D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa có vai trò đặc biệt
quan trọng.
Nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ , nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh ,
cải thiện điều kiện lao động , nâng cao năng suât lao động, vấn đề đặt ra cần có 1 hệ thống sản
xuất phải cquanó tính linh hoạt cao. Robot công nghiệp , dặc biệt những tay máy robot là bộ phận
quan trọng tạo ra nhưng hệ thống đó.
Tay máy Robot đã có mặt trong quá trình sản xuất từ nhiều năm trước , ngày nay tay máy robot đã
dùng nhiều lĩnh vực sản xuất , suất phát từ những ưu điểm mà tay máy robot đó và đúc kết lại
trong quá trình sản xuất làm việc ,tay máy có những tính năng mà con người không thể có được ,
khả năng làm việc ổn định , có thể làm việc trong môi trường độc hại ……Do đó việc đầu tư nghiên
cứu , chế tạo ra những loại tay máy robot phục vụ cho công cuộc tự động hóa sản xuất là rất
cầncho hiện tại và tương lai.
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ giúp chúng em bước đầu làm quen vấn đề cốt lõi và cơ
bản nhất của robot , giúp cho sinh viên có thể hệ thống hóa lại môn học đã được học . Đồng thời
giúp sinh viên làm quen công việc thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Trong quá trình học tập dù đã cố gắng hoàn thành đồ án với sự tập trung , sự nỗ lực một cách tốt
nhất với sự hướng dẫn cụ thể thầy trong bộ môn CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY .Nhưng do hiểu biết hạn
chế với chưa có nhiều kinh nghiệm trong thực tiễn nên đồ án này không tránh khỏi khả năng thiếu
xót . Vậy em rất mong sự sửa chữa và góp ý của thầy cô để em rút ra kinh nghiệm và bổ xung
thêm kiến thức cho mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Mạnh.
CHƯƠNG1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
I.SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP.
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 1
D

Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người máy công nghiệp.
Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ.
Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate -1900 được dùng đầu tiên trong
kỹ nghệ ôtô. Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh -1967, Thuỵ
Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp - 1972; ở ý - 1973. . . Tính năng
làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận biết và xử lý. Năm 1967 ở
trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu robot hoạt động theo mô hình “mắt-tay”,
có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp theo vị trí vật kẹp nhờ các cảm biến. Năm 1974 Công
ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi tính, gọi là robot T3 (The
Tomorrow Tool : Công cụ của tương lai). Robot này có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 KG.
Ngày nay, khoa học về Robot “Robotics” phát triển mạnh mẽ, ngày càng hiện đại ứng dụng trong
rất nhiều lĩnh vực khác nhau: Công nghiệp, thám hiểm vũ trụ, giáo dục, y tế….
II.CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Robot công nghiệp có thể được định nghĩa theo một số tiêu chuẩn sau:
Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp: Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể
lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ, có khả
năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo những
hành trình thay đổi đã được chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau.
Theo tiêu chuẩn RIA của Mỹ (Robot institute of America): Robot là một tay máy vạn năng có thể
lặp lại các chương trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ, hoặc các thiết bị
chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ
khác nhau.
Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga: Robot công nghiệp là một máy tự động, được đặt cố
định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình,
có thể lặp đi lặp lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.
Do đó, robot công nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt, thực hiện các chức
năng lao động công nghiệp của con người dưới một hệ thống điều khiển theo những chương trình
đã được lập trình sẵn.

Trong đó :
: Là số bậc tự do của cơ cấu.
: Bậc tự do của một vật rắn không chụi liên kết trong không gian làm việc của robot (λ = 3 ứng với
không gian làm việc trong mặt phẳng, λ = 6 ứng với không gian làm việc trong không gian).
: Số khâu ( kể cả giá cố định).
: Số bậc tự do của khớp thứ i.
: Tổng số khớp của cơ cấu.
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 4
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
: Số bậc tự do thừa
Hình 1.2. Robot Puma 560 có 6 bậc tự do
3.3. Phân loại Robot:
3.3.1Phân loại theo phương pháp điều khiển:
Có 2 kiểu điều khiển robot: Điều khiển hở và Điều khiển kín.
Điều khiển hở: dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén) mà quãng
đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với xung điều khiển. Kiểu này đơn giản nhưng cho độ chính xác
thấp.
Điều khiển kín: (điều khiển kiểu servo) sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều
khiển. Có hai kiểu điều khiển servo: Điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đường (contour).
Kiểu điều khiển điểm-điểm: phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường
thẳng với tốc độ không cao. Kiểu điều khiển này thường được dùng trên các Robot hàn điểm, vận
chuyển, tán đinh và bắn đinh.
Điều khiển contour: đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kì, với tốc điều
khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các Robot hàn hồ quang và phun sơn.
3.3.2. Phân loại theo ứng dụng:
Dựa vào những ứng dụng của robot trong sản xuất ta có những loại robot sau: robot sơn, robot
hàn, robot lắp ráp, robot dùng trong ngành dịch vụ, robot chuyển phôi.


Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 6
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Mô hình tổng thể robot PUMA
1.Thiết kế chi tiết khâu đế và khâu thứ nhất:
Mô hình hệ thống dẫn động khâu thứ nhất.
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 7
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết đế robot.
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết nắp ổ bi , động cơ servo và khớp nối
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết ổ đũa côn , ổ bi ,bulong
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 8
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hình chiếu và hình chiếu trục đo chi tiết trục khâu 1, trục giảm tốc cấp 1 ,trục nối BR chủ động
Hệ thống bánh răng giảm tốc
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 9
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hệ thống bánh răng giảm tốc
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 10
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Bánh răng, nắp đếp chứa ổ bi ,lắp đếp

- : Số bậc tự do của khớp thứ i.
- k: Số khớp của cơ cấu.
- : Số ràng buộc trùng.
- : Số bậc tự do thừa.
Với robot trong đồ án này em nghiên cứu số bậc tự do là:
= 6(5- 5) + 6 + 0 + 0 = 6.
b.Phương pháp Denavit – Hartenberg
Theo DH, tại mỗi khớp ta gắn một hệ trục toạ độ, quy ước về cách đặt hệ toạ độ này như sau:
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 14
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
- Trục
i
z
được liên kết với trục của khớp thứ i+1. Chiều của
i
z
được chọn tuỳ ý.
- Trục
i
x
được xác định là đường vuông góc chung giữa trục khớp i và khớp i+1, hướng từ
điểm trục của khớp
i
tới khớp i+1. Nếu hai trục song song thì
i
x
có thể chọn bất kỳ là
đường vuông góc chung hai trục khớp. Trong trường hợp hai trục này cắt nhau,

i-1
chuyển đến
trục x
i
theo qui tắc bàn tay phải.
- : góc xoay đưa trục z
i-1
về z
i
quanh z
i
theo quy tắc bàn tay phải.
- : khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau.
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 15
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Hình 3.2 Các thông số của khâu
c.Phương trình động học
Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất Denavit - Hartenberg :

Ma trận biến đổi tọa độ độ thuần nhất biểu diễn trạng thái khâu thao tác có thể xác định từ
từ cấu trúc động học robot. có thể nhận được bằng cách nhân liên tiếp các ma trận biến đổi
tọa độ thuần nhất ứng với các phép dịch chuyển hệ tọa độ từ hệ trục cố điịnh tới hệ trục tọa độ gắn
với EF :Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 16
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

i-1
để trục x
i-1
chuyển đến
trục x
i
theo qui tắc bàn tay phải.
- : góc xoay đưa trục z
i-1
về z
i
quanh z
i
theo quy tắc bàn tay phải.
- : khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau.
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 18
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
e
Hình 2.1 Hệ trục tọa độ của robot trong mô hình 3D
Bảng thông số D-H của Robot:
Khâu di ai

Khâu 1 0 0 90
Khâu 2 d2 a2 0
Khâu 3 0 a3 90
Khâu 4 d4 0 90
Khâu 5 0 0 90
Khâu 6 d6 0 0

= (3)
- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 4:
= (4)
- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 5:
=

(5)
- Ma trận Denavit-Hartenbergcủa khâu 6:

= (6)
- Thiết lập ma trận khâu thao tác := (7)
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 21
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
Với:
Nguyễn Văn Mạnh –Kt.Cơ điện tử 2 – k56 22
D
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử
[TH.S:ĐẶNG BẢO LÂM]
- Ma trận cho ta biết hướng và vị trí của khâu thao tác trong hệ tọa độ cố định hay nói cách khác
là vị trí của điểm tác động cuối và hướng của hệ tọa độ động gắn vào khâu tại điểm tác động cuối
trong hệ tọa độ cố định. Vì thế nó còn được biểu diễn qua thông số các biến khớp ta tạm gọi là q
i.
Trong bài toán cụ thể thì nó là các khớp xoay θ
i
, với i=1÷6.

0
. Do các
tọa độ thao tác đều là hàm của thời gian. Nên ta có thể biểu diễn:

Với:
0
A
E
(t)

là ma trận Cardan mô ta hướng EX
E
Y
E
Z
E
so với hệ tọa độ O
0
Z
0
Y
0
Z
0
.
là vectơ mô tả vị trí của điểm tác động cuối trong hệ tọa độ O
0
Z
0
Y