Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TAY MÁY

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TAY MÁY

Tải bản đầy đủ - 0trang

6

Tay máy là phần cơ sở, quyết định khả năng làm việc của Robot cơng

nghiệp. Đó là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp, chúng hình thành cánh tay để

tạo ra các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay

để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng.

2. Kết cấu của tay máy

Ý tưởng ban đầu của việc thiết kế và chế tạo tay máy là phỏng theo các cấu

tạo và chức năng của tay người.Về sau, đây không còn là điều kiện bắt buộc

nữa. Tay máy hiện nay rất đa dạng và nhiều loại với dáng vẻ khác rất xa do với

tay người. Tuy nhiên trong kỹ thuật robot người ta vẫn dùng các thuật ngữ quen

thuộc, như vai (Shoulder), cánh tay (Arm), cổ tay (Wrist), bàn tay (Hand) và các

khớp (Ariculation), … để chỉ tay máy và các bộ phận của nó.

Trong thiết kế và sử dụng tay, máy người ta thường quan tâm đến các thông

số có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của chúng, như:

- Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay máy

- Tầm với hay vùng làm việc: kích thước và hình dáng vùng mà phần cơng tác có

thể vươn tới.

- Sự khéo léo, nghĩa là khả năng định vị và định hướng phần công tác trong vùng

làm việc. Thông số này liên quan đến số bậc tự do của phần cơng tác.

Các tay máy có đặc điểm chung về kết cấu là được cấu tạo bởi một số khâu

(Links), được nối với nhau nhờ các khớp (Joints), tạo thành chuỗi động học.

Một đầu của chuỗi động học được nối với giá (base), còn đầu kia nối với phần

cơng tác. Mỗi khâu hình thành cùng với khớp phía trước nó một cặp khâu–khớp.

Tùy theo kết cấu mà mỗi loại khớp đảm bảo cho khâu nối sau nó các khả năng

chuyển động nhất định.

Mỗi khớp được đặc trưng bởi 2 tham số:

- Các tham số khơng thay đổi trong q trình làm việc của tay máy được

gọi là các tham số.

- Các tham số thay đổi khi tay máy làm việc, gọi là các biến khớp.

Hai loại khớp thông dụng trong kỹ thuật tay máy là khớp trượt và khớp

quay. Chúng đều là khớp có một bậc tự do.

3. Phân loại tay máy



7

Tuy theo số lượng và cách bố trí các khớp có thể tạo ra tay máy kiểu tọa độ

đề các, tọa độ trụ, tọa độ cầu, SCARA và kiểu tay người.

3.1. Tay máy kiểu tọa độ đề các:

Tay máy này còn được gọi là kiểu chữ nhật,

dùng 3 khớp trượt, cho phép phần công tác



thực hiện



một cách độc lập các chuyển động thẳng,

song song với 3 trục tọa độ. Vùng làm việc



của



tay máy có dạng hộp chữ nhật. Do sự đơn

giản về kết cấu, tay máy kiểu này có độ cứng

vững cao, độ chính xác được đảm bảo đồng

đều1.1:

trong

làmđềviệc,

Hình

Taytồn

máy bộ

kiểuvùng

tọa độ

các

nhưng ít khéo léo.Vì vậy, tay máy kiểu đề các được dùng chủ yếu trong vận

chuyển và lắp ráp.

3.2.



Tay máy kiểu tọa độ trụ



Khác với tay máy kiểu đề các ở khớp đầu tiên : Dùng khớp quay

thay thế cho khớp tịnh tiến. Vùng làm việc của

nó có dạng trụ rỗng. Khớp trượt nằm ngang cho



phép



tay máy “thò” được vào khoảng rỗng nằm ngang.



Độ



cứng vững cơ học của tay máy trụ tốt, thích hợp



với tải



nặng, nhưng độ chính xác định vị và góc trong mặt



phẳng



nằm ngang giảm khi tầm với tăng.

3.3.



Tay máy kiểu tọa độ cầu



Hình 1.2:Tay máy kiểu tọa độ trụ



8

Khác kiểu trụ do khớp thứ 2 được thay thế bằng khớp quay. Nếu quỹ đạo

chuyển động của các phần công tác được mô

tả trong tọa độ cầu thì mỗi bậc tự do tương

ứng với khả năng chuyển động và vùng làm

việc của nó là khối cầu rỗng. Độ cứng vững

của loại tay máy này thấp hơn 2 loại tay máy

trên và độ chính xác định vị phụ thuộc vào

tầm với. Tuy nhiên, loại này có thể “ nhặt ” Hình 1.3: Tay máy kiểu tọa độ cầu

được cả vật dưới nền.

3.4.



SCARA



Đây là kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt, gồm 2 khớp quay và



1



khớp



tịnh tiến, nhưng cả 3 đều có trục song song vơi



nhau.



Kết cấu này làm tay máy cứng vững hơn theo



phương



ngang. Loại này chuyên dùng cho công nghệ lắp



ráp với



tải trọng nhỏ, theo phương thẳng đứng. Vùng làm



việc của



SCARA là một phần của hình trụ rỗng.

3.5. Tay máy kiểu tay người

Có cả 3 khớp là khớp quay, trong đó



Hình 1.4: Tay máy kiểu SCARA



trục thứ nhất vng góc với 2 trục kia. Do

sự tương tác với tay người, khớp thứ 2 được

gọi là khớp vai, khớp thứ 3 gọi là khớp

khủy tay. Với kết cấu này, khơng có sự

tương ứng giữa khả năng chuyển động của

các khâu và số bậc tự do. Tay máy làm việc



Hình 1.5: Tay máy kiểu tay người

rất khéo léo, nhưng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của phần công tác trong

vùng làm việc. Vùng làm việc của tay máy kiểu này gần giống một khối cầu.



9



10



CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC TAY MÁY

I.



ĐỘNG HỌC TAY MÁY

Động học tay máy nghiên cứu chuyển động các khâu của robot về phương



diện hình học, khơng quan tâm tới các lực và moment gây ra chuyển động .Động

học tay máy giải quyết 2 vấn đề:

- Bài toán động học thuận: Căn cứ vào các biến khớp để xác định vùng làm việc

của phần công tác và mô tả chuyển động của phần công tác trong vùng làm việc

của nó.

- Bài tốn động học ngược: Xác định các biến khớp để đảm bảo chuyển động cho

trước của phần công tác.



Hình 2.1 Bài tốn động học thuận, động học ngược

1. Bài toán động học thuận

Bài toán động học thuận nhằm mơ tả thế (vị trí và hướng) của phần cơng

tác dưới dạng hàm số của biến khớp.

Giải quyết bài toán động học thuận của robot thực chất là chúng ta cho

trước cấu hình của robot và quy luật chuyển động của các khâu, từ đó chúng ta

xác định quy luật chuyển động của bàn kẹp (điểm tác động cuối): vị trí bàn kẹp,

vận tốc bàn kẹp, gia tốc chuyển động bàn kẹp, vận tốc góc, gia tốc góc v.v…

Để giải bài tốn động học thuận ta có thể dùng phương pháp hình học giải

tích. Phương pháp này thường chỉ áp dụng cho các cơ cấu đơn giản. Để giải các

bài toán tổng quát ta cần một phương pháp giải chung. Có 2 phương pháp chính



11

được sử dụng phổ biến: Phương pháp Denavit-Hartenberg và phương pháp

Craig. Trong nội dung đồ án xin trình bày phương pháp Denavit-Hartenberg.

1.1.



Phép biến đổi thuần nhất và ma trận biến đổi thuần nhất



Cho 2 hệ quy chiếu R0 = {Ox0 y0 z0 } và R1 = {Ox1 y1 z1} như hình vẽ. Tọa độ

r

rp

điểm P trong hệ quy chiếu R0 là , trong hệ quy chiếu R1





r

uP .

Khi đó ta có:

r r r

rP = rA + u P



(1.1)



Trong hệ quy chiếu R0 biểu thức (2.1) có

r

r

r

rP(0) = rA(0) + u P(0)

(1.2)



dạng:



Hình 2.2

Gọi A là ma trận cosin chỉ hướng của hệ quy chiếu R1 đối với hệ quy chiếu R0.



Khi đó ta có hệ thức:



 a11 a12

A =  a21 a22

 a31 a32



a13 

a23 

a33 



(1)

u (0)

P = Au P



(1.3)



Thế (2.3) vào (2.2) ta được:

rP(0) = rA(0) + Au(1)

P

(1)

a13  uPx 

 (1) 

a23  u Py







a33  u (1) 

 Pz 

Nếu sử dụng khái niệm tọa độ thuần nhất ta có:



 xP(0)   x (0)

  a11 a12

A

 (0)   (0)  

 yP  =  y A  +  a21 a22

 z (0)   z (0)   a

a

 P   A   31 32

 xP(0)   a11 a12

 (0)  

 yP  =  a21 a22

 z (0)   a

a

 P   31 32

0

 1   0



Hay:



a13

a23

a33

0



(1)

x A(0)  u Px 

  (1) 

u

y (0)

A   Py 

 u (1) 

z (0)

A

  Pz 

1   1 



(1.4)



(1.5)



(1.6)



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TAY MÁY

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×