
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG
lượt xem 35
download

Tham khảo luận văn - đề án '“nghiên cứu thiết kế, chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG
- BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHƯƠNG TRÌNH KC.03 “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG” MÃ SỐ: KC.03.08 BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THEO NHIỆM VỤ 1 - ĐỀ TÀI KC.03.08 NHÓM SẢN PHẨM ROBOT RP 6246-1 25/12/2006 HÀ NỘI - 2006
- môc lôc Më ®Çu 4 PhÇn 1. Robocar RP 10 I. Giíi thiÖu chung 10 II. C¬ cÊu chÊp hµnh linh ho¹t 13 2.1. Ph©n tÝch vµ chän lùa c¬ cÊu tay m¸y pháng sinh 13 2.2. X©y dùng c¸c hÖ h×nh ®éng häc vµ ®éng lùc 18 III. Hå s¬ thiÕt kÕ c¶i tiÕn Robot RP 27 3.1. ThiÕt kÕ tæng thÓ 27 3.2. Côm chi tiÕt chñ yÕu 31 IV. §éng häc xe Robocar 39 4.1. §éng häc xe 3 b¸nh 39 4.2. §éng häc xe 4 b¸nh 43 V. M«®un xe di chuyÓn 46 5.1. Nh÷ng vÊn ®Ò chung 46 5.2. M«®un xe di chuyÓn cho RP-01 47 5.3. M«®un xe di chuyÓn cho RP-02 51 VI. HÖ thèng thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn 56 6.1. Giíi thiÖu chung 56 6.2. HÖ ®iÒu khiÓn Robot RP 56 6.3. §iÒu khiÓn Robocar RP-01 b»ng PLC 68 6.4. HÖ ®iÒu khiÓn Robocar RP-02 72 PhÇn 2. c¸c s¶n phÈm Robocar øng dông 80 I. Giíi thiÖu chung 80 II. Robocar TN trong phßng thÝ nghiÖm 81 2.1. Giíi thiÖu chung 81 2
- 2.2. ThiÕt kÕ, chÕ t¹o TN 81 2.3.C¸c sensors ®−îc sö dông 90 2.4. Nh÷ng nhËn xÐt qua thö nghiÖm 95 III. Robocar “Ch÷ thËp ®á” 97 3.1. Giíi thiÖu chung 97 3.2. KÕt cÊu c¸c bé phËn chÊp hµnh 97 3.2.1. KÕt cÊu xe di chuyÓn 97 3.2.2. C¬ cÊu robot 100 3.2.3. HÖ thèng b¬m phun 102 3.3. X©y dùng m« h×nh ®éng häc Robocar – Camera 103 3.3.1. Chän c¸c hÖ täa ®é 103 3.3.2. M« t¶ ®èi t−îng quan s¸t trong hÖ täa ®é 104 3.3.3. X¸c ®Þnh vÞ trÝ ®iÓm quan s¸t trªn mµn h×nh camera 106 3.3.4. Khèng chÕ vïng hiÓn thÞ trªn mµn h×nh 107 3.4. VÊn ®Ò xö lý h×nh ¶nh vµ c¸c ph−¬ng ph¸p dÉn ®−êng cho robot 108 3.4.1. VÊn ®Ò xö lý ¶nh 108 3.4.2. C¸c ph−¬ng ph¸p dÉn ®−êng cho robot 111 3.5. ThiÕt lËp hÖ thèng ®iÒu khiÓn t×m kiÕm ®èi t−îng theo mµu s¾c 112 3.5.1. M« t¶ ho¹t ®éng cña hÖ thèng 113 3.5.2. Ch−¬ng tr×nh dÉn ®−êng tù ®éng 114 3.5.3. C¸c b−íc cña ch−¬ng tr×nh xö lý ¶nh 115 3.6. C¸c øng dông thö nghiÖm b−íc ®Çu 116 IV. Xe l¨n vµ xe ghÕ tù ®éng 126 V. KÕt luËn 133 Tµi liÖu tham kh¶o 135 3
- B¸o c¸o c¸c kÕt qu¶ Nghiªn cøu theo nhiÖm vô 1 Cña ®Ò tµi kc.03.08 Më ®Çu NhiÖm vô 1 cña §Ò tµi KC.03.08 ®−îc ®¨ng ký lµ nghiªn cøu t¹o ra nhãm s¶n phÈm Robot RP ®−îc n©ng cÊp vµ th«ng minh hãa. Phiªn b¶n ®Çu tiªn cña Robot RP còng do Trung t©m NCKT Tù ®éng hãa, §HBK - HN. §©y lµ lo¹i robot pháng sinh (b¾t ch−íc c¬ cÊu tay ng−êi). Sù kh¸c biÖt cña robot nµy víi c¸c kiÓu robot pháng sinh kh¸c lµ ë ®©y dïng c¬ cÊu pantograph víi 2 con tr−ît dÉn ®éng lµm m«®un chñ yÕu cña c¬ cÊu robot. Còng v× thÕ robot nµy ®−îc ký hiÖu v¾n t¾t lµ RP. NÕu so s¸nh víi c¸c lo¹i c¬ cÊu dïng lµm robot pháng sinh kh¸c th× c¬ cÊu robot RP cã nhiÒu −u ®iÓm nh− nhá gän vÒ kÝch th−íc, linh ho¹t vµ cÊu tróc, dÔ gi÷ c©n b»ng ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau mµ kh«ng cÇn ®Õn ®èi träng. Tuy nhiªn ®Ó hÖ thèng chÊp hµnh cã thÓ ®¸p øng linh ho¹t c¸c yªu cÇu vÒ th«ng minh hãa, cÇn ph¶i nghiªn cøu c¶i tiÕn n©ng cÊp hÖ thèng chÊp hµnh nµy. Víi ®Þnh h−íng ®ã cÇn t¹o thªm khả n¨ng di ®éng cho robot RP vµ thÝch hîp nhÊt lµ di ®éng b»ng xe. Robocar RP lµ ph−¬ng ¸n c¶i tiÕn ®Ó robot RP di ®éng b»ng xe. HÖ thèng gåm c¬ cÊu robot RP vµ c¬ cÊu xe di chuyÓn ®−îc ®iÒu khiÓn thèng nhÊt. Trong hÖ thèng ®ã ®−îc trang bÞ thªm c¸c bé phËn c¶m biÕn, thiÕt bÞ xö lý vµ ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ®iÒu khiÓn. Víi c¸c néi dung chñ yÕu ®ã §Ò tµi ®· hßan thµnh nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ vËn hµnh ®iÒu khiÓn Robocar RP, ®Þnh h−íng øng dông trong ph©n x−ëng c«ng nghiÖp. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn Robocar RP phiªn b¶n 01 (H×nh 1) viÕt cho PLC - S7200 ®Ó lµm phô viÖc trong ph©n x−ëng chÕ t¹o c¬ khÝ còng t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n vµ chØ lÆp l¹i mét vµi thao t¸c ®Þnh tr−íc. Thùc ra, nÕu chØ ®Æt ra ph¹m vi phôc vô cho Robocar lµ phô viÖc trong ph©n x−ëng c«ng nghiÖp th«ng th−êng th× trong thùc tÕ hÇu nh− kh«ng cã nhu cÇu ph¶i “th«ng minh hãa”. 4
- V× thÕ §Ò tµi ph¶i b¾t ®Çu nghiªn cøu giai ®o¹n 2 t¹o ra Robocar RP - 02 (h×nh 2) víi nhiÒu c¶i tiÕn vÒ m«®un di chuyÓn vµ sö dông bé vi ®iÒu khiÓn onchip 89C52. §ång thêi më réng ®Þnh h−íng øng dông. H×nh 1. Robocar RP phiªn b¶n 01 H×nh 2. Robocar RP phiªn b¶n 02 Xu thÕ chuyÓn tõ “Robocar c«ng nghiÖp” sang “Robocar dÞch vô” còng lµ theo xu thÕ chung hiÖn nay trªn thÕ giíi: tû lÖ ®Çu t− cho “Robot c«ng nghiÖp” (Industrial Robots) gi¶m ®i nhiÒu so víi “Robot dÞch vô” (Service 5
- Robots). Theo sè liÖu cña HiÖp héi quèc tÕ vÒ robot th× n¨m 2000 ®Çu t− cho robot c«ng nghiÖp gi¶m ®i 32% tÝnh chung cho c¸c n−íc, cßn riªng NhËt B¶n gi¶m tíi 60%. Trong lóc c¸c lo¹i robot dÞch vô l¹i ph¸t triÓn. Cuèi n¨m 2001 cã kho¶ng 13.000 robot dÞch vô. Tõ n¨m 2002 ®Õn 2005 cã thªm gÇn 30.000 robot dÞch vô. Sè l−îng robot gia dông vµ robot ®å ch¬i t¨ng gÊp ®«i trong vßng 4 n¨m. Xu thÕ chuyÓn dÞch ®ã cã thÓ gi¶i thÝch nh− sau: Mét lµ, robot ®−îc dïng trong c«ng nghiÖp th−êng lµ ®Ó thay thÕ nh÷ng c«ng viÖc ®¬n gi¶n, ®¬n ®iÖu vµ chñ yÕu lµ chuyªn dông. Bëi thÕ viÖc ®Çu t− cho c«ng nghiÖp nh÷ng lo¹i robot phøc t¹p, ®a n¨ng vµ th«ng minh lµ kh«ng ph¶i lóc nµo còng cÇn thiÕt. Tr¸i l¹i robot dÞch vô vµ gi¶i trÝ l¹i rÊt ®a d¹ng, tinh tÕ vµ ®ßi hái møc th«ng minh cao h¬n. Hai lµ, chØ ®Õn nh÷ng n¨m gÇn ®©y khi mµ c¸c thµnh tùu cña c¸c ngµnh c«ng nghÖ liªn quan ®ñ ®Ó hiÖn thùc hãa, ý t−ëng cña nh÷ng nhµ thiÕt kÕ, lu«n lu«n b¸m s¸t c¸c nhu cÇu thùc tÕ cña cuéc sèng ph¸t triÓn ®a d¹ng ®Ó t¹o ra c¸c kiÓu robot dÞch vô vµ gi¶i trÝ rÊt linh ho¹t vµ th«ng minh. C¸c ngµnh c«ng nghÖ liªn quan nãi trªn bao gåm c«ng nghÖ th«ng tin, c«ng nghÖ kh«ng d©y (wireless), c«ng nghÖ sensor trªn c¬ së MEMS vµ NEMS, c«ng nghÖ VSS vµ thÞ gi¸c m¸y (computer vision), c«ng nghÖ xö lý tiÕng nãi v.v. §Ò tµi KC.03.08 ®Þnh h−íng nghiªn cøu tiÕp cËn nh÷ng vÊn ®Ò vÒ robot th«ng minh, ph¶i cËp nhËt ®−îc nh÷ng th«ng tin vÒ xu thÕ nãi trªn vµ v× thÕ ®· më réng ®−îc ph¹m vi øng dông kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ robocar. Qua nh÷ng lÇn §Ò tµi ®i “tiÕp thÞ” nhËn thÊy trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp ViÖt Nam ®ang cßn cã nhiÒu thãi quen tr× trÖ bao cÊp ch−a s½n sµng tiÕp thu nh÷ng vÊn ®Ò khoa häc kü thuËt míi. Trong lóc “robocar” dÞch vô vµ gi¶i trÝ” cã thÓ më réng ph¹m vi øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau vµ ®ßi hái vÒ møc ®é “th«ng minh hãa” cao h¬n. 6
- Víi c¸ch tiÕp cËn theo xu thÕ hiÖn nay trªn thÕ giíi, §Ò tµi ®· ph¸t triÓn víi c¸c nhãm s¶n phÈm sau ®©y: 1. Robocar phôc vô phßng chèng dÞch bÖnh 2. Robocar phôc vô ng−êi tµng tËt, èm ®au. Ngoµi ra cßn b−íc ®Çu nghiªn cøu vÒ Robocar ®Þa h×nh, Robocar c¶nh vÖ, Robocar h−íng dÉn viªn v.v. Trªn c¸c h×nh 3 ÷ 5 lµ ¶nh chôp c¸c phiªn b¶n ®Çu tiªn vÒ c¸c Robocar nµy do Trung t©m NCKT Tù ®éng hãa, §HBK HN nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o. C¸c néi dung ph¸t triÓn nãi trªn lµ phÇn nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm øng dông cña §Ò tµi. Mét vµi s¶n phÈm nãi trªn ®· ®−îc øng dông thö nghiÖm, cßn sè kh¸c còng ®−îc nhiÒu c¬ së quan t©m ®Õn, nh−ng ®Ó thµnh s¶n phÈm th−¬ng m¹i th× cßn cÇn cã nhiÒu ®Çu t− thÝch ®¸ng. Tuy nhiªn nÕu cã ®−îc nh÷ng phiªn b¶n ®Çu tiªn ë PTN th× míi thu hót ®−îc sù quan t©m cña c¬ së øng dông. §ã chÝnh lµ môc tiªu §Ò tµi ®Æt ra. 7
- H×nh 3. Phiªn b¶n chÕ thö Robocar ®Þa h×nh ®ang leo thang H×nh 4. Phiªn b¶n chÕ thö Robocar c¶nh vÖ víi sensor hång ngo¹i “nh×n” ®−îc trong ®ªm 8
- H×nh 5. Phiªn b¶n chÕ thö Robocar H−íng dÉn viªn ®iÒu khiÓn tõ xa qua “thÞ gi¸c m¸y” Víi c¸ch tiÕp cËn ®ã §Ò tµi ®· nhËn ®−îc c¸c kÕt qu¶ rÊt c¬ b¶n vµ më ra nhiÒu kh¶ n¨ng øng dông. C¸c kÕt qu¶ c¬ b¶n lµ nghiªn cøu chuÈn hãa ®−îc c¸c m«®un hîp thµnh robocar th«ng minh. §ã lµ m«®un di chuyÓn, m«®un robot trªn xe vµ m«®un ®iÒu khiÓn xö lý t×nh huèng. Víi c¸c m«®un nµy khi ghÐp nèi l¹i ®Ó ®¸p øng mét yªu cÇu cô thÓ lµ hßan toµn hiÖn thùc. §ã lµ c¸ch triÓn khai øng dông cña §Ò tµi vµ viÖc biÕn nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu nay thµnh nh÷ng s¶n phÈm øng dông theo c¸c nhu cÇu kh¸c nhau cña c¬ së lµ hoµn toµn kh¶ thi. Trong b¸o c¸o nµy tr×nh bµy nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ c¸c m«®un nãi trªn qua mét sè s¶n phÈm ®· t−¬ng ®èi hoµn chØnh. Cô thÓ lµ Robocar RP- 01, Robocar RP-02, Robocar “Ch÷ thËp ®á”, Xe l¨n vµ Xe ghÕ ch¹y ®iÖn tù ®éng. B¸o c¸o nµy gåm 2 phÇn: PhÇn I vÒ Robocar RP vµ phÇn II vÒ c¸c s¶n phÈm robocar øng dông. 9
- PhÇn i B¸o c¸o c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu theo nhiÖm vô 1 cña ®Ò tµi kc. 03.08 robocar rp i. giíi thiÖu chung Nh− ®· tr×nh bµy ë phÇn më ®Çu, Robocar RP lµ ph−¬ng ¸n c¶i tiÕn ®Ó Robot RP ®−îc t¨ng c−êng kh¶ n¨ng linh ho¹t ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu vÒ th«ng minh hãa. Phiªn b¶n ®Çu tiªn cña Robocar RP ®· hoµn thµnh tõ n¨m 2002. KÕt qu¶ nghiªn cøu nµy ®· ®−îc giíi thiÖu trong s¸ch gi¸o tr×nh “Robot c«ng nghiÖp” vµ ¶nh chôp Robocar RP víi ghi chó lµ s¶n phÈm ®Ò tµi KC.03.08 ®· dïng lµm ¶nh b×a s¸ch (h×nh 1.1.1.). Gi¸o tr×nh nµy ®−îc hÇu hÕt c¸c tr−êng §¹i häc vµ Cao ®¼ng kü thuËt dïng lµm s¸ch gi¸o khoa. S¸ch ®−îc t¸i b¶n 2 n¨m mét lÇn, ®Õn nay ®· lµ lÇn thø 3, ®ã lµ ch−a kÓ kh¸ nhiÒu s¸ch ®−îc in kh«ng chÝnh thøc b¸n ngoµi thÞ tr−êng. Sau nhiÒu lÇn kh¶o nghiÖm qua viÖc øng dông thö nghiÖm trong ph©n x−ëng chÕ t¹o c¬ khÝ. §Ò tµi ®· nhiÒu lÇn c¶i tiÕn c¸c bé phËn vµ lu«n lu«n ®i s©u nghiªn cøu ®Ó tr¶ lêi nh÷ng c©u hái sau: - C¬ cÊu robot nªn nh− thÕ nµo ®Ó n©ng cao møc ®é linh ho¹t, mµ gi¸ thµnh chÕ t¹o l¹i kh«ng qu¸ cao? - C¬ cÊu xe di chuyÓn nªn nh− thÕ nµo ®Ó dÔ ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c mét khi mÆt ®−êng di chuyÓn kh«ng ®ßi hái qu¸ b»ng ph¼ng vµ ®ång ®Òu? - Nªn t¹o ra c¸c m«®un ®iÒu khiÓn nh− thÕ nµo ®Ó thÝch hîp víi nh÷ng lo¹i h×nh robocar kh¸c nhau, vÝ dô robocar ph¶i thao t¸c ë nh÷ng n¬i kh«ng 10
- biÕt qu¸ râ vÒ ®Þa h×nh; Khi ®−îc trang bÞ nh÷ng hÖ thèng sensor cao cÊp rÊt ®¾t tiÒn vµ khi chØ cã kh¶ n¨ng ®Çu t− rÊt h¹n hÑp v.v. H×nh1.1.1. Robocar RP trªn b×a s¸ch gi¸o tr×nh Tr−íc nh÷ng vÊn ®Ò ®Æt ra ®ã §Ò tµi ®· chän ph−¬ng ph¸p tiÕp cËn lµ ®i s©u nghiªn cøu cho tõng vÊn ®Ò mét vµ t¹o ra nh÷ng m«®un thiÕt bÞ t−¬ng ®èi ®éc lËp, chóng cã thÓ nèi ghÐp víi nhau theo nhiÒu ph−¬ng ¸n ®Ó t¹o ra nhiÒu lo¹i robocar phï hîp víi nhu cÇu ®a d¹ng cña thùc tÕ. §Ò tµi còng ®Þnh h−íng më réng ph¹m vi øng dông, còng theo xu thÕ chung cña thÕ giíi lµ chuyÓn m¹nh tõ “robot c«ng nghiÖp” sang “robot dÞch vô”. Bëi thÕ §Ò tµi ®· nhanh chãng t¹o ra nhiÒu lo¹i s¶n phÈm tõ nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu khoa häc tuy chØ míi ë ph¹m vi phßng thÝ nghiÖm nh−ng lµ kÕt qu¶ rÊt c¬ b¶n, v× tõ ®ã më ra mét triÓn väng øng dông réng r·i, chø kh«ng ®Æt môc tiªu lµ lµm ra mét s¶n phÈm vµ t×m mäi s¸ch ®em dïng s¶n phÈm ®ã mµ th«i. 11
- Trong b¸o c¸o nµy sÏ ®i ®Õn lêi gi¶i c¸c c©u hái nãi trªn nh− nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu khoa häc qua viÖc tr×nh bµy c¸c néi dung sau: 1) Nghiªn cøu t¹o dùng c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh linh ho¹t cho robot. 2) Nghiªn cøu t¹o dùng m«®un xe di ®éng vµ c¬ cÊu l¸i robocar 3) Nghiªn cøu thiÕt lËp phÇn cøng vµ phÇn mÒm ®iÒu khiÓn robocar H×nh 1.1.2. Robocar trong ph©n x−ëng 12
- II. C¬ cÊu chÊp hµnh linh ho¹t cho Robot 2.1. Ph©n tÝch vµ chän lùa c¬ cÊu tay m¸y pháng sinh C¬ cÊu tay m¸y pháng sinh nãi chung lµ rÊt ®¬n gi¶n, chØ gåm m«®un c¬ b¶n lµ m«®un c¬ cÊu c¸nh tay gåm 2 kh©u nèi víi th©n vµ c¬ cÊu cæ tay bµn kÑp. Tuy vËy khi thiÕt kÕ còng ph¶i gi¶i quyÕt nhiÒu vÊn ®Ò, vÝ dô: - Víi quan hÖ kÝch th−íc nµo th× kh«ng gian ho¹t ®éng cña tay m¸y vµ vïng dÔ thao t¸c lµ lín nhÊt? - Lo¹i h×nh ®éng lùc vµ truyÒn lùc cho c¸c kh©u nªn lµ vµ nªn ®Æt trùc tiÕp ë c¸c kh©u ®ã hay lµ ®Æt trªn phÇn cè ®Þnh cña th©n? - VÊn ®Ò ®¶m b¶o c©n b»ng cña c¸c kh©u ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau? Ngoµi ra cßn cã hµng lo¹i vÊn ®Ò kh¸c vÒ ®éng häc vµ ®éng lùc häc, vÒ khe hë vµ ®é chÝnh x¸c v.v. Trªn h×nh 1.1.3 lµ s¬ ®å ®éng cña c¬ cÊu tay m¸y 6 bËc tù do trong Robot Cincinnaty 3T cña USA. Tõ 1 ®Õn 6 lµ c¸c kh©u cña c¬ cÊu tay m¸y. Côm 7 lµ c¬ cÊu cæ tay - bµn kÑp, 8 lµ th©n Trªn h×nh 1.1.4 m« t¶ s¬ ®å c¸c hÖ thèng ®éng lùc, c¸c truyÒn lùc b»ng d©y ®ai vµ c¸c hÖ c©n b»ng I, II, III. Theo sù m« t¶ ®ã, cã thÓ h×nh dung ra dù ho¹t ®éng cña c¸c hÖ ®ã mµ kh«ng cÇn ph¶i gi¶i thÝch thªm ë ®©y. §iÒu khiÓn dÞch chuyÓn cña bµn kÑp tay m¸y b¸m theo quü ®¹o kh«ng gian lµ ph¶i c¨n cø vµo c¸c yªu cÇu vÒ ®Þnh vÞ vµ ®Þnh h−íng cña bµn kÑp t¹i c¸c ®iÓm liªn tiÕp trªn quü ®¹o mµ x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®iÒu khiÓn, ë ®©y lµ c¸c gi¸ trÞ täa ®é suy réng cña c¸c khíp ®éng. Cã thÓ biÓu thÞ theo m« h×nh sau: Gäi x = (x1, ... xn)T lµ vÐct¬ tr¹ng th¸i ®iÓm cuèi cña phÇn tö t¸c ®éng g¾n trªn tay m¸y. Gäi q = (q1, ...qn)T lµ vÐct¬ täa ®é suy réng cña c¸c khíp ®éng tay m¸y. 13
- Th× lêi gi¶i cña bµi to¸n ®éng häc ng−îc tay m¸y lµ: ϕ: x → {q1, i = 1, ... 1} Gäi S lµ tËp c¸c cÊu h×nh cã thÓ cña tay m¸y th× S = {q: qimin ≤ qi ≤ qimax, i = 1, ...., n} Nh− sÏ tr×nh bµy trong b¶n b¸o c¸o nµy, r»ng viÖc gi¶i bµi to¸n trªn trong tr−êng hîp chung kh«ng ph¶i lµ ®¬n gi¶n. §«i khi kh«ng t×m ®−îc lêi gi¶i hoÆc thêi gian t×m lêi gi¶i qu¸ dµi nªn kh«ng ®¶m b¶o thêi gian thùc trong ®iÒu khiÓn. V× thÕ ngay tõ khi chän s¬ ®å ®éng cho c¬ cÊu tay m¸y ®· ph¶i chó ý ®Õn vÊn ®Ò nµy. DÔ dµng nhËn thÊy c¬ cÊu cµng ®¬n gi¶i th× ®èi víi nã gi¶i bµi to¸n ng−îc ®éng häc cµng dÔ. VÝ dô nÕu c¬ cÊu c¸nh tay cña tay m¸y n»m trong mÆt ph¼ng vµ khi quay chung quanh trôc th¼ng ®øng th× c¬ cÊu tay m¸y cã thÓ thao t¸c trong kh«ng gian 3 chiÒu. §èi víi c¸c lo¹i c¬ cÊu nµy nhiÒu bµi to¸n ®éng häc ng−îc trë nªn rÊt ®¬n gi¶i vµ lóc nµy trë vÒ bµi to¸n ph¼ng. Tïy theo quan hÖ h×nh thøc gi÷a c¸c kh©u vµ gi¸ trÞ täa ®é suy réng qimin, qimax cña c¸c khíp ®éng mµ kh«ng gian ho¹t ®éng cña c¬ cÊu tay m¸y chiÕm nh÷ng vÞ trÝ to nhá kh¸c nhau vµ chøa c¸c vïng khã dÔ thao t¸c kh¸c nhau. Víi quan ®iÓm trªn, qua ph©n tÝch hµng lo¹t c¬ cÊu tay m¸y pháng sinh cña rÊt nhiÒu h·ng kh¸c nhau trªn thÕ giíi, chóng t«i ®i ®Õn nhËn xÐt r»ng tÝnh −u viÖt næi bËt vÒ cña c¬ cÊu vÏ b×nh hµnh (Pantograph) khi dïng lµm c¬ cÊu c¸nh tay pháng sinh. V× thÕ lo¹i c¬ cÊu nµy ngµy cµng ®−îc dïng réng r·i trong c¸c lo¹i tay m¸y kh¸c nhau. §ã còng lµ sù chän läc tù nhiªn. 14
- H×nh 1.1.3. S¬ ®å ®éng häc cña robot Cincinnaty 3T (USA) H×nh 1.1.4 S¬ ®å c¸c hÖ chøc n¨ng cña robot Cincinnaty 3T (USA) 15
- Nh− thÕ víi môc ®Ých chän lùa nh÷ng c¬ cÊu chÊp hµnh c¬ khÝ ®−îc ®iÒu khiÓn trong quü ®¹o kh«ng gian víi ®é linh ho¹t cao, chóng ta ®· chó ý tíi c¸c c¬ cÊu tay m¸y pháng sinh vµ tËp trung xem xÐt m«®un c¬ cÊu c¸nh tay dïng Pantograph. C¬ cÊu c¸nh tay dïng Pantograph còng cã nhiÒu biÕn thÓ. Trªn h×nh 1.1.5 lµ mét sè biÕn thÓ c¬ cÊu c¸nh tay dïng Pantograph ®· ®−îc sö dông. Theo ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch nªu ë môc 2.2. ®· tݪn hµnh tÝnh to¸n kiÓm nghiÖm nhiÒu biÕn thÓ kh¸c nhau cña c¬ cÊu c¸nh tay dïng Pantograph víi c¸c sè liÖu cña nhiÒu h·ng s¶n xuÊt robot hiÖn dïng vµ ®· x¸c ®Þnh nh÷ng lo¹i h×nh cã nhiÒu −u ®iÓm h¬n. Trong ®ã ®¶m b¶o 3 yªu cÇu ®· ®Æt ra ë môc 2.2. lµ: - Bè trÝ nguån ®éng lùc g¾n víi th©n nh−ng vÉn ®¶m b¶o chuyÓn ®éng ®éc lËp cña c¸c kh©u chÊp hµnh. - §¶m b¶o ®¬n gi¶n vÒ kÕt cÊu, linh ho¹t vµ nhá gän vÒ kÝch th−íc. - DÔ dµng gi÷ c©n b»ng ë c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau vµ tiªu hao Ýt n¨ng l−îng. Trªn h×nh 1.1.6 ®Ò xuÊt mét lo¹i c¬ cÊu tay m¸y cã thÓ tháa m·n c¸c yªu cÇu trªn, ®ång thêi cã thªm mét tÝnh chÊt n÷a lµ dÔ ®iÒu khiÓn. TÝnh chÊt nµy xuÊt ph¸t tõ ®Æc ®iÓm lµ ë ®©y bµi to¸n ®éng häc ng−îc lµ bµi to¸n ph¼ng vµ cã thÓ ®iÒu khiÓn dÞch chuyÓn cña bµn kÑp theo c¸c trôc täa ®é b»ng mét hÖ trôc täa ®é suy réng cña khíp ®éng. 16
- H×nh 1.1.5. C¸c c¬ cÊu c¸nh tay dïng Pantograph P Q Z Z0 A D q4 M G1 q5 q6 G3 G 2 Bµn kÑp B T G4 R V E y S 2 S1 y 0 o0 S3 x 0 H×nh 1.1.6. S¬ ®å ®éng c¬ cÊu tay m¸y 17
- 2.2. X©y dùng c¸c hÖ h×nh ®éng häc vµ ®éng lùc 1) C¸c th«ng sè kÝch th−íc: * Quan hÖ kÝch th−íc tèi −u: Ký hiÖu: MD = m AD = b AB = d EB = c e+d=a b+m=l §¶m b¶o quan hÖ sau: a l e b = ⇒ = (2.1) d m d m Tõ ®ã ta cã: yM m = = Ky (2.2) yE b zM l = = KZ (2.3) zC b Ky vµ Kz lµ ®é khuÕch ®¹i theo chiÒu y vµ theo chiÒu z Kz = 1 + K y (2.4) Suy ra: m = b. Ky d = e. Ky (2.5) d e NÕu ®Æt : = =n (2.6) m b Gäi vÞ trÝ xa nhÊt lµ M* vµ gi¶ thiÕt c¬ cÊu cã thÓ duçi th¼ng th× con tr−ît E ë vÞ trÝ E* th×: L = E*M* = m + d + b + e = b(1 + n).(1 + Ky) (2.7) Trong tr−êng hîp c¬ cÊu kh«ng cho phÐp duçi th¼ng hoµn toµn th× gäi ∆ lµ ®é dµi phÇn kh«ng duçi th¼ng hÕt vµ ®Æt: L =L+∆ (2.8) Bµi to¸n x¸c ®Þnh kÝch th−íc c¬ cÊu nhá gän nhÊt ®èi víi vïng lµm viÖc PQVR (xem h×nh 1.1.6) cho biÕt tr−íc cã thÓ ®Æt ra nh− sau: 18
- Cho M* trïng víi ®iÓm xa nhÊt cña vïng lµm viÖc, VÝ dô ®iÓm Q (xem h×nh 1.1.6) vµ ®Æt hµm môc tiªu F lµ: F = b(1 + n).(1 + Ky) (2.9) HoÆc ta viÕt: x1 = b x2 = n x 3 = Ky th× F = x1(1 + x2)(1 + x3) - L (2.10) NhiÖm vô lµ ph¶i chän bé th«ng sè x1 , x2 , x3 sao cho Fmin . Cã nhiÒu ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh gi¶i bµi to¸n tèi −u lo¹i ph−¬ng tr×nh (2.10) nµy. VÝ dô tÝnh to¸n ®èi víi tr−êng hîp L = 20 th× x1 = 2 , x2 =1, x3 = 4 lµ lêi gi¶i tèi −u. Tõ h×nh 2.6 dÔ dµng thiÕt lËp c¸c quan hÖ sau: yE = - ecosϕ - bcosψ (2.11) zc = esinϕ - bsinψ (2.12) NÕu lÊy n = 1 (tøc lµ x2 = 1) tõ ph−¬ng tr×nh (2.6) cã e = b, do ®ã: yE = - b(cosϕ + cosψ) (2.13) zc = b(sinϕ - sinψ) (2.14) Tõ ®ã cã ®é dÞch chuyÓn nhá cña con tr−ît E vµ C lµ: δyE = - b(cosϕ + cosψ) (2.15) δzc = b(sinϕ - sinψ) (2.16) * Tr−êng hîp chØ riªng con tr−ît E di chuyÓn: Trong tr−êng hîp nµy zc = const. , δzc = 0 vµ tõ ph−¬ng tr×nh (2.15), (2.16) ta cã: bsin(ϕ +ψ ) δyE = (2.17) cosϕ bsin (ϕ +ψ ) hoÆc : δyE = (2.18) cosψ 19
- * Tr−êng hîp chØ cã riªng con tr−ît C di chuyÓn: Trong tr−êng hîp nµy zE = const. , δzE = 0 vµ tõ ph−¬ng tr×nh (2.15), (2.16) ta cã: bsin (ϕ +ψ ) δyc = - (2.19) sinϕ bsin (ϕ + ψ ) hoÆc : δyc = (2.20) sinψ * TÝnh lùc khi zc = const. : Trong tr−êng hîp nµy zc = 0 vµ tõ ph−¬ng tr×nh (2.16) ta cã cosϕ = cosψ. Theo ph−¬ng ph¸o di chuyÓn kh¶ dÜ, gi¶ thiÕt do t¸c ®éng cña c¸c träng lùc Gi cã thÓ g©y ra c¸c lùc PEi t¸c ®éng vµo con tr−ît E th× c¶ hÖ cÇn ph¶i c©n b»ng, tøc lµ: PEi. δyE - Gi. δzi = 0 (2.21) TÝnh δzi : l l l z1 = z c + sinψ ⇒ δz1 = cosψ b 2 2 d d z2 = z c + sin ϕ ⇒ δz2 = cos ϕ 2 2 d+e d+e z3 = sin ϕ ⇒ δz3 = cos ϕ 2 2 b b z4 = z c + sinψ ⇒ δz4 = cosψ 2 2 zQ = - q.sinϕ ⇒ δzQ = - q.cosψ Víi q = QE, Q lµ tiªu ®iÓm kÐo dµi BE vµ lµ ®iÓm ®Æt ®èi träng Q. TÝnh lùc PEi tõ c¸c ph−¬ng tr×nh (2.21) ta ®−îc: 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy ép chấn tôn thủy lực 1200T dùng trong đóng tàu thủy cỡ lớn : Báo cáo tổng kết đề tài theo nghị định thư
127 p |
268 |
77
-
“Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ SCADA phục vụ an toàn lao động trong ngành khai thác hầm lò
182 p |
207 |
57
-
Đề tài nghiên cứu khoa học & công nghệ 2008: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sấy bã mía làm thức ăn cho gia súc năng suất 2 tấn/giờ
42 p |
177 |
56
-
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy nuôi cấy vi sinh vật
117 p |
176 |
46
-
Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm tua bin thủy điện cột nước thấp
142 p |
190 |
46
-
Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy hàn điểm di động, dòng hàn từ 500 – 6500A
85 p |
167 |
44
-
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: Nghiên cứu thiết kế chế tạo và chuyển giao công nghệ sản xuất cồn hiện đại ứng dụng cho các nhà máy rượu cồn Việt Nam
97 p |
166 |
42
-
Báo cáo: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế chô công nghiệp xi măng lò quay 1,,4 triệu tấn năm
254 p |
141 |
31
-
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo tua bin xung kích 2 lần kiểu Cink
119 p |
131 |
25
-
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị liên lạc thủy âm
87 p |
101 |
23
-
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng - Nhóm sản phẩm RE
123 p |
110 |
23
-
Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết kế chế tạo động cơ sử dụng hai nhiên liệu Biogas/Diesel trên cơ sở động cơ một xi lanh tĩnh tại
27 p |
93 |
22
-
Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy nổ thủy điện cực nhỏ cột nước cao
93 p |
103 |
21
-
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ tời kéo sử dụng cho tàu 10000 tấn đến 15000 tấn
260 p |
102 |
15
-
Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy xúc thuỷ lực gầu ngược dung tích 0,7m
24 p |
104 |
12
-
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG”
153 p |
97 |
11
-
Báo cáo "Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy lên men liên tục trong sản xuất chè đen Orthodox "
8 p |
67 |
7


intNumView=117
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn
