Cấu trúc Robot
Rô -bốt công nghiệp thường là một số dạng cấu trúc khớp nối có nhiều cấu hình khác nhau. Ngành công nghiệp robot đã xác định các phân loại phổ biến nhất và đó là:
• Dạng khớp nối ( Arm)
• SCARA
•Cartesian
•Song song (hoặc Delta)
•Gantry.
Những cấu trúc này và lợi ích của chúng được mô tả chi tiết hơn dưới đây. Các cấu trúc đạt được bằng cách liên kết một số chuyển động quay và/hoặc chuyển động tuyến tính hoặc khớp . Mỗi khớp cung cấp chuyển động có thể cùng nhau định vị cấu trúc rô bốt hoặc cánh tay rô bốt ở một vị trí cụ thể. Để cung cấp khả năng định vị một công cụ, được gắn ở phần cuối của rô-bốt, ở bất kỳ vị trí nào, ở bất kỳ góc độ nào, cần có sáu khớp hoặc sáu bậc tự do, thường được gọi là sáu trục.
Vỏ làm việc là khối lượng mà robot hoạt động bên trong. Điều này thường được hiển thị (xem Hình 2.1 ) dưới dạng âm lượng có thể truy cập được bằng tâm của trục thứ năm. Do đó, bất cứ nơi nào trong phạm vi hoạt động này, rô-bốt có thể định vị công cụ ở mọi góc độ. Đường bao làm việc được xác định bởi cấu trúc của cánh tay rô-bốt, độ dài của từng phần tử của cánh tay, loại và phạm vi chuyển động mà mỗi khớp có thể đạt được. Hình bao thường được hiển thị dưới dạng hình chiếu cạnh, cung cấp mặt cắt ngang của hình bao, được tạo bởi chuyển động của trục 2–6 và hình chiếu bằng, sau đó minh họa cách mặt cắt này phát triển khi trục cơ sở, trục 1, được di chuyển . Cũng cần lưu ý rằng việc gắn bất kỳ công cụ nào lên rô-bốt cũng sẽ có tác động đến đường bao thực mà rô-bốt và công cụ có thể tiếp cận được.
Hình . Đường bao làm việc điển hình.
Robot đầu tiên, Unimate, được chỉ định là một cỗ máy kiểu cực. Thiết kế này đặc biệt phù hợp với ổ đĩa thủy lực được sử dụng để cung cấp năng lượng cho robot. Robot ( Hình 2.2 ) cung cấp năm trục chuyển động; nghĩa là năm khớp có thể được di chuyển để định vị công cụ do rô-bốt mang ở một vị trí cụ thể. Chúng bao gồm một động tác xoay cơ sở, một động tác xoay ở vai, một chuyển động ra vào qua cánh tay và hai động tác xoay ở cổ tay. Việc chỉ cung cấp năm trục đã tạo ra những hạn chế về khả năng định hướng công cụ của rô-bốt. Tuy nhiên, trong những ngày đầu, công nghệ điều khiển không thể đáp ứng nhu cầu cho máy sáu trục.
2.1.1 Cánh tay khớp nối
Cấu hình phổ biến nhất là cánh tay khớp nối hoặc khớp nối ( Hình 2.3 ). Điều này gần giống với cánh tay con người và rất linh hoạt. Đây thường là các máy sáu trục, mặc dù có một số máy bảy trục, cung cấp khả năng dự phòng và do đó cải thiện khả năng tiếp cận vào các không gian khó xử. Cấu trúc bao gồm sáu khớp quay, mỗi khớp được gắn trên khớp trước. Chúng có khả năng đạt tới một điểm, trong phạm vi làm việc, trong nhiều hơn một cấu hình hoặc định vị một công cụ theo bất kỳ hướng nào tại một vị trí cụ thể.
Hình 2.3 . Cấu hình cánh tay nối.
Chuyển động chung của rô-bốt cánh tay có khớp nối rất phức tạp và do đó có thể khó hình dung. Cấu trúc của cánh tay có nghĩa là mỗi khớp phải chịu trọng lượng của tất cả các khớp sau; nghĩa là khớp ba mang 4, 5 và 6. Điều này ảnh hưởng đến cả khả năng mang, tải trọng mà robot có thể xử lý, cũng như độ lặp lại và độ chính xác (xem Phần 2.2 ) . Các cấu trúc không đặc biệt cứng nhắc và độ lặp lại tổng thể là tích lũy của tất cả các trục. Tuy nhiên, hiệu suất ngày càng tăng của động cơ servo AC và sự cải tiến về cơ học mang lại hiệu suất tuyệt vời cho phần lớn các ứng dụng.
Như đã đề cập, cánh tay khớp nối là cấu trúc rô-bốt công nghiệp phổ biến nhất, cung cấp khoảng 60% lượng lắp đặt hàng năm trên toàn thế giới, mặc dù tỷ lệ này cao hơn ở Châu Âu và Châu Mỹ ( Liên đoàn Người máy Quốc tế, 2013 ). Loại robot này được sử dụng cho nhiều ứng dụng quy trình, bao gồm hàn và sơn, cũng như nhiều ứng dụng xử lý bao gồm chăm sóc máy công cụ, đúc kim loại và xử lý vật liệu nói chung. Kích thước rô-bốt điển hình nằm trong phạm vi từ 0,5 đến hơn 3,5 m và tải trọng từ 3 đến hơn 1000 kg.
Ngoài ra còn có một số cánh tay khớp nối bốn trục. Chúng đã được phát triển dành riêng cho các ứng dụng như xếp pallet, đóng gói và lấy hàng khi không cần định hướng công cụ. Do đó, hai trong số các trục cổ tay là không cần thiết. Loại robot này có thể đạt được tốc độ cao hơn với tải trọng cao hơn so với các máy sáu trục tương đương.
Robot cánh tay kép, với hai cánh tay có khớp nối được gắn trên cùng một cấu trúc, cũng đang được phát triển. Hai cánh tay này có thể hợp tác làm việc và do đó bắt chước con người và nhằm vào các nhiệm vụ như lắp ráp trong đó hai tay được yêu cầu phối hợp với nhau để lắp ráp các bộ phận.
2.1.2 SẸO
Cấu hình SCARA ( Hình 2.4 ) cung cấp các thuộc tính khác nhau cho nhánh khớp nối. Cấu hình này ban đầu được phát triển cho các ứng dụng lắp ráp, do đó có tên là Cánh tay rô-bốt lắp ráp tuân thủ có chọn lọc. Cánh tay bốn trục bao gồm một vòng quay cơ sở, một chuyển động thẳng đứng theo sau là hai chuyển động quay trong cùng một mặt phẳng thẳng đứng. Do tính chất của cấu hình, cánh tay rất cứng theo hướng thẳng đứng và cũng có thể cung cấp sự tuân thủ trong mặt phẳng nằm ngang. Nó cung cấp tốc độ cao kết hợp với khả năng tăng tốc cao và hoạt động với dung sai rất chặt chẽ.
Hình 2.4 . Cấu hình SCARA.
Máy SCARA thường nhỏ với máy lớn nhất có tải trọng khoảng 2 kg và tầm với khoảng 1 m. Chúng chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng lắp ráp mặc dù chúng cũng có thể được sử dụng để đóng gói, chăm sóc máy ép nhỏ, phân phối chất kết dính và các ứng dụng khác. Ứng dụng của SCARA chủ yếu bị hạn chế bởi kích thước của chúng và giới hạn chỉ có bốn trục.
Một bài kiểm tra thời gian chu kỳ tiêu chuẩn cho rô-bốt đã được xác định để cung cấp khả năng so sánh giữa các máy. Cái gọi là thử nghiệm cột mục tiêu này bao gồm di chuyển thẳng đứng 25 mm lên trên, tiếp theo là di chuyển ngang 300 mm và di chuyển thẳng đứng 25 mm xuống và mô phỏng di chuyển điển hình cho một ứng dụng lắp ráp. Thời gian để rô-bốt SCARA thực hiện bước di chuyển này, cả tiến và lùi, có thể thấp tới 0,3 giây. Điều này thường nhanh hơn cánh tay có khớp nối tương đương, robot sáu trục.
Cấu hình SCARA chiếm khoảng 12% doanh số bán hàng toàn cầu mặc dù nó phổ biến hơn ở Châu Á do quy mô của ngành điện tử ở khu vực này. Châu Á chiếm khoảng 50% tổng doanh số bán robot của SCARA ( Liên đoàn Robot Quốc tế, 2013 ).
2.1.3 Descartes
Loại cartesian bao gồm tất cả các robot công nghiệp chỉ bao gồm các truyền động tuyến tính cho ba trục chính của chúng ( Hình 2.5 ) và các chuyển động trùng khớp với một hệ tọa độ cartesian. Những máy này thường được giới hạn ở ba trục, mặc dù một số phiên bản đặc biệt đã được phát triển với các trục quay bổ sung được gắn trên trục tuyến tính cuối cùng. Danh mục cartesian này bao gồm các máy giàn cũng như các thiết bị chọn và đặt tuyến tính. Cấu hình của chúng rất đa dạng và chúng cũng có thể được xây dựng từ các bộ mô-đun, mang lại sự linh hoạt để thiết kế máy cho một yêu cầu cụ thể. Giàn có thể là thiết bị loại cột mục tiêu, chỉ được hỗ trợ trên một cấu trúc, cũng như giàn khu vực có hai cấu trúc hỗ trợ. Trục chính có thể có chiều dài từ dưới 1 m đến hàng chục mét. Giàn cũng có thể là nhiệm vụ rất nặng nề, có thể mang 3000 Kilôgam. Một lợi ích nữa của giàn là chúng giảm thiểu tác động lên sàn nhà máy và việc tiếp cận máy móc theo cách thủ công, vì chúng chủ yếu ở trên cao. Tuy nhiên, chúng thường đắt hơn so với các robot cánh tay có khớp nối tương đương.
Hình 2.5 . cấu hình Descartes.
Các ứng dụng khá đa dạng mặc dù chúng thường được sử dụng để xử lý, xếp chồng lên nhau, đúc nhựa , lắp ráp và bảo trì máy móc. Chúng cũng có một số ứng dụng cho các quy trình như hàn và dán keo, đặc biệt là trên các bộ phận rất lớn. Máy Cartesian là cấu hình phổ biến thứ hai, chiếm khoảng 22% doanh số bán rô-bốt toàn cầu ( Liên đoàn Người máy Quốc tế, 2013 ).
2.1.4 Song song
Cấu hình robot song song hoặc tam giác ( Hình 2.6 ) là một trong những phát triển cấu hình gần đây nhất. Điều này bao gồm các máy có cánh tay có các khớp quay hoặc lăng trụ đồng thời. Chúng được phát triển dưới dạng máy móc gắn trên cao với các động cơ nằm trong cấu trúc cơ sở dẫn động các cánh tay được liên kết bên dưới. Lợi ích của phương pháp này là nó làm giảm trọng lượng bên trong các cánh tay và do đó cung cấp khả năng tăng tốc và tốc độ rất cao. Tuy nhiên, chúng có khả năng chịu tải thấp , thường dưới 8 kg.
Hình 2.6 . Cấu hình song song.
Do đó, ứng dụng chính là nhặt hàng, đặc biệt là trên các dây chuyền đóng gói cho ngành thực phẩm và cả các ứng dụng lắp ráp. Những máy này có thể đạt được thời gian chu kỳ tương tự như SCARA với tốc độ nhanh nhất đạt được bài kiểm tra cột gôn (25, 300, 25 mm) trong 0,3 giây. Loại robot này được bán với số lượng tương đối nhỏ, chỉ chiếm khoảng 1% thị trường toàn cầu ( Liên đoàn Robot Quốc tế, 2013 ).
2.1.5 Hình trụ
Những rô-bốt này có sự kết hợp giữa trục quay và trục tuyến tính, điển hình là trục quay cơ sở, sau đó là trục tuyến tính dọc và ngang và các trục quay tiếp theo ở cổ tay. Chúng cung cấp một cấu trúc cứng nhắc, với khả năng tiếp cận tốt vào các lỗ hổng và dễ dàng lập trình cũng như hình dung. Tuy nhiên, họ yêu cầu giải phóng mặt bằng ở phía sau cánh tay. Chúng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng chăm sóc máy và chọn và đặt chung.
Chúng chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử, đặc biệt là các ứng dụng phòng sạch và chiếm khoảng 2% thị trường toàn cầu. Tương tự như SCARA, chúng phổ biến nhất ở châu Á, do sức mạnh của lĩnh vực điện tử ở khu vực đó, chiếm khoảng 90% doanh số bán hàng toàn cầu ( Liên đoàn Robot Quốc tế, 2013 ).
Nội dung tài liệu
Cuốn sách “Điều Khiển Robot Công Nghiệp” có nội dung là phân tích, tính toán cơ cấu cơ khí robot, thiết lập mô hình toán học, phân tích các cấu trúc và phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển cho robot. Cuốn sách được biên soạn theo đề cương môn học robot Trường đại học Bách Khoa Hà Nội và các Trường Đại học, Cao đẳng khác. Sách gồm 9 chương được sắp xếp theo trình tự hợp lý, có nội dung cơ bản và chuyên sâu trong lĩnh vực kỹ thuật robot công nghiệp. Trong mỗi chương có các ví dụ minh hoạ và bài tập tự giải.
NỘI DUNG: Chương 1: Tổng quan về robot công nghiệp Tự động hoá và robot công nghiệp Lịch sử phát triển của robot Các đặc tính của robot công nghiệp Hệ thống chuyển động robot Hệ thống điều khiển robot Ứng dụng của Robot
Chương 2: Động học vị trí robot Biểu diễn ma trận Phép biến đổi Nghịch đổi đảo của ma trận phép biến đổi Khung toạ độ trong không gian làm việc của robot Động học thuận và ngựơc của các cấu hình robot điển hình Động học thuật robot Bài tập Phụ lục
Chương 3: Động học vị trí vi sai Dịch chuyển vi sai của một khung toạ độ Quan hệ dịch chuyển vi sai của các khung toạ độ Quan hệ dịch chuyển vi sai của robot trong không gian làm việc Ma trận Jacobien Quan hệ ma trận Jacobien và toán tử vi sai Ma trận Jacobien nghịch đảo Bài tập
Chương 4: Động lực học robot Bài toán động lực học Phương trình Lagrange Phương trình động lực học của cơ cấu robot 2 thanh nối Phương trình động lực học của cơ cấu robot n thanh nối …
Chương 5: Thiết kế quỹ đạo chuyển động Khái niệm Cơ sở thiết kế quỹ đạo robot Thiết kế quỹ đạo trong không gian khớp Thiết kế quỹ đạo cho tay robot trong hệ toạ độ Đecac Bài tập
Chương 6: Điều khiển chuyển động robot Bài toán điều khiển chuyển động Hệ thống điều khiển độc lập các khớp Hệ thống điều khiển tập trung Hệ thống điều khiển thích nghi Hệ thống điều khiển trong không gian làm việc Bài tập Phụ lục
Chương 7: Điều khiển lực Điều khiển trở kháng Điều khiển hỗn hợp Phụ lục
Chương 8: Cơ cấu chấp hành và cấu trúc hệ thống điều khiển Các hệ thống của hệ thống cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành thủy lực Cơ cấu chấp hành khí nén Động cơ điện Cấu hình phần cứng hệ thống điều khiển
Chương 9: Cảm biến trong robot Các đặc tính của cảm biến Cảm biến vị trí Cảm biến đo lực và mômen Cảm biến khoảng cách Cảm biến lân cận Cảm biến tiếp xúc
File tải tài liệu: https://drive.google.com/file/d/1wUqH_cU–djyPzvBqL9YRPwy790y2VqA/view?usp=sharing
Thường file sẽ có pass trong thời gian tải file bạn vào Link lấy pass giải nén tìm tới dòng lấy pass ( chỉ tốn x giây đợi để hiện password)v
