Thiết kế Robot đoash –k45

đang rất phát triển. Đưa những thành tựu điện tử và tin học áp dụng trong việc ghép nối giữa máy tính và máy công tác đã cho phép chuyển thẳng số liệu đo vào máy tính để xử lý và đưa ra kết quả của phép đo một cách nhanh chóng. Các thiết bị đo toạ độ như: máy đo toạ độ đề các, độc cực... đã hoàn thiện các khả năng đo lường vốn có của chúng, đặc biệt trong các phép đo gián tiếp có khối lượng sử lý thông tin lớn.Với khả năng xác định kích thước, hình dáng, vị trí một cách dễ dàng, với độ chính xác cao trong khoảng thời gian ngắn và khả năng tiếp cận đối tượng đo phong phú, với những phần mềm xử lý thích hợp, có thể đo những bề mặt phức tạp. Máy đo toạ độ đã góp phần quan trọng trong việc đảm bảo nâng cao chất lượng sản phẩm và đem lại hiệu quả cao. Tuy nhiên, trong các trường hợp sau đây thì máy đo toạ độ Đề các không đáp ứng được: + Đối với những vật to nặng, kích thước lớn, không thể di chuyển đến bàn đo của máy đo tọa độ đề các. + Khi cần đo những chi tiết đã lắp ráp vào máy ở công trình không thể nào tháo ra được. + Đo ở các vị trí có sự hạn chế về không gian như đo bên trong khoang máy, đo trong những chi tiết dạng ống v.v... Để đáp ứng những yêu cầu trên, hệ tọa độ kiểu tay máy Robot đã khắc phục được. Với kết cấu gọn nhẹ, tính cơ động cao, dễ mang vác, tầm với rộng. Thay vào việc phải di chuyển chi tiết lên trên bàn đo của máy đo tọa độ đề các, Robot đo có thể tiếp cận đối tượng đo trong mọi điều kiện của không gian đo. Nhiệm vụ chính của bản đồ án này là tìm hiểu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của Robot đo lường. Tính toán thiết kế cơ khí cho Robot đo. Do thời gian và trình độ có hạn, nên bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của thầy cô trong bộ môn để bản đồ án được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giũp đỡ và hướng dẫn tận tình của TS.Nguyễn Văn Vinh và các thầy cô giáo trong bộ môn, cùng toàn thể các bạn sinh viên trong bộ môn . Chương I Tìm hiểu về Robot và tay máy đo I. Lịch sử phát triển: Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của nhà văn tiệp khắc có tên là Karel Capek. Thuật ngữ inducstrial Robot (IR) xuất hiện đầu tiên ở mỹ do công ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô phỏng một thiết bị mang dáng dấp và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động thực hiện một số thao tác để sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran. Quá trình phát triển của IR được tóm tắt như sau: Từ những năm 1950 ở mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên. Vào đầu những năm 1960 xuất hiện sản phẩm đầu tiên có tên gọi là Versatran của công ty AMF. ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của mỹ từ những năm 1967. ở các nước tây âu khác như: Đức, ý, Pháp, Thuỵ Điển thì bắt đầu chế tạo IR từ những năm 1970. Châu á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968. Đến nay, trên thế giới có khoảng trên 200 công ty sản xuất IR trong số đó có 80 công ty của Nhật, 90 công ty của tây âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty của Nga, Tiệp… II. Sơ đồ cấu trúc chức năng của Robot: Vậy Robot là gì? cho tới hiện nay chưa có một định nghĩa chính xác về Robot, và cứ hai năm một lần người ta lại tổ chức một hội nghị khoa học bàn về Robot, nhằm thông tin những thành tựu đã đạt được trong nghiên cứu và chế tạo Robot đồng thời thống kê các thuật ngữ về Robotic, để hiểu được về IR trước hết chúng ta quan sát sở đồ cấu trúc và chức năng của IR như sau: Thiết bị liên hệ với người vận hành Người vận hành Hệ thống truyền động Hệ thống chịu lực Hệ thống biến tín hiệu Môi trường bên ngoài Hệ thống điều khiển Hình 1-1. Sơ đồ cấu trúc và chức năng của Robot. Trong sơ đồ trên, các đường chỉ mối quan hệ thông tin thuận, thông tin chỉ huy nhiệm vụ Robot. Các đường chỉ mối liên hệ thông tin ngược, thông tin phản hồi về quá trình làm việc của Robot. Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành là thực hiện quá trình “dạy học” cho Robot, nhờ đó Robot biết được nhiệm vụ phải thực hiện. Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành động nhiệm vụ đã được “học”. Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ “sức” chịu được tải trọng mà Robot phải chịu trong quá trình làm việc, bộ phận thực hiện các chuyển động cho trước này bao gồm: Bộ cảm biến tín hiệu: làm nhiệm vụ nhận biết, đo lường và biến đổi thông tin các loại tín hiệu như: các nội tín trong bản thân Robot, đó là các tín hiệu về vị trí, vận tốc, gia tốc, trong từng thành phần của bộ phận chấp hành các ngoại tín hiệu, là các tín hiệu từ môi trường bên ngoài có ảnh hưởng tới hoạt động của Robot. Với cấu trúc và chức năng như trên, Robot phần nào mang tính “người” còn phần máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc. Với IR tính chất “ người” và “máy”cũng được thể hiện đầy đủ như trên, duy trì hình thức mang dáng dấp của tay “người”. Tay máy công nghiệp thường có những bộ phận sau: Hệ thống điều khiển: thường là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành theo nguyên lý của hệ thống điều khiển hở hoặc kín. Hệ thống chấp hành: bào gồm các nguồn động lực, hệ thống truyền động, hệ thống chịu lực như: các động cơ thuỷ, khí nén, cơ cấu servo điện tử, động cơ bước. Mỗi chuyển động của IR thường có một động cơ riêng và các thanh chịu lực. Bàn kẹp: là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy, nơi cầm nắm các thiết bị công nghệ hay vật cần di chuyển. Đối với robot đo, đầu đo là bộ phận tác động cuối cùng. III. ứng dụng Robot trong công nghiệp: III.1.Mục tiêu ứng dụng Robot trong công nghiệp: Nhằm góp phần nâng cao năng suất day truyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện lao động. Điều đó xuất phát từ những ưu điểm cơ bản của Robot và đã được đúc kết qua nhiều năm được ứng dụng ở nhiều nước. III.2. Các lĩnh vực ứng dụng robot trong công nghiệp. - Một trong các lĩnh vực hay ứng dụng robot là kỹ nghệ đúc. Thường trong phân xưởng đúc công việc rất đa dạng, điều kiện làm việc nóng nực, bụi bặm, mặt hàng thay đổi luôn và chất lượng vật đúc phụ thuộc nhiều vào quá trình thao tác. - Các quá trình hàn và nhiệt luyện thường bao gồm nhiều công việc nặng nhọc, độc hại và ở nhiệt độ cao. Do vậy ở đây cũng nhanh chóng ứng dụng robot công nghiệp. Hình 1- 2: ứng dụng robot trong quá trình nhiệt luyện III.3. Robot và hệ sản xuất linh hoạt. Nhu cầu của thị trường cạnh tranh luôn luôn đòi hỏi các nhả sản xuất phải thay đổi mẫu mã, kích cỡ và thường xuyên cải tiến nâng cao chất lượng sản phẩm. Như vậy sự cạnh trang hành hoá đặt ra một vấn đề thời sự là phải có hệ thống thiết bị sản xuất thay đổi linh hoạt được để có thể đáp ứng được với sự biến động thường xuyên của thị trường. Nhờ sự phát triển trong mấy chục năm gần đây của kỹ thuật số và công nghệ thông tin chúng ta mới có khả năng “ mềm” hoá hệ thống thiệt bị sản xuất. Trên cơ sở đó đã ra đời hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là phương thức sản xuất linh hoạt hiện đại. Nó có ưu điểm là các thiết bị chủ yếu của hệ thống chỉ đầu tư một lần, còn đáp ứng lại sự thay đổi của sản phẩm bằng phần mềm máy tính điều khiển là chính. Hệ thông FMS rất hiện đại nhưng lại thích hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ. Ngày nay các nước phát triển các hệ thống FMS có xu hướng thay thế dần các thiết bị tự động “ cứng” sản xuất hàng loạt lớn sản phẩm. Các hệ thống thiết bị tự động cứng này rất đắt tiền mà khi thay đổi về yêu cầu sản phẩm thì phản đổi mới gần như hoàn toàn. Như vậy, chúng nhanh chóng trở nên lạc hậu vì không thích nghi được với thị trường đầy biến động. Hình 1- 3: ứng dụng robot trong dây truyền sản xuất tự động ý tưởng chủ đạo trong việc tổ chức hệ thống sản xuất hiện đại linh hoạt là “ linh hoạt hoá” và “modul hoá”. Một hệ thống sản xuất linh hoạt có thể gồm nhiều modul linh hoạt. Một trong những hệ thống như vậy là hệ thống CIM ( Computer Intergrated Manufacturing)- Hệ thống tích hợp sản xuất dùng máy tính. Để tạo ra các modul sản xuất linh hoạt đó cần có một robot như một bộ phận cấu thành. ở đây, robot làm những công việc chuyển tiếp giữa các máy công tác ( ví dụ cấp, thoát phôi và dụng cụ cho các máy công tác). Bản thân cơ cấu tay máy của robot cũng là một cơ cấu linh hoạt. Đó là cơ cấu không gian hở ( không khép kín), có bậc tự do dư thừa nên độ cơ động rất cao. Mỗi khâu của cơ cấu có động lực riêng và chúng được điều khiển băng chương trình thay đổi được. Có loại robot lại có thể tự thay đổi thao tác của mình một cách linh hoạt khi nhận biết được các tín hiệu từ sự hoạt động của bản thânn ( nội tín hiệu). Những cơ cấu như vậy là cơ cấu điều khiển linh hoạt. III.4.Robot ứng dụng trong đo lường(Tay máy đo toạ độ): Hiện nay tay máy đo toạ độ không còn xa lạ trong các nhà máy xí nghiệp. Tuy nhiên việc ứng dụng vẫn còn chưa được phổ biến nguyên nhân do giá thành đắt. Chúng được ứng dụng mạnh trong các công ty liên doanh trong các phong kiểm tra chất lượng các tay máy chưa thể áp dụng đo tự động trong các dây truyền sản xuất. Do vậy hướng phát triển thành robot đo để áp dụng đo tự động trong dây truyền sản xuất tự động là một xu thế trong tương lai. Dưới đây là một số hình ảnh ứng dụng tay máy đo trong đo lường. Hình 1-4: ảnh máy đo toạ độ kiểu tay quay MicroScribe 3DL (USA) hiện có tại Viện nghiên cứu công nghệ 25 Vũ Ngọc Phan Hình 1-5: ảnh các loại máy đo toạ độ kiểu tay quay của hãng Mitutoyo và các thao tác đo lấy mẫu tại hiện trường và đo trong không gian hẹp Hình 1-6: ảnh các loại máy đo toạ độ kiểu tay quay của hãng Mitutoyo được sử dụng trong các điều kiện gá lắp khó khăn. Kết luận: Tay máy đo toạ độ kiểu tay quay ra đời đem lại rất nhiều tiện lợi cho người sử dụng có thể thực hiện được các phép đo phức tạp. Tuy nhiên, tay máy đo không thể tự thực hiện lặp lại các phép đo và phải dùng tay để thực hiện phép đo, không áp dụng được trên các dây truyền kiểm tra tự động. Do vậy để khắc phục các hạn chế trên, ta phải phát triển tay máy đo thành robot đo có khả năng đo lường tự động. Chương 2: tính toán động học robot ash-45 I.xây dựng sơ đồ cấu tạo: Hình 2-1: Sơ đồ cấu tạo robot đo Ii. Sơ đồ nguyên lý và số bậc tự do: II.1.Sơ đồ nguyên lý: Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý II.2. Xác định số bậc tự do cho Robot: Theo công thức thông dụng trong Nguyên lý máy: W = 6n - Trong đó : n – Số khâu động Pi – Số khớp loại i Đối với cơ cấu sơ đồ tay máy có 5 khâu động : gồm 3 khớp bản lề loại 5 (giữa khâu 0 và khâu 1, giữa khâu 1 và khâu 2, giữa khâu 3 và khâu 4) và hai khớp trụ loại 5 ( khâu 0 , giữa khâu 3 và khâu 4 ). Vậy ta có số bậc tự do của tay máy là: W = 6.6 – 6.5 = 6 ị W = 6 bậc tự do Như vậy, đối với cơ cấu hở, số bậc tự do của cơ cấu bằng tổng số bậc tự do của các khớp động. Do W = 6 nên có nhiều lời giải để điểm E(đầu đo) đạt tới vị trí với định hướng như yêu cầu. III.Bài toán động học thuận của rôbot: Cơ cấu chấp hành của robot là một cơ cấu hở, gồm một chuỗi các khâu nối với nhau bằng các khớp. Các khớp động này là khớp quay. Để robot có thể thao tác linh hoạt, cơ cấu chấp hành của nó phải cấu tạo sao cho điểm mút của khâu cuối cùng đảm bảo di chuyển dễ dàng theo một quĩ đạo nào đó, khâu này cần có một định hướng theo yêu cầu. Khâu cuối của robot đo chính là đầu đo. Điểm mút của khâu cuối cùng( đầu đo) là điểm đáng quan tâm nhất vì đó là điểm tác động của robot lên đối tác (ở đây là đối tượng đo) và được gọi là điểm tác động cuối cùng. Chính ở điểm này cần quan tâm không những vị trí nó chiếm trong không gian, mà cả hướng tác động của khâu cuối đó. Gắn vào điểm tác động cuối (đầu đo) này một hệ toạ độ động thứ n và gắn với mỗi khâu một hệ toạ độ động khác, còn gắn liền giá đỡ với hệ toạ độ cố định. Khi khảo sát chuyển động của robot cần biết “định vị và định hướng” tại đầu đo trong mọi thời điểm. Đó là nội dung quan trọng của bài toán động học thuận của robot. IV. cơ sở lý thuyết để tính toán động học robot: IV.1. Phép tịnh tiến trong không gian: Điểm P trong hệ toạ độ cũ Oxyz: P(x,y,z) Điểm O’ trong hệ toạ độ Oxyz: O’(a,b,c) O’x’y’z’ là hệ mới có được bằng cách tịnh tiến song song hệ Oxyz đến O’x’y’z’. Trong O’x’y’z’ điểm P có toạ độ mới P(x’,y’,z’), khi về toạ độ cũ: x = x’+a y = y’+b z = z’+c Ta có: Toạ độ cũ = Toạ độ mới + Toạ độ của mới tính trong hệ cũ. Nói một cách khác chuyển từ O sang O’ nhờ vectơ dẫn: = a.+ b. + c. Ma trận chuyển có dạng: H = Trans(a,b,c) = Giả sử muốn tịnh tiến điểm P từ vị trí 1 đến vị trí 2 theo vectơ dẫn: = a.+ b. + c. U là vectơ biểu diễn điểm cần tịnh tiến, với U = [x’,y’,z’,w]T ;w biểu diễn tỷ lệ co dãn; Khi tịnh tiến dữ nguyên tỷ lệ w = 1 ta có U= [x’,y’,z’,1]; V là vectơ biểu diễn điểm đã biến đổi tịnh tiến được xác định. V = trans(a,b,c)U = HU = = Kết quả trên cho thấy phép tịnh tiến là phép cộng vectơ giữa vectơ dẫn và vectơ biểu diễn điểm cần chuyển đổi : IV.2. Phép quay trong không gian: Nếu quay hệ trục toạ độ Oxyz quanh một vectơ bất kỳ nào đó, ta được Ox’y’z’ với cosin chỉ phương của các trục mới so với các trục cũ được cho trong bảng dưới đây: Đối với các trục cũ Cosin chỉ hướng của các trục mới x’ y’ z’ x l1 l2 l3 y m1 m2 m3 z n1 n2 n3 Toạ độ điểm P trong hệ Oxyz được biểu diễn thông qua hệ Ox’y’z’ như sau: x = l1x’ + l2y’ + l3z’ y = m1x’ + m2y’ + m3z’ z = n1x’ + n2y’ + n3z’ Trường hợp đặc biệt: Quay quanh Ox Ox =Ox’; Oz quay đến Oz’ một góc j > 0; Oy quay đến Oy’ một góc j > 0; Ta có bảng sau: Đối với các trục cũ Cosin chỉ hướng của các trục mới x’ y’ z’ x 1 0 0 y 0 cosj -sinj z 0 sinj cosj Trường hợp quay quanh x, trường hợp quay quanh y hoặc z một góc j có ma trận chuyển đổi lần lượt như sau: Rot(y,j) = Rot(z,j) = IV.3.Mô hình động học: IV.3.1. Ma trận quan hệ: Chọn hệ toạ độ gắn liền với các giá đỡ và các hệ toạ độ động gắn với từng khâu động.Ký hiệu các hệ toạ độ này từ 0 đến n,kể từ giá cố định trở đi. Một điểm bất kỳ nào đó trong không gian được xác định trong hệ toạ độ thứ i bằng bán kính véctơ và trong hệ toạ độ cố định được xác định bằng bán kính véctơ hoặc với với i=1,...n Trong đó ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu đầu tiên,ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu thứ 2 so với khâu đầu,ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu thứ i so với khâu i-1 Như vậy,tích của các ma trận là ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu thứ i so với giá cố định.Thường ký hiệu ma trận T với 2 chỉ số:trên và dưới.Chỉ số dưới để chỉ khâu đang xét còn chỉ số trên để chỉ tọa độ được dùng để đối chiếu.Ví dụ: với Là ma trận mô tả vị trí và hướng của khâu thứ i so với khâu thứ nhất.Trong ký hiệu thường bỏ qua chỉ số trên nếu chỉ số đó bằng 0. IV.3.2. Mô tả qui tắc Denavit-Hartenberg: Hình vẽ 2-3: Hệ toạ độ với hai khâu động liên tiếp Giả sử trong chuỗi động học tay máy có n khâu,khâu i nối khớp i và khớp i+1. Theo quy tắc Denavit-Hartenbeg,hệ toạ độ gắn lên các khâu khớp như sau: -Đặt trục toạ độ dọc theo trục khớp i+1 -Gốc tai giao giữa và pháp tuyến chung giữa va;là giao giữa với pháp tuyến chung giữa và. -Trục toạ độ theo phương pháp tuyến chung giữa và,hướng từ khớp i đến khớp i+1. -Trục vuông góc và theo quy tắc bàn tay phải sau khi được thiết lập vị trí của hệ so với nhờ các thông số. độ dài pháp tuyến chung của khớp i và i+1 khoảng cách đo dọc trục khớp động I từ đường vuông góc chung giữa trục khớp động i+1 và trục khớp động i tới đường vuông góc chung giữa khớp động i và trục khớp động i-1. góc quay của hai đường vuông góc chung nói trên. góc giữa 2 trục i và i+1 IV.3.3.Mô hình biến đổi: +Quay quanh trục zi-1 một góc . R (z,qi) = +Tịnh tiến dọc trục zi-1 một quãng đường di . TP (0,0,di) = +Tịnh tiến dọc trục xi-1 một đoạn ai . TP (0,0,ai) = +Quay quanh trục xi một góc ai . R (x,ai) = Bốn bước biến đổi này được biểu hiện bằng tích các ma trận thuần nhất sau: Ai= R (z,qi) . TP (0,0,di). TP (0,0,ai). R (x,ai) Ai = IV.3.4. Hệ tọa độ máy: Vị trí xuất phát(vị trí không): Trước khi khởi động máy, phải chắc chắn máy đang ở vị trí gốc do nhà thiết kế qui định. Tại vị trí này, các quan hệ hình học giữa các tay quay và hệ toạ độ của máy đã được xác định. Sau khi khởi động máy, nếu di chuyển tay quay, các đĩa kính sẽ chuyển dời khỏi vị trí điểm không và các góc quay bắt đầu được tính. Nếu trong khi bật máy mà nhấc tay quay ra khỏi vị trí điểm không, làm cho các đĩa kính quay, như vậy nếu thiết bị mã hoá góc dùng loại đĩa kính khắc vạch thì máy sẽ không xác định được các tay quay đang ở vị trí nào so với máy. IV.3.5.Hệ toạ độ chi tiết: Hệ toạ độ chi tiết do người sử dụng đặt ra, tất cả các điểm trên chi tiết được xác định so với hệ toạ độ chi tiết này. Việc đặt hệ toạ độ chi tiết chẳng qua chỉ là sự chuyển đổi từ hệ toạ độ máy bằng những phép quay và tịnh tiến về hệ toạ độ chi tiết mà ta định nghĩa. Hệ toạ độ chi tiết được đặt ra có thể do việc thống nhất giữa chuẩn đo với chuẩn gia công hoặc chuẩn thiết kế. Cũng có trường hợp đo những chi tiết quá lớn, chia chi tiết ra làm những phần nhỏ, mỗi phần đánh dấu những điểm mà qui định ta đặt hệ toạ độ tại đó. Sau khi đo từng phần riêng biệt, ta có thể gép chúng lại nhờ hệ các toạ độ đã đặt. V. hệ phương trình động học robot đo ASH: V.1.Thiết lập hệ phương trình động học: Để chế tạo robot đo có thể thực hiện thao tác đo được dễ dàng trong không gian đo:20x20x20 cm , và do điều kiện lắp ráp, đi dây ta chọn bộ thông số sau Bộ thông số của robot ASH-45 là: d1= 400 (mm) ; d3= 300 (mm) ; d5= 250 (mm) ; d7= 200 (mm) Góc quay lớn nhất của q1=3200 Góc quay lớn nhất của q2=900 Góc quay lớn nhất của q3=3000 Góc quay lớn nhất của q4=1800 Góc quay lớn nhất của q5=2500 Góc quay lớn nhất của q6=900 Hình 2-4: Sơ đồ đặt hệ trục toạ độ Robot gồm chân máy cao d1, phần dưới chân có khớp quay 1 tạo góc q1.Bốn khớp quay phía trên tạo lần lượt các góc q2, q3, q4, q5, q6. Các tay quay d3, d5, d7 có đường trục cùng nằm trên một đường thẳng. Để thuận lợi cho việc tính toạ độ điểm tác động cuối cùng E(đầu đo) ta qui ước: + Đối với hệ trục toạ độ Oixiyizi nếu nhìn từ trục zi nhìn xuống thấy trục xi quay sang trục yi ngược chiều kim đồng hồ. + Lấy hệ toạ độ tuyệt đối của hệ gắn cố định với vỏ máy Oxoyozo ; chọn hệ toạ độ O1x1y1z1 có gốc nằm ở điểm tâm đĩa kính tạo góc j1 , ban đầu trùng với hệ toạ độ tuyệt đối Oxoyozo ( O º O’ ) +Các hệ toạ độ khác đặt như trong hình vẽ + Mỗi khớp quay ta đặt một hệ trục toạ độ, trục z là trục quay. Góc q mang giá trị dương nếu nhìn từ trục z nhìn xuống thấy điểm gốc quay về điểm đo ngược chiều kim đồng hồ. + Trục yi vuông góc với trục quay zi đặt dọc theo các tay quay hướng từ khớp i đến khớp i+1 . + Gọi góc ai,i+1 là góc giữa hai trục quay kề nhau zi và zi+1 tính theo chiều từ trục i sang trục thứ i+1 . Góc ai,i+1 là dương nếu đứng từ trục yi nhìn xuống, zi quay sang zi+1 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Bảng thông số DH (Denavít-Hatenberg) của robot : Các khâu Biến số qi ai ai di 1 q1 900 0 d1 2 q2 -900 0 0 3 q3 900 0 d3 4 q4 -900 0 0 5 q5 900 0 d5 6 q6 -900 0 0 (đầu đo)7 0 0 0 d7 V.2.Các bước biến đổi : áp dụng công thức tính biến đổi ma trận Ai : Ai= R (z,qi) . TP (0,0,di). TP (0,0,ai). R (x,ai) Ai = Để cho việc tính toán các ma trận gọn ta qui ước: C= Cos ; S= Sin ví dụ: C1=Cos(q1) ; S4= Sin(q4) ; C3= Cos (q3) Ta áp dụng phần mềm MATLAB 7.1 để tính toán Bước 1: Đưa hệ trục toạ độ gốc tuyệt đối Oxoyozo về trùng với hệ trục toạ độ Ox1y1z1 . A1 = Bước 2: Chuyển hệ trục toạ độ O1x1y1z1 về trùng hệ trục toạ độ O2x2y2z2 . A2 = Bước 3: Chuyển hệ trục toạ độ O2x2y2z2 về trùng hệ trục toạ độ O3x3y3z3 . A3 = Bước 4: Chuyển hệ trục toạ độ O3x3y3z3 về trùng hệ trục toạ độ O4x4y4z4 . A4 = Bước 5: Chuyển hệ trục toạ độ O4x4y4z4 về trùng hệ trục toạ độ O5x5y5z5 . A5 = Bước 6: Chuyển hệ trục toạ độ O5x5y5z5 về trùng hệ trục toạ độ O6x6y6z6 . A6 = Bước 7: Chuyển hệ trục toạ độ O6x6y6z6 về trùng hệ trục toạ độ O7x7y7z7 . A7 = Ma trận chuyển đổi từ hệ trục toạ độ Oxoyozo về khớp 6 (T6) và điểm đầu đo(T7) có dạng: T6 = A1*A2*A3*A4*A5*A6 T7 = A1*A2*A3*A4*A5*A6*A7 Sử dụng chương trình phần mềm MATLAB ta có kết quả sau: Toạ độ khớp 6: Px6= (-(C1*C2*C3-S1*S3)*S4-C1*S2*C4)*d5-C1*S2*d3 Py6= (-(S1*C2*C3+C1*S3)*S4-S1*S2*C4)*d5-S1*S2*d3 Pz6= (-S2*C3*S4+C2*C4)*d5+C2*d3+d1 Toạ độ đầu đo 7: Px7= (-(((C1*C2*C3-S1*S3)*C4-C1*S2*S4)*C5+(-C1*C2*S3-S1*C3)*S5)*S6+(-(C1*C2*C3-S1*S3)*S4-C1*S2*C4)*C6)*d7+(-(C1*C2*C3-S1*S3)*S4-C1*S2*C4)*d5-C1*S2*d3 Py7= (-(((S1*C2*C3+C1*S3)*C4-S1*S2*S4)*C5+(-S1*C2*S3+C1*C3)*S5)*S6+(-(S1*C2*C3+C1*S3)*S4-S1*S2*C4)*C6)*d7+(-(S1*C2*C3+C1*S3)*S4-S1*S2*C4)*d5-S1*S2*d3 Pz7=(-((S2*C3*C4+C2*S4)*C5-S2*S3*S5)*S6+(-S2*C3*S4+C2*C4)*C6)*d7+(-S2*C3*S4+C2*C4)*d5+C2*d3+d1 Ta thay bộ thông số vào ta có: Toạ độ khớp 6: Px6= (-(cos(p1)*cos(p2)*cos(p3)-sin(p1)*sin(p3))*sin(p4)-cos(p1)*sin(p2)*cos(p4))*250-cos(p1)*sin(p2)*300 Py6= (-(sin(p1)*cos(p2)*cos(p3)+cos(p1)*sin(p3))*sin(p4)-sin(p1)*sin(p2)*cos(p4))*250-sin(p1)*sin(p2)*300 Pz6= (-sin(p2)*cos(p3)*sin(p4)+cos(p2)*cos(p4))*250+cos(p2)*300+400 Toạ độ đầu đo 7: Px7= (-(((cos(p1)*cos(p2)*cos(p3)-sin(p1)*sin(p3))*cos(p4)-cos(p1)*sin(p2)*sin(p4))*cos(p5)+(-cos(p1)*cos(p2)*sin(p3)-sin(p1)*cos(p3))*sin(p5))*sin(p6)+(-(cos(p1)*cos(p2)*cos(p3)-sin(p1)*sin(p3))*sin(p4)-cos(p1)*sin(p2)*cos(p4))*cos(p6))*200+(-(cos(p1)*cos(p2)*cos(p3)-sin(p1)*sin(p3))*sin(p4)-cos(p1)*sin(p2)*cos(p4))*250-cos(p1)*sin(p2)*300 Py7= (-(((sin(p1)*cos(p2)*cos(p3)+cos(p1)*sin(p3))*cos(p4)-sin(p1)*sin(p2)*sin(p4))*cos(p5)+(-sin(p1)*cos(p2)*sin(p3)+cos(p1)*cos(p3))*sin(p5))*sin(p6)+(-(sin(p1)*cos(p2)*cos(p3)+cos(p1)*sin(p3))*sin(p4)-sin(p1)*sin(p2)*cos(p4))*cos(p6))*200+(-(sin(p1)*cos(p2)*cos(p3)+cos(p1)*sin(p3))*sin(p4)-sin(p1)*sin(p2)*cos(p4))*250-sin(p1)*sin(p2)*300 Pz7= (-((sin(p2)*cos(p3)*cos(p4)+cos(p2)*sin(p4))*cos(p5)-sin(p2)*sin(p3)*sin(p5))*sin(p6)+(-sin(p2)*cos(p3)*sin(p4)+cos(p2)*cos(p4))*cos(p6))*200+(-sin(p2)*cos(p3)*sin(p4)+cos(p2)*cos(p4))*250+cos(p2)*300+400 áp dụng tính toạ độ đầu đo cho một số bộ thông số góc, để tính ta lập chương trình phần mềm tính kiểm nghiệm toạ độ đầu đo. Xem phần II trong chương 6. Trong qua trình đo ta điều khiển vị trí khớp 6 đến gần điểm cần đo sau đó quay khớp 6 để đầu đo chạm vào chi tiết đo.Do không giải được bài toán ngược cho hệ phương trình phi tuyến Px6, Py6, Pz6 nên nếu biết trước vị trí điểm đo hay phương trình quĩ đạo ta không suy được bộ thông số góc để điều khiển theo quĩ đạo cho trước. Để điều khiển đầu đo đến vị trí cần đo đầu tiên ta phải điều khiển bằng tay để đầu đo chạm vào vị trí cần đo khi đó máy tính sẽ lưu lại bộ thông số góc.Và lần đo sau máy tính sẽ tự nhớ và nhập bộ thông số đó để đIều khiển đầu đo đến vị trí cần đo.Phương pháp trên người ta còn gọi là phương pháp dạy học cho robot.Robot sẽ lặp lại liên tục các phép đo theo đúng chương trình do người sử dụng lập ra điều này có ưu điểm rất lớn cho việc đo lường trên những băng tải tự động. Phép đo được lặp lại trên mỗi chi tiết đo. V.3. Cơ sở toán học cho việc xác định các thông số hình học của chi tiết đo: Trước khi đo, ta phải phân tích một chi tiết thành các yếu tố hình học cơ bản rồi xác định các yếu tố đó cùng một số yếu tố hình học hỗ trợ. Đặc điểm lớn nhất của phương pháp đo toạ độ chủ yếu thực hiện phép đo gián tiếp, có nghĩa là vật đo được xác định bằng các toạ độ của một số điểm đủ để đặc trưng cho biên dạng hình học của nó, sau đó dùng các thuật toán để tính ra các kích thước đặc trưng cho yếu tố (vật đo). Số điểm đo cần thiết ít nhất cho phép là số điểm cần và đủ để có thể dựng được biên dạng hình học của yếu tố theo phép dựng hình. Việc xây dựng thuật toán để xác định các thông số hình học của vật đo từ bộ số liệu điểm đo là cơ sở cho việc tạo phần mềm xử lý số liệu bằng máy tính, trợ giúp cho người sử dụng trong từng trường hợp cụ thể. Ví dụ: Khi đo mặt phẳng thì phải vào chương trình xử lý mặt phẳng, khi đo mặt cầu thì phải vào chương trình xử lý mặt cầu. Các thuật toán được xây dựng dựa trên các mối quan hệ hình học mà chủ yếu là hình học giải tích. Hình học giải tích đưa ra những phương pháp thống nhất để giải các bài toán hình học và qui phép giải một số lớn các bài toán về một số ít phương pháp được áp dụng một cách có hệ thống. Để đạt được mục đích đó, người ta đặt các điểm đã biết hoặc chưa biết và các đường vào trong một hệ toạ độ nào đó (về nguyên tắc chọn hệ toạ độ như thế nào cũng được, nhưng chọn được hệ toạ độ thích hợp thì đơn giản được cách giải bài toán). Sau khi chọn được hệ toạ độ, ta có thể đặc trưng cho mỗi điểm bằng toạ độ của nó và mỗi đường, mỗi mặt bằng một phương trình. Bài toán hình học đã cho được đưa về bài toán đại số với việc giải rất thuận lợi nhờ có sự trợ giúp của máy tính. Trong không gian ba chiều, một chi tiết cơ khí được giới hạn bởi các bề mặt. Nếu biết được toạ độ mọi điểm trên bề mặt chi tiết thì có thể xác định được các thông số hình học của chúng như:Đường kính, chiều cao, chiều dài chiều rộng, khoảng cách tâm, bước ren, mô đun … và các tương quan hình học giữa các bề mặt như góc, độ song song, độ vuông góc … Nhìn chung các bề mặt cơ khí thường ở các dạng chuẩn như: mặt phẳng, mặt trụ, mặt cầu, mặt côn, ren, mặt thân khai đều có quy luật hình học xác định, vì vậy số điểm đo được giảm đi rất nhiều. Thí dụ: Chỉ cần ba điểm xác định một mặt phẳng hoặc một đường tròn, bốn điểm xác định một mặt cầu, sáu điểm xác định một mặt trụ … Có nhiều phương pháp để xác định toạ độ các điểm thuộc bề mặt vật đo. Phương pháp trình bày trên về thực chất là xác định toạ độ điểm đo trong hệ toạ độ cực. Chương 3: thiết kế kết cấu cơ khí I.kếtcấu cơ khí: I.1.Nguyên lý kết cấu: Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý kết cấu 1, 2, 3, 4, 5, 6 là vị trí các khớp quay Robot có dạng kết cấu như cánh tay con người (phỏng sinh) gồm 6 khớp quay có thể chuyển động một cách linh hoạt trong khi đo. Kết cấu gồm có: +Đầu đo (hay khâu6) và khớp 6 +Khâu 5 và khớp 5 +Khâu 4 và khớp 4 +Khâu 3 và khớp 3 +Khâu 2 và khớp 2 +Khâu1 và khớp 1 +Chân đế Yêu cầu đặt ra cho hệ thống cơ khí của robot đó là: -Kết cấu cơ khí phải ổn định đủ độ cứng vững, các khớp phải chuyển động linh hoạt. -Phải đảm bảo độ chính xác động lực học, quan trọng là phải đảm bảo tính cân bằng của robot trong quá trình chuyển động. -Kết cấu phải gọn nhẹ để có thể phát huy được tính cơ động của robot. Từ những yêu cầu cơ bản trên ta đi chọn kết cấu cho phù hợp. +Khung robot được chế tạo bằng những ống thép rỗng hình tròn để đảm bảo độ cứng vững nhưng đồng thời giảm được khối lượng và kết cấu gọn nhẹ. Các động cơ được gắn vào các khâu, tại các khớp có vỏ để che kín để chánh tình trạng bị kẹt dây điện. Tại khớp 2 và 4 có gắn các đối trọng để đảm bảo tính cân bằng.Để tăng khả năng tự hãm tại các khớp ta sử dụng bộ truyền trục vít-bánh răng và bánh răng-trục vít,ngoài ra chúng có tỷ số truyền lớn giúp ta thay đổi được vận tốc gần với vận tốc lý tưởng hơn. +Tại các các khớp 1, 3, 5 là các khớp trụ loại 5. Các khớp này chịu tác dụng do lực dọc trục gây ra là lớn nên ở các khớp này ta sử dụng ổ bi đũa côn để tăng khả năng chịu tải lực dọc trục.Tại các khớp này ta sử dụng bộ truyền cơ khí trục vít-bánh răng. +Tại các khớp 2, 4, 6 là các khớp bản lề. Các khớp này chịu tải trọng lớn (nhất là khớp 2) do trọng lượng các khâu khớp. Nên ta sử dụng tại các khớp này là các ổ trượt dùng cơ cấu trục-bạc. Ngoài khả năng chịu tải trọng nó còn làm cho kết cấu đơn giản nhưng vẫn cho độ chính xác cao, dễ lắp đặt hạ giá thành.Tại các khớp này ta sử dụng bộ truyền cơ khí bánh răng-trục vít. I.2. Hình dạng và kích thước của các khâu khớp: +Đầu đo: Do không chịu lực tác dụng nào lớn và để thuận tiện khi đo nên ta thiết kế một cách nhỏ gọn như hình dưới và có chiều dài là 210 mm Hình 3-2:Hình dạng đầu đo +khớp 6 gồm : trục bậc có đường kính d6 = 6 mm ;D6 = 8 mm ; chiều dài L6= 100 mm Tại khớp này ta chỉ cần sử dụng bộ truyền trục vít. Hình 3-3: Hình dạng trục khớp 6 +Khâu 5: chiều dài L= 65 mm ;đường kính D = 60 mm Hình 3-4: Hình dạng khâu 5 +Khâu 4 và khớp 5: Hình 3-5: Hình dạng khâu 4 và khớp 5 +Khâu 3: chiều dài L= 158 mm ;đường kính D = 84 mm Hình 3-6: Hình dạng khâu 3 +Khâu 2 và khớp 3: Hình 3-7: Hình dạng khâu 2 và khớp 3 +Khâu 1: chiều dài L= 264 mm ;đường kính D = 100 mm Hình 3-8: Hình dạng khâu 1 I.3.tính khối lượng: Các chi tiết của Robot hầu hết là các chi tiết dạng hình trụ và vật liệu làm bằng thép (có khối lượng riêng là: 7000 kg/m3]) ta hay sử dụng công thức sau để tính toán: m = (pd2/4).l.7000 (kg) Trong đó: - d : là đường kính l :là chiều dài Lấy p = 3,14 + Khối lượng đầu đo: mdd = 0,2128 (kg) +Khối lượng trục khớp 6: mt6 = 0,0165 (kg) +Khối lượng khâu 5: mk5 = 0,3154 (kg) +Khối lượng trục 5: mt5 = 0,0698 (kg) +Khối lượng khâu 4: mk4 = 0,4390 (kg) +Khối lượng trục 4: mt4 = 0,0659 (kg) +Khối lượng khâu 3: mk3 = 0,7132 (kg) +Khối lượng trục 3: mt3 = 0,1607 (kg) +Khối lượng khâu 2: mk2 = 1,7323 (kg) +Khối lượng trục 2: mt2 = 0,1607 (kg) +Khối lượng khâu 1: mk1 = 1,4 (kg) +Khối lượng trục 1: mt1 = 0,3736 (kg) +Tính đối trọng cho khâu 2: Hình 3-9: Sơ đồ phân tích lực Ta lấy trọng lượng của hộp giảm tốc của khớp 3 và 4 là 0,3 (kg), còn của khớp 5 và 6 lấy là 0,2 (kg) Phương trình cân bằng momen tại khớp 2: Pdt .x = P9.x9 + P8.x8 + P7.x7 + P6.x6 + P5.x5 + P4.x4 + P3.x3 + P2.x2 + P1.x1 Trong đó: xi là khoảng cách từ tâm trục 2 đến các điểm đặt các trọng lực có khối lượng Pi .Đối trọng có trọng lượng là Pdt đặt cách tâm trục 2 một đoạn x. x9 = 100 (mm) P9 = 0,7223 (kg) x8 = 200 (mm) P8 = 0,3 + 0,1607 = 0,46072 (kg) x7 = 250 (mm) P7 = 0,7132 (kg) x6 = 300 (mm) P6 = 0,3 + 0,0659 = 0,36594 (kg) x5 = 345 (mm) P5 = 0,9590 (kg) x4 = 400 (mm) P4 = 0,2 + 0,0698 = 0,2698 (kg) x3 = 480 (mm) P3 = 0,3154 (kg) x2 = 550 (mm) P2 = 0,2 + 0,0165 = 0,2165 (kg) x1 = 650 (mm) P1 = 0,0,2127 (kg) Lấy x = 200 (mm) và thay số vào phương trình cân bằng ta có: Pdt .0,2 =1,2998 ị Pdt = 6,499 ằ 6,5 (kg) +Tổng khối lượng của các khâu khớp robot: Smkk = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 + P8 + P9 + Pdt + mt2 + mt1 + mk1 + + mdc1 + mdc2 trong đó ta có: P=P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 + P8 + P9 = 4,5 (kg) Smkk = 4,5 + 6,5 + 0,37 + 0,16 ._.+ 1,4 + 0,3 + 0,3 = 13,53 (kg) +Khối lượng chân đế : mcd = 15 (kg) +Tổng khối lượng của robot : mS = 28,53 (kg) II.Truyền dẫn cơ khí II.1.Truyền dẫn cơ khí trong ROBOT ASH 45. Truyền dẫn cơ khí có rất nhiều loại hình, chúng được dùng rộng rãi trong kỹ thuật máy nói chung và trong kỹ thuật robot nó riêng. Robot ASH-45 là robot đo có 6 bậc tự do. Các khớp chuyển động của robot là các khớp quay. Do vậy, chuyển động cơ khí của ASH tại các khớp là chuyển động quay tròn.Ngoài ra, ASH có hình dáng kết kấu gọn nhẹ và có sử dụng đối trọng trong kết cấu làm giảm tải trọng làm việc. Từ những đặc điểm trên ta sử dụng bộ truyền động điện là động cơ một chiều kết hợp với bộ truyền trục vít và bánh răng nghiêng để truyền động. Tại các khớp quay yêu cầu độ tự hãm phải cao để giảm thiểu chiệt để momen do quán tính gây ra và đảm bảo tính cân bằng động lực học cho robot trong quá trình chuyển động đo. Do vậy ta sử dụng bộ truyền trục vít bánh vít và bánh răng nghiêng vì chúng có độ tự hãm cao ngoàI ra còn có tỉ số truyền lớn dễ dàng cho việc thay đổi vận tốc. II.2Động cơ điện và điều khiển động cơ. II.2.1.ứng dụng truyền động điện Truyền động điện được sử dụng khá nhiều trong kỹ thuật robot. vì có những ưu điểm như là điều khiển đơn giản không phải dùng các bộ biến đổi phụ thêm, không gây bẩn cho môi trường, các loại động cơ hiện đại có thể lắp trực tiếp trên các khớp quay... Tuy nhiên so với truyền động thuỷ khí thì truyền động điện có tỷ lệ thấp giữa công suất truyền trên một một đơn vị khối lượng và thông thường đòi hỏi kèm theo hộp giảm tốc cồng kềnh vì trong tay máy tốc độ quay rất chậm... Trong kỹ thuật robot về nguyên tắc có thể dùng động cơ điện các loại khác nhau, nhưng trong thực tế chỉ có hai loại được dùng nhiều hơn cả. Đó là động cơ điện một chiều và động cơ bước. Ngày nay do những thành công mới trong nghiên cứu điều khiển động cơ xoay chiều, nên cũng có xu hướng chuyển sang chuyển sử dụng động cơ xoay chiều để tránh phải trang bị thêm bộ nguồn điện một chiều. Ngoài ra loại động cơ một chiều không chổi góp ( DC brushless motor) cũng bắt đầu được ứng dụng nhiều. II.2.2Động cơ điện một chiều: Hình 3-10: Sơ đồ động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều gồm có hai phần (hình 4-2) a. Stato cố định với các cuộn dây có dòng điện cảm hoặc dùng nam châm vĩnh cửu. Phần này gọi là phần cảm. Phần cảm tạo nên từ thông trong khe hở không khí. b. Roto với các thanh dẫn. Khi có dòng điền một chiều chạy qua và với dòng từ thông xác định, roto sẽ quay. Phần này còn gọi là phần ứng. Do cách khác nhau khi bố trí dây cuốn phần cảm so với phần ứng ta có những loại động cơ điện một chiều khác nhau: Động cơ kích từ song song. Động cơ kích từ nối tiếp. Động cơ kích từ hỗn hợp. Các đại lượng chủ yếu xác định sự làm việc của động cơ một chiều là: U - Điện áp cung cấp của phần ứng. I - Cương độ dòng điện trong phần ứng. r - Điện trở trong phần ứng. - Từ thông trong khe hở. E - Sức phản điện động phần ứng. Các quan hệ cơ bản khi làm việc là: E = U – rI = kn (1) k phụ thuộc vào đặc tính của dây cuốn và số thanh dẫn tác dụng của phần ứng. Từ (1) ta có các nhận xét sau: +Khởi động E băng 0 khi mở máy, chỉ có điện trở phần ứng r rất nhỏ hạn chế dòng điện. Vì thế cần phản cần phải có biến trở mở máy để duy trì I ở giá trị thích hợp. +Số vòng quay: Vậy điều chỉnh tốc độ có thể tiến hành bằng cách tác động vào điện áp U hoặc tác động vào từ thông . +Momen động C xác định từ phương trình cân bằng công suất: EI = 2nC Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: Về phương diện điều chỉnh tốc độ thì động cơ điên một chiều có nhiều ưu việt hơn hẳn các động cơ khác. Khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng trong dải rộng và có cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản. Như đã nói trên, có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: - Tác động lên từ thông thông qua việc điều chỉnh điện áp dòng kích từ. - Điều chỉnh điện áp phần ứng. Khi điều chỉnh tốc độ 0 đến tốc độ định mức bằng cách dữ từ thông không đổi và tác động vào điện áp phần ứng U thì momen sẽ không đổi, còn công suất tăng theo tốc độ. Khi điều chỉnh tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức bằng cách tác động lên từ thông và giữ điện áp phần ứng không đổi thì công suất không đổi, còn momen giảm theo tốc độ. Khi từ thông tiến về không thì tốc độ tiến tới vô cùng. Vì vậy khi không tải , động cơ kích từ nối tiếp có có tốc độ quá lớn, các loại động cơ kích từ song song hoặc hỗn hợp để quá tốc độ nếu cắt mạch kích từ của nó. Đảo chiều quay: Chiều quay của phần ứng phụ thuộc vào chiều dòng điện trong dây cuốn phần ứng và chiều của từ trường. Để đổi chiều quay của động cơ điện một chiều cần đổi hoặc chiều của từ thông hoặc dòng điện phần ứng. II.3.Tính toán hộp giảm tốc cho khớp 1. Trong kết cấu của robot có 6 hộp giảm tốc việc tính toán rất dàI do vậy em chọn hộp giảm tốc cho khớp 1 và 2 để tính . Đó là hai khớp quan trọng cần độ chính xác cao nhất. II.3.1Chọn động cơ và hộp giảm tốc: II.3.1.1.Chọn động cơ: +Vận tốc của trục là 5 giây quay một vòng hay n=12 vòng/phút đổi ra vận tốc dài : v = 0,05 m/s +Khối lượng tải: P = 13 kg ị Lực tải : Ft = 13.10 = 130 (N) +Công suất trên trục động cơ: Pct = = Trong đó : Pt : công suất tính toán h : hiệu suất truyền động F : lực tải v : vận tốc trục h = hbr . htv . hol3 = 0,97.0,3.(0,99)3 = 0,2795 Pct = = 0,023 KW = 23 W +Tỉ số truyền: u = ubr.utv Chọn ubr = 5 Chọn utv = 40 u = 5.40 = 200 +Vận tốc sơ bộ : nsb = n.u = 12.200 = 2400 vg/ph Ta dùng động cơ cùng loại với động cơ ở khớp 2 : Pct = 25 W nsb = 2500 vg/ph II.3.1.2.Hộp giảm tốc:Trục vít- bánh vít Hình 3-11:Sơ đồ hộp giảm tốc trục vít-bánh vít +Công suất từng trục : P3 = P3/hol = 0,0065/0,99 = 0,00656 (KW) = 6,56 W P2 = P3/hol .hbr = 0,00676 (KW) = 6,76 W P1 = P2/hol .htv = 0,017 (KW) = 17 W +Vận tốc từng trục : n1 = ndc = 2500 vg/ph n2 = n1/utv= 2500/40 = 62,5 vg/ph n3 = n2/ubr = 62,5/5 = 12,5 vg/ph +Momen từng trục : T1 = 9,55.106 . P1/n1 = 32,47 Nmm T2 = 9,55.106 . P2/n2 = 1032 Nmm T3 = 9,55.106 . P3/n3 = 4966 Nmm Bảng thông số hộp giảm tốc : Trục Thông số Động cơ 1 2 3 Công suất P, W 25 17 6,76 6,56 Tỉ số truyền u 1 40 5 Số vòng quay n, vg/ph 2500 2500 62,5 12,5 Mômen xoắn T, Nmm 32,47 32,47 1032 4966 II.3.1.3Bộ truyền trục vít: a.Chọn vật liệu: Vận tốc trượt : vs = 4,5.10-5.n1. vs = 4,5.10-5.5000. = 14,3.10-5 (m/s) Do vs < 2 m/s ta chọn: +Bánh vít : Dùng gang để chế tạo sb = 180 (MPa) ; sch = 360 (MPa) +Trục vít: thép 50 b.Xác định ứng suất cho phép : +ứng suất tiếp xúc cho phép : [sH] Tra bảng 7.2 ta có : [sH] = 190 (MPa) +ứng suất uốn cho phép : [sF] [sF] = 0,075. sb = 0,075.180 = 13,5 (MPa) +ứng suất cho phép khi qua tải: [sH]max = 2. sch = 2.360 = 720 (MPa) [sF]max = 0,8. sch = 0,8.360 = 288 (MPa) c.Xác định các thông số bộ truyền: +Khoảng cách trục : aw = (z2 + q) Số mối ren : z1 = 1 ; hiệu suất h = 0,75 Số răng bánh vít : z2 = u.z1 = 40.1 = 40 Chọn hệ số tải trọng KH = 1,2 ; hệ số đường kính trục vít q = 8 Mômen xoắn trên trục bánh vít : T2 = T1. h T2 = 32,47.0,75 = 24,35 Nmm aw = (40+ 8) = 7,29 ằ 8 mm +Mô đun : chọn m =1 +Hệ số dịch chỉnh : x = (aw/m)-0,5(q+z2) = 0 d.Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc : sH = (170/z2) sH = (170/80) = 171 < [sH] = 190 (MPa) Thoả mãn điều kiện thừa bền e.Kiểm nghiệm về độ bền uốn răng bánh vit: sF = 1,4T2YFKF/b2d2mn mn = m.cosn = 0,5.cos7,12 = 0,496 Đường kính vòng chia bánh vít : d2 = m.z2 = 1.40 = 40 Chiều rộng vành răng bánh vít : b2 = 10,125 Hệ số dạng răng tra bảng 7.8 ta có YF = 1,34 Hệ số tải trọng : KF = KFb . KFv KFb = 1,2 ; KFv = 1,226 ; KF = 1,2.1,226 = 1,4712 sF = 1,4.24,32.1,34.1,47/10,125.40.0,499 = 0,44 < [sF] = 13,5 (MPa) Thoả mãn điều kiện thừa bền g.Kiểm nghiệm răng về quá tải : Kqt = Tmax/T = 1,4 sHmax = sH. = 171. = 202 < [sH]max = 720 (MPa) Thoả mãn qua tải sFmax = sF. = 0,44. = 0,52 < [sF]max = 288 (MPa) Thoả mãn quá tải II.3.1.4Bộ truyền bánh răng nghiêng: a.Chọn vật liệu: -Ta chọn vật liệu làm cặp bánh răng nghiêng là thép 35XM tôi cải thiện có: +Độ rắn : HRC = 50 +Giới hạn bền : sb = 1600 MPa +Giới hạn chảy : sch = 1400 MPa b.ứng suất cho phép : +ứng suất tiếp xúc cho phép [sH] : [sH] = (s0Hlim/SH)ZR. ZV. KXH. KHL +ứng suất uốn cho phép [sF] : [sF] = (s0Flim/SF)YR. YS. KXF. KFC . KFL Trong bước tính sơ bộ lấy : ZR. ZV. KXH = 1 và YR. YS. KXF = 1 do đó : [sH] = s0Hlim. KHL /SH [sF] = s0Flim. KFC . KFL /SF Tra bảng 6.2 ta có : s0Hlim = 17 HRCm + 200 (MPa) ; SH = 1,2 s0Flim = 550 (MPa) ; SF = 1,75 KFC = 0,8 ; KFL = 1 ; KHL = 1 [sH] = 370.1/1,2 = 308,33 (MPa) [sF] = 550.0,8/1,75 = 251,428 (MPa) c.Xác định thông số cơ bản của bộ truyền : +Khoảng cách trục aw : aw = Ka(u+1) Trong đó ta có : Mômen xoắn trên bánh chủ động T1 = 1032 (Nmm) Tra bảng 6.5 ta có : Ka = 17 ; u = 5 ; [sH] = 190 (MPa) Tra bảng 6.6 : yba = bw/aw = 0,25 ; KHb = 1,05 aw = 17(5+1) = 45 mm +Môđun : m = (0,01á0,02).aw = 0,02.45 = 0,9 Lấy m = 1,5 +Xác định góc nghiêng b và hệ số dịch chỉnh x chọn b = 100 z1 = = = 14,7 răng Lấy z1 = 16 răng z2 = u.z1 = 5.16 = 80 răng Hệ số dịch chỉnh tâm : y = aw/m – 0,5(z1+z2) = 5 +Đường kính chia : d1 = mz1/cosb = 1,5.16/cos100 = 24,3 d2 = mz2/cosb = 1,5.80/cos100 = 121,8 +Đường kính lăn : dw1 = d1 + [2y/(z1+z2)]d1 = 26,5 dw2 = 26,5.u = 132,5 d.Kiểm nghiệm răng: +Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: sH = Zm.ZH.Ze. Tra bảng 6.5 ta có : ZM = 69,5 Tra bảng 6.12 : ZH = 1,74 Hệ số trùng khớp răng : Ze = = = 0,75 eb = bw.sinb/(m.p) = 6,25.sin100/1,5.3,14 = 0,23 Bề rộng vành răng : bw = Yba.aw = 0,25.75 = 18,75 ea = [1,88-3,2(1/z1 + 1/z2)]cosb = 1,615 KH = KHb.KHa.KHV Tra bảng 6.14 : KHb = 1,05 ; KHa = 1,01 ; KHV = 1 (Phụ lục 2.3) KH = 1,05.1,01.1 = 1,06 sH = 69,5.1,74.0,75. = 47 sH = 47 < [ sH ] = 190 thừa bền +Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn : sF1 = 2.T1.KF.Ye.Yb.YF1/(bw.dw.m) Ê [sF1] sF2 =sF1.YF2/YF1 Ê [sF2] = [sF1] Với T1 = 1032 ; m = 1,5 ; bw = 18,75 ; dw1 = 26,5 Ye.= 1/ea = 1/1,733 = 0,577 Yb.= 1- 10/140 = 0,928 zv1 = z1/cos3b = 16,75 zv1 = z2/cos3b = 83,75 Tra bảng 6.18 ta có : YF1 = 3,7 ; YF2 = 3,6 KF = KFb . KFa . KFV Tra bảng P2.3 : KFV = 1,05 ; KFb = 1,07 ; KFa = 1,05 KF = 1,05.1,07.1,05 = 1,179 sF1 = 2.1032.1,179.0,577.0,9283,7/18,75.26,5.1,5 = 79,156 sF1 = 79,156 < [sF1] = 251,428 (MPa) sF1 = sF1. YF2/YF1 = 79,156.3,6/3,7 = 77,016 < [sF1] = 251,428 (MPa) Vậy thừa bền. +Kiểm nghiệm răng về qua tải: Kqt = Tmax/T = 1,4 sHmax = sH. = 47. = 293 < [sH] = 308 (MPa) Thoả mãn qua tải sFmax = sF. = 79,156. = 93,6 < [sH] = 251,43 (MPa) Thoả mãn qua tải Bảng các thông số của bộ truyền Bộ truyền trục vít Khoảng cách trục aw = 8 mm Mô đun m=1 Hệ số đường kính q = 25 Tỉ số truyền u=40 Số ren trục vít và số răng bánh vít Số mối ren : z1 = 1 Số răng bánh vít : z2 = 40 Hệ số dịch chỉnh bánh vít x=0 Góc vít 2,290 Chiều dài phần cắt ren trục vít b = 12mm Chiều rộng bánh vít b2 = 10,125 mm Đường kính chia d1 = 12,5 mm d2 = 40 mm Đường kính đỉnh da1 = 13,5 mm da2 = 42 mm Bộ truyền bánh răng nghiêng Khoảng cách trục aw = 45 mm Mô đun Chiều rộng vành răng m=1,5 bw=18,75 mm Tỉ số truyền U=5 Góc nghiêng của răng b = 100 Số răng bánh răng z1 =16 ; z2 =80 Hệ số dịch chỉnh x1=0 ; x2=0 Đường kính vòng chia d1 = 24,3 mm d2 = 121,8 mm Đường kính đỉnh răng da1 = 27,3 mm da2 = 124,8 mm II.4.Tính toán hộp giảm tốc cho khớp 2 II.4.1.Chọn động cơ và hộp giảm tốc: a.Chọn động cơ: +Vận tốc của trục là 5 giây quay một vòng hay n=12 vòng/phút đổi ra vận tốc dài : v= 0,05 m/s +Khối lượng tải: P + Pdt = 4,5 + 6,5 = 11 kg ị Lực tải : Ft = 11.10 = 110 (N) +Công suất trên trục động cơ: Pct = = Trong đó : Pt : công suất tính toán h : hiệu suất truyền động F : lực tải v : vận tốc trục h = hbr . htv . hol2 . hot = 0,97.0,3.(0,99)2.0,98 = 0,2795 Pct = = 0,0196 KW =19,6 W +Tỉ số truyền: u = ubr.utv Chọn ubr = 5 Chọn utv = 40 u = 5.40 = 200 +Vận tốc sơ bộ : nsb = n.u = 12.200 = 2400 vg/ph Tra bảng phụ lục với : Pct = 19,6 W nsb = 2500 vg/ph Ta dùng động cơ có : Pct = 20 W nsb = 2500 vg/ph b.Hộp giảm tốc: Hình 3-12: Sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng-trục vít +Công suất từng trục : P3 = P3/hot = 0,0055/0,98 = 0,0056 (KW) = 5,6 W P2 = P3/hol .htv = 0,0188 (KW) = 18,8 W P1 = P2/hol .hbr = 0,0194 (KW) = 19,4 W +Vận tốc từng trục : n1 = ndc = 2500 vg/ph n2 = n1/ubr= 2500/5 = 500 vg/ph n3 = n2/utv = 500/40 = 12,5 vg/ph +Momen từng trục : T1 = 9,55.106 . P1/n1 = 37,2 Nmm T2 = 9,55.106 . P2/n2 = 179,54 Nmm T3 = 9,55.106 . P3/n3 = 14821 Nmm Bảng thông số hộp giảm tốc : Trục Thông số Động cơ 1 2 3 Công suất P, W 20 19,4 18,8 5,6 Tỉ số truyền u 1 5 40 Số vòng quay n, vg/ph 2500 2500 500 12,5 Mômen xoắn T, Nmm 37,2 37,2 179,54 14821 II.4.2.Bộ truyền bánh răng nghiêng a.Chọn vật liệu: -Ta chọn vật liệu làm cặp bánh răng nghiêng là thép 35XM tôi cải thiện có: +Độ rắn : HRC = 50 +Giới hạn bền : sb = 1600 MPa +Giới hạn chảy : sch = 1400 MPa b.ứng suất cho phép : +ứng suất tiếp xúc cho phép [sH] : [sH] = (s0Hlim/SH)ZR. ZV. KXH. KHL + ứng suất uốn cho phép [sF] : [sF] = (s0Flim/SF)YR. YS. KXF. KFC . KFL Trong bước tính sơ bộ lấy : ZR. ZV. KXH = 1 và YR. YS. KXF = 1 do đó : [sH] = s0Hlim. KHL /SH [sF] = s0Flim. KFC . KFL /SF Tra bảng 6.2 ta có : s0Hlim = 17 HRCm + 200 (MPa) ; SH = 1,2 s0Flim = 550 (MPa) ; SF = 1,75 KFC = 0,8 ; KFL = 1 ; KHL = 1 [sH] = 370.1/1,2 = 308,33 (MPa) [sF] = 550.0,8/1,75 = 251,428 (MPa) c.Xác định thông số cơ bản của bộ truyền : +Khoảng cách trục aw : aw = Ka(u+1) Trong đó ta có : Mômen xoắn trên bánh chủ động T1 = 37,2 (Nmm) Tra bảng 6.5 ta có : Ka = 17 ; u = 5 ; [sH] = 308,33 (MPa) Tra bảng 6.6 : yba = bw/aw = 0,25 ; KHb = 1,05 aw = 17(5+1) = 25 mm +Môđun : m = (0,01á0,02).aw = 0,02.25 = 0,5 +Xác định góc nghiêng b và hệ số dịch chỉnh x chọn b = 100 z1 = = = 32,8 răng Lấy z1 = 30 răng z2 = u.z1 = 5.30 = 150 răng Hệ số dịch chỉnh tâm : y = aw/m – 0,5(z1+z2) = 4 +Đường kính chia : d1 = mz1/cosb = 0,25.30/cos100 = 8,12 d2 = mz2/cosb = 0,25.150/cos100 = 40,6 +Đường kính lăn : dw1 = d1 + [2y/(z1+z2)]d1 = 8,6275 dw2 = 8,627.u = 43,137 d.Kiểm nghiệm răng: +Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc: sH = Zm.ZH.Ze. Tra bảng 6.5 ta có : ZM = 69,5 Tra bảng 6.12 : ZH = 1,74 Hệ số trùng khớp răng : Ze = = = 0,75 eb = bw.sinb/(m.p) = 6,25.sin100/0,25.3,14 = 1,387 Bề rộng vành răng : bw = Yba.aw = 0,25.25 = 6,25 ea = [1,88-3,2(1/z1 + 1/z2)]cosb = 1,733 KH = KHb.KHa.KHV Tra bảng 6.14 : KHb = 1,05 ; KHa = 1,01 ; KHV = 1 (Phụ lục 2.3) KH = 1,05.1,01.1 = 1,06 sH = 69,5.1,74.0,75. = 238 sH = 238 < [ sH ] = 308 thừa bền +Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn : sF1 = 2.T1.KF.Ye.Yb.YF1/(bw.dw.m) Ê [sF1] sF2 =sF1.YF2/YF1 Ê [sF2] = [sF1] Với T1 = 1260 ; m = 0,5 ; bw = 6,25 ; dw1 = 8,6275 Ye.= 1/ea = 1/1,733 = 0,577 Yb.= 1- 10/140 = 0,928 zv1 = z1/cos3b = 33,503 zv1 = z2/cos3b = 167,519 Tra bảng 6.18 ta có : YF1 = 3,7 ; YF2 = 3,6 KF = KFb . KFa . KFV Tra bảng P2.3 : KFV = 1,05 ; KFb = 1,07 ; KFa = 1,05 KF = 1,05.1,07.1,05 = 1,179 sF1 = 2.1260.1,179.0,577.0,9283,7/6,25.8,63.0,5 = 218,26 sF1 = 218,26 < [sF1] = 251,428 (MPa) sF1 = sF1. YF2/YF1 = 218,26.3,6/3,7 = 212,36 < [sF1] = 251,428 (MPa) Vậy thừa bền. +Kiểm nghiệm răng về qua tải: Kqt = Tmax/T = 1,4 sHmax = sH. = 238. = 281 < [sH] = 308 (MPa) Thoả mãn qua tải sFmax = sF. = 218. = 250 < [sH] = 251,43 (MPa) Thoả mãn qua tải II.4.3.Bộ truyền trục vít a.Chọn vật liệu: Vận tốc trượt : vs = 4,5.10-5.n2. = 4,5.10-5.1000. 1,1 (m/s) vs Do vs < 2 m/s ta chọn: +Bánh vít : Dùng gang để chế tạo sb = 180 (MPa) ; sch = 360 (MPa) +Trục vít: thép 50 b.Xác định ứng suất cho phép : +ứng suất tiếp xúc cho phép : [sH] Tra bảng 7.2 ta có : [sH] = 190 (MPa) +ứng suất uốn cho phép : [sF] [sF] = 0,075. sb = 0,075.180 = 13,5 (MPa) +ứng suất cho phép khi qua tải: [sH]max = 2. sch = 2.360 = 720 (MPa) [sF]max = 0,8. sch = 0,8.360 = 288 (MPa) c.Xác định các thông số bộ truyền: +Khoảng cách trục : aw = (z2 + q) Số mối ren : z1 = 1 ; hiệu suất h = 0,75 Số răng bánh vít : z2 = u.z1 = 40.1 = 40 Chọn hệ số tải trọng KH = 1,2 ; hệ số đường kính trục vít q = 25 Mômen xoắn trên trục bánh vít : T2 = T1. h T2 = 6112.0,75 = 4584 Nmm aw = (40+ 25) = 29,6 ằ 30 mm +Mô đun : chọn m =2 +Hệ số dịch chỉnh : x = (aw/m)-0,5(q+z2) = 0 d.Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền tiếp xúc : sH = (170/z2) sH = (170/80) = 110,32 < [sH] = 210 (MPa) Thoả mãn điều kiện thừa bền e.Kiểm nghiệm về độ bền uốn răng bánh vit: sF = 1,4T2YFKF/b2d2mn mn = m.cosn = 1.cos2,29 = 0,998 Đường kính vòng chia bánh vít : d2 = m.z2 = 2.40 = 80 Chiều rộng vành răng bánh vít : b2 = 37,5 Hệ số dạng răng tra bảng 7.8 ta có YF = 1,34 Hệ số tải trọng : KF = KFb . KFv KFb = 1,2 ; KFv = 1,226 KF = 1,2.1,226 = 1,4712 sF = 1,4.4584.1,34.1,47/37,5.80.1.998 = 4,217 < [sF] = 37,5 (MPa) Thoả mãn điều kiện thừa bền f.Kiểm nghiệm răng về quá tải : Kqt = Tmax/T = 1,4 sHmax = sH. = 110,32. = 130 < [sH]max = 400 (MPa) Thoả mãn qua tải sFmax = sF. = 2,106. = 2,49 < [sH]max = 160 (MPa) Thoả mãn quá tải Bảng các thông số của bộ truyền Bộ truyền bánh răng nghiêng Khoảng cách trục aw = 25 mm Mô đun Chiều rộng vành răng m=0,5 bw=6,25 mm Tỉ số truyền u=5 Góc nghiêng của răng b = 100 Số răng bánh răng z1 =30 ; z2 =150 Hệ số dịch chỉnh x1=0 ; x2=0 Đường kính vòng chia d1 = 8,12 mm d2 = 40,6 mm Đường kính đỉnh răng da1 = 9,12 mm da2 = 41,6 mm Bộ truyền trục vít Khoảng cách trục aw = 30 mm Mô đun m=2 Hệ số đường kính q = 25 Tỉ số truyền u=40 Số ren trục vít và số răng bánh vít Số mối ren : z1 = 1 Số răng bánh vít : z2 = 40 Hệ số dịch chỉnh bánh vít x=0 Góc vít 2,290 Chiều dài phần cắt ren trục vít b = 12mm Chiều rộng bánh vít b2 = 37,5 mm Đường kính chia d1 = 25 mm d2 = 80 mm Đường kính đỉnh da1 = 27 mm da2 = 82 mm Chương 4 sai số của phép đo toạ độ kiểu tay quay Khi tiến hành bất kỳ một phép đo nào, người làm công tác đo lường phải luôn quan tâm đến mức độ chính xác của phép đo bởi vì kết quả đo chỉ cho ta một giá trị gần đúng với giá trị thực của đại lượng đo, cho dù ta có cẩn thận đến đâu, máy chọn dùng có chính xác đến mức nào và phương pháp có tốt đến mấy đi nữa. Sai số đo là sai lệch giữa giá trị chỉ thị đọc được và giá trị trực của đại lượng đo, nó phản ánh mức độ chính xác của phép đo. Sai số đo càng nhỏ thì độ chính xác của phép đo càng cao, kết quả đo càng gần với giá trị thực của đại lượng đo và ngược lại. Chỉ khi biết rõ sai số đo hay phạm vi xuất hiện của sai số đo thì kết quả đo mới có ý nghĩa. Sai số đo chia làm hai thành phần: +Sai số hệ thống: Là loại sai số có trị số và dấu nhất định, biến thiên theo qui luật.Ví dụ: sai số hệ thống xuất hiện do sử dụng cơ cấu có sai số sơ đồ như cơ cấu tang, Culit, dụng cụ đo có sai số chế tạo, lắp ráp, điều chỉnh, sai số do điều kiện đo: nhiệt độ, áp suất. Trong từng phép đo cụ thể, nguyên nhân gây ra sai số hệ thống hoàn toàn xác định được, ta cần nắm được cách tính toán sai số hệ thống về trị số, dấu và nắm được qui luật xuất hiện để có phương pháp giảm thấp hoặc khử hết ra khỏi kết quả đo. +Sai số ngẫu nhiên: Là loại sai số do những nguyên nhân có tính ngẫu nhiên gây ra, chưa biết chắc nguyên nhân gây ra sai số, độ lớn, dấu và cả qui luật biến thiên của nó. Sai số này phát hiện bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần phép đo với mọi điều kiện như nhau. Chỉ có thể dự đoán khả năng gây ra sai số. Ví dụ: Sai số khe hở ổ, do các sai số hình dáng hoặc vị trí của các khâu trong dụng cụ đo. Có hai phương pháp đo: Đo trực tiếp: Là phương pháp đo mà giá trị của đại lượng đo được xác định trực tiếp không phải tính toán thông qua đại lượng khác. Đo gián tiếp: Là phương pháp đo mà giá trị đại lượng đo phải tính toán qua các đại lượng đo trực tiếp khác. Máy đo toạ độ cực kiểu tay quay chỉ cho ta toạ độ các điểm đầu đo từ đó phải tính toán các thông số hình học của chi tiết đo thông qua toạ độ các điểm đo, do đó mắc phải sai số do đo gián tiếp. Robot đo gồm các yếu tố cấu thành sau: q1, q2, q3, q4, q5, q6, d1, d3, d5 , d7 Trong đó : +q1, q2, q3, q4, q5, q6 có chứa sai số do khắc độ thuộc loại sai số hệ thống, có thể hiểu chỉnh được. Các góc q còn chứa đựng sai số ngẫu nhiên, đó là sai số nhỏ hơn một vạch chia. Ví dụ đĩa kính có độ chính xác khắc là một phút, nghĩa là nếu đĩa kính quay một góc nhỏ hơn một phút thì không có khả năng xác định góc quay đó. + d1, d3, d5 , d7 có sai số do thiết kế chế tạo. Những sai số thuộc loại hệ thống có thể hiệu chỉnh trong phần mềm, ví dụ như thiết kế chế tạo tay đòn có kích thước l = 100 mm, nhưng sau khi chế tạo đo được l = 100,01 mm thì trong phần mềm tính toán giá trị l được thay bởi l+Dl = 100+0,01. Còn những sai số do khe hở khớp quay, do dãn nở nhiệt thuộc phạm vi sai số ngẫu nhiên. I.Tính toán sai số: I.1.Sai số do một tay quay gây nên: Xét một tay đòn có chiều dài a ở vị trí bất kỳ, nếu sai số góc đĩa kính là Dq, thì sai số do tay đòn gây ra là một đại lượng không đổi Dd ằd.D q. Hình 4-1:Sơ đồ cho một tay đòn Chiếu sai số lên trục x: Dx = d.cos(q+Dq)-d.cos(q) = d.(cos(q+Dq)-cosq) ằ d.sinq.Dq Chia cả hai vế cho Dq ta có: x’j = d.sinq Chiếu sai số lên trục y: Dy = d.sin(q+Dq)-d.sin(q) = d.(sin(q+Dq)-sinq) ằd.cosq.Dq Chia cả hai vế cho Dq ta có: y’j = d.cosq Các công thức tính sai số chiếu lên các trục được viết lại như sau: Dx = Dy = Sai số do mỗi tay đòn gây nên có giá trị không đổi d. Dq. Khi tổ hợp nhiều tay đòn, vì mỗi tay đòn ở các vị trí khác nhau nên sai số chiếu nên các phương khác nhau và tổ hợp các sai số phụ thuộc vị trí các tay đòn, tức là phụ thuộc vào góc giữa các tay đòn với các trục I.2.Xét hai tay đòn trong mặt phẳng: Hình 4-2: Sơ đồ cho hai tay đòn x = d1cosq1 + d2cosq2 y = d1sinq1 + d2sinq2 Dx = + Dy = + Dx =- d1sinDq1 - d2sinDq2 Dy = d1cosDq1 + d2cosDq2 D = Nhìn vào biểu thức trên ta thấy : d1 , d2 , Dq1 , Dq2 là những đại lượng đã biết trước, khi q1 , q2 thay đổi thì Dx , Dy thay đổi ịD thay đổi. I.3.Xét ba tay đòn trong mặt phẳng: Hình 4-3: Sơ đồ cho ba tay đòn trong mặt phẳng x = d1cosq1 + d2cosq2 + d3cosq3 y = d1sinq1 + d2sinq2 + d3sinq3 Dx = + + Dy = ++ Dx =- d1sinDq1 - d2sinDq2- d3sinDq3 Dy = d1cosDq1 + d2cosDq2 + d3cosDq3 D = Hình 4-4: Sơ đồ khi các tay đòn cùng nằm trên một đường thẳng Sai số giá trị lớn nhất khi q1=q2=q3;(các tay đòn cùng nằm trên đường thẳng) D = d1. Dq1+ d2. Dq2+ d3. Dq3 I.4.Hệ tay đòn không gian : Hình 4-5: Sơ đồ tay đòn không gian +Lấy tâm O hệ toạ độ làm gốc, vẽ các vectơ bằng và cùng hướng với các tay đòn. Tìm thành phần x, y, z của các vectơ. xd3 = d3.cosq2.cosq1 yd3 = d3.cosq2.sinq1 zd3 = d3.sinq2 xd5 = - d5.cosq4.cosq3 yd5 = d5.cosq4.sinq3 zd5 = d5.sinq4 xd7 = d7.cosq6.cosq5 yd7 = d7.cosq6.sinq5 zd7 = d7.sinq6 X = d3.cosq2.cosq1 - d5.cosq4sin q3 + d7.cosq6.sin q5 Y = d3.cosq2.sinq1 + d5.cosq4.cosq3 + d7.cosq6.cosq5 Z = d3.sinq2+ d5.sinq4 + d7.sinq6 Sai số theo các phương : DX = X'q1. Dq1 + X'q2. Dq2 + X'q3. Dq3 + X'q4. Dq4 + X'q5. Dq5 + X'q6. Dq6 DY = Y'q1. Dq1 + Y'q2. Dq2 + Y'q3. Dq3 + Y'q4. Dq4 + Y'q5. Dq5 + Y'q6. Dq6 DZ = Z'q1. Dq1 + Z'q2. Dq2 + Z'q3. Dq3 + Z'q4. Dq4 + Z'q5. Dq5 + Z'q6. Dq6 Saukhi đạo hàm X,Y, Z theo các góc thay vào ta có : DX = - (d3.cosq2.sinq1). Dq1 - (d3.sinq2.cosq1). Dq2 - (d5.cosq4.cosq3). Dq3 - (d5.sinq4sinq3). Dq4 + (d7.cosq6.cosq5). Dq5 + (d7.sinq6.cosq5). Dq6 DY = (d3.cosq2.cosq1). Dq1 - (d3.sinq2.sinq1). Dq2 - (d5.cosq4.sinq3). Dq3 - (d5.sinq4.cosq3). Dq4 - (d7.cosq6.sinq5). Dq5 - (d7.sinq6.cosq5). Dq6 DZ = (d3.cosq2). Dq2 + (d5.cosq4). Dq4 + (d7.cosq6). Dq6 Sai số tổng hợp theo ba chiều: DS = II.Tính chọn các bộ đo góc : II.1.Xác định độ chính xác từng khâu. +Các thành phần tham gia sai số gồm các tay đòn d3, d5, d7, với các sai số góc đĩa kính Dq1, Dq2, Dq3, Dq4, Dq5, Dq6: -d3 có mặt trong hệ số của sai số Dq1, Dq2 -d5 có mặt trong hệ số của sai số Dq3, Dq4 -d7 có mặt trong hệ số của sai số Dq5, Dq6 +Chia hệ làm 3 phần, mỗi phần mang theo sai số theo hai phương vuông góc: -Phần 1: Tay đòn d3 mang theo sai số Dq1, Dq2 -Phần 2: Tay đòn d5 mang theo sai số Dq3, Dq4 -Phần 3: Tay đòn d7 mang theo sai số Dq5, Dq6 Giả thiết ba tay đòn đóng góp thành phần sai số như nhau. Gọi sai số của Robot đo là DS (Theo ba phương trong không gian) thì mỗi phần tham gia sai số là DS/3. DS/3 = d3. Dq1 ; DS/3 = d3. Dq2 DS/3 = d5. Dq3 ; DS/3 = d5. Dq4 DS/3 = d7. Dq5 ; DS/3 = d7. Dq6 Từ các tính toán cho thấy: Tay đòn càng dài thì độ chính xác của đĩa kính yêu cầu phải càng cao. Khi biết được sai số góc và bán kính đĩa kính, ta có thể biết được độ chính xác khắc vạch, sai số yêu cầu càng nhỏ thì bán kính đĩa kính phải càng lớn để có thể chia được các góc nhỏ. Tay đòn d7 ngắn nhất nên có sai số góc đĩa kính lớn nhất, bán kính của đĩa kính 5, 6 nhỏ nhất. II.2.Tính bán kính các thước kính. Với yêu cầu thiết kế : Sai số đo toạ độ kiểu tay máy là 0,4 mm các chiều dài tay đòn; d1= 400 ;d3=300; d5=250; d7=200 Sai số đĩa kính 1 bằng đĩa kính 2: Dq1 = Dq2 = DS/3.d = = 0,00044 rad Chiều rộng vạch khắc là 20mm thì bán kính là: R1 = R2 =Dsv/Dq1 = 0,02/0,00044 = 45 (mm) Sai số đĩa kính 3 bằng đĩa kính 4: Dq3 = Dq4 = DS/3.d = = 0,00053 rad Chiều rộng vạch khắc là 20mm thì bán kính là: R3 = R4 =Dsv/Dq3 = 0,02/0,00053 = 38 (mm) Sai số đĩa kính 5 bằng đĩa kính 6: Dq5 = Dq6 = DS/3.d = = 0,00066 rad Chiều rộng vạch khắc là 20mm thì bán kính là: R5 = R6 =Dsv/Dq5 = 0,02/0,00066 = 30 Sai số đĩa kính 1 bằng đĩa kính 2:Chương 5: Thiết kế hệ điều khiển I.Yêu cầu của hệ điều khiển: I.1.Nguyên tắc hoạt động của robot đo. Tay máy đo gồm 6 khớp,mỗi một khớp sẽ được quản lý bởi một bộ vi xử lý.Mỗi một bộ vi xử lý có chức năng điều khiển khép kín vừa thực hiện chức năng điều khiển động cơ cũng như thực hiện chức năng đo lường.Cả 6 bộ vi xử lý sẽ được nối chung Bus và được nối với máy tính qua cổng RS232.Mỗi một bộ vi xử lý sẽ có một địa chỉ xác định để ta có thể dễ dàng điều khiển. Tay máy đo hoạt động theo nguyên tắc:Muốn xác định vị trí của một điểm nào đấy trong không gian,ta phát lệch điều khiển cho từng khớp từ máy tính.Lệch điều khiển sẽ được truyền xuống vi xử lý.Khớp nào được điều khiển thì bộ vi xử lý của khớp đó sẽ nhận được lệch và bắt đầu điều khiển động cơ.Vị trí của các khớp sẽ được xác định nhờ hệ thống đo góc.Nhờ đó ta sẽ xác định được vị trí của đầu đo.Trong suốt quá trình điều khiển,vị trí của đầu đo luôn luôn cập nhật trong máy tính.Khi đầu đo đến đúng vị trí ta mong muốn thì vị trí của đầu đo cũng như vị trí vị trí của các khớp sẽ được lưu lại trong máy tính. I.2 .Yêu cầu đặt ra. Xuất phát từ nguyên tắc hoạt động của tay máy đo,ta đưa ra có yêu cầu sau : - Xây dựng hệ vi xử lý thực hiện hai chức năng :điều khiển động cơ đồng thời xử lý tín hiệu phản hồi từ hệ đo. - Xây dựng hệ truyền động điện thực hiện chức năng điều khiển động cơ một chiều(có đảo chiều). -Xây dựng hệ xử lý tín hiệu phản hồi từ hệ đo đồng thời nâng cao độ phân giải của hệ thống đo. -Truyền thông đa vi xử lý để kết nối giữa hệ điều khiển của từng khớp với máy tính. I.3 .Sơ đồ điều khiển toàn hệ thống. Hình 5-1: Sơ đồ điều khiển hệ thống. I.4 .Sơ đồ điều khiển từng khớp. Từ sơ đồ điều khiển toàn hệ thống,ta xây dựng sơ đồ điều khiển cho từng khớp Hình 5-2: Sơ đồ điều khiển từng khớp II. Thiết kế hệ truyền động điện II.1Hệ truyền động điện một chiều II.1.1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện kích từ độc lập,các bộ chỉnh lưu điều khiển...Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển .Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong và điện cảm khác không. Hình 5-3:Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế cơ chế độ xác lập. II.1.2. Hệ truyền động điện có đảo chiều. II.1.2.1 Nguyên lý điều chỉnh xung áp động cơ một chiều Để hệ truyền động có thể làm việc ở chế độ hãm tái sinh,có thể dùng sơ đồ điều chỉnh xung áp loại B,trong đó dòng điện phần ứng có thể đảo dấu,song sđđ động cơ chỉ cơ chiều dương.Khi khoá và van vận hành,dòng điện phần ứng luôn luôn dương,công suất điện từ của động cơ là ,máy điện làm việc ở chế độ động cơ.Để đảo chiều dòng điện ta đưa khoá và van vào vận hành còn khoá bị ngắt.Nếu E>0 thì sẽ có dòng điện chảy ngược lại chiều ban đầu do trong mạch chỉ có nguồn duy nhất là sđđ E,công suất điện từ của động cơ ,công suất này được tích vào điện cảm L.Khi ngắt,trên điện cảm L sinh ra sđđ tự cảm ,cùng chiều với sđđ quay E,tổng hai sdd này trở nên lớn hơn điện áp nguồn làm van dẫn dòng ngược về nguồn và trả lại nguồn phần năng lượng đã tích luỹ trong điện cảm L trước đó. Hình 5-5:Bộ điều chỉnh xung loại B Truyền động đảo chiều được thực hiện bởi bộ điều chỉnh xung loại B kép. Hình 5-6:Bô điều chỉnh xung loại B kép II.2 Xây dựng hệ truyền động điện điều chỉnh khớp II.2.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch điều khiển động cơ Các mạch tín hiệu thông thường chỉ xử lý tín hiệu và có công suất rất bé. Để có thể điều khiển các thiết bị chẳng hạn như động cơ thì cần có mạch khuếch đại công suất tín hiệu. II.2.2 Động cơ điện một chiều loại nhỏ. Động cơ điện một chiều loại nhỏ được sử dụng rất rộng dãi trong thực tế. Ta có thể thấy trong các cơ cấu chấp hành, các hệ điều khiển nhỏ. Sở dĩ nó được sử dụng rộng dãi là do nó có rất nhiều ưu điểm chẳng hạn như: có đặc tính điều chỉnh lớn(thay đổi tốc độ , mô men khởi động lớn, dùng dòng một chiều áp thấp thích hợp cho các mạch bán dẫn nhỏ). II.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển. Do yêu cầu của bài toán đặt ra là dải điều chỉnh tốc độ động cơ nhỏ. Do đó mạch điều khiển động cơ có thể thiết kế đơn giản là bộ băm xung có đảo chiều. Mục đích của việc băm xung là tạo ra một vài cấp ._.