Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 1 -
CHNG I : TNG QUAN V ROBOT Cể CU TRC SONG SONG
1.1 Gii thiu chung v Robot
1.1.1 Lch s ra i v phỏt trin Robot
T thp niờn 50, cựng vi s phỏt trin ca k thut iu khin theo
chng trỡnh s NC (Numerical Control) vi s h tr ca cỏc c cu Servo
v cỏc h in toỏn (Computation), ý tng kt hp iu khin NC vi cỏc
c cu iu khin t xa c hỡnh thnh v trin khai nghiờn cu. Vo gia
nhng nm 50, bờn cnh cỏc tay mỏy chộp hỡnh c khớ, ó xut hin cỏc loi
tay mỏy chộp hỡnh thy lc v in t nh tay mỏy Minotaur I hoc tay mỏy
Handyman ca General Electric. Nm 1954 George C.Devo ó thit k mt
thit b cú tờn l C cu bn l dựng chuyn hng theo chng trỡnh.
n nm 1956 Devol cựng vi Joseph F.Engelber, mt k s cụng nghip
hng khụng, ó to ra loi Robot cụng nghip u tiờn nm 1969 cụng ty
Unimation mi bt u cú li nhun t sn phm Robot u tiờn ny.
T nm 1972 b
t u thi k ca cỏc Robot th h th hai: Robot c
iu khin bng mỏy tớnh cú cỏc c quan cm xỳc l cỏc cm bin liờn h
ngc. i din cho th h ny l Robot Shakey ca vin nghiờn cu
Stanford. Nú l s th hin tng hp ca cỏc thnh tu Khoa hc - K thut -
Cụng ngh C khớ - in - in t - iu khin t ng - Tin hc. Robot
b
t u c ng dng rng rói trong hu ht cỏc lnh vc: t sn xut n
nghiờn cu khoa hc,c y t v i sng hng ngy.
Nm 1976 chic mỏy cụng c CNC s dng Microcomputer ra i.
Trong giai on nhng nm 80 v 90 vi s phỏt trin v bóo ca Khoa
hc - K thut - Cụng ngh, quy mụ sn xut v nghiờn cu khoa hc, th
gii c tha hng nhi
u thnh qu ca nú, c bit v mỏy tớnh v tin
hc lm thay i v cht cỏc trang thit b, t chc iu hnh sn xut v i
sng nh:
+ Thit k vi s tr giỳp ca mỏy tớnh - CAD.
+ Sn xut vi s tr giỳp ca mỏy tớnh - CAM.
+ H thng sn xut mm, linh hot - FMS.
+ Sn xut tớch hp mỏy tớnh - CIM.
+ Sn xut ỳng lỳc JIT.
+ i
u hnh qun lý cht lng ton din - TQM
+ Sn xut vi chin lc ton cu - WCM.
Nhng nm u tiờn ca th k 21, Robot ang bc sang th h mi. T
cỏc Robot iu khin theo kiu thao tỏc (Manual Input) ri n kiu Dn -
Dy, cỏc kiu iu khin ny c gi chung l iu khin cú chng trỡnh
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 2 -
dn ng v cỏc Robot kiu ny thng c gi l Robot khộo lộo (Robot
Habilis). Tip n l cỏc Robot cú trỡnh iu khin thớch nghi - thụng minh,
Robot cú trớ khụn (Robot Spiens).
S tin b ca Khoa hc - K thut - Cụng ngh gn nh thuc mi lnh
vc C hc - C khớ - in - in t - iu khin t ng - Mỏy tớnh - Tin
hc - Sinh vt hc u c th hin trờn s
phỏt trin ca Robot. Nhng
ng dng mi nht ca Robot vo y hc cú th k nh Robot phu thut v
thay th cỏc c quan hot ng ca con ngi, mụ phng cỏc loi sinh
vt.
Nhng kt qa tin b ca Khoa hc - K thut - Sn xut cho n nhng
nm 1970 ó hỡnh thnh khoa hc Roboties v C - in t (Mechatronics),
t ú cng b
t u o to cỏc chuyờn gia k thut thuc lnh vc Robot v
C - in t.
Trong nhng nm gn õy, robot cụng nghip ch yu c dựng cho cỏc
thao tỏc lp li nhiu ln v trong cỏc mụi trng nguy him. Xu hng ca
con ngi l ch to ra cỏc robot thụng minh, giỳp vic nh, giỳp ngi tn
tt, Mc dự cú nhiu l lc phỏt trin robot thụng minh, nhng cỏc loi
robot cú th mụ phng nhiu chc nng c
a con ngi vn cũn nhng hn
ch nht nh, ũi hi s phỏt trin ca cụng ngh v trớ tu nhõn to.
1.1.2 Robot cú cu trỳc song song
a) Gii thiu chung
Xut phỏt t nhu cu v kh nng linh hot húa trong sn xut, cỏc c cu
Robot cng ngy cng phỏt trin rt a dng v phong phỳ. Trong nhng
thp niờn gn õy, Robot cu trỳc song song c Gough v Whitehall
nghiờn cu nm 1962 v s chỳ ý ng dng ca Robot cu trỳc song song ó
c khi ng bi Stewart vo nm 1965. ễng l ngi cho ra i mt
bung (phũng) tp lỏi mỏy bay da trờn c cu song song. Hin nay c cu
song song
c s dng rng rói trong nhiu lnh vc.
Loi Robot song song in hỡnh gm cú bn mỏy ng c ni vi giỏ c
nh, dn ng theo nhiu nhỏnh song song hay cũn gi l s chõn. Thng
s chõn bng s bc t do, c iu khin bi ngun phỏt ng t trờn giỏ
c nh hoc ngay trờn chõn. Chớnh lý do ny m cỏc Robot song song ụi
khi gi l cỏc Robot cú b. Cỏc c cu tỏc ng iu khin t
i ngoi, nờn c
cu chp hnh song song thng cú kh nng chu ti ln.
Do tớnh u vit ca Robot song song nờn ngy cng thu hỳt c nhiu nh
khoa hc nghiờn cu, ng thi cng c ng dng ngy cng rng rói vo
nhiu lnh vc:
+ Ngnh Vt lý : Giỏ kớnh hin vi, giỏ thit b o chớnh xỏc.
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 3 -
+ Ngnh C khớ : Mỏy gia cụng c khớ chớnh xỏc,mỏy cụng c.
+ Ngnh Bu chớnh vin thụng : Giỏ ngten, v tinh a tnh.
+ Ngnh ch to ụtụ : H thng th ti lp ụtụ, bung tp lỏi ụtụ.
+ Ngnh quõn s : Robot song song c dựng lm b n nh c
t trờn tu thy, cỏc cụng trỡnh thy, trờn xe, trờn mỏy bay, trờn chin xa v
tu ngm. gi cõn bng cho ngten, camera theo dừi mc tiờu, cho rada,
cho cỏc thit b o laser, b n nh cho phỏo v tờn la, bung tp lỏi mỏy
bay, xe tng, t
u chin.
b) Mt s u nhc im ca Robot song song
Nhỡn chung, tt c cỏc lai Robot cú cu trỳc song song u cú nhiu u
im v cú th c ng dng trong nhiu lnh vc, cỏc b mụ hỡnh mỏy
bay, cỏc khung kin trỳc cú khp ni iu chnh, cỏc mỏy khai thỏc m
- u im :
+ Kh nng chu ti cao: cỏc thnh phn cu to nh hn nờn khi
lng ca cỏc thnh phn cng nh hn.
+ cng vng cao do kt cu hỡnh hc ca chỳng:
Tõt c cỏc lc tỏc ng ng thi c chia s cho tt c cỏc chõn.
Cu trỳc ng hc mt cỏch c bit ca cỏc khp liờn kt cho phộp
chuyn tt c cỏc lc tỏc dng thnh cỏc lc kộo/nộn c
a cỏc chõn.
+ Cú th thc hin c cỏc thao tỏc phc tp v hat ng vi
chớnh xỏc cao: vi cu trỳc song song, sai s ch ph thuc vo sai s dc
trc ca cỏc cm c cu chõn riờng l v cỏc sai s khụng b tớch ly.
+ Cú th thit k cỏc kớch thc khỏc nhau.
+ n gin húa cỏc c cu mỏy v gim s lng phn t do cỏc chõn
v khp ni c thit k s
n thnh cỏc cm chi tit tiờu chun.
+ Cung cp kh nng di ng cao trong quỏ trỡnh lm vic do cú khi
lng v kớch thc nh gn.
+ Cỏc c cu chp hnh u cú th nh v trờn tm nn.
+ Tm hot ng ca Robot c cu song song rt rng t vic lp rỏp
cỏc chi tit cc nh ti cỏc chuyn ng thc hin cỏc chc nng phc tp,
ũi hi
chớnh xỏc cao nh: phay, khoan, tin, hn, lp rỏp
+ Cỏc Robot c cu song song lm vic khụng cn b v cú th di
chuyn ti mi ni trong mụi trng sn xut. Chỳng cú th lm vic ngay
c khi trờn thuyn v treo trờn trn, tng
+ Giỏ thnh ca cỏc Robot song song ng dng trong gia cụng c khớ ớt
hn so vi mỏy CNC cú tớnh nng tng ng.
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 4 -
- Nhc im:
Tuy nhiờn cỏc Robot song song cng cú nhng nhc im nht nh khi
so sỏnh vi cỏc Robot chui nh:
+ Khong khụng gian lm vic nh v khú thit k.
+ Vic gii cỏc bi toỏn ng hc, ng lc hc phc tp
+ Cú nhiu im suy bin (k d) trong khụng gian lm vic.
1.2 Cu trỳc Robot song song
1.2.1 Cu trỳc c cu
Cng nh cỏc Robot thụng thng, Robot song song l loi Robot cú cu
trỳc vũng kớn trong ú cỏc khõu (dng thanh) c ni vi nhau bng cỏc
khp ng.
S ng c cu tay mỏy thụng thng l mt chui ni tip cỏc khõu
ng, t khõu ra (l khõu trc tip thc hin thao tỏc cụng ngh) n giỏ c
nh. Cũn trong Robot song song, khõu cui c ni vi giỏ c nh bi
mt s mch ng hc, tc l ni song song vi nhau v c
ng hot ng
song song vi nhau. S khỏc nhau v s ng ú cng to nờn nhiu c
im khỏc bit v ng hc v ng lc hc.
1.2.2 Khõu, khp, chui ng v mỏy trong c cu Robot song song
- Khõu : L phn cú chuyn ng tng i vi phn khỏc trong c cu.
Chỳng ta coi tt c cỏc khõu l cỏc vt rn. iu ú lm cho vic nghiờn
cu cỏc c cu, Robot c d dng v n gin hn. Tuy nhiờn, vi cỏc c
cu tc cao hoc mang ti ln thỡ hin tng n hi ca vt liu tr nờn
quan trng ỏng k v chỳng ta phi xột n.
- Kh
p : L ch ni ng gia hai khõu.
Tựy theo cu trỳc, mi khp hn ch mt s chuyn ng gia hai khõu.
B mt tip xỳc ca mi khõu ti khp gi l mt thnh phn khp. Hai
thnh phn khp to thnh mt khp ng. Khp ng cú th phõn thnh
khp thp v khp cao tựy thuc vo dng tip xỳc.
+ Khp thp: Nu hai thnh phn tip xỳc l mt.
+ Kh
p cao: Nu hai thnh phn tip xỳc l im hoc ng.
Cú 6 loi khp thp v hai loi khp cao c bn thng dựng trong cỏc
c cu mỏy v cỏc Robot, ú l:
+ Khp quay (Revolute Joint - R) : Khp li chuyn ng quay ca
khõu ny i vi khõu khỏc quanh mt trc quay. Ngha l khp quay hn
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 5 -
ch 5 kh nng chuyn ng gia hai thnh phn khp v cú mt bc t do .
Khp quay thng c gi l khp quay bn l.
+ Khp lng tr (Prismatic Joint - P) : Cho phộp hai khõu trt trờn
nhau theo mt trc. Do ú, khp lng tr hn ch 5 kh nng chuyn ng
tng i gia hai khõu v cú mt bc t do. Ngi ta cng thng gi khp
lng tr
l khp tnh tin.
+ Khp tr (Cylindrical Joint - C) : Cho phộp hai chuyn ng c lp,
gm mt chuyn ng quay quanh trc v chuyn ng tnh tin dc trc
quay. Do ú, khp tr hn ch 4 kh nng chuyn ng gia hai khõu v cú
hai bc t do.
+ Khp ren (Helical Joint - H) : Cho phộp chuyn ng quay quanh trc
ng thi tnh tin theo trc quay. Tuy nhiờn chuyn ng tnh tin ph
thuc vo chuy
n ng quay bi bc ca ren vớt. Do ú, khp ren hn ch
5 chuyn ng tng i hai khõu v cũn li mt bc t do.
+ Khp cu (Spherical Joint - S) : Cho phộp thc hin chuyn ng
quay gia hai thnh phn khp quanh tõm cu theo tt c cỏc hng, nhng
khụng cú chuyn ng tnh tin gia hai thnh phn khp ny. Do ú, khp
cu hn ch 3 kh nng chuyn ng v cú ba bc t
do.
+ Khp phng (Plane Joint - E) : Cho hai kh nng chuyn ng tnh
tin theo hai trc trong mt tip xỳc v mt kh nng quay quanh trc vuụng
gúc vi mt phng tip xỳc. Do ú, khp phng hn ch 3 bc t do v cú ba
bc t do.
+ Khp bỏnh rng phng (Gear Pair - G) : Cho hai bỏnh rng n khp
vi nhau. Cỏc mt rng tip xỳc y nhau, chỳng thng trt trờn nhau. Do
ú, khp bỏnh rng phng hn ch
4 kh nng chuyn ng tng i gia
hai thnh phn khp, cũn li hai bc t do.
+ Khp cam phng (Cam Pair - Cp) : Tng t nh khp bỏnh rng, hai
thnh phn khp luụn tip xỳc vi nhau. Do ú, khp cam phng cú hai bc
t do.
Khp quay, khp lng tr, khp tr, khp ren, khp cu v khp phng l
cỏc khp thp. Khp bỏnh rng phng v khp cam phng l cỏc khp cao.
- Chui ng : L tp hp cỏc khõu c ni vi nhau bng cỏc khp
ng. Robot ni tip cú cu trỳc chui h, cũn Robot song song cú cu trỳc
l chui kớn. Chui ng hc c gi l c cu khi mt trong cỏc khõu l
giỏ c nh. Trong c cu cú th cú mt hoc nhiu khõu c n nh l
khõu dn vi cỏc thụng s cho trc. S chuyn ng ca cỏc khõu dn l
c lp, s chuyn ng ca cỏc khõu khỏc s ph thuc vo chuyn ng
ca khõu dn. C cu l mt thit b truyn chuyn ng t mt hay nhiu
khõu dn ti cỏc khõu khỏc.
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 6 -
- Mỏy múc : Gm mt hoc nhiu c cu, cựng vi cỏc thnh phn in,
thy lc v/hoc khớ nộn, c dựng bin i nng lng bờn ngoi thnh
c nng hoc dng nng lng khỏc. C cu chp hnh ca h thng robot l
c cu. c cu ny tr thnh mỏy cn phi cú b iu khin da trờn b
vi x lý, b
mó húa v/hoc cỏc cm bin lc, cựng vi cỏc b phn khỏc,
chng hn h thng quan sỏt, phi hp vi nhau chuyn i nng lng
bờn ngoi thnh cụng hu ớch. Mc dự mỏy cú th gm mt hoc nhiu c
cu, nhng c cu khụng phi l mỏy, do khụng thc hin cụng, ch cú chc
nng truyn chuyn ng.
1.2.3 Bc t do ca Robot cu trỳc song song
Xột hai vt th (hay hai khõu) A v B ri nhau trong khụng gian. Gn
vo A mt h ta cỏc Oxyz (Hỡnh I.1) thỡ B s cú 6 kh nng chuyn
ng tng i so vi A, hay núi cỏch khỏc l gia A v B cú 6 kh nng
chuyn ng tng i, ta gi l 6 bc t do tng i.
Cỏc kh nng chuyn ng c lp l :
- Cỏc chuyn ng tnh tin dc cỏc trc Ox, Oy, Oz, kớ hiu l T
x
, T
y
, T
z
- Cỏc chuyn ng quay quanh cỏc trc Ox, Oy, Oz, kớ hiu l R
x
, R
y
, R
z
Hỡnh 1.1: Cỏc kh nng chuyn ng tng i gia hai vt th
nh ngha: Bc t do ca c cu l s thụng s c lp tuyn tớnh cn
thit hon ton xỏc nh v trớ ca c cu. Ta cú th xỏc nh c biu thc
tng quỏt v s bc t do ca c cu theo s khõu, s kh
p, v kiu khp
trong c cu.
thụng nht cho vic tớnh toỏn s bc t do ca c cu,ta s dng cỏc kớ
hiu sau:
c
i
: S rng buc ca khp i.
B
Y
A
Z
X
T
z
z
R
y
T
R
y
x
R
x
T
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 7 -
F: S bc t do ca c cu.
f
i
: S chuyn ng tng i c phộp ca khp i.
j: S khp trong c cu.
j
i
: S khp vi i bc t do.
L : S vũng c lp trong c cu.
n : S khõu trong c cu, k c khõu c nh.
: S bc t do trong khụng gian lm vic ca c cu.
Ta gi thit tt c cỏc khp u l hai chiu, khp ba chiu c coi l hai
khp hai chiu, khp bn chiu c coi l ba khp hai chiu, Ngoi ra,
cũn gi thit mt giỏ tr c dựng cho cỏc chuyn ng ca tt c cỏc
khõu chuyn ng, chỳng u vn hnh trong khụng gian lm vic, do ú
=6 i vi c cu khụng gian, v = 3
i vi c cu phng v c cu cu.
Giỏ tr bc t do ca c cu chớnh bng s bc t do ca tt c cỏc khõu
hot ng tr i s rng buc bi cỏc khp. Do ú, nu cỏc khõu u t do,
s bc t do ca c cu n - khp , vi mt khp c nh, s bng
( n-1 ).
Tuy nhiờn, tng cỏc rng buc ca cỏc khp l bng
1
j
i
i
c
=
, do ú giỏ tr
bc t do ca c cu c tớnh theo phng trỡnh:
1
(1)
j
i
i
f
nc
=
=
(1.1)
S rng buc ca mt khõu v s bc t do ca khõu ú bng thụng s
chuyn ng , do ú :
ii
cf
=+
(1.2)
Do tng cỏc rng buc ca cỏc khõu l:
11 1
()
jj j
ii i
ii i
cfjf
== =
==
(1.3)
Thay phng trỡnh ( 1.3) vo phng trỡnh (1.1) ta c:
1
(1)
j
i
i
f
nj f
=
=
(1.4)
Phng trỡnh (1.4) c gi l tiờu chun Gr
&&
u
bler hoc Kutzbach.
Tiờu chun Gr
&&
u
bler ỳng cho trng hp cỏc rng buc ti cỏc khp l
c lõp v khụng d. Vớ d mt khp quay cu liờn kt chui vi khp quay
cú trc xuyờn qua tõm ca khp cu s to ra mt bc t do tha. Kiu bc
t do ny gi l bc t do th ng, cho phộp khõu trung gian quay t do
quanh trc c xỏc nh t hai khp ú. Mc dự khõu trung gian cú kh
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 8 -
nng truyn lc hoc momen v chuyn ng cho cỏc khõu khỏc, nhng nú
khụng cú kh nng truyn momen cho trc th ng.
Núi chung, cỏc khõu hai chiu vi cỏc cp S-S, S-E, E-E u cú bc t do
th ng. Bng sau thng kờ s phi hp cỏc khõu loi hai chiu vi cỏc
khp S-S, S-E, E-E vi cỏc khp cui cựng ca chỳng cú mt bc t do.
STT Kiu Bc t do th ng (tha)
1 S-S Quay quanh trc i qua cỏc tõm khp cu.
2 S-E Quay quanh trc i qua tõm khp cu v vuụng gúc vi mt
phng ca khp phng
3 E-E Trt dc trc song song vi giao tuyn to bi cỏc mt phng
ca khp phng. Nu hai mt phng ny song song s cú ba bc
t do th ng ( tha ).
Bc t do th ng khụng th truyn momen v chuyn ng cho trc th
ng. Khi cú mt khp loi ny tn ti trong c cu, cn tr i mt bc t
do t phng trỡnh tinh bc t do. Gi s, f
p
l s bc t do th ng trong
c cu thỡ s bc t do ch ng trong c cu l:
1
(1)
j
ip
i
f
nj f f
=
=
(1.5)
Vớ d: C cu khụng gian Stewart - Gough.
S
P
S
Khớ p cầu
Khớ p lă ng trụ
Khớ p cầu
Bàn má y động
Đế cố định
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 9 -
Hỡnh 1.2: C cu khụng gian Stewart - Gough
L c cu khụng gian gm cú mt bn mỏy ng c ni vi c nh
bi sỏu chõn trt thụng qua cỏc khp cu. Mi chõn c to thnh t hai
khõu, v c ni vi nhau bng khp lng tr. Cu trỳc ny c gi l cu
trỳc S - P - S. Do s phi hp S - P - S, nờn mi chõn cú mt bc t do tha.
T hỡnh v ta cú : =6, n=14, j
i
=6, j
3
= 12, f
p
=6
S bc t do ca c cu c tớnh theo phng trỡnh (1.5) l :
f =6(14 - 18 - 1) + (12x3 + 6) - 6 = 6
S dng phng trỡnh (1.5) tớnh bc t do cho c cu khụng gian cú núi ti
giỏ tr cho tt c cỏc khõu di chuyn, khi tớnh bc t do cho c cu phng
v c cu cu c xem nh h con ca h khụng gian nờn cn phi chỳ ý
ti thụng s ny. c bit, =3 vi c cu phng v c c
u cu, cũn vi c
cu khụng gian thỡ =6.
Núi chung tiờu chun Gr
&&
u
bler cú f > 0 thỡ c cu cú f bc t do. Nu f=0,
c cu khụng cú bc t do, ngha l c cu lỳc ny tr thnh gin tnh nh.
Nu f < 0, c cu s cú s rng buc tha. Tuy nhiờn, cng cú cỏc c cu
khụng tuõn theo tiờu chun Grubler. Cỏc c cu ny ũi hi chiu di khõu
c bit t c tớnh linh ng cao c gi l c cu thng rng buc.
i v
i cỏc c cu vũng kớn v c cu chp hnh, s lng v v trớ cỏc
khp phỏt ng phi c chn mt cỏch cn thn sao cho khõu tỏc ng
cui phi c iu khin theo yờu cu. Núi chung s khp phỏt ng phi
bng s bc t do ca c cu, v v trớ ca khp phỏt ng phi c chn
sao cho chỳng cú th to thnh tp hp cỏc to
c lp. Nu s lng
khõu phỏt ng nh hn s bc t do thỡ chuyn ng ca cỏc khõu ny phi
theo to tng ng cỏc rng buc ng hc ca chỳng. Mt robot cú bc
t do d thỡ cho phộp iu khin linh hot hn.
1.2.4 Cỏc bi toỏn c bn v robot
Robot l mt ngnh khoa hc v cụng ngh truyn thng, kt hp vi lý
thuyt v ng dng ca cỏc h thng robot. Vic nghiờn cu bao gm c hai
vn l nghiờn cu lý thuyt v ng dng, nhng vn ú chia ra thnh
cỏc lnh vc : cụng tỏc thit k robot, c hc c cu, thit k qu a v iu
khin, cụng tỏc lp trỡnh v tri thc cho mỏy C h
c l mt nhỏnh khoa
hc nghiờn cu cỏc vn v nng lng, lc v tỏc dng ca chỳng i vi
chuyn ng ca h thng c khớ. Vic nghiờn cu bao gm hai vn cú
quan h vi nhau l : ng hc v ng lc hc.
a) ng hc
ng hc nghiờn cu cỏc c trng ca chuyn ng m khụng quan tõm
n nguyờn nhõn gõy ra chỳng nh lc v mụmen. S thay i ca cỏc khõu
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 10 -
ca robot liờn quan n hng v v trớ ca khõu chp hnh cui cựng bi s
rng buc ca cỏc khp. Nhng quan h ng hc ú l trng tõm ca vic
nghiờn cu ng hc robot.
Bi toỏn phõn tớch ng hc c chia thnh hai dng : Bi toỏn ng hc
thun v Bi toỏn ng hc ngc.
Baỡ toỏn ng hc thun : T cỏc thụng s v trớ, vn tc v gia tc ca
khõu dn ,yờu c
u lp trỡnh tớnh toỏn v trớ v hng, vn tc v gia tc ca
im tỏc ng cui cng nh khõu trung gian bt k.
Bi toỏn ng hc ngc : T yờu cu v v trớ v hng, vn tc v gia
tc ca khõu tỏc ng cui, tỡm ra cỏc thụng s tng ng ca cỏc khõu
trc ú (bi toỏn ng hc ngc).
b) ng lc hc
ng lc hc nghiờn cu v quan h
gia cỏc lc tỏc dng vo c cu (lc,
ti trng v ma sỏt ) v chuyn ng ca c cu. ng lc hc robot l vn
rt phc tp v hin nay ang l i tng c nghiờn cu tip tc.
1.3 Phõn loi robot
Robot cú th c phõn loi theo nhiu tiờu chun, s bc t do, cu trỳc
ng hc, h thng truyn ng, dng hỡnh hc ca chi tit gia cụng, cỏc c
tớnh chuyn ng
- Phõn loi theo s bc t do
S phõn loi robot thng dựng l theo s bc t do. Mt cỏch lý tng,
c cu chp hnh phi cú 6 bc t do x lý i tng mt cỏch t do
trong khụng gian ba chi
u. Theo quan im ny, robot a nng cú 6 bc t
do, robot d cú hn 6 bc t do v robot thiu cú ớt hn 6 bc t do. Robot
d cú thờm mt bc t do di chuyn qua cỏc chng ngi vt hoc vn
hnh trong cỏc khụng gian hp. Mt khỏc, i vi mt s ng dng c bit,
chng hn lp giỏp cỏc chi tit trờn mt phng, robot bn bc t do l .
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 11 -
Hỡnh 1.3: Robot loi Fanuc 4 bc t do
1
2
3
A
B
F
A
B
F
2
3
1
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 12 -
Tay mỏy REVOLUTE Tay mỏy POLAR
Tay mỏy CYLINDRICAL Tay mỏy CARTERSIAN
Tay mỏy SCARA
Hỡnh 1.4: Mụ hỡnh mt s loi tay mỏy thụng dng
- Phõn loi theo cu trỳc ng hc
Robot c gi l robot ni tip nu cu trỳc ng hc cú dng chui vũng
h, robot song song nu cú chui vũng kớn, v robot lai nu cú c chui vũng
h v vũng kớn.
- Phõn loi theo h thng truyn ng
Cú ba h truyn ng ph bin l in, thu lc, v khớ nộn c dựng cho
robot. Hu ht cỏc c
cu chp hnh u s dng ng c bc hoc ng
c tr ng DC, do chỳng tng i d iu khin. Tuy nhiờn, khi cn tc
cao v kh nng mang ti cao, thng dựng truyn ng thu lc hoc
khớ nộn. Nhc im ca truyn ng thu lc l kh nng rũ r du. Ngoi
1
A
B
2
F
3
A
1
B
2
A
1
B
2
F
3
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 13 -
ra, truyn ng khớ nộn cú tớnh linh hot khỏ cao. Mc dự truyn ng khớ
nộn sch v nhanh nhng khú iu khin do khụng khớ l lu cht nộn c .
Trong c cu ni tip, núi chung mt b tỏc ng c dựng iu khin
chuyn ng ca tng khp. Nu tng khõu chuyn ng c truyn ng
bng mt b tỏc ng lp trờn khõu trc ú thụng qua hp gim tc, s
dch chuyn ca khõu ny v mt ng hc l c lp vi khõu khỏc, õy l
c cu chp hnh ni tip qui c. Mt khỏc, nu mi khp c truyn
ng trc tip bng b tỏc ng khụng cú hp gim tc, c cu ú c gi
l c cu chp hnh truyn ng trc tip.
Vic dựng hp gim t
c cho phộp s dng ng c nh hn, do ú lm
gim quỏn tớnh ca c cu chp hnh. Tuy nhiờn, lch khp ca cỏc bỏnh
rng trong hp gim tc cú th gõy ra sai s vi trớ b phn tỏc ng. K
thut truyn ng trc tip khc phc c vn bỏnh rng v cú th tng
tc cho c cu chp hnh. Tuy nhiờn, cỏc ng c truyn
ng trc tip
tng i ln v nng. Do ú, chỳng thng c dựng truyn ng
khp th nht ca c cu chp hnh, ng c c lp . Núi chung,
ng c cng cú th c np truyn ng khp th hai hoc khp
th ba thụng qua ai kim loi hoc khõu thanh y.
Mt s c
cu chp hnh s dng b cỏc bỏnh rng, xớch v a xớch
truyn ng cỏc khp. Khi s dng h thng truyn ng ny cho c cu
chp hnh qua nhiu khp, dch chuyn ca khp s ph thuc ln nhau.
Cỏc c cu chp hnh kiu ú c gi l vũng kớn.
- Phõn loi theo dng hỡnh hc khụng gian lm vic
Khụng gian lm vic ca c cu chp hnh c xỏc nh l th tớch khụng
gian u tỏc ng cú th vi ti. Núi chung, thng s dng hai nh ngha
v khụng gian lm vic. Th nht l khụng gian cú th vi ti, th tớch
khụng gian trong ú c cu tỏc ng cú th vi ti tng im theo ớt nht l
mt chiu. Th hai l khụng gian linh hot, th tớch khụng gian trong ú c
cu tỏc ng cú th vi ti tng im theo mi chiu cú th. Khụng gian linh
hot l mt phn ca khụng gian cú th vi ti.
Mc dự õy khụng phi l iu kin cn, nhng nhiu c cu chp hnh
ni tip c thit k vi ba khõu u di hn cỏc khõu cũn li. Do ú ba
khõu ny c dựng ch yu thao tỏc v trớ, cỏc khõu cũn li c dựng
iu khin hng ca u tỏc ng. Vỡ lý do ú, ba khõu u c gi l
cỏnh tay, cỏc khõu cũn li c gi l c tay. Tr cỏc c cu chp hnh vi
s bc t do ln hn 6, cỏnh tay thng cú ba bc t do, c tay cú 1-3 bc t
do. Hn na, b c tay thng c thit k vi cỏc trc khp ct nhau ti
mt im chung c g
i l tõm c tay. B cỏnh tay cú th cú nhiu kiu
cu trỳc ng hc, to ra cỏc biờn lm vic khỏc nhau, c gi l vựng
khụng gian lm vic. Khụng gian do nh sn xut robot cung cp thng
c xỏc nh theo vựng khụng gian lm vic.
Chng I. Tng quan v Robot cu trỳc song song v phõn loi
- 14 -
Tay mỏy c gi l robot tr nu khp th nht hoc khp th hai ca
robot Decartes c thay bng khp quay(Hỡnh 1.4).
Tay mỏy c gi l robot cu nu hai khp u l khp quay khỏc nhau
v khp th ba l khp lng tr (Hỡnh 1.4 - tay mỏy SCARA). V trớ tõm c
tay ca robot cu l tp hp cỏc ta cu liờn quan vi ba bin khp ni.
Do ú khụng gian lm vic robot cu c gii hn theo hai khi c
u ng
tõm.
Tay mỏy c gi l robot quay nu c ba khp u l khp quay. Khụng
gian lm vic ca robot ny rt phc tp thng cú tit din hỡnh xuyn.
Nhiu robot cụng nghip l loi robot quay (Hỡnh 1.4 - tay mỏy
REVOLUTE).
1.6 Mt s ng dng ca robot cụng nghip.
Mc tiờu ng dng robot cụng nghip nhm gúp phn nõng cao nng sut dõy
chuyn cụng ngh, gim giỏ thnh, nõng cao cht lng v kh nng cnh tranh
ca sn phm, ng thi ci thin iu kin lao ng. iu ú xut phỏt t
nhng u im c bn ca robot, ú l:
+ Robot cú th thc hin c mt qui trỡnh thao tỏc hp lý bng hoc h
n
ngi th lnh ngh mt cỏch n nh trong sut thi gian lm vic. Vỡ th
robot cú th gúp phn nõng cao cht lng v kh nng cnh tranh ca sn
phm. Hn th, robot cũn cú th nhanh chúng thay i cụng vic thớch nghi
vi s bin i mu mó, kớch c sn phm theo yờu cu ca th trng cnh
tranh.
+ Kh nng gim giỏ thnh sn phm do ng dng robot l vỡ gim
c
ỏng k chi phớ cho ngi lao ng.
+ Vic ỏp dng robot cú th lm tng nng sut dõy chuyn cụng ngh. S d
nh vy vỡ nu tng nhp khn trng ca dõy chuyn sn xut, nu khụng
thay con ngi bng robot thỡ ngi th khụng th theo kp hoc rt chúng mt
mi.
+ ng dng robot cú th ci thin iu kin lao ng. ú l
u im ni bt
nht m chựng ta cn lu tõm. Trong thc t sn xut cú rt nhiu ni ngi lao
ng phi lm vic sut bui trong mụi trng rt bi bm, m t, núng nc
hoc n o quỏ mc cho phộp nhiu ln, thm chớ phi lm vic trong mụi
trng c hi, nguy him ti sc kho con ngi, d xy ra tai nn .
1.5 Phõn loi robot song song
Mt robot song song c gi l i xng nu nú tho món cỏc iu kin
sau:
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét