỹ năng vận hành và tích hợp hệ thống, họ vẫn khơng thể có được hiệu quả ứng dụng và hiệu suất vận hành cao từ phía robot.

Tận dụng tối đa hiệu suất robot .Tính năng hữu ích của robot sơn là độ chính xác và khả năng lặp lại. Robot có thể di chuyển từ điểm A đến điểm B với cùng một tốc độ liên tục. Vì thế, nếu kỹ thuật viên tận dụng được hiệu suất này, hệ thống vận hành của robot sẽ đạt được năng suất và hiệu quả kinh tế cao ngay cả khi đang làm việc ở môi trường kém tác động.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<i>Robot yaskawa cho nghành chế biến gỗ</i>

Là robot được thiết kế đặc biệt, dành riêng cho các khâu đóng gói, xếp loại nhiều pallet, sản phẩm thành phẩm như thùng carton, túi/ bao, hộp, thùng, chai/lọ trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp khác nhau.

Cấu trúc của robot palettizer đơn giản, rất dễ và thuận tiện trong bảo trì và sửa chữa. Các bộ phận & phụ kiện của máy được tối giản để hạn chế phát sinh các chi tiết phải bảo trì.

Hoạt động của robot palettizer rất linh hoạt thậm chí ở trong những khơng gian nhỏ hẹn những vẫn đảm bảo hiệu suất cao trong làm việc.

Tất cả các điều khiển vận hành và hoạt động đều được hiển thị trên màn hình hiển thị của tủ điều khiển, robot có thể vận hành 24h/ ngày liên tục và hiệu năng của robot bằng nhiều lao động nên tiết kiệm rất nhiều nhiều chi phí nhân cơng sản xuất trong một thời gian dài…

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN KẾT CẤU ROBOT2.1. Phân tích mục đích ứng dụng của Robot</b>

- Mục đích: Robot ứng dụng trong việc bốc xếp kho hàng, Robot di chuyển đối tượng thao tác giữa hai dây chuyền công nghệ.

- Mô tả:

 Robot cần hút được đối tượng tại vị trí nhất định.  Mang đối tượng di chuyển khơng bị cản đến vị trí đặt.  Đặt đối tượng đúng vị trí.

 Trở về vị trí hút đối tượng tiếp theo.  Quá trình lặp lại.

 Đảm bảo thời gian thực hiện các thao tác (chu trình thao tác).

Trong thực tế việc bốc xếp, dịch chuyển hàng trong kho giữa 2 dây chuyền hay từ dây chuyền xuống xe đẩy là một công việc đơn điệu, nặng nhọc. Nếu sử dụng con người thì khơng đáp ứng được về năng suất. Yêu cầu về vị trí gắp thả phải chính xác vì vậy cần phải có Robot thay con người làm những cơng việc này.

<b>2.2. Phân tích yêu cầu kĩ thuật </b>

<b>2.2.1. Phân tích về yêu cầu vị trí, hướng của khâu thao tác. </b>

a) Thơng số kĩ thuật của đối tượng Đối tượng thao tác: hàng dạng hộp Vật liệu: kim loại

Khối lượng: 1kg

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<i>Hình dạng của đối tượng</i>

Các thơng số về hình dáng, kích thước của phơi được thể hiện như hình vẽ

Lơ quấn được đặt thẳng đứng theo phương z vì vậy hướng thao tác phải là hướng thẳng đứng theo phương z và hướng này không thay đổi trong thời gian hoạt động.

=> Thiết kế robot có đủ bậc tự do và đáp ứng sẵn được hướng yêu cầu. => Robot tọa độ trụ có tối thiểu 3 bậc tự do.

<b>2.2.3. Khơng gian làm việc </b>

Kích thước của dây truyền: Dài: 5000 mm

Rộng: 600 mm Chiều cao:600 mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Vị trí của Robot so với dây chuyền:

Nằm giữa thùng đựng hàng và dây chuyền được mô tả như hình vẽ. Ta chọn điểm đặt robot như sau:

S<small>max</small> = 1346mm S<small>min</small> = 559 mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>2.3. Các phương án thiết kế cấu trúc Robot </b>

a) Một số phương án thiết kế robot 3 bậc tự do

<i><b>Robot 3 bậc tịnh tiến (T.T.T)</b></i>

Robot gồm 3 bậc tịnh tiến theo 3 phương X, Y và Z. Do kết cấu nên robot có độ cứng cơ học theo phương tiếp tuyến lớn, phù hợp với các quá trình vận chuyển trên một khoảng cách dài. Bên cạnh đó với việc điều khiển các khâu tịnh tiến xử lý dễ hơn trục quay nên khâu thao tác có thể định vị rất chính xác. Robot thường được ứng dụng vào trong các quá trình láp ráp, vận chuyển

 Ưu điểm:

+ Do kết cấu đơn giản, robot có độ cứng vững cao.

+ Độ chính xác được đảm bảo trên tồn bộ khơng gian làm việc  Nhược điểm:

+ Diện tích chiếm dụng robot lớn + Hạn chế về khả năng linh hoạt

<i><b>Cánh tay robot 3 bậc quay (R.R.R)</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Cánh tay gồm 1 khâu quay theo phương Z và 2 khâu quay theo phương X. 3 khâu quay này phối hợp với nhau để tạo chuyển động khâu thao tác trong khơng gian.

 Ưu điểm:

+ Robot có độ linh hoạt cao

+ Vùng làm việc rộng so với khối lượng của Robot  Nhược điểm

+ Kết cấu phức tạp

+ Khó điều khiển đối với những chuyển động thẳng

+ Độ cững vững của Robot giảm dần khi thao tác ở xa robot

<i><b>Robot 3 bậc quay Scara (R.R.T)</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Khâu 1, 2 quay và khâu 3 tịnh tiến theo trục z. Khâu 3 đảm bảo dao ln vng góc với bàn máy. Khâu 1 và 2 đảm bảo bao quát các điểm trên mặt phẳng. Khâu 3 tịnh tiến theo trục z giúp tay hút chuyển động lên, xuống.

 Ưu điểm:

+ Dễ dàng thực hiện thao tác đối với các đối tượng trên mặt phẳng

+ Kết cấu đơn giản và linh hoạt

+ Ổn định về mặt cơ học theo phương thẳng đứng  Nhược điểm:

+ Robot thường chỉ mang tải trọng nhẹ

Qua ưu điểm và nhược điểm của các loại robot trên thì nhóm chúng em quyết định lựa chọn mơ hình cánh tay robot 3 bậc R.R.T (Phương án 3) để thực hiện đề tài. Đề xuất mô hình robot đáp ứng được các yêu cầu trên: Robot SCARA được đặt cố định trên nền với những ưu điểm: Kết cấu động học đơn giản nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

Quá trình thao tác của robot:

- Từ vị trí ban đầu, khâu 3 (đầu hút chân khơng) di chuyển theo phương trục Z tới vị trí vật và giữ vật.

- Sau đó, robot di chuyển tới 1 trong 2 băng tải để đưa vật về kho tùy theo kích thước được phân loại bởi cảm biến.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<i>Hình 2.4 Khơng Gian làm Việc</i>

Các kích thước phải thỏa mãn điều kiện: a<small>1</small> + a<small>2</small> > s<small>max </small>

|a<small>1</small> - a<small>2</small> | < s<small>min</small>

l3 > s<small>max</small> – s<small>min</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>3.1 Xây dựng bài toán động học của Robot </b>

<b>3.1.1. Cấu trúc động học của robot</b>

Robot nói chung và đặc biệt robot dạng tay máy có cấu trúc cơ học là một hệ nhiều vật, gọi là khâu, liên kết với nhau bởi các khớp.

Khả năng chuyển động của robot được đặc trưng bởi số khả năng chuyển động độc lập của các khâu, gọi là số bậc tự do của robot. Bậc tự do của robot phụ thuộc vào số khâu,

 <i>f</i>: Số bậc tự do của cơ cấu.

 <i>λ</i>: Bậc tự do của không gian trong đó tay máy thực hiện chuyển động  n: Số khâu động của robot

 k: Số khớp của robot

 <i>f_i</i>: Số bậc tự do của khớp thứ i  <i>f_c</i>: Số ràng buộc trùng

 <i>f_p</i>: Số ràng buộc thừa

Với robot trong đồ án này là robot SCARA với số bậc tự do là: 6(3 - 3) + 3 + 0 + 0 = 3

<b>3.1.2. Phương pháp Denavit – Hartenberg</b>

Các hệ tọa độ

Khâu đế hệ cố định 0: Hệ tọa độ cố định <i>^O</i><small>0</small><i>x</i>₀<i>y</i>₀<i>z</i>₀

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Khâu động: khâu 1,2,3(EE): Hệ tọa độ động <i>^O</i><small>1</small><i>x</i>₁<i>y</i>₁<i>z</i>₁<i>;O</i>₂<i>x</i>₂<i>y</i>₂<i>z</i>₂<i>;O</i>₃<i>x</i>₃<i>y</i>₃<i>z</i>₃

Phép biến đổi thuần nhất

<i>Hình 3.1: Phép biến đổi tọa độ thuần nhất</i>

<i>A_iⁱ⁻¹</i>(<i>q)=</i>

[

<i>R<small>i</small>ⁱ⁻¹</i>(<i>q) r<small>i</small>ⁱ⁻¹</i>(<i>x<small>O</small>_i, y<small>O</small>_i, z<small>O</small>_i</i>)

<i>R<small>i</small>ⁱ⁻¹</i>(<i>q)</i>: Ma trận 3x3 phép quay biến i-1 thành i

(<i>x_O_i, y_O_i, z_O_i</i>): Tọa độ gốc Oi trong hệ tọa độ i-1 Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit - Hartenberg

<i>A_iⁱ⁻¹</i>=

[

<i>^cosθ<small>i</small></i> −cosα<i>_isin θ_isin α_isin θ_ia_icosθ_isin θ_icosα_icosθ_i</i> −sin α<i>_icosθ_ia_isin θ_i</i>

Ma trận biến đổi tọa độ độ thuần nhất <i>A_n</i>⁰ biểu diễn trạng thái khâu thao tác có thể xác định từ từ cấu trúc động học robot.<i>A<small>n</small></i>⁰có thể nhận được bằng cách nhân phải liên tiếp các ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất ứng với các phép dịch chuyển hệ tọa độ từ hệ trục cố điịnh tới hệ trục tọa độ gắn với EE.

=<i>A</i>₁<small>0</small><i>A</i>₂<small>1</small><i>A</i>₃<small>2</small><i>… A_n<small>n−1</small></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<i>Khơng gian làm việc 2D</i>

<b>3.2. Bài tốn động học thuận về vị trí </b>

Sử dụng cơng thức (3.2) ta thu được các ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất: Đầu tiên ta thiết lập phương trình động học dạng ma trận.

<i>A</i>₁⁰=

[

^cos

(

<i>θ</i>₁

₎

−sin

₍

<i>θ</i>₁

₎

0 500cos

₍

<i>θ</i>₁

₎

sin

₍

<i>θ</i>₁

₎

cos

₍

<i>θ</i>₁

₎

0 500 sin

₍

<i>θ</i>₁

₎

<i>A</i>₂¹=

[

^cos

(

<i>θ</i>₂

₎

sin

₍

<i>θ</i>₂

₎

0 500cos

₍

<i>θ</i>₂

₎

sin

₍

<i>θ</i>₂

₎

−cos

₍

<i>θ</i>₂

₎

0 500 sin

₍

<i>θ</i>₂

₎

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

=<i>A</i>₁<small>0</small><i>. A</i>₂<small>1</small><i>. A</i>₃<small>2</small><i>T_E</i>⁰=

[

^cos

⁽

<i>^θ</i><small>1</small>+<i>θ</i>₂

)

sin

(

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

)

0 500 cos

(

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

)

+500cos

(

<i>θ</i>₁

)

sin

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

−cos

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

0 500 sin

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

+500sin

₍

<i>θ</i>₁

₎

0 0 0 1

]

=

[

^cos

⁽

<i>^θ</i><small>1</small>+<i>θ</i>₂

₎

sin

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

0 500 cos

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

+500 cos

₍

<i>θ</i>₁

₎

sin

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

−cos

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

0 500 sin

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

+500 sin

₍

<i>θ</i>₁

₎

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Khi đã biết θ<small>2</small> thay lại vào 2 phương trình (1), (2) để tìm θ<small>1</small>

Ta thu được (1) và (2) là hệ phương trình đại số tuyến tính với 2 biến sin(θ<small>1</small>) và cos(θ<small>1</small>)

<b>3.4. Bài toán động học vi phân </b>

<b>3.4.1. Bài toán động học vi phân thuận </b>

Bài toán động học vi phân thuận là bài toán biết <i>q , ´q , ´q</i> cần tìm ´<i>p , ´p</i>. Tính vận tốc góc <i>ω_E</i>

Ta có ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất:

<i>T_E</i>⁰=

[

^cos

⁽

<i>^θ</i><small>1</small>+<i>θ</i>₂

)

sin

(

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

)

0 500 cos

(

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

)

+500cos

(

<i>θ</i>₁

)

sin

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

−cos

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

0 500 sin

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

+500sin

₍

<i>θ</i>₁

₎

Ta suy ra được ma trận cosin chỉ hướng <i>R</i><small>0</small><i>_E</i>bằng việc lấy các phần tử thuộc 3 hàng và 3 cột đầu tiên của ma trận <i>T_E</i>⁰

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<b>3.4.2. Bài toán động học vi phân ngược </b>

Bài toán động học vi phân ngược là bài toán biết ´<i>p , ´p</i> cần tìm <i>q , ´q</i>´ .

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<i>∂ f</i>

<i>∂ q</i>⁼<i>^J<small>q</small></i>=

[

−<i>a</i><small>2</small>sin

(

<i>θ</i><small>1</small>+<i>θ</i><small>2</small>

)

−<i>a</i><small>1</small>sin

(

<i>θ</i><small>1</small>

)

−<i>a</i><small>2</small>sin

(

<i>θ</i><small>1</small>+<i>θ</i><small>2</small>

)

0

<i>a</i>₂cos

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

+<i>a</i>₁cos

₍

<i>θ</i>₁

₎

<i>a</i>₂cos

₍

<i>θ</i>₁+<i>θ</i>₂

₎

0

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<b>CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNGTHEO YÊU CẦU KỸ THUẬT</b>

<b>4.1. Thiết kế quỹ đạo trong khơng gian thao tác:</b>

- Xét quy trình thao tác của ROBOT như sau:

 Di chuyển từ vị trí A’ (0.8;0.2; -0.01) đến vị trí A (0.8;0.2; -0.46) – vị trí thùng hàng trong khoảng 2 giây.

 Dừng tại vị trí A (0.8;0.2; -0.46) khoảng 1 giây để hút thùng hàng.

 Di chuyển từ vị trí A (0.8;0.2; -0.46) đến vị trí A’ (0.8;0.2; -0.01) trong khoảng 2 giây.

 Di chuyển từ vị trí A’ (0.8;0.2; -0.01) đến vị trí B’ (-0.4; -0.8; -0.01) trong khoảng 3 giây.

 Di chuyển từ vị trí B’ (-0.4; -0.8; -0.01) đến vị trí B (-0.4; -0.8; -0.26) – vị trí thả thùng hàng lên băng tải khác trong khoảng 2 giây.

 Dừng tại vị trí B (-0.4; -0.8; -0.26) khoảng 1 giây để thả thùng hàng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Trong quá trình thao tác để có thể thực hiện được thao tác gắp thì chuyển động của Robot phải đảm bảo khơng có va chạm với thành bên của mạch Vì vậy, để có thể vào vị trí gắp mạch và đưa thùng hàng trên băng truyền thì hướng tiếp cận của tay hút robot theo quỹ đạo chuyển động tương ứng phải có phương vuông

Để khảo sát quỹ đạo làm việc của bài tốn đặt ra, nhóm đã chọn 1 tọa độ cho A để

Để thiết kế được quỹ đạo cho Robot, người ta thường dùng phương pháp xấp xỉ đa thức bậc n hoặc dạng phối hợp. Trong nội dung báo cáo này nhóm sử dụng quỹ đạo theo đa thức bậc 3. Vì dạng này vừa đơn giản trong thiết kế đồng thời thỏa mãn được các yêu cầu như : Đảm bảo tính liên tục của vận tốc -> quỹ đạo không giật cục, gấp khúc, gây sốc trong quá trình hoạt động của robot.

<i><b>+ Thiêt kế quỹ đạo trong không gian thao tác, quỹ đạo đường thẳng</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Độ dời dịch chuyển của điểm thao tác E theo phương x,y,z là đa thức bậc 3 theo thời gian:

thẳng. Với điều kiện đầu:

<b>4.2. Xây dựng chương trình mơ phỏng trên Matlab</b>

<i>Nhóm em thiết lập sơ đồ khối simulink như sau:</i>

</div>