Đồ Án Thiết kế robot đo ASH – k45

Tên đề tài:
THIẾT KẾ ROBOT ĐO ASH - K45

LỜI NÓI ĐẦU


Trong xu thế phát triển của khoa học và kỹ thuật hiện nay, điều khiển và tự động hoá trong sản xuất phát triển rất mạnh mẽ. Một trong những thành tựu nổi bật của tự động hoá chính là những cánh tay Robot. Những Robot từ đơn giản đến phức tạp đã đóng góp rất nhiều trong việc làm tăng năng suất, thay thế con người ở môi trường làm việc với cường độ cao, độc hại và đòi hỏi độ chính xác cao.


Trong lĩnh vực đo lường kiểm tra thì đo lường và kiểm tra tự động 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 .


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ROBOT VÀ TAY MÁY ĐO
I. Lịch sử phát triển: 3
II. Sơ đồ cấu trúc và chức năng của robot: 3
III. Ứng dụng robot trong công nghiệp: 5
III.1. Mục tiêu ứng dụng robot trong công nghiệp. 5
III.2. Các ứng dụng robot trong công nghiệp. 5
III.3. Robot và hệ sản xuất linh hoạt. 6
III.4. Tay máy ứng dụng trong đo lường. 8


CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT ĐO ASH-45 11
I. Xây dụng sơ đồ cấu tạo. 11
II.Sơ đồ nguyên lý và số bậc tự do: 11
II.1.Sơ đồ nguyên lý. 11
II.2.Xác định số bậc tự do cho robot. 11
III.Bài toán động học thuận của robot: 12
IV.Cơ sở lý thuyết để tính toán động học robot: 13
IV.1.Phép tịnh tiến trong không gian. 13
IV.2.Phép quay trong không gian. 14
IV.3.Mô hình động học. 16
IV.3.1.Ma trận quan hệ. 16
IV.3.2.Mô tả quy tắc Denavit-Hartenberg. 16
IV.3.3.Mô hình biến đổi. 18
IV.3.4.Hệ toạ độ máy. 18
IV.3.5.Hệ toạ độ chi tiết. 19
V.Hệ phương trình động học robot ASH-45: 19
V.1.Thiết lập hệ phương trình động học. 19
V.2.Các bước biến đổi. 22
V.3.Cơ sở toán học cho việc xác định các thông số hình học của chi tiết đo. 25


Chương 3: Thiết kế cơ khí. 27
I.Kết cấu cơ khí: 27
I .1.Nguyên lý kết cấu. 27
I 2.Hình dạng và kích thước của các khâu khớp. 28
I .3.Tính khối lượng. 32
II.Truyền dẫn cơ khí: 35
II.1.Truyền dẫn cơ khí trong robot ASH. 35
II.2.Động cơ và điều khiển động cơ. 36
II.2.1.ứng dụng truyền động điện. 36
II.2.2.Động cơ điện một chiều. 37
II.3.Tính toán hộp giảm tốc cho khớp 1. 39
II.3.1.Chọn động cơ và hộp giảm tốc. 39
II.3.1.1.Chọn động cơ. 39
II.3.1.2.Hộp giảm tốc. 40
II.3.1.3.Bộ truyền trục vít. 41
II.3.1.4.Bộ truyền bánh răng nghiêng. 44
II.4. Tính toán hộp giảm tốc cho khớp 2. 49
II.4.1.Chọn động cơ và hộp giảm tốc. 49
II.4.2.Bộ truyền bánh răng nghiêng. 51
II.4.3.Bộ truyền trục vít. 55


CHƯƠNG 4: SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO TOẠ ĐỘ KỂU TAY QUAY 59
I. Tính sai số: 60
I.1. Sai số do một tay quay gây nên. 60
I.2. Hai tay đòn trong mặt phẳng. 61
I.3.Ba tay đòn trong mặt phẳng. 63
I.4.Hệ tay đòn không gian. 64
II. Lựa chọn thiết bị: 65
II.1. Xác định độ chính xác từng khâu. 65
II.2. Tính bán kính các thước kính. 66


CHƯƠNG 5: THẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHỂN 67
I.Yêu cầu của hệ điều khiển: 67
I.1.Nguyên tắc hoạt động của robot đo. 67
I.2.Yêu cầu đặt ra. 67
I.3.Sơ đồ điều khiển toàn hệ thống. 68
I.4.Sơ đồ điều khiển từng khớp. 68
II.Thiết kế hệ truyền động điện: 69
II.1.Hệ truyền động điện một chiều. 69
II.1.1.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng. 69
II.1.2.Hệ truyền động điện có đảo chiều. 69
II.1.2.1.Nguyên lý điều chỉnh xung áp động cơ một chiều. 69
II.2.Hệ truyền động điện điều chỉnh khớp. 70
II.2.1. Sơ đồ và nguyên lý mạch điều khiển động cơ 70
II.2.2 Động cơ điện một chiều loại nhỏ. 71
II.2.3 Sơ đồ mạch điều khiển. 71
II.2.4 Nguyên lý làm việc. 71
II.3 Tính chọn các linh kiện. 72
III. Thết kế hệ thống điều khiển vi xử lý: 72
III.1Thiết kế mạch phần cứng. 72
III.2 Bộ Vi Điều Khiển AT89C2051. 74
III.2.1. Những tính chất đặc trưng của họ vi điều khiển MCS-51. 74
III.2.2. Cấu trúc chung. 74
III.2.2.1 Sơ đồ khối. 74
III.2.2.2 Chức năng của từng khối. 75
III.2.2.3 Sự sắp xếp chân ra của vi điều khiển AT89C2051. 77
III.2.3 Tổ chức bộ nhớ. 79
III.2.3.1Cấu trúc chung của bộ nhớ. 79
III.2.3.2Bộ nhớ chương trình. 80
III.2.3.3Bộ nhớ số liệu. 80
III.2.4 Nguyên lý truyền tin nối tiếp của AT89C205. 81
III.3 Thiết kế mạch nhân 4. 81
III.3.1 Yêu cầu đặt ra. 81
III.3.2 Mạch nhân cứng sử dụng bộ vi phân. 83
III.3.3 Mạch nhân 4 dùng XOR. 85


III.3.4 Thiết kế nguồn cung cấp cho robot. 86
III.3.4.1 Tính công suất cho 1 modul điều khiển khớp. 86
III.3.4.2 Công suất cho modul bus RS232. 87
III.3.4.3 Chọn máy biến áp và mạch chỉnh lưu,ổn áp. 87
IV. Giới thiệu về bộ ENCODE: 88
IV.1 Đĩa chia vạch. 88
IV.2 Bộ cảm biến. 89
IV.3 Ghép nối vi xử lý vớ máy tính qua cổng Com1. 90
IV.3.1 Ghép nối điều khiển. 90
IV.3.2 Các phương pháp ghép nối giữa các vi điều khiển và lựa chọn phương án tối ưu. 90
IV.3.2.1 Truyền thông nối tiếp kiểu RS232. 91
IV.3.3 Mạch ghép nối vi xử lý với máy tính. 91


CHƯƠNG 6 CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 93
I. KẾT QUẢ ĐÃ CHẾ TẠO ĐƯỢC MÔ HÌNH ROBOT ĐO. 93
II. PHỤ LỤC 95
KẾT LUẬN 97