Mô hình hóa động lực học robot gia công cơ khí

Bài báo "Mô hình hóa động lực học robot gia công cơ khí" trình bày mô hình hóa động lực học robot, thiết lập phương trình vi chuyển động, tính toán động lực học ngược với các điều kiện ràng buộc về vị trí, hướng, vận tốc, gia tốc và các lực dẫn động tại các khớp của robot theo yêu cầu công nghệ. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình hóa động lực học robot gia công cơ khí 575 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Mô hình hóa động lực học robot gia công cơ khí Phan Bùi Khôi1,*, Hà Thanh Hải2, Trần Minh Thúy1 1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: khoi.phanbui@hust.edu.vn Tóm tắt. Nghiên cứu, ứng dụng robot công nghiệp trong gia công cơ khí có nhiều ưu điểm về tính linh hoạt, không gian thao tác lớn, gia công được các chi tiết có bề mặt có kích thước lớn, hình dáng phức tạp. Trong quá trình thao tác, các khâu, khớp robot phối hợp các chuyển động không gian phức tạp để dụng cụ đạt vị trí và hướng theo yêu cầu thao tác công nghệ. Tuy nhiên, vẫn còn những khó khăn trong việc gia công bằng robot do cấu trúc dạng chuỗi nhiều khâu của robot. Các biểu thức xác định các đại lượng động lực cồng kềnh, phức tạp, là những khó khăn cho việc tính toán động học, động lực học và điều khiển robot. Nghiên cứu phương pháp tính toán động học, động lực học robot khi gia công cơ khí vẫn là bài toán mở. Việc tính toán, khảo sát thuận lợi sẽ giúp cho việc điều khiển robot khi gia công thuận lợi. Bài báo trình bày mô hình hóa động lực học robot, thiết lập phương trình vi chuyển động, tính toán động lực học ngược với các điều kiện ràng buộc về vị trí, hướng, vận tốc, gia tốc và các lực dẫn động tại các khớp của robot theo yêu cầu công nghệ. Từ khóa: Robot gia công cơ khí, động lực học robot, hiệu chỉnh lực cắt, gia công phay tạo hình1. Giới thiệu Tiềm năng ứng dụng robot trong gia công cơ khí là rất lớn bởi nhiều lợi thế vượt trội so các máycông cụ thông thường [1,2,3]. Tuy vậy, việc ứng dụng robot vẫn còn một số hạn chế như khó đạt độchính xác cao, tính toán động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot thực hiện cácthao tác công nghệ phức tạp là một công việc khó khăn,… Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng đạt độchính xác của robot như độ cứng vững của robot thấp, khi gia công xuất hiện các lực dễ gây dao động.Mặt khác, do cấu trúc động học dạng chuỗi gồm nhiều khâu nối với nhau nên chuyển động của các khâucủa robot là chuyển động không gian phức tạp. Để ứng dụng robot trong các công nghệ gia công cơ khíphức tạp như phay tạo hình bề mặt cong không gian thì robot phải có nhiều bậc tự do chuyển động. Khiđó, việc tính toán các đại lượng trong phương trình động học, động lực học của robot nhiều bậc tự do làmột khối lượng công việc đồ sộ, mất nhiều thời gian mà thậm chí khó có thể tính toán bằng tay. Bài báo trình bày mô hình hóa động lực học robot bao gồm việc thiết lập hệ phương trình vi phânchuyển động của robot dựa trên việc sử dụng các phép biến đổi tọa độ, các đại lượng động lực được tínhtoán và biểu diễn dạng ma trận cho phép dễ dàng lập trình và tạo các chương trình tự động tính toán[4,5,6]. Tiếp đó, trình bày một ví dụ tính toán cho một robot sáu bậc tự do mà việc tính toán chỉ có thểdễ dàng nhờ lập trình tự động. Trình bày kết quả tính toán, mô phỏng số động lực học ngược khi robotthực hiện gia công phay tạo hình bề mặt chi tiết với kích thước khá lớn. Bài báo được trình bày theo các nội dung sau. Sau mục 1 giới thiệu là mục 2 trình bày việc thiếtlập mô hình động lực học của robot trong dạng toán học là hệ phương trình vi phân chuyển động củarobot. Mục 3 trình bày việc áp dụng robot gia công tạo hình một bề mặt chi tiết có kích thước khá cồngkềnh. Mục 4 trình bày kết quả tính toán và mô phỏng số quá trình gia công. Mục 5 trình bày kết luận,hướng phát triển.2. Mô hình hóa động lực học robot gia công Xét mô hình cơ học hệ robot gia công có 6 bậc tự do, được thiết kế theo mẫu robot của hãng AseaBrown Boveri. Robot dạng chuỗi hở, có khâu cuối của cánh tay robot được gắn dao phay để gia côngphay một chi tiết được gắn cố định trên một bàn máy cố định như hình 1 [7]. 576 Phan Bùi Khôi, Hà Thanh Hải, Trần Minh Thúy2.1. Phương trình vi phân chuyển động của robot Hệ tọa trục độ dụng cụ là O E x E y E z E có gốc O E được đặt tại điểm cắt trên lưỡi cắt dụng cụ, trụcx E tiếp tuyến với lưỡi cắt, trục z E pháp tuyến với lưỡi cắt, trục y E được lập theo quy tắc tam diện thuận[7]. Hình 1. Mô hình cơ học hệ robot gia công Dạng ma trận phương trình Lagrange loại 2 cho hệ robot gia công tạo hình bề mặt:   M(q)q + ψ (q,q) + G(q) + Q = U (1) Trong đó: q - vector mô tả các tọa độ khớp của robot [7] q = 1 ,..,q 6 ] = 1 ,.., θ6 ] [q [θ T T (2) q 1 ,...q 2 lần lượt là các tọa độ khớp 1,...,6 của robot M(q) – ma trận khối lượng, cỡ (6x6), các phần tử của M(q) là hàm của vector tọa độ khớp q, đượctính ở (3)  6  ∂rCi ∂ωi M(q) M 6x 6  ∑ ( J T mi J Ti +J T ci Θci J Ri )  = = = ; J Ti ; J Ri = = 1,...,6) ...