i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
VIỆN CƠ KHÍ
THUYẾT MINH
ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
ĐỀ TÀI
PHÂN TÍCH VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC
RÔBỐT 6 BẬC TỰ DO CẤP PHÔI CHO CÁC
MÁY PHAY CNC
Chủ nhiệm đề tài: TS. HOÀNG MẠNH CƯỜNG
Thành viên tham gia: KS. NGUYỄN ĐỨC SANG
Hải Phòng, tháng 05/2016
ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP ................... 3
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển Robot công nghiệp ...................................... 3
1.2. Cấu trúc chung của robot công nghiệp ........................................................... 5
1.3 Phân loại robot công nghiệp ............................................................................ 6
1.4 Các chỉ tiêu đánh giá và các thông số kỹ thuật ............................................... 7
1.5. Các bài toán thường gặp đối với robot công nghiệp ...................................... 9
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC ROBOT UR ...................................... 11
2.1. Phân tích động thuận rôbốt UR .................................................................... 11
2.2. Phân tích động học ngược robot UR ............................................................ 18
2.3. Một số kết quả mô phỏng ............................................................................. 32
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA ROBOT UR .......................... 38
3.1. Giới thiệu chung về kỹ thuật mô phỏng ....................................................... 38
3.2. Giới thiệu thư viện Simmechanics ............................................................... 39
3.3 Mô phỏng hoạt động của Robot cấp phôi ..................................................... 42
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 47
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, việc tự động hóa quá
trình sản xuất ngày càng nâng cao, làm cho công nghệ sản xuất chuyển sang thời
kỳ mới: thời kỳ công nghệ sản xuất tiên tiến mà trong đó robot công nghiệp đóng
vai trò hết sức quan trọng, các robot tham gia vào hầu hết các nguyên công và dần
thay thế con người trong những công việc nhàm chán, nặng nhọc, nguy hiểm, ….
Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng robot vào sản xuất tự động đang được nhiều
người quan tâm nghiên cứu.
2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài
Robot công nghiệp được sử dụng phổ biến trong các hệ thống sản xuất linh
hoạt, đã có nhiều cấu hình robot được nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất và
được đề cập trong nhiều tài liệu [3, 4, 5, 6, 7]. Tuy nhiên, cấu hình robot UR, với
đặc điểm nhỏ gọn và linh hoạt, nó vẫn đang được nhiều người quan tâm nghiên
cứu ứng dụng trong nhiều các hệ thống sản xuất khác nhau.
3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu đưa ra được nghiệm giải tích của bài toán
phân tích động học ngược đối với một cấu hình robot công nghiệp, dựa vào nghiệm
này sẽ đi xây dưng chương trình mô phỏng chuyển động mô hình robot đó.
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là robot UR, đây là một cấu hình robot
đang được nhiều người quan tâm nghiên cứu trong nhiều ứng dụng.
- Phạm vi nghiên cứu, với giới hạn của một đề tài nghiên cứu cấp trường
công trình này cũng chỉ dừng lại ở bài toán phân tích động học và mô phỏng
chuyển động đối robot UR.
4. Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong công trình này là phương pháp tính
toán mô phỏng mô hình trên máy tính.
2
Kết cấu của thuyết minh đề tài, ngoài mở đầu, kết luận, nội dung chính của đề
tài được chia làm 3 chương: chương 1, giới thiệu về những nét cơ bản về robot công
nghiệp, chương 2, tập trung phân tích động học đối với cấu hình robot UR, chương
3, tập trung xây dựng chương trình mô phỏng chuyển động đối với robot UR.
5. Kết quả đạt được của đề tài
Một số kết quả đạt được trong đề tài này đó là:
- Phân tích động học thuận robot UR. Xác định vị trí, vận tốc, gia tốc các khâu và
thiết lập phương trình động học của robot.
- Phân tích động học ngược robot UR. Đã đưa ra được nghiệm giải tích của các
biến khớp, việc tìm ra được nghiệm giải tích sẽ giúp cho việc giải quyết bài toán
điều khiển sau này trở nên đơn giản hơn.
- Xây dựng được chương trình tính toán động học ngược và mô phỏng chuyển
động của robot UR.
3
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển Robot công nghiệp
Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng
dụng rộng rãi các phương tiện tự động hóa sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây
chuyền về thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành. Các thiết bị này
đang thay thế dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong
khi thị trường luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng về chủng loại, về kích cỡ và về tính
năng...Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo ra các hệ thống
sản xuất tự động linh hoạt.
Thuật ngữ “robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1921 trong tác phẩm viễn
tưởng “Rossum’s Universal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là
người làm tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã
tạo ra những chiếc máy gần giống con người để hầu hạ con người.
Hình 1.1. Ba chú robot trong vở kịch của Karel Capek, 1921
Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực.
Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Hoa Kỳ đã xuất hiện các loại tay máy
chép hình điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ.
Vào những năm 50, bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí , đã xuất hiện các
loại tay máy chép hình thủy lực và điện từ, như tay máy Minotaur I hoặc tay máy