Giáo trình Robot công nghiệp - Nghề: Điện công nghiệp, công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI 1
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: ROBOT CÔNG NGHIỆP
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP, CÔNG NGHỆ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG
HÓA
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng năm
của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình “Robot công nghiệp” được biên soạn trên cơ sở đề cương chi tiết
môn học “Robot công nghiệp” dùng cho sinh viên các chuyên ngành điện công
nghiệp, công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Trường Cao đẳng Hàng Hải
I.
Giáo trình cung cấp các kiến thức cơ bản về robot công nghiệp, các bài toán
động học thuận, động học ngược và các khâu cơ bản của robot công nghiệp. Giáo
trình này có thể làm tài liệu cho giảng viên giảng dạy, học sinh - sinh viên các
trường kỹ thuật. Nội dung giáo trình bao gồm 3 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung về robot công nghiệp
Chương 2: Các phép biến đổi thuần nhất
Chương 3: Phương trình động học của Robot
Tác giả xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp, giảng viên khoa Điện –
Điện tử Trường Cao Hàng Hải I đã giúp đỡ để hoàn thành giáo trình này. Trong
quá trình biên soạn giáo trình không tránh khỏi thiếu sót và rất mong nhận được
những ý kiến, nhận xét của bạn đọc.
Mọi ý kiến xin được gửi về Khoa Điện. Điện tử trường CĐHHI, số 498 Đà
Nẵng – Đông Hải I – Hải An – Hải Phòng
Hải phòng,
ngày
tháng năm 2017
Tham gia biên soạn
Chủ biên :Ths Phạm Thị Dung
3
MỤC LỤC
TRANG
LỜI GIỚI THIỆU...............................................................................................3
MỤC LỤC..........................................................................................................4
DANH MỤC BẢN VẼ.......................................................................................
4.2. Kết cấu của tay máy: ....................................................................... 14
5. Phân loại robot công nghiệp: ................................................................. 17
5.1. Phân loại theo kết cấu:..................................................................... 17
1. Hệ toạ độ thuần nhất:............................................................................. 18
2.1. Phép nhân vector: ............................................................................ 20
3. Các phép biến đổi: ................................................................................. 22
4
3.1. Phép biến đổi tịnh tiến:.................................................................... 22
3.3. Phép quay tổng quát: ....................................................................... 25
3.4. Bài toán ngược:................................................................................ 28
3.5. Phép quay Euler:.............................................................................. 31
4.1. Biến đổi hệ toạ độ:........................................................................... 33
5. Mô tả vật thể: ......................................................................................... 36
6. Bài tập:.......................................................................................................
1.1. Dẫn nhập:......................................................................................... 40
3. Động lực học của robot:......................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................60
5
DANH MỤC BẢN VẼ
Tên hình vẽ
STT
Trang
12
13
13
14
15
15
16
16
17
18
23
25
25
25
31
31
33
33
34
36
37
37
38
38
39
42
1
Hình 1.1. Các toạ độ suy rộng của robot
2
Hình 1.2. Qui tắc bàn tay phải
3
Hình 1.3. Biểu diễn trường công tác của robot
Hình 1.4. các thành phần chính của hệ thống robot
Hình 1.5. Robot kiểu toạ đệ Đề Các
4
5
6
Hình 1.6. Robot kiểu toạ độ trụ
7
Hình 1.7. Robot kiểu toạ độ cầu
8
Hình 1.8 . Robot hoạt động theo hệ toạ độ góc
Hình 1.9. Robot kiểu SCAR
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Hình 2.1. Biểu diễn 1 điểm trong không gian
Hình 2.2. Phép biến đổi tịnh tiến trong không gian
Hình 2.3 w = Rot(y, 900).Rot(z, 900)u
Hình 2.4 w = Rot(z, 900).Rot(y, 900)u
Hình 2.5. Hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối (bàn tay)
Hình 2.6. Tìm góc quay và trục quay tương đương
Hình 2.7. Phép quay Euler
Hình 2.8. Phép quay Roll – Pitch - Yaw
Hình 2.9 . Các góc quay Roll – Pitch và Yaw của bàn tay Robot
Hình 2.10 Phép biến đổi tịnh tiến hệ toạ độ
Hình 2.11 Quan hệ giữa các hệ toạ độ biến đổi
Hình 2.12 Hệ toạ độ cơ bản và các hệ toạ độ trung gian của Robot
Hình 2.13 Mô tả vật thể
Hình 2.14. Rot(z, 900)
Hình 2.15. Rot(y, 900)Rot(z, 900)
Hình 2.16. Vị trí vật thể sau khi biến đổi
Hình 3.1. Các vectơ định vị trí và định hướng của bàn tay máy
6
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Hình 3.2. Chiều dài và góc xoắn của 1 khâu.
Hình 3.3. Các thông số của khâu : θ, d, a và α
Hình 3.4. Tay máy có hai khâu phẳng (vị trí bất kỳ).
Hình 3.5. Robot SCARA và các hệ tọa độ (vị trí ban đầu).
Hình 3.6. Vật thể và robot
43
43
44
45
47
47
48
48
48
53
Hình 3.7. Toán đồ chuyển vị của robot.
Hình 3.8. Robot RRT
Hình 3.9. Gắn các hệ tọa độ O0 và O1
Hình 3.10. Hệ tọa độ gắn lên các khâu
Hình 3.11. Hàm arctg2(y,x)
7
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: Robot công nghiệp
Mã môn học: MH.6520227.37; MH6510305.35
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí:
+ Robot công nghiệp là môn của chuyên ngành điện;
+ Môn học có thể bố trí trước hoặc sau các môn cơ sở khác và trước các mô
đun nghề.
- Tính chất: Môn học này nhằm giới thiệu cho sinh viên biết về cấu trúc và khả
năng ứng dụng của robot vào điều khiển trong công việc.Giới thiệu các nguyên tắc
khảo sát động học robot, động lực học robot, các hệ thống điều khiển robot.
Mục tiêu của môn học :
Sau khi học xong mô đun này người học có kiến thức và kỹ năng:
- Về kiến thức: Mô tả được về nguyên lý, cấu trúc của robot công nghiệp;
- Về kỹ năng: Trình bày được phương pháp khảo sát động lực học động học của
một số loại robot công nghiệp;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có ý thức rèn luyện, vận dụng kiến thức đã
học vào thực tế.
Nội dung của môn học:
8
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Mã chương: MH.6520227.37.01; MH.6510305.35.01
Giới thiệu:
Trước khi bắt đầu tìm hiểu và học tập robot công nghiệp, thì người học cần
nắm rõ những khái niệm về robot công nghiệp, cấu trúc cơ bản, phân loại và ứng
dụng của robot công nghiệp trong thực tế. Đồng thời ta cũng sẽ nắm rõ được sự
hình thành và phát triển của robot công nghiệp
Mục tiêu:
- Trình bày được quá trình phát triển, các khái niệm và định nghĩa về rô
bốt công nghiệp
- Trình bày được ứng dụng và xu hướng phát triển của Rôbốt công nghiệp
trong tương lai.
- Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp
Nội dung chính:
1. Sơ lược quá trình phát triển của robot công nghiệp (IR: Industrial Robot):
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công
việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm
1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc
máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu
cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động
cơ bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty của Mỹ AMF (American Machine Foundary
Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là “Người máy công
nghiệp” (Industrial Robot).
Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh
vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và
các máy công cụ điều khiển số (NC – Numerically Controlled machine tool).
Các cơ cấu điều khiển từ xa đã được phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới
lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Các cơ cấu này thay thế cho
cánh tay của người thao tác gồm có một bộ kẹp bên trong và hai tay cầm bên
ngoài. Cả tay cầm và bộ kẹp được nối với cơ cấu 6 bậc tự do để tạo ra hướng và vị
trí tuỳ ý.
Robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF.
Cũng trong khoản thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate-1990 được
dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ô tô.
9
Tiếp theo Mỹ, thì các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp như: Anh
– 1967, Thuỵ Điển và Nhật – 1968 theo bản quyền của Mỹ, Cộng Hoà Liên Bang
Đức – 1971, Pháp – 1972, Italia – 1973,…
Tính năng làm việc của robot ngày càng nâng cao, nhất là khả năng nhận biết
và xử lý. Năm 1967, trường đại học Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt
động theo mô hình “mắt – tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo
vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 công ty Cincinnati (Mỹ) đưa ra loại
robot được điều khiển bằng máy vi tính gọi là robot T3 (The Tomoorrow Tool),
robot này có khả năng nâng vật có khối lượng lên đến 40kg.
Có thể nói, robot là sự tổng hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu
điều khiển từ xa với mức độ tri thức ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển
theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập
trình và các phát triển của trí tuệ nhân tạo, hệ chuyên gia,…Ngày nay, việc nâng
cao tính năng của robot ngày càng được phát triển, nhiều robot thông minh hơn
nhiều, đặc biệt là Nhật Bản đã chế tạo nhiều robot giống người như Asimo, robot
có cảm giác,… Một vài số liệu về công nghiệp sản xuất robot như sau:
Nước sx
Nhật
Năm 1990
60.118
4.327
5.845
2.500
1.488
510
Năm 1994
29.765
7.634
Năm 1998
67.000
11.100
8.600
Mỹ
Đức
5.125
Italia
2.408
4.000
Pháp
1.197
2.000
Anh
1.086
1.500
Hàn Quốc
1.000
1.200
2. Ứng dụng của robot công nghiệp trong sản xuất:
Từ khi mới vừa ra đời robot công nghiệp được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy, các dây chuyền sản xuất được tổ chức
lại, năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt.
Múc tiêu của việc ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng
suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh
tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Lợi thế của robot là
làm việc không biết mệt mỏi, có khả năng làm trong mô trường phóng xạ độc hại,
nhiệt độ cao,…
10
Ngày nay, đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC
với robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức độ tự động hoá và mức độ linh
hoạt cao,…
Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc
khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, trong quốc phòng, trong việc
chinh phục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử,…
Như vậy, robot công nghiệp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực bởi ưu điểm
của nó, tuy nhiên nó chưa linh hoạt như con người nên cũng cần con người giám
sát.
3. Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp:
3.1. Định nghĩa robot công nghiệp:
Hiện nay có rất nhiều định nghĩa về robot, có thể điểm qua một số định nghĩa
như sau:
Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp):
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 toạ độ; có khả
năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất: chi tiết, dao cụ, gá
lắp,… theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các
nhiệm vụ công nghệ khác nhau.
Định nghĩa theo TIA (Robot Institute of America):
Robot 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 chuyên dùng thông qua các
chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau.
Định nghĩa theo FOCT 25686 – 85 (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 lập
trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản
xuất.
3.2. Bậc tự do của robot (DOF:Degreees of Freedom):
Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay
hoặc tịnh tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp
hành của robot phải đạt được một số bậc tự do. Nói chung cơ hệ của robot là một
cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể tính theo công thức.
11
5
w 6n ip
(1.1)
i
i1
Trong đó:
- n: số khâu động
- pi: số khớp loại i (i = 1,2,…,5: số bậc tự do bị hạn chế).
Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng khớp quay hoặc tính
tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng số khâu động. Đối với cơ cấu hở, thì
số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tuỳ ý trong không
gian 3 chiều robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự
do để định hướng. Một số công việc đơn giản nâng hạ, sắp xếp,…có thể yêu cầu số
bậc tự do ít hơn. Các robot hàn, sơn,…thường yêu cầu 6 bậc tự do. Trong một số
trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hoá quỹ đạo,…
người ta dùng robot với số bậc tự do lớn hơn 6.
3.3. Hệ toạ độ (Coordinate frames):
Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp
(joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một câu cơ bản đứng yên. Hệ toạ
độ gắn với khâu cơ bản được gọi là hệ toạ độ cơ bản (hay toạ độ chuẩn). Các hệ toạ
độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ toạ độ suy rộng. Trong từng
thời điểm hoạt động, các toạ độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các
chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay
(hình 1.1). Các toạ độ suy rộng còn được gọi là các biến khớp.
Hình 1.1. Các toạ độ suy rộng của robot
Các hệ toạ độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo quy tắc bàn tay phải:
dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xoè 3 ngón sao cho
ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa theo 3 phương vuông góc, nếu chọn ngón cái là
phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương và chiều của trục x và ngón
giữa sẽ biểu thị phương và chiều của trục y (hình 1.2).
12
Hình 1.2 . Qui tắc bàn tay phải
Trong robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ toạ độ gắn trên khâu
thứ n. Như vậy, hệ toạ độ cơ bản sẽ được ký hiệu là O0, hệ toạ độ gắn trên các khâu
trung gian tương ứng sẽ là O1, O2,…,On-1, hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối
ký hiệu là On.
3.4. Trường công tác của robot (Workspace or range of motion):
Trường công tác (hay vùng làm việc, không gian công tác) của robot là toàn
bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi robot thực hiện tất cả các
chuyển động có thể. Trường công tác này bị ràng buộc bởi các thông số hình học
của robot cũng như các ràng buộc cơ học của các khớp. Người ta thường dùng hai
hình chiếu để mô tả trường công tác của một robot như hình 1.3.
Hình 1.3. Biểu diễn trường công tác của robot
4. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp:
4.1. Các thành phần chính của robot công nghiệp:
Một robot công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như: cánh tay
robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều
khiển, thiết bị dạy học, máy tính,… các phần mềm lập trình cũng nên được coi là
một thành phần của hệ thống robot. Mối quan hệ giữa các thành phần trong robot
được mô tả như trong hình 1.4
13
Hình 1.4. Các thành phần chính của hệ thống robot
Cánh tay robot là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bằng các
khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của robot.
Nguồn động lực là các động cơ điện, các hệ thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để
tạo động lực cho tay máy hoạt.
Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối cùng của robot, dụng cụ robot có
thể có nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công
cụ làm việc như mỏ hàn, đá mài, dầu phun sơn,…
Thiết bị dạy học dùng để dạy cho robot các thao tác cần thiết theo yêu cầu của
quá trình làm việc, sau đó robot tự lặp lại các động tác đã được dạy để làm việc.
Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot được cài đặt
trên máy tính, dùng để điều khiển robot thông qua bộ điều khiển. Bộ điều khiển
còn được gọi là module điều khiển (hay Unit, Driver), chúng thường được kết nối
với máy tính. Một module điều khiển có thể còn có các cổng Vào – Ra (I/O port)
để làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp robot nhận biết
trạng thái của bản thân, xác định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dò tìm
khác,…
4.2. Kết cấu của tay máy:
Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay
người. Tuy nhiên, ngày nay tay máy được thiết kế rất da dạng, nhiều cánh tay robot
có hình dạng khác xa cánh tay người. Trong thiết kế và sử dụng tay máy, chúng ta
cần quan tâm đến các thông số hình – động học, là những thông số liên quan đến
khả năng làm việc của robot như: tầm với, số bậc tự do, độ cứng vững, lực kẹp,…
Các khâu của robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản sau:
14
- Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, x trong không gian Đề Cac, thông
thường tạo nên các hình khối, các chuyển động này thường ký hiệu là T
(Translation) hoặc P (Prismatic).
- Chuyển động quay quanh các trục x, y, x ký hiệu là R (Rotation).
Tuỳ thuộc vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động mà tay máy có các kết
cấu khác nhau với vùng làm việc khác nhau. Các kết cấu thường gặp của robot là
robot kiểu toạ độ Đề Các, toạ độ trụ, toạ độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ toạ độ
góc,…
Robot kiểu toạ độ Đề Các: là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo
phương của các trục hệ toạ độ gốc (cấu hình T.T.T). Trường công tác có dạng khối
chữ nhật. Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao, độ chính xác
cơ khí dễ đảm bảo, vì vậy nó thường dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn
trong mặt phẳng,…
Hình 1.5. Robot kiểu toạ đệ Đề Các
Robot kiểu toạ độ trụ: vùng làm việc của robot có dạng hình trụ rỗng. Thông
thường khớp thứ nhất chuyển động quay. Ví dụ, robot có 3 bậc tự do, cấu hình
R.T.T như hình 1.6. Có nhiều robot kiểu toạ độ trụ như: robot Versatran của hãng
AMF.
Hình 1.6. Robot kiểu toạ độ trụ
15
Robot kiểu toạ độ cầu: vùng làm việc của robot có dạng hình cầu, thường độ
cứng vững của robot loại này thấp hơn so với hai loại trên. Hình 1.7 cho ta thấy ví
dụ về robot 3 bậc tự do, cấu hình R.R.R và R.R.T làm việc theo kiểu toạ độ cầu.
Hình 1.7. Robot kiểu toạ độ cầu
Robot kiểu toạ độ góc (Hệ toạ độ phỏng sinh): đây là kiểu robot được dùng
nhiều. Ba chuyển động đầu tiên là các chuyển động quay, trục quay thứ nhất vuông
góc với hai trục kia. Các chuyển động định hướng khác cũng là các chuyển động
quay. Vùng làm việc của tay máy này gần giống một phần khối cầu. Tất cả các
khâu đều nằm trong mặt phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản là bài toán
phẳng. Ưu điểm nổi bật của các loại robot hoạt động theo hệ toạ độ góc là gọn nhẹ,
tức là có vùng làm việc tương đối lớn so với kích cở của bản thân robot, độ linh
hoạt cao,…Các robot hoạt động theo toạ độ góc như: robot PUMA của hãng
Unimation – Nokia (Mỹ - Phần Lan), IRb-6, IRb-60 (Thuỵ Điển), Toshia
(Nhật),…Hình 1.8 là một ví dụ về robot kiểu toạ độ góc có cấu hình RRR.RRR.
Hình 1.8 . Robot hoạt động theo hệ toạ độ góc
Robot kiểu SCARA: robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học
Yamanashi (Nhật Bản) là một kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các
quá trình sản xuất. Tên gọi SCARA là viết tắt của “Selective Compliant
Articulated Robot Arm”: Tay máy mềm dẻo tuỳ ý. Loại robot này thường dùng
trong công nghiệp lắp ráp nên SCARA đôi khi được giải thích là từ viết tắt của
“Selective Compliant Assembly Robot Arm”. Ba khớp đầu tiên của kiểu robot này
có cấu hính R.R.T, các trục khớp đều theo phương thẳng đứng. Sơ đồ của robot
SCARA như hình 1.9.
16
Hình 1.9. Robot kiểu SCARA
5. Phân loại robot công nghiệp:
5.1. Phân loại theo kết cấu:
Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề Các, kiểu
toạ độ trục, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA.
5.2. Phân loại theo hệ thống truyền động:
Dựa vào hệ thống truyền động người ta phân loại robot công nghiệp theo các
dạng như sau:
Hệ truyền động điện: Thường dùng các động cơ điện một chiều hoặc các
động cơ bước. Loại truyền động này dễ điều khiển, kết cấu gọn.
Hệ truyền động thuỷ lực: có thể đạt được công suất cao, đáp ứng những
điều kiện làm việc nặng. Tuy nhiên, hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu
cồng kềnh, tồn tại độ phí tuyến lớn khó xử lý khi điều khiển.
Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngược
nhưng lại phải gắn liền với trung tâm tạo ra khí nén. Hệ này làm việc với
công suất trung bình và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thích hợp với các
robot hoạt động theo chương trình định sẵn với các thao tác đơn giản như
“nhất lên – đặt xuống”.
5.3. Phân loại theo ứng dụng:
Dựa vào ứng dụng của robot trong sản xuất người ta phân chia robot công
nghiệp thành những loại robot sau: robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp,…
Bài tập chương 1:
Bài 1: Lịch sử ra dời và phát triển của robot công nghiệp
Bài 2: Ứng dụng của robot công nghiệp trong thực tế
Bài 3: Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp
17
CHƯƠNG 2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI THUẦN NHẤT
Mã chương: MH.6520227.37.02; MH.6510305.35.02
Giới thiệu:
Để có thể tính toán robot thì người học cần nắm rõ những kiến thức về
vecto và ma trận, và các phép biến đổi. Từ đó có thể ứng dụng các phép biến
đổi thuần nhất để tính toán được các cánh tay robot trong thực tế. Đồng thời có
thể ứng dụng các phép biến đổi thuần nhất này thiết kế được các bước dịch
chuyển robot theo ý muốn
Mục tiêu:
- Giải được các phép tính về vecto và ma trận
- Làm được các phép biến đổi, biến đổi được các hệ tọa độ thuần nhất
- Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và tỉ mỉ trong tính toán
Nội dung chính:
1. Hệ toạ độ thuần nhất:
Để biểu diễn một điểm trong không gian 3 chiều, người ta dùng vecto điểm.
Vecto điểm thường được ký hiệu bằng các chữ viết thường như u, v, x1,… để mô tả
vị trí của điểm U, V, X1,…
Tuỳ thuộc vào hệ qui chiếu được chọn, trong không gian 3 chiều, một điểm V
có thể được biểu diễn bằng nhiều vecto điểm khác nhau.
Hình 2.1. Biểu diễn 1 điểm trong không gian
vE và vF là hai vecto khác nhau, mặc dù cả hai vecto cùng mô tả điểm V. Nếu
i, j, k là các vecto đơn vị của một hệ toạ độ nào đó, chẳng hạng E, ta có:
v a i bj c k
Với a, b, c là toạ độ vị trí của điểm V trong hệ đó.
18
Nếu quan tâm đồng thời vấn đề định vị và định hướng, ta phải biểu diễn vecto
v trong không gian bốn chiều với suất vecto là một ma trận cột.
x
Trong đó:
- x/w = a
y
v
z
- y/w = b
- z/w = c
w
Với w là một hằng số thực nào đó.
w còn được gọi là hệ số tỉ lệ, biểu thị cho chiều thứ tư ngầm định. Nếu w=1
thì ta có:
x x
a;
w 1
y y
b;
w 1
z z
c
w 1
Trong trường hợp này, thì toạ độ biểu diễn bằng với toạ độ vật lý của điểm
trong không gian 3 chiều, hệ toạ độ sử dụng w = 1 được gọi là hệ toạ độ thuần
nhất.
Với w = 0 thì ta có:
x y z
w w w
Giới hạn ∞ thể hiện hướng của các trục toạ độ.
Nếu w là một hằng số nào đó khác 0 và 1 thì việc biểu diễn điểm trong gian
tương ứng với hệ số tỉ lệ w:
v 3 i 4 j5k
Ví dụ:
Với w = 1 thì v =[3 4 5] T.
Với w = -10 thì biểu diễn tương ứng là: v = [-30 -40 -50 -10]T.
Theo cách biểu diễn trên, ta qui ước:
[0 0 0 ] T là vecto không xác định
[0 0 0 n]T với n ≠ 0 là vecto không, trùng với gốc toạ độ
[x y x 0]T là vector chỉ hướng
[x y x 1]T là vecto điểm trong hệ toạ độ thuần nhất
19
2. Nhắc lại các phép tính về vecto và ma trận:.
2.1. Phép nhân vector:
Cho 2 vecto:
a ax i ay jaz k
b bx i by jbz k
Ta có tích vô hướng của 2 vecto là: a.b = axbx + ayby + axbz
Và tích vector là:
i j k
a.b ax ay az (aybz azby ) i (azbx axbz ) j (axby aybx ) k
bx by bz
2.2. Các phép tính về ma trận:
2.2.1. Phép cộng, trừ ma trận:
Cộng (trừ) các ma trận A và B cùng bậc sẽ có ma trận C cùng bậc, với các
phần tử cij bằng tổng (hiệu) của các phần tử aij và bij (với mọi i, j).
A + B = C
A – B = C
với cij = aij + bij
với cij = aij - bij
Phép cộng, trừ ma trận có các tính chất giống phép cộng, trừ số thực.
2.2.2. Tích hai ma trận:
Tích của ma trận A (kích thức m x n) với ma trận B (kích thức n x p) là ma
trận C có kích thước m x p.
Ví dụ: cho hai ma trận
1 2 3
1 2
Và
A 4 5 6
B 2 4
7 8 9
5 6
Ta có:
20
Tải về để xem bản đầy đủ
60 trang
26701
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Robot công nghiệp - Nghề: Điện công nghiệp, công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_robot_cong_nghiep_nghe_dien_cong_nghiep_cong_nghe.pdf
