LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và hoàn thành luận án, tác giả luôn nhận được sự dạy bảo của
các thầy cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và sự giúp đỡ, động viên của gia đình,
người thân, đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phan Bùi Khôi, GS.TS Trần Văn Địch đã tận tình
dạy bảo, hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt khoá học. Những lời khuyên, hướng dẫn bổ ích
của các thầy đã giúp tôi có định hướng và tiế
p cận tốt hơn với nội dung của đề tài để có thể
hoàn thành luận án.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
đã tạo điều kiện giúp tôi có thể tra cứu, sưu tầm tài liệu và đóng góp ý kiến để tôi hoàn
thành tốt luận án.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã
động viên, hỗ trợ, tạo
điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt khoá học. NGHIÊN CỨU SINH
Đỗ Anh Tuấn
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án “Mô hình hóa và khảo sát sai số
của robot công nghiệp” đều do tôi tự thực hiện hoặc đồng thực hiện dưới sự hướng dẫn của
tập thể cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phan Bùi Khôi và GS.TS Trần Văn Địch.
Để hoàn thành luận án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham
khảo mà không dùng bất cứ một tài liệu khác. Không hề có sự sao chép, gian lậ
n kết quả
MỤC LỤC 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC CÁC BẢNG 8
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ 9
MỞ ĐẦU 11
1. TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA ROBOT 16
1.1 Giới thiệu cấu trúc robot công nghiệp 16
1.2 Thao tác của robot công nghiệp 18
1.3 Độ chính xác của robot công nghiệp 21
1.3.1 Tổng quan về sai số và độ chính xác của robot 21
1.3.2 Ảnh hưởng của sai số trong robot 25
1.4 Một số nghiên cứu về sai số và độ chính xác của robot 26
1.5 Hướng nghiên cứu của đề tài 28
1.6 Kết luận chương 1 31
2. KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC ROBOT CÔNG NGHIỆP 32
2.1 Cơ sở khảo sát động học robot 32
2.1.1 Tọa độ thuần nhất và ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất 32
2.1.2 Ma trận truyền 35
2.1.3 Phương pháp tam diện trùng theo 37
2.2 Thiết lập phương trình động học robot 38
2.2.1 Ma trận trạng thái khâu thao tác của robot 38
2.2.2 Phương trình động học robot cấu trúc chuỗi hở 40
2.2.3 Phương trình động học robot cấu trúc mạch vòng 41
2.2.4 Phương trình động học robot cấu trúc song song 45
2.3 Giải thuật và chương trình giải bài toán động học 49
2.4 Khảo sát động học robot 49
2.4.1 Bài toán động học robot hàn điểm 49
2.4.2 Khảo sát động học robot hàn hồ quang 58
4
2.5 Kết luận chương 2 63
5.3 Ứng dụng giải thuật di truyền xác định sai số hình học, động học của khâu, khớp
robot 104
5.3.1 Xác định sai số hình học, động học cho robot 2 bậc tự do: 105
5.3.2 Xác định sai số hình học, động học cho robot 6 tự do: 107
5.4 Kết luận chương 5 113
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 114
5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116
TÀI LIỆU THAM KHẢO 118
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 121
PHỤ LỤC 123
6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Diễn giải nội dung Đơn vị
a
i
Lượng tịnh tiến dọc theo trục ox mm
i
Góc quay quanh trục ox
rad
CAD Computer Aided Design
CAM Computer Aided Manufacturing
c
i
j
i
dT
Vi phân của ma trận
1i
i
T
N
dT
Vi phân của ma trận
N
Te
Véc tơ gia số sai lệch vị trí và hướng của robot
GA Genetic Algorithm – Giải thuật di truyền
IR Industrial Robot
n
Số bậc tự do của robot
NC Numerical Control
p
Véc tơ vị trí và hướng của khâu thao tác
q
Véc tơ tham số động học
q
t
Thời gian s
1i
i
T
Ma trận truyền giữa khâu i-1 và khâu i
T
T
Ma trận nghịch đảo của ma trận T
T
N
Ma trận chuyền từ khâu n về khâu 0
8
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2-1: Cấu trúc bảng dữ liệu các điểm hàn đối với hệ tọa độ đồ gá 51
Bảng 2-2: Bảng tham số các điểm hàn đối với hệ tọa độ đồ gá 55
Bảng 2-3: Mô hình hóa đường cong mối hàn 60
Bảng 4-1: Giá trị sai số hình học, động học của robot 88
Bảng 5-1: Bảng dữ liệu đo sai lệch ở những điểm khảo sát 92
B
ảng 5-2: Dữ liệu đo sai lệch theo trục x và y: 106
Bảng 5-3: Giá trị sai số hình học, động học của robot 2 bậc tự do 107
Bảng 5-4: Bảng dữ liệu đo sai lệch tại 10 điểm đo 108
Hình 2-4: Mô hình hóa quỹ đạo hàn 38
Hình 2-5: Tam diện vuông gắn điểm hàn và súng hàn 38
Hình 2-6: Robot cấu trúc nối tiếp chuỗi hở 40
Hình 2-7: Robot cấu trúc mạch vòng 42
Hình 2-8: Robot cấu trúc song song 45
Hình 2-9: Mạch động học chân 1 của robot song song 46
Hình 2-10: Dây chuyền robot hàn thân xe ô tô 49
Hình 2-11: Mô hình cơ hệ robot hàn và thân xe ô tô trên dây chuyền hàn tự động 50
Hình 2-12: Robot hàn điểm 6 bậc tự do, các hệ tọa
độ khâu 50
Hình 2-13: Các điểm hàn 1, 2, 3 51
Hình 2-14: Tọa độ súng hàn theo phương x, y, z 56
Hình 2-15: Hình ảnh mô phỏng động robot hàn thân xe ô tô khi đồ gá cố định 56
Hình 2-16: Hình ảnh mô phỏng động robot hàn thân xe ô tô khi đồ gá di động 58
Hình 2-17: Mô hình robot hàn hồ quang thực hiện mối hàn nối 2 ống dẫn khí 58
Hình 2-18: Quỹ đạo mũi hàn 61
10
Hình 2-19: Tọa độ mũi hàn theo phương x, y, z 62
Hình 2-20: Quy luật chuyển động của các khâu của robot. 62
Hình 2-21: Hình ảnh mô phỏng động robot hàn hồ quang 63
Hình 3-1: Các sai số trong khớp trượt 66
Hình 3-2: Các sai số trong khớp quay 67
Hình 3-3: Ước lượng sai lệch vị trí và hướng của một khớp quay 67
Hình 3-4: Biểu diễn sai số theo phương pháp D-H 71
Hình 3-5: Biểu diễn sai số theo phương pháp tọa độ suy rộng 71
Hình 3-6: Robot nối tiếp chuỗi hở có n khâu động 73
Hình 4-1: Lưu đồ giải thuật tính sai lệch vị trí và hướng của robot 85
Hình 4-2: Mô hình robot hàn thân xe và quỹ đạo các điểm hàn 86
Hình 4-3: Mô phỏng kiểm tra sai lệch của khâu thao tác do sai số a – khi không có sai số, b - khi có
sau: “Robot công
nghiệp là máy, thiết bị cố định hoặc di động, được tích hợp từ nhiều bộ phận trong đó các
bộ phận chính bao gồm: cơ cấu chấp hành, hệ thống dẫn động, hệ thống điều khiển theo
chương trình có khả năng lập trình linh hoạt và hệ thống thông tin giám sát nhờ vậy robot
công nghiệp có khả năng thao tác tự động linh hoạt, bắt chước được các chức n
ăng lao
động công nghiệp của con người” [4].
Do tính ứng dụng, hiệu quả cao, phạm vi ứng dụng đa dạng mà ngày nay, robot nói
chung và robot công nghiệp nói riêng ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng
rộng rãi trong đời sống cũng nhưng trong hoạt động sản xuất: trong công nghiệp, y học,
thám hiểm vũ trụ, đại dương, quân sự… Dưới đây là một số hình ảnh về một vài ứng dụng
phổ biến của robot trong công nghi
ệp cũng như trong đời sống, quốc phòng:
Hình 0-1: Robot trên dây chuyền hàn thân xe ô tô
Hình 0-2: Robot ứng dụng trong y tế
12
Hình 0-3: Robot ứng dụng rà phá bom mìn
Trong các lĩnh vực ứng dụng robot thì lĩnh vực công nghiệp trong các dây chuyền sản
xuất là phổ biến nhất. Các robot công nghiệp được dùng để cấp và dỡ phôi cho các máy gia
công CNC, tháo dỡ sản phẩm đúc, ép nhựa, di chuyển phôi, hàn, sơn, lắp ráp và cả những
công việc gia công cắt gọt như khoan, phay…
Việc ứng dụng robot trong công nghiệp là nhằm mục tiêu nâng cao năng suất, chất
lượng, tính cạnh tranh của sản phẩm, đồng thờ
i cải thiện điều kiện làm việc và thay thế sức
lao động của con người, đặc biệt là với những công việc nặng nhọc, độc hại, nguy hiểm với
con người Sự cạnh tranh hàng hóa, nhu cầu tiêu dùng của con người đã đòi hỏi quá trình
sản xuất ra sản phẩm phải nâng cao năng suất, linh hoạt khi thay đổi đối tượng công nghệ,
ứng dụng của robot đó.
13
Như chúng ta biết, robot được cấu tạo từ nhiều khâu được liên kết với nhau bởi các
khớp, trong đó có một khâu đầu tiên được cố định với nền gọi là giá robot – khâu 0, khâu
thao tác được nối với khâu đầu tiên bởi các khâu trung gian, do vậy chuyển động của khâu
thao tác là tổng hợp chuyển động của tất cả các khâu trung gian nối khâu thao tác với khâu
đầu tiên (giá robot). Nếu chuyển động của tất cả các khâu là chính xác theo mong muốn thì
chuyển
động của khâu thao tác sẽ chính xác. Ngược lại, nếu chuyển động của các khâu
trung gian mà không chính xác thì sẽ làm tích lũy sai lệch chuyển động tới khâu thao tác và
gây ra sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác. Sai lệch chuyển động của các khâu trung
gian phụ thuộc vào giá trị biến khớp đặt vào để điều khiển khâu đó, trong khi đó, biến
khớp đặt vào điều khiển phụ thuộc vào lời giải bài toán động học, lời giả
i bài toán động
học ngoài phụ thuộc vào phương pháp giải ra thì phụ thuộc vào chính các tham số hình
học, động học các khâu khớp đó. Phương pháp giải bài toán động học là đúng nhưng giá trị
các tham số hình học, động học khi thiết lập phương trình động học mà có sự sai khác (sai
số) so với giá trị tham số hình học, động học thực tế của khâu, khớp mà nguyên nhân của
sự sai khác giá trị tham số hình học, độ
ng học là do ta không thể xác định được chính xác
tuyệt đối bởi vì: do dung sai chế tạo; biến dạng của khâu, khớp; giãn nở nhiệt, khe hở do
chế tạo hoặc mòn trong quá trình làm việc làm cho lời giải bài toán động học để xác định
biến khớp điều khiển sẽ bị sai, do đó khi đưa giá trị biến khớp này vào điều khiển robot sẽ
làm cho khâu thao tác bị sai lệch chuyển động và gây ra sai lệch vị trí và h
ướng của khâu
thao tác: Với bài toán động học thuận, vị trí và hướng của khâu thao tác được xác định sẽ
sai lệch so với thực tế. Với bài toán ngược, ứng với vị trí cần đạt được của khâu thao tác,
giá trị các biến khớp được tính toán có thể sẽ sai lệch so với thực tế dẫn đến việc điều
khiển robot không chính xác. Như vậy, sai số hình học, động học của các khâu, khớ
p trung
Cấu trúc của luận án
Để đạt được mục đích nghiên cứu ở trên, cấu trúc của luận án bao gồm các chương như
sau:
Chương 1: Tổng quan về robot và độ chính xác của robot. Trong chương này luận án
trình bày khái quát về robot công nghiệp, về sai số và độ chính xác, phân tích ảnh hưở
ng
của sai lệch khâu thao tác của robot tới chất lượng sản phẩm mà robot đó thực hiện trong
một số ứng dụng của robot và trình bày một số nghiên cứu trong và ngoài nước về sai số
trong robot.
Chương 2: Khảo sát động học robot công nghiệp. Nội dung chủ yếu của chương này là
trình bày cơ sở khảo sát động học robot công nghiệp, thiết lập phương trình động học
robot, xây dựng giải thuật và ch
ương trình tính toán động học thuận và động học ngược
của robot. Khảo sát động học của một số robot.
Chương 3: Sai số và phương pháp mô hình hoá sai số. Trong chương này của luận án
trình bày các nguồn gây ra sai số hình học, động học trong khâu, khớp robot. Đưa ra các
mô hình sai số của khâu, khớp robot, xây dựng mô hình toán học các sai số hình học, động
học của khâu, khớp và sai lệch vị trí, hướng khâu thao tác của robot.
Chương 4: Khảo sát sai số robot công nghi
ệp. Nội dung của chương này là đưa ra thuật
toán và chương trình phần mềm để khảo sát sự ảnh hưởng của sai số hình học, động học
của khâu, khớp tới sai lệch vị trí và hướng của khâu thao tác. Kết quả khảo sát ảnh hưởng
của sai số này sẽ giúp cho người thiết kế đưa ra các yêu cầu về dung sai chế tạo một cách
hợp lý, hài hòa từ ngay trong quá trình thiết kế một robot m
ới, nhờ vậy mà có thể hạ giá
thành chế tạo nhưng robot vẫn đảm bảo tính năng làm việc tốt.
Chương 5: Nghiên cứu phương pháp xác định sai số hình học, động học của khâu,
khớp robot. Nội dung của chương này thiết lập mối quan hệ về mặt toán học và vận dụng
công cụ hiện đại để tìm giá trị của các sai số hình học, động học trong các khâu, khớp khi
đ
chước được các chức năng lao động công nghiệp của con người [4].
Về mặt cơ học, robot là hệ nhiều vật, gọi là các khâu, nối với nhau bởi các khớp. Theo
khả năng di động của robot người ta phân robot công nghiệp thành hai nhóm: Nhóm thứ
nhất là tay máy robot, là robot có một khâu cố định được gọi là khâu “0”, các khâu nối với
giá cố định thành chuỗi động học, khâu thao tác đượ
c gắn với bộ phận (dụng cụ) thao tác
để thực hiện thao tác công nghệ hoặc phục vụ, do vậy khâu thao tác thường được gọi là
khâu thao tác. Nhóm robot thứ hai gồm các robot có thể di chuyển trong không gian, trên
mặt phẳng, thậm chí cả trong môi trường nước , được gọi là robot di động. Luận án này
tập trung nghiên cứu robot công nghiệp dạng tay máy, sau đây được gọi chung là robot
công nghiệp.
Theo cấu trúc động học của robot, robot công nghiệp có một số cấu trúc phổ
biến như:
robot có cấu trúc động học nối tiếp chuỗi hở, robot có cấu trúc động học mạch vòng và
robot có cấu trúc động học song song. Dưới đây là hình ảnh một số loại robot công nghiệp
phổ biến: Hình 1-1: Hình ảnh một số loại robot công nghiệp phổ biến
a)
b)
c
)
d
)
1
2
3
4
khớp (khâu đầu tiên được nối với giá, gọi là khâu "0", các khâu tiếp theo là khâu
"1", "2", "3",… là các khâu trung gian, khâu thao tác được gắn với dụng cụ thao
tác) và các bộ truyền động như bộ truyền bánh răng, bộ truyền đai, vít me,
Chuyển động của khâu thao tác là tổng hợp chuyển động của các khâu trung
gian. Cơ cấu chấp hành có cấu tạo rất đ
a dạng (chuỗi hở, mạch vòng, song
song), cấu trúc của robot được thể hiện qua cơ cấu chấp hành, nó quyết định khả
năng làm việc của robot, tùy thuộc vào mục đích sử dụng trong dây chuyền công
nghệ mà ta lựa chọn cấu trúc robot cho phù hợp.
- Hệ truyền động và công suất: Các thiết bị tạo chuyển động cho robot, có thể là các
thiết bị khí nén, thuỷ lực, động cơ điệ
n.
Đối với các chuyển động cần độ chính xác cao, yêu cầu gọn nhẹ người ta có thể dùng
các loại nguồn truyền động là các motor bước, các motor servo.
Dụng cụ
thao tác
Cơ cấu
chấp hành
Hệ thống điều
khiển và máy
tính
Hệ truyền
động và
công suất
Cảm biến
Các chương
trình
Giao diện và
các phần
mềm giao
robot tự lặp lại các động tác đã
được dạy để làm việc (phương pháp lập trình
kiểu dạy học).
1.2 Thao tác của robot công nghiệp
Thao tác hay là sự hoạt động của robot công nghiệp là quá trình khâu thao tác thực hiện
chuyển động và thực hiện thao tác công nghệ như: cắt, hàn, phay, sơn, di chuyển phôi mà
chuyển động của khâu thao tác nhật được là tổng hợp chuyển động của từ khâu đầu đến
khâu cuối.
Trên Hình 1-3 là một mô hình robot phục vụ cho một máy tiện CNC, có thể được dùng
để cấp phôi và dỡ sản phẩm hoặc một số ứng dụng khác, gồm có 4 khâu, khâu "0" là khâu
là giá cố định, các khâu "1", "2" là khâu trung gian, "3" là khâu thao tác được gắn lên nó
dụng cụ thao tác là bàn tay kẹp 4.
Như trên Hình 1-3 ta thấy rằng, khi chỉ có khâu "1" chuyển động đối với khâu "0" thì
các khâu sau nó: khâu "2" và khâu thao tác "3" cũng sẽ chuyển động với cùng quy luật
chuyển động của khâu "1"; khi chỉ có khâu "2" chuyển động thì khâu thao tác "3" có cùng
quy luật chuyển động với khâu "2" và khi mà chỉ có khâu "3" chuyển động thì khâu "3" và
dụng cụ thao tác 4 gắn trên nó có cùng quy luật chuyển động. Do vậy, khi tất cả các khâu
19
trung gian "1", "2" chuyển động thì chuyển động tuyệt đối của khâu thao tác "3" cũng
chính là chuyển động của dụng cụ thao tác sẽ là tổng hợp chuyển động của các khâu trước
nó.
Hình 1-3: Mô hình robot 3 bậc tự do.
Đại lượng đặc trưng cho chuyển động của khâu thao tác được xác định bởi quy luật thay
đổi vị trí, hướng, vận tốc và gia tốc trong không gian theo thời gian. Tuy nhiên, yếu tố ảnh
hưởng đến độ chính xác của thao tác trước hết là đại lượng vị trí và hướng của khâu thao
tác. Trong các nghiên cứu về robot hầu hết đều hướng tới việc đảm bảo cho thao tác của
robot đúng với sự điều khiển mong mu
ốn, đây là điều rất quan trọng.
Như chúng ta biết rằng, trạng thái một vật rắn trong không gian được xác định bởi vị trí
4
20
Hình 1-4: Vị trí, hướng và quỹ đạo của khâu thao tác
Ta gọi quỹ đạo trong nghiên cứu về robot gồm quỹ đạo công nghệ và quỹ đạo của khâu
thao tác. Quỹ đạo công nghệ là một đường trong không gian đi qua các điểm công nghệ và
các điểm dẫn (điểm trung gian dẫn hướng cho dụng cụ gắn trên robot), tương tự như khái
niệm đường dẫn dao trong lập trình gia công trên các máy CNC. Quỹ đạo công nghệ được
tạo ra xuất phát từ yêu cầu nhiệm vụ công ngh
ệ cụ thể để tạo ra các mối hàn, sơn, gia công
cắt gọt hoặc láp ráp sản phẩm Quỹ đạo khâu thao tác là một đường trong không gian thao
tác của robot (vùng làm việc) mà điểm tác động cuối tại đầu mút của dụng cụ thao tác vạch
ra khi robot được điều khiển bởi các thông số điều khiển đưa vào các khớp.
Hình 1-5: Quỹ đạo công nghệ của các mối hàn điểm
Trên Hình 1-5 là ví dụ minh họa khái niệm quỹ đạo công nghệ để thực hiện một số điểm
hàn khi hàn thân xe ô tô. 1 – là các điểm hàn trên thân xe ô tô, 2 – chi tiết thân xe ô tô, 3 –
quỹ đạo công nghệ, 4 – các điểm tựa, 5 – điểm tác động cuối (đầu súng hàn), 6 – là cánh
tay robot và 7 – là súng hàn. Để thực hiện hàn các mối hàn tại các điểm hàn 1, cánh tay
robot cần dẫn súng hàn đi qua các điểm tựa 3 và điểm hàn 1. Đường nối giữa các điểm hàn
1 và đ
iểm tựa 3 gọi là quỹ đạo công nghệ. Còn đường đi thực tế của điểm tác động cuối 5
mà do cánh tay robot 6 dẫn súng hàn 7 gọi là quỹ đạo của khâu thao tác. Mong muốn của
chúng ta là hai quỹ đạo này hoàn toàn trùng khít với nhau, khi đó các mối hàn được thực
hiện tại đúng vị trí thiết kế để bảo chất lượng thân xe ô tô.
Như vậy, việc đảm bảo thao tác của robot công nghiệp được chính xác theo quỹ
đạo
công nghệ đặt ra để thực hiện nhiệm vụ công nghệ là rất quan trọng. Tuy nhiên, trong kỹ
o
E
O
0
x
0
z
0
y
0
O
i
z
i
x
i
O
E
21
thuật nói chung và trong lĩnh vực robot nói riêng, ta không thể tránh khỏi những sai số,
nhưng ta cần tìm cách giảm tối đa sai số, khống chế sai số trong một phạm vi cho phép.
Nội dung tiếp theo trình bày về vấn đề sai số, độ chính xác của robot công nghiệp.
1.3 Độ chính xác của robot công nghiệp
1.3.1 Tổng quan về sai số và độ chính xác của robot
1.3.1.1 Tổng quan về sai số
Trong kỹ thuật, sai số hay sai lệch là sự sai khác về giá trị thực tế đạt được của một đối
tượng so với giá trị mong muốn và điều này luôn luôn tồn tại trong kỹ thuật.
Robot được cấu tạo từ nhiều phần tử khác nhau, khi chế tạo và thiết lập các phần tử này
sai
c) d)
đúng sai
đúng
sai
22
hướng của khâu thứ 2 không chính xác như thiết kế, do vậy đã gây ra sai lệch vị trí dz và
hướng d
. Còn ở Hình 1-6 c là trường hợp biểu diễn sai số do độ dơ của khớp quay, khe hở
của bộ truyền cũng như độ biến dạng xoắn của trục khớp do mô men xoắn từ động cơ
truyền vào gây ra sai số kích thước góc dq, làm sai lệch vị trí và hướng của khớp.
Về sai số trong dụng cụ đo, mặc dù được chế tạo rất chính xác để đo kiể
m các kích
thước của chi tiết gia công nhưng độ chính xác của dụng cụ đo cũng chỉ ở một giá trị giới
hạn, độ phân giải (độ "mịn") của thang đo cũng là nguyên nhân gây sai số. Ngoài ra, khi
nhận giá trị đo, cách thức đo do người đo thực hiện cũng có thể xảy ra các sai số.
Các chương trình tính toán số trong các bài toán động học, động lực học và điều khiển
robot cũ
ng là nguyên nhân gây ra sai số do đôi khi ta sử dụng phép tính xấp xỉ. Đồng thời,
sự làm tròn số khi tính toán để giảm dung lượng bộ nhớ nhằm đảm bảo máy tính có thể
tính toán được cũng là nguyên nhân gây sai số. Trong từng phép tính đơn lẻ thì có thể giá
trị sai số do làm tròn số hoặc do phép tính xấp xỉ là không lớn, tuy nhiên nếu nhiều phép
tính, với nhiều giá trị bị sai số thì cũng sẽ gây sai số tích lũy một giá trị đáng kể.
Một trong những nguyên nhân gây sai số khác trong robot cũng như máy công cụ nói
chung, đó là sự biến dạng đàn hồi của vật liệu. Do vật liệu để chế tạo các khâu, khớp của
robot chủ yếu là các vật liệu kim loại nên có tính đàn hồi, dưới tác dụng của lực tác động
như: trọng lượng bản thân, lực dẫn động, lực quán tính khi thay đổi chuyển động, trọng
lượng dụng c
ụ thao tác, lực tác động lên dụng cụ thao tác
23
của khâu thao tác phụ thuộc vào giá trị các sai số tồn tại trong các khâu, khớp cấu tạo nên
robot.
Để làm rõ vấn đề trên, ta phân tích một ví dụ đơn giản như sau:
Giả sử ta xét một robot có một bậc tự do gồm một thanh quay quanh một trục trong một
mặt phẳng như hình sau:
L là tham số hình học chiều dài của khâu, q là tham số động học của robot và p là vị trí
của điểm tác động cu
ối đặt tại đầu mút cuối của khâu. Hình 1-7: Sai số trong mô hình robot 1 khâu
Từ Hình 1-7 a ta xác định được tọa độ x
p
và y
p
biểu diễn vị trí của điểm p trong hệ tọa
độ cơ sở oxy như sau:
cos( )
sin( )
p
p
x
Lq
yLq
(1.2)
Tương tự ở trên Hình 1-7 c - khi có sai số tham số kích thước hình học L, tọa độ vị trí
thực tế của đầu mút p khi đó sẽ là:
''
''
cos( )
sin( )
p
p
x
Lq
yL q
(1.3)
p
) và khả năng lặp lại định vị (Positioning Repeatability - RP
l
).
Theo đó, gọi
,,
ai ai ai
X
YZ
là vị trí mà robot đạt được tại điểm thứ i,
,,
CC C
X
YZ
là vị trí
mà lệnh điều khiển đặt vào robot, sai số sẽ làm cho giá trị của
,,
ai ai ai
X
YZ
sai khác giá trị
của
,,
CC C
X
YZ
. Vị trí trung bình đạt được của robot là:
111
111
(1.7)
2
1
()
1
N
i
i
l
ll
S
N
(1.8)
Ta có công thức xác định độ chính xác vị trí như sau [7]:
22 2
()()()
pCCC
AP X X Y Y Z Z
(1.9)
Công thức xác định khả năng lặp lại định vị:
thì các mối hàn do robot hàn đó tạo ra sẽ không đạt chất lượng mong muốn vì chúng có thể
bị sai lệch vị trí mối hàn, không đủ ngẫu, không
đủ điền đầy
a) Mối hàn sai vị trí mong muốn. b) Mối hàn đúng vị trí mong muốn.
Hình 1-9: Sai số trong robot gây ảnh hưởng đến vị trí mối hàn.
Với robot sử dụng trong gia công cắt gọt, các sai số ở các phần tử cấu tạo nên robot sẽ
làm cho quỹ đạo đầu dụng cụ cắt gọt di chuyển không đúng vị trí, hướng, tốc độ dịch
chuyển dao so mong muốn của lệnh điều khiển được tạo ra bởi các chương trình CAM,
điều này sẽ dẫn đến bề mặt gia công bị sai lệch về kích thước, tăng
độ nhám bề mặt, sai
lệch về hình dạng, sai lệch quan hệ hình học (độ vuông góc, độ phẳng, độ trụ ) so với
dung sai cho phép, làm tăng phế phẩm, hiệu quả kinh tế kém.
Hình 1-10 mô tả sử dụng robot có gắn dụng cụ gia công để phay bề mặt cánh tuabin
thuỷ lực gồm có 1 - cánh tay robot, 2 - chi tiết gia công và 3 - là đồ gá mang chi tiết gia
Quỹ đạo công nghệ mong muốn
Quỹ đạo thực tế của khâu thao tác
Copyright: Tài liệu đại học ©