Bài tập lớn môn Rô bốt công nghiệp - Đề tà: Tính toán và thiết kế rô bốt scara
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
BÀI TẬP LỚN
MÔN : RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP
ĐỀ TÀI : TÌNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ RÔ BỐT SCARA
Giáo viên hướng dẫn : KHỔNG MINH
Sinh viên thực hiện : Nhóm 05
Nguyễn Văn Huy
Nguyễn Trung Thuy
Hoàng Văn Luận
Mã sv : 0741020259
Mã sv : 0741020250
Mã sv : 0741020195
Lớp :
ĐH Cơ điện tử 3 – k7
1
A. Mục lục
Chương I : Tĩnh học và động học tay máy
1.1 Tình toán kích thước các khâu tay máy
1.2 Động học thuận tay máy
1.3 Động học ngược tay máy
1.4 Xác định quy luật chuyển động của các khớp
Chương II : Động lực học tay máy
2.1 Phân tích các lực tác động lên tay máy
2.2 Tính động năng
2.3 Tính thế năng
2.4 Thiết lập phương trình vi phân chuyển động
2.5 Xác định quy luật biế thuên momen và lực tại các khớp
2
Độ phân giải các khớp
Pg1=0,0060
Pg2=0,0060
pg3=0,1mm
Pg4=0,150
Kích thước phôi
Xp=24mm
Yp=24mm
Zp=34mm
Khối lượng m=90g
3
Khoảng cách từ tay kẹp đến băng tải 1,2
Zp1=270mm
Zp2=260mm
Tọa độ điểm đặt phôi trên băng tải 1
Xp1=720mm,Yp1=520mm
Tọa độ điểm đặt phôi trên băng tải 2
Xp2=620mm,Yp2=570mm
Góc đặt phôi :
∝=700
Dộng cơ sử dụng động cơ bước
Thời gian vận chuyển phôi từ A-B
T=3,4s
I .tĩnh học và động học tay máy
1
Robot
yp1
xp1
xp2
2
yp2
α
4
500
450
2
1
d3
1700
4 300
500
200
1) Kích thước các khâu tay máy
a) Khâu số 4
Tay kẹp dung để gắp phôi
Phôi có kích thước 24x24x34
5
Độ rộng tối đa của tay kẹp ta chọn 30mm độ rộng tối thiểu của tay kẹp bằng kích
thước của phôi 24mm
Chiều dài ngón tay kẹp >= độ cao của phôi =>chọn độ dài là 35mm
b) Khâu số 3 (khâu tịnh tiến)
Điểm đặt phôi có độ cao từ 270-260mm và chiều dài tay kẹp 35mm
Ta chọn chiều dài l3 tối đa của khâu thứ 3 laf 300mm
q3 nằm trong khoảng từ 200- 300mm
c) khâu số 2 và khâu số 1
푥푝1 = 720푚푚
tọa độ điểm đặt phôi trên băng tải 1
{
푦푝1 = 520푚푚
L + l >= 7202 + 5202 =888mm
√
1
2
푥푝2 = 620푚푚
푦푝2 = 570푚푚
Tọa độ điểm đặt phôi thứ 2
{
l + l = 7202 + 5702 =842mm
√
1
2
푙1 + 푙2 = 950푚푚
푙1 = 500푚푚
chọn {
푙2 = 450푚푚
d). Trục cố định tay máy (khâu số 0)
chiều dài l0 của khâu số 0
khoảng cách từ tay kẹp đến phôi.độ dài tối đa của q3.chiều dài tay kẹp > l0> khoảng
cách từ tay kẹp => độ dài tối thiểu của q3
chiều dài tay kẹp
595>= l0 >=495
Chon l0 =550mm
2>Động học thuận tay máy
Bảng động học D-H
6
khâu
di
0
휃i
푎푖
l1
훼푖
*
1
2
3
4
q1
0
*
0
q2
0
l2
0
0
180
0
*
q3
0
q4*
0
∗
∗
0
푙2. cos 푞1∗
푐표푠푞
−푠푖푛푞1
1
∗
∗
푐표푠푞
1
∗
푠푖푛푞1
0
0
−1
0
푙1푠푖푛푞1
[
퐻1 =
]
0
0
0
0
0
1
∗
∗
∗
∗
푐표푠푞2 푠푖푛푞2
푠푖푛푞2 −푐표푠푞2
0
0
푙2푐표푠푞2
∗
1
푙1푠푖푛푞2
[
퐻2 =
]
0
0
0
0
−1
0
0
1
0
0
0
0
1
0 1
0
0
퐻32= [
]
0 1 푞3∗
0
0
0
1
cos 푞4 − sin 푞4
0
0
0
0 sin 푞4
cos 푞4
퐻43 = [
]
0
0
0
0
0
0
1
1
*
*
Đặt Cosq1 =c1
sinq1 =s1
*
*
Cosq2 =c2
sinq2 =s2
*
*
*
*
S12=sin(q1 +q2 )
퐻40=퐻10. 퐻21. 퐻32. 퐻43
=> 퐻40 =
c12=cos(q1 +q2 )
7
Hệ phương trình xác định vị trí của khâu tác động cuối:
푥푝 = 푙2푐12 + 푙1푐1
푦 = 푙 푠 + 푙1푠1
{
푝
2 12
푧푝 = −푙3
3>.Động học ngược tay máy:
2
2
2
2
2
Xp = l2 c12 + l1 c1 + 2l1l2c1c12
8
2
2
2
2
2
Yp = l2 s12 + l1 s1 + 2l1l2s1s12
2
2
2
2
2
2
Xp +Yp = l1 l2 + 2l1l2(c1c12 + s1s12) = l1 +l2 +2l1l2c2
2
2
2
2
푥 +푦 − 푙1 −푙2
=>cos휃2=
2푙 푙
1 2
Thế c1 s1vào phương trình;
(a1+a c )x +a s py
p
2 2
p
2 2
=>c1 =
2
2
푥
+푦
푝
푝
(
)
p
a1+a c y −a s px
2 2
2 2
p
S1 =
2
2
푥
+푦
푝
푝
d3=-zp
0
Theo ma trận H4 ta có:
Nx =cos (q1 + q2 –q4)
nz,ny,nz là các véc tơ định vị.
2
sin(q + q –q ) = 1 − 푛
√
1
2
4
푥
2
√
1−푛
q4=q1+q2-artan(
)
푛
푥
hệ phương trình động học ngược của rô bốt :
(
)
푝
푎 +푎 푐 푥 +푎 푠 푦
1
2 2
2 2 푝
cos 푞1 =
sin 푞1 =
2
2
푥
+푦
푝
푝
(푎 +푎 푐 )푦 −푎 푠 푥 푥
2 2 푝 푎
1
2 2
푝
2
2
푥
+푦
푝
푝
푠
1
푞1=atan( )
푐
1
2
2
2
푋 +푌 −푎 −푎
1
2
cos푞2 =
2푎 푎
2 1
sin 푞 = 1 − 푐표푠휃2
√
2
푠푖푛휃2
푞2=atan(
)
푐표푠휃2
9
d3= - 푧푝
4> Quy luật chuyển động của các khớp :
Giới hạn góc quay của các khâu :
q1= -960 -> +960
q2= -1150 -> +1150
như vậy không gian làm việc mà tay máy có thể với tới là toàn bộ hình trụ có đường giới
hạn đáy như hình vẽ bên dưới
10
11
q1(t) = a3t3+a2t2+a1t+t0
2
̇
( )
푞1 푡 = 3a3t +2a2t+a1
(*)
푞1̈ (t) =6a3t+2a24.1 >quy luật chuyển động của khâu tác đông cuối có phương trình động
học của rô bốt
(푙 +푙 푐표푠 )푥
1
2
푞2
푝+푙 푠푖푛
푦
푝
2
푞2
Cosq1=
Sinq1=
Cosq2=
2
2
푥
+푦
푝
푝
(푙 +푙 푐표푠 )푦
1
2
푞2
푝−푙 푠푖푛
푥
푝
2
푞2
2
2
푥
+푦
푝
푝
2
2
2
2
푋 +푌 −푙1 −푙
2
2푙 푙
1 2
2
Sinq2= √1 − 푐표푠푞2
d3= -zp
2
q4=q1+q2-atan(√1−푛
)
푥
푛
푥
tại vị trí điểm gắp phôi A :
XpA=720mm
YpA=520mm
L3=zpA=-270mm
Q4=0
L1=500mm
L2=450mm
2
2
2
2
720 +520 −500 −450
cosq2A=
=0,7473
2.500.450
12
q2A=420
cosq1A=(500+450.0,7473).720+450.sin42.520
2
2
720 +520
q1A=160
tại vị trí đặt phôi B :
q4=700
XpB=620mm
YpB=570mm
L3=ZpB=-260mm
2
2
2
2
720 +570 −500 −450
Cosq2B=
q2B=520
Cosq1B=
Q1B=190
2
2
720 +520
(500+450.0,57).620+450.sin52.570
2
2
620 +570
Quy luật chuyển động của khớp 1 và khớp 2 có dạng :
Thay các thông số vừa tìm được qua bài toan động học ngược vào hệ phương trinh (*) ta
được :
Quy luật chuyển động của khớp 1 :
3
2
( )
푞1 푡 = −0.153푡 + 0.78푡 + 16
2
{
( )
푡 = −0.459푡 + 1.56푡
푞1̇
( )
푡 = −0.918푡 + 1.56
푞1̈
13
Quy luật chuyển động của khớp 2 :
3
( )
푞 푡 = −0.509푡 + 2.6 + 42
2
2
̇
( )
푞2 푡 = −1.527푡 + 5.2푡
{
̈
( )
푞2 푡 = −3.054푡 + 5.2
Quy luật chuyển động của khâu số 3 và khâu số 4 tương tự điểm cuối của khâu số 2 chỉ
khác nhau tọa độ Z
Sử dụng matlab mô phỏng chuyển động của roobot ta được :
Đồ thị vận tốc :
14
Đồ thị gia tốc :
15
Đồ thị vị trí :
16
Không gian làm việc của robot :
Code matlab cho chương trình mô phỏng :
qd1A = 0; qd1B = 0;% gia toc khop 1
qd2A = 0; qd2B = 0;% gia toc khop 2
q3A = 270; q3B = 260; qd3A = 0; qd3B = 0;%vi tri, gia toc khop 3
q4A = 0; q4B = 70; qd4A = 0; qd4B = 0;%vi tri, gia toc khop 4
l1=500;l2=450;%chieu dai khau 1, 2
px1 = 720; py1 = -520; pz1 = -270;%toa do phoi vi tri ban dau
17
px2 = -620; py2 = 570; pz2 = -260;%toa do phoi vi tri cuoi
s = 3.4; %thoi gian
e=300; %tao khoang chia
%//////////////////////////////////////////////////
% tinh goc quay q1,q2 tai vi tri dau,cuoi
c2A = (px1^2+py1^2-l1^2-l2^2)/(2*l1*l2);
s2A = sqrt(1-c2A^2);
q2A = atan(s2A/c2A);
q1A = (atan(py1/px1)-atan((l2*s2A)/(l1+l2*c2A)));
c2B = (px2^2+py2^2-l1^2-l2^2)/(2*l1*l2);
s2B = sqrt(1-c2B^2);
q2B = atan(s2B/c2B);
q1B = ((pi+atan(py2/px2))-atan((l2*s2B)/(l1+l2*c2B)));
format short
%xac dinh quy luat chuyen dong cac khop
a = [0 0 0 1
s^3 s^2 s 1
0 0 1 0
3*s^2 2*s 1 0];
b1 = [q1A;q1B;qd1A;qd1B];
b2 = [q2A;q2B;qd2A;qd2B];
b3 = [q3A;q3B;qd3A;qd3B];
b4 = [q4A;q4B;qd4A;qd4B];
x1 = a^(-1)*b1;
x2 = a^(-1)*b2;
x3 = a^(-1)*b3;
x4 = a^(-1)*b4;
t = linspace(0,s,e);
y1 = x1';
18
q1 = polyval(y1,t);
yd1 = polyder(y1);
qd1 = polyval(yd1,t);
ydd1 = polyder(yd1);
qdd1 = polyval(ydd1,t);
y2 = x2';
q2 = polyval(y2,t);
yd2 = polyder(y2);
qd2 = polyval(yd2,t);
ydd2 = polyder(yd2);
qdd2 = polyval(ydd2,t);
y3 = x3';
q3 = polyval(y3,t);
yd3 = polyder(y3);
qd3 = polyval(yd3,t);
ydd3 = polyder(yd3);
qdd3 = polyval(ydd3,t);
y4 = x4';
q4 = polyval(y4,t);
yd4 = polyder(y4);
qd4 = polyval(yd4,t);
ydd4 = polyder(yd4);
qdd4 = polyval(ydd4,t);
format rat
%doi voi khop tinh tien q3
plot(t,q3,'g')
figure
plot(t,qd3,'g')
figure
19
plot(t,qdd3,'g')
figure
%doi voi cac lhop quay q1, q2, q4
plot(t,q1,'r',t,q2,'y',t,q4,'k')
title('do thi vi tri')
xlabel(' truc x(s)')
ylabel('truc y(rad)')
grid on
figure
plot(t,qd1,'r',t,qd2,'y',t,qd4,'k')
title('do thi van toc')
xlabel(' truc x(s)')
ylabel('truc y(rad/s)')
grid on
figure
plot(t,qdd1,'r',t,qdd2,'y',t,qdd4,'k')
title('do thi gia toc')
xlabel(' truc x(s)')
ylabel('truc y(rad/s^2)')
grid on
%xac dinh vi tri diem tac dong cuoi
q=q1+q2;
figure
x0=0;y0=0;z0=0;plot3(x0,y0,z0,'o')
grid on
x00 = zeros(1,300); y00 = zeros(1,300); z00 = zeros(1,300);
x11 = l1.*cos(q1);y11 = l1.*sin(q1);z11= zeros(1,300);
x22 = (l1.*cos(q1)+l2.*cos(q));y22 = (l1.*sin(q1)+l2.*sin(q));z22=zeros(1,300);
x33 = (l1.*cos(q1)+l2.*cos(q));y33 = (l1.*sin(q1)+l2.*sin(q));z33=-q3;
20
Tải về để xem bản đầy đủ
29 trang
27481
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài tập lớn môn Rô bốt công nghiệp - Đề tà: Tính toán và thiết kế rô bốt scara", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_tap_lon_mon_ro_bot_cong_nghiep_de_ta_tinh_toan_va_thiet.pdf
