THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI HEXAPOD BẰNG MÔ PHỎNG
Th s. Hå §¾c HiỊn
Trung t©m c«ng nghƯ -Tỉng cơc c«ng nghiƯp qc phßng

Tãm t¾t
Bµi b¸o tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c th«ng sè
c¬ b¶n Hexapod b»ng m« pháng ®Ĩ thiÕt kÕ m¸y c¾t gät
kim lo¹i ®éng häc song song (PKMT) Hexapod.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Mét trong nh÷ng th«ng sè c¬ b¶n cđa m¸y c¾t gät kim
lo¹i ®éng häc song song lµ kh«ng gian lµm viƯc vµ cÇn
x¸c ®Þnh trong thiÕt kÕ m¸y PKMT. Kh«ng gian lµm
viƯc cđa Hexapod cã h×nh d¸ng phøc t¹p vµ phơ thc
vµo cÊu tróc ®éng häc cđa nã, c¸c ®iỊu kiƯn rµng bc
vỊ dÞch chun c¸c khíp tÞnh tiÕn, khíp quay, ®iỊu kiƯn
va ch¹m gi÷a c¸c trơ khi gi¸ ®éng chun ®éng. §Ĩ tÝnh
to¸n th«ng sè ®éng häc cđa PKMT Hexapod theo tr×nh
tù cđa ®éng häc nèi tiÕp gi¶i qut sÏ rÊt khã kh¨n. Víi
h−íng nghiªn cøu thiÕt kÕ PKMT lµ s¶n phÈm c¬ ®iƯn
tư, sư dơng m« pháng, b»ng ch−¬ng tr×nh tÝnh dùa vµo
c¸c ph−¬ng tr×nh ®éng häc ng−ỵc dƠ dµng thay ®ỉi c¸c
ph−¬ng ¸n cÊu tróc cđa ®èi t−ỵng nghiªn cøu. KÕt qu¶
øng dơng nghiªn cøu cđa ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n m«
pháng Hexapod phơc vơ thiÕt kÕ PKMT.
2.CƠ SỞ TÍNH TOÁN
Do tÝnh chÊt ®èi xøng cđa Hexapod vµ c¸c q ®¹o
chun ®éng cđa gi¸ ®éng. §Ĩ ®¬n gi¶n bµi to¸n x¸c
®Þnh kh«ng gian lµm viƯc, cÇn kh¶o s¸t c¬ cÊu trong hƯ
to¹ ®é trơ:
-
a

- z
max
, z
min
: VÞ trÝ biªn cđa gi¸ ®éng theo trơc z (phơ
thc ®iỊu kiƯn l
min
, l
max
)
- α
max
: Gãc nghiªng max cđa gi¸ ®éng (phơ thc
c¸c ®iỊu kiƯn Φ
Amax
, Φ
Bmax
z
max
, z
min
)
- ∆z, ∆r, ∆ϕ, ∆α : Sè gia c¸c biÕn trong qu¸ tr×nh kh¶o
s¸t H×nh 1: C¬ cÊu Hexapod.
Vect¬ chiỊu dµi trơ thø i ®−ỵc tÝnh:
ii
B





−








−
=
100
0cosθsinθ
0sinθcosθ
cosθsinθ0
sinθcosθ0
001
cosθ0sinθ
010
sinθ0cosθ
R
33
33
11
11
22

i
trong hƯ to¹ ®é
®éng, lµ vect¬ cè ®Þnh ®−ỵc biĨu diƠn b»ng ®−êng kÝnh
gi¸ ®éng:
[]
T
iibi
hBBrb ,sin,cos=
(4)
Gãc B cã c¸c gi¸ trÞ:
],120,120,120,120,[
0000
bbbbbbi
B
θθθθθθ
−+−−−+−=
§Ĩ tÝnh to¸n kh«ng gian lµm viƯc cÇn ph©n quy lt
chun ®éng cđa ®iĨm P theo c¸c ph−¬ng ¸n sau:
- Gi¸ ®éng chun ®éng song song víi gi¸ cè ®Þnh.
- Gi¸ ®éng nghiªng mét gãc ®Ỉt tr−íc vµ chun ®éng.
Theo sù ph©n lo¹i trªn cho c¸c tr¹ng th¸i kh¶o s¸t, víi
®iỊu kiƯn h¹n chÕ chun ®éng m« h×nh c¬ cÊu ta x¸c
®Þnh ®−ỵc kh«ng gian lµm viƯc cđa ®iĨm P lµ ®iĨm ®Ỉt
®Çu dơng cơ c¾t.
C¸c ®iỊu kiƯn h¹n chÕ sù chun ®éng cđa c¬ cÊu lµ:
a/ §iỊu kiƯn h¹n chÕ chiỊu dµi trơ l
min
< l
i
< l

khíp cè ®Þnh A
i
víi ®iỊu kiƯn
A
φ
< Φ
Amax
, vµ 6 khíp
®éng B
i
víi ®iỊu kiƯn
B
φ
< Φ
Bmax

Ph−¬ng ph¸p kiĨm tra dïng vect¬ trơ (
i
Bl
i
A−
r
) so
s¸nh víi vect¬ danh nghi· cđa trơ
d
l
r
. Vect¬ danh nghÜa
lµ vect¬ khi gÝa trÞ gãc Φ=0
Gi¸ trÞ gãc Φ

BiiB
max
φφ
〈
víi i=1..6 (8)
c/ §iỊu kiƯn h¹n chÕ va ch¹m gi÷a hai trơ d > d
min

Trong qu¸ tr×nh kh¶o s¸t chun ®éng gi¸ ®éng cÇn
kiĨm tra ®iỊu kiƯn va ch¹m c¬ khÝ gi÷a c¸c trơ. C¸c trơ
cã kh¶ n¨ng va ch¹m lµ trơ 1víi 2, 3 víi 4 vµ 5 víi 6.
§Ĩ kiĨm tra ®−ỵc kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trơ cÇn tÝnh
®−ỵc d
min
lµ kho¶ng c¸ch nhá nhÊt gi÷a c¸c trơ trong
qu¸ tr×nh chun ®éng.
Kho¶ng c¸ch gi÷a hai trơ ®−ỵc x¸c ®Þnh b»ng vect¬
d
r

vu«ng gãc víi hai trơ kh¶o s¸t
ii
B
B
A
i
abRpB −+=
i
A
vµ

×
×
=
ii
ii
ll
ll
i
rr
rr
r
víi i=1,3,5
ViƯc kiĨm tra cã thĨ hiĨn thÞ hc kh«ng hiĨn thÞ, kÕt
thóc ch−¬ng tr×nh tÝnh sÏ th«ng b¸o cho biÕt kho¶ng
c¸ch gi÷a nhá nhÊt 2 trơ c¹nh nhau

3. CÔNG CỤ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC PKMT HEXAPOD

Khi thiÕt kÕ mét m¸y c¬ ®iƯn tư yªu cÇu ng−êi thiÕt kÕ
gi¶i qut c¸c nguyªn lý m¸y, cÊu tróc c¬ khÝ, cÊu tróc
hƯ thèng ®iƯn vµ ®iƯn tư, c¸c cÊu thµnh m¸y. Nguyªn lý
m¸y cÇn gi¶i vµ ph©n tÝch c¸c bµi to¸n ®éng häc, ®éng
lùc häc ®Ị ra ®−ỵc th«ng sè cÊu tróc ®¹t nhiƯm vơ thiÕt
kÕ. Víi m¸y Hexapod lµ mét cÊu tróc ®éng häc song
song, thiÕt kÕ ph¶i gi¶i qut c¸c bµi to¸n mµ d÷ liƯu
vµo cÇn thay ®ỉi do thay ®ỉi ph−¬ng ¸n h×nh häc, ®iƯn,
®iƯn tư ®Ĩ cã cÊu tróc hỵp lý.
Nghiªn cøu thiÕt kÕ víi c«ng cơ m« pháng tr×nh bµy
d−íi ®©y gi¶i qut ®−ỵc nhiƯm vơ thiÕt kÕ.
ThiÕt kÕ ch−¬ng tr×nh m« pháng ®éng häc häc Hexapod


Giao diện dữ liệu kết cấu

Th«ng sè kÕt cÊu lµ c¸c th«ng sè kÝch th−íc gi¸ ®éng,
gi¸ cè ®Þnh, chiỊu dµi trơ, c¸c gãc khíp trªn gi¸ cè ®Þnh
vµ gi¸ ®éng, c¸c ®iỊu kiƯn h¹n chÕ kh«ng gian lµm viƯc
D÷ liƯu kÕt cÊu cÇn nhËp:
- B¸n kÝnh gi¸ ®éng [m]
- Khèi l−ỵng gi¸ ®éng [kg]
- M« men qu¸n tÝnh gi¸ ®éng theo c¸c trơc x, y, z
[kg.m
2
]
- B¸n kÝnh gi¸ cè ®Þnh [m]
- ChiỊu dµi trơc vÝt [ m]
- Khèi l−ỵng trơc vÝt [kg]
- M«men qu¸n tÝnh cđa trơc vÝt theo trơc x, y [kg.m
2
]
- ChiỊu dµi ®ai èc bi [m]
- Khèi l−ỵng ®ai èc [kg]
- M«men qu¸n tÝnh cđa ®ai èc theo trơc x, y [kg.m
2
]
- Gãc x¸c ®Þnh t©m c¸c khíp trªn gi¸ ®éng [®é]
- Gãc x¸c ®Þnh c¸c khíp trªn gi¸ cè ®Þnh [®é]
- ChiỊu cao gi¸ ®éng [m]
- ChiỊu dµi max, min cđa trơ [m]
- Gãc l¾c max cđa khíp trªn gi¸ ®éng [®é]
- Gãc l¾c max cđa khíp trªn gi¸ cè ®Þnh [®é]

[m/s]
• Lùc däc trơc t¸c dơng lªn trơ [N]
• Th«ng b¸o dÞch chun P theo Z [m], kho¶ng
c¸ch nhá nhÊt gi÷a c¸c trơ H×nh 6: §å thÞ dÞch chun ®iĨm P theo thêi gian
thùc vµ th«ng b¸o Z
max
, Z
min
, d
min

4.KET LUAN
Khi thiết kế máy cơ điện tử, các phân tích cấu trúc cơ
khí cần phân tích lựa chọn và thay đổi phơng án cùng
với lựa chọn cấu trúc điều khiển và điện điện tử. Sự thay
đổi phơng án cấu thành điện tử cũng làm thay đổi đến
phân tích động học của máy. Ngợc lại những thay đổi
phơng án trong động học nếu không đề cập đến thay
đổi trong hệ thống điện, điện tử thì phơng án có thể
dẫn đến không khả thi. Nói chung hệ thống điện, điện
tử và hệ thống cơ khí đợc phân tích thiết kế một cách
đồng thời. Với chơng trình tính toán, mô phỏng
Hexapod giúp giải quyết nhanh chóng các đề xuất
phơng án thiết kế động học PKMT Hexapod.

Tài liệu tham khảo
1. Masory O. Wang J. 1995, Workspace evaluation of