Báo cáo Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các robot thông minh phục vụ cho các ứng dụng quan trọng

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHƯƠNG TRÌNH KC.03 YZ YZ YZ YZ YZ YZY YZ YZ YZY YZ YZ YZY “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC ROBOT THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG” Mà SỐ: KC.03.08 BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THEO NHIỆM VỤ 2 - ĐỀ TÀI KC.03.08 NHÓM SẢN PHẨM ROBOT SCA 6246-2 25/12/2006 HÀ NỘI 2006 2 Môc lôc Më ®Çu 4 PhÇn 1: Robot SCATM khÝ nÐn 11 I. Giíi thiÖu chung 11 II. X©y dùng c¸c m« h×nh ®éng häc vµ ®éng lùc häc Robot SCATM 12 2.1. ThiÕt lËp ph−¬ng tr×nh ®éng häc Robot SCATM 12 2.1.1. X¸c ®Þnh c¸c hÖ täa ®é cña Robot SCATM 12 2.1.2. B¶ng th«ng sè DH cña Robot SCATM 12 2.1.3. X¸c ®Þnh c¸c ma trËn cña Robot SCATM 12 2.1.4. TÝnh c¸c ma trËn T cña Robot SCATM 13 2.1.5. Ph−¬ng tr×nh ®éng häc Robot SCATM 14 2.2. ThiÕt lËp bµi to¸n ®éng häc ng−îc Robot SCATM 15 2.3. X©y dùng m« h×nh ®éng lùc häc Robot SCATM 19 III. ThiÕt kÕ c¶i tiÕn chÕ t¹o Robot SCATM khÝ nÐn 36 PhÇn 2: M«®un quay dïng b¸nh r¨ng con l¨n 40 I. Giíi thiÖu chung 40 II. Nhu cÇu cÇn cã m«®un quay dïng BRCL 41 III. CÊu t¹o vµ nguyªn t¾c lµm viÖc 46 3.1. C¸c bé phËn chñ yÕu cña hép gi¶m tèc BRCL 46 3.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña hép gi¶m tèc BRCL 48 IV. D¹ng r¨ng b¸nh r¨ng con l¨n 49 4.1. D¹ng r¨ng l−în sãng 49 4.2. X©y dùng biªn h×nh r¨ng con l¨n 52 4.3. Ph−¬ng ph¸p chän d¹ng r¨ng hîp lý 54 V. Ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o BRCL 56 3 VI. LËp tr×nh gia c«ng trªnm¸y c¾t d©y CNC 57 VII. Sö dông BRCL cho m«dun quay Robot lµ gi¶i ph¸p hîp lý nhÊt 58 VIII. ChuÈn hãa thiÕt kÕ hép gi¶m tèc BRCL 59 IX. M«®un quay BRCL 69 X. Mét sè s¶n phÈm ®· chÕ t¹o 72 XI. KÕt luËn 82 PhÇn 3: m«®un d©y chuyÒn s¶n xuÊt tù ®éng 83 I. Giíi thiÖu chung 83 II. HÖ thèng b¨ng chuyÒn 84 III. HÖ thèng ®iÒu khiÓn 98 3.1. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng 98 3.2. C¸c bé phËn chñ yÕu 99 PhÇn 4: C¬ së tÝnh to¸n vµ x©y dùng c¸c ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh vµ ®iÒu khiÓn 102 I. Giíi thiÖu chung 102 II. Ch−¬ng tr×nh tù ®éng thiÕt lËp 103 III. Ch−¬ng tr×nh kiÓm nghiÖm lêi gi¶i 105 IV. Ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm tÝnh to¸n ®éng lùc häc 107 V. Ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ®iÒu khiÓn SCA 107 VI. Ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ®iÒu khiÓn d©y chuyÒn s¶n xuÊt 109 Tµi liÖu tham kh¶o 131 4 BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THEO NHIỆM VỤ 2 CỦA ĐỀ TÀI KC.03.08 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO NHÓM SẢN PHẨM ROBOT SCA MỞ ĐẦU Robot SCA là loại robot thuộc nhóm robot SCARA (selective Compliance Assembly Robot Arm) có cấu trúc động học theo kiểu cơ cấu tay máy phỏng sinh trục đứng. SCARA là loại robot dùng để lắp ráp linh hoạt. Tuy SCARA mới xuất hiện ở Nhật trong những năm 80, nhưng do có nhiều ưu điểm nên nhanh chóng được nhiều nước áp dụng và cải tiến. Có thể xếp vào nhóm robot SCARA các kiểu robot sau: Adept - One, IBM - 7545, Intelldex 440, Rhino SCARA của Hoa Kỳ; Skilam, SR-2, Nam Robo, Puha 2 của Nhật bản; IS 600 của Đức; Serpent của Anh v.v. Tại Trung tâm NCKT tự động hóa, ĐHBK - HN cũng đã thiết kế chế tạo kiểu robot SCA là một biến thể của SCARA. Kiểu robot SCA này có cấu hình RRRT, với 4 bậc tự do, toàn dùng động cơ bước. 5 Hình 2.0.1. Chế tạo và lắp ráp Robot SCA Nhằm nâng cao khả năng thao tác linh họat cho robot SCAđể đáp ứng được những tình huống xử lý thông minh của bộ điều khiển theo các tín hiệu nhận được từ các sensors, Đề tài đã nghiên cứu thiết kế cải tiến robot SCA theo 2 định hướng: dùng khí nén để tác động nhanh và môđun hóa để vạn năng hóa kết cấu. 1) Robot SCATM khí nén có 3 bậc tự do đầu dùng động cơ bước, còn bậc cuối thực hiện chuyển động tịnh tiến dùng truyền động khí nén. Trên hình 2.0.2 là bản vẽ thiết kế robot SCATM khí nén. Kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo và điều khiển vận hành robot SCATM khí nén ®−îc tr×nh bµy trong Phần I của Báo cáo về nhiệm vụ 2 của Đề tài. 2) Robot SCA môđun hóa là một thử nghiệm tạo ra môđun cánh tay chuẩn hóa, từ đó có thể lắp ghép thành nhiều kiểu robot SCA. Trên hình 2.0.3 là ví dụ một kiểu robot SCA tạo ra từ các môđun cánh tay chuẩn hóa và hình 2.0.4. là một ví dụ khác: robot SCA có 2 tay. 6 Mỗi môđun cánh tay (hình 2.0.5) là một khâu hoàn chỉnh của cơ cấu tay máy robot, được thực hiện chuyển động quay rất chậm trực tiếp bởi một động cơ kèm hộp giảm tốc tỷ số truyền cao và không tồn tại khe hở cạnh răng. Như vậy, phần cốt lõi của môđun cánh tay là môđun quay (rotation module). Vì thế khi triển khai thực hiện nhiệm vụ 2 của Đề tài đã phát sinh một nội dung nghiên cứu và đã nhận được những kết quả bất ngờ và rất có ý nghĩa không những đối với các truyền động quay trong robot mà còn có tác dụng trong hầu hết các thiết bị máy móc hiện đại. Tóm tắt các kết quả chủ yếu về nội dung nghiên cứu này được trình bày trong phần II của Báo cáo về Nhiệm vụ 2 của Đề tài. 7 Hình 2.0.5. Bản vẽ thiết kế Robot SCATM khí nén 8 H×nh 2.0.3. Robot SCA mét c¸nh tay m«®un hãa 76 5 756 H×nh 2.0.4. Robot SCA 2 c¸nh tay m«®un hãa 9 H×nh 2.0.5. M«®un c¸nh tay Nội dung phần III của Báo cáo về Nhiệm vụ 2 của Đề tài là các kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo môđun Dây chuyền sản xuất (DCSX) dùng robot SCA để phân loại sản phẩm theo màu sắc. Nội dung nghiên cứu này cốt để minh họa về một cách thức thể hiện khả năng thông minh hóa cho robot ở đây cụ thể là robot SCA, trong môi trường làm việc cụ thể nào đó. Ngoài ra ®¬n vÞ chñ tr× Đề tài còn tham gia xây dựng Dự án “Chế tạo robot bốc dì két lên pallet tại phân xưởng chiết của Công ty liên doanh Bia Sài Gòn”. Hình 2.0.6. là mô phỏng hoạt hình robot này, đó cũng là một biến thể cỡ lớn của Robot SCARA. Kinh phí từ ngân sách SNKH được duyệt là 2,6 tỷ đồng, phần tham gia của ®¬n vÞ là 250 triệu đồng. Các thông số kỹ thuật của robot này giới thiệu trong phần phụ lục. 10 Hình 2.0.6. Mô phỏng Robot bốc dỡ két bia Nội dung Phần 4 của Báo cáo về Nhiệm vụ 2 của Đề tài là các kết quả nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết, thuật toán và chương trình phần mềm điều khiển robot SCA trong trường hợp hoạt động riêng rẽ và trong trường hợp thao tác với dây chuyền sản xuất. Trong đó cã các vấn đề với phương pháp giải bài toán động học thuận, bài toán động học ngược, trong lập trình quỹ đạo cho robot, bài toán động lực học và phương pháp thực hiện việc chọn lựa sản phẩm theo màu sắc. Nội dung chủ yếu của Phần I đã được viết thành một luận văn thạc sĩ, bảo vệ năm 2006. Phần II có một sản phẩm đã trưng bày ở chợ Techmart 2003 tại Hà Nội và được tặng thưởng Huy chương Vàng và một phần nội dung đã có trong luận văn Thạc sĩ, bảo vệ năm 2005. Phần IV có 2 chương trình phần mềm được cấp giấy chứng nhận bản quyền. 11 PhÇn i B¸o c¸o tãm t¾t c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu theo nhiÖm vô 2 cña ®Ò tµi kc. 03.08 robocar scaTm khÝ nÐn i. giíi thiÖu chung Nghiên cứu thiết kế chế tạo Robot SCATM khí nén để nâng cao mức linh hoạt thao tác của nó nhằm đáp ứng được điều khiển không bị trễ khi xử lý thông minh các tín hiệu nhận được từ hệ thống sensor Phần I báo cáo này trình bày 2 nội dung: 1. Xây dựng các mô hình động học và động lực học của Robot SCATM 2. Thiết kế cải tiến và chế tạo Robot SCATM khí nén 12 II. tãm t¾t vÒ kÕt qu¶ nghiªn cøu x©y dùng c¸c m« h×nh ®éng häc vµ ®éng lùc häc cña Robot scatm 2.1. Thiết lập phương trình động học Robot SCATM 2.1.1. X¸c ®Þnh c¸c hÖ täa ®é cña robot SCATM H×nh 2.1.1. HÖ to¹ ®é cña robot SCATM 2.1.2. B¶ng th«ng sè DH cña robot SCATM Kh©u iq iα ia id 1 *1q 0 1a 0 2 *2q 180 o 2a 0 3 0 0 0 *3d 4 *4q 0 0 4d 2.1.3. X¸c ®Þnh c¸c ma trËn iA cña robot SCATM d4 cè ®Þnh 3 d q 4x 4 3 x z 2 , , 3 z z 4 2 a 1 a z 1 2 q 2 xx 1 ,,0x q 1 0 z 13 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C S a C S C a S A −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.1) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C S a C S C a S A ⎡ ⎤⎢ ⎥−⎢ ⎥= ⎢ ⎥−⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.2) 3 3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 A d ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.3) 4 4 4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 C S S C A d −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.4) 2.1.4. TÝnh c¸c ma trËn iT cña robot SCA TM 4 4 4 43 4 4 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 C S S C T A d −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.5) 4 0 0 0 1 x x x x y y y y z z z z n s a p n s a p T n s a p ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.6) 14 4 4 4 42 4 3 4 4 3 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 C S S C T A A d d −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥+⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.7) 2 4 2 4 2 2 2 4 2 4 2 21 4 2 3 4 4 3 cos( ) sin( ) 0 sin( ) cos( ) 0 0 0 1 0 0 0 1 q q q q C a q q q q S a T A A A d d − −⎡ ⎤⎢ ⎥− − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− − −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.8) 1 2 4 1 2 4 2 12 1 1 1 2 4 1 2 4 2 12 1 11 4 1 4 4 3 cos( ) sin( ) 0 sin( ) cos( ) 0 0 0 1 0 0 0 1 q q q q q q a C a C q q q q q q a S a S T A T d d + − + − +⎡ ⎤⎢ ⎥+ − − + − +⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− − −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.9) 2.1.5. Ph−¬ng tr×nh ®éng häc robot SCATM 4 0 0 0 1 x x x x y y y y z z z z n s a p n s a p T n s a p ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥ =⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.10) Tõ ®ã ta cã hÖ ph−¬ng tr×nh sau: 15 1 2 4 1 2 4 1 2 4 1 2 4 2 12 1 1 2 12 1 1 4 3 cos( ) sin( ) 0 sin( ) cos( ) 0 0 0 1 x y z x y z x y z x y z n q q q n q q q n s q q q s q q q s a a a p a C a C p a S a S p d d = + −⎧⎪ = + −⎪⎪ =⎪ = + −⎪⎪ = − + −⎪⎪ =⎪→ ⎨ =⎪⎪ =⎪ = −⎪⎪ = +⎪⎪ = +⎪ = − −⎪⎩ (2.11) 2.2. ThiÕt lËp bµi to¸n ®éng häc ng−îc Robot SCATM Như đã ký hiệu trong bài toán động học thuận, ta có phương trình sau: Tn = Ai iTn Nhân hai vế của phương trình này với 1−iA , nhận được nin i TAT 1−= 12 12 12 12 12 12 12 12 2 1 2 12 12 12 12 12 12 12 12 2 11 1 1 34 3 2 1 4 3 0 0 0 1 − − − + + + + − −⎡ ⎤⎢ ⎥− − − − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− − − − −⎢ ⎥⎣ ⎦ x y x y x y x y x y x y x y x y z z z z C n S n C s S s C a S a C p S p C a a S n C n S s C s S a C a S p C p S a X A A A T n s a p d (2.12) 16 12 12 12 12 12 12 12 12 2 1 2 12 12 12 12 12 12 12 12 2 11 1 24 2 1 4 0 0 0 1 − − + + + + − −⎡ ⎤⎢ ⎥− − − − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− − − −⎢ ⎥⎣ ⎦ x y x y x y x y x y x y x y x y z z z z C n S n C s S s C a S a C p S p C a a S n C n S s C s S a C a S p C p S a X A A T n s a p (2.13) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 14 1 4 0 0 0 1 − + + + + −⎡ ⎤⎢ ⎥− + − + − + − +⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ x y x y x y x y x y x y x y x y z z z z C n S n C s S s C a S a C p S p a S n C n S s C s S a C a S p C p X A T n s a p (2.14) * T×m 1q XÐt phÇn tö hµng 1 cét 4 cña 2 ma trËn 14X vµ 1 4T tõ (2.14) vµ (2.8) vµ phÇn tö hµng 2 cét 4 cña 2 ma trËn 14X vµ 1 4T tõ (2.14) vµ (2.8) 1 1 1 2 2 1 1 2 2 cos( ) sin( ) cos( ) (2.15) sin( ) cos( ) sin( ) (2.16) + − =⎧⎪⎨− + =⎪⎩ x y x y p q p q a a q p q p q a q 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 2 2 cos( ) sin( ) cos ( ) (2.17) sin( ) cos( ) sin ( ) (2.18) ⎧⎡ ⎤+ − =⎪⎣ ⎦⎨⎡ ⎤⎪ − + =⎣ ⎦⎩ x y x y p q p q a a q p q p q a q 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2(2.17) (2.18) 2 cos( ) 2 sin( )+ → + − − + =x y x yp p a p q a p q a a (2.19) 2 2 2 2 1 2 1 1 12 cos( ) sin( )x y x yp p a a a p q p q⎡ ⎤+ + − = +⎣ ⎦ (2.20) 2 2 2 2 1 2 1 12 2 2 2 2 2 1 cos( ) sin( ) 2 x y yx x y x y x y p p a a pp q q a p p p p p p + + − = ++ + + (2.21) §Æt 17 2 2 sinx x y p p p ϕ=+ (2.22) 2 2 cos y x y p p p ϕ=+ (2.23) Tõ (2.19) ta cã: ( ) 2 2 2 2 1 2 12 2 1 sin 2 x y x y p p a a q a p p ϕ+ + − = ++ (2.24) ( ) 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 cos 1 2 ϕ ⎛ ⎞+ + −⎜ ⎟⇒ + = − ⎜ ⎟+⎝ ⎠ x y x y p p a a q a p p (2.25) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 1 2 , 1 2 2 x y x y x y x y p p a a p p a a q arctg a p p a p p ϕ ⎛ ⎞⎛ ⎞+ + − + + −⎜ ⎟⎜ ⎟+ = −⎜ ⎟⎜ ⎟+ +⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ (2.26) Tõ (2.22) vµ (2.23) ( )2 ,x yarctg p pϕ⇒ = (2.27) Tõ (2.26) vµ (2.27) ta cã: ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 1 2 , 1 , 2 2 x y x y x y x y x y p p a a p p a a q arctg arctg p p a p p a p p ⎛ ⎞⎛ ⎞+ + − + + −⎜ ⎟⎜ ⎟= − −⎜ ⎟⎜ ⎟+ +⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠ (2.28) * T×m q2. Tõ (2.15) ( ) ( ) ( )1 1 1 2 2cos sin cosx yp q p q a a q⇒ + − = (2.29) ( )1 21 1 22 2 2 2 2 2 2 2cos( ) sin( ) cosyx x y x y x y x y pp a aq q q p p p p p p p p + − =+ + + + (2.30) §Æt: 18 2 2 sinx x y p p p ϕ=+ (2.31) 2 2 cos y x y p p p ϕ=+ (2.32) ( ) ( )1 21 22 2 2 2sin cos x y x y a aq q p p p p ϕ ⎡ ⎤⎢ ⎥⇒ + − =⎢ ⎥+ +⎣ ⎦ (2.33) KÕt hîp víi (2.24), ta ®−îc: ( ) 2 22 2 2 2 1 2 1 22 2 2 2 21 cos 2 ⎛ ⎞ ++ + −⎜ ⎟− =⎜ ⎟+ +⎝ ⎠ x yx y x y x y p pp p a a a q aa p p p p (2.34) ( )2 2 2 21 2 2 1 2 cos 2 + − −⇒ =x yp p a a q a a (2.35) ( ) 22 2 2 2 1 2 2 1 2 1 sin 2 ⎛ ⎞+ − −⇒ − =⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ x yp p a a q a a (2.36) 22 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 , 2 2 ⎡ ⎤⎛ ⎞+ − − + − −⎢ ⎥⇒ = − ⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ x y x yp p a a p p a aq arctg a a a a (2.37) * T×m d3 XÐt phÇn tö hµng 3 cét 4 cña hai ma trËn 14X vµ 1 4T tõ (2.14) vµ (2.8) 4 3= − −zp d d (2.38) 3 4⇒ = − −zd p d (2.39) * T×m q4 XÐt phÇn tö hµng 2 cét 1 cña hai ma trËn 34X vµ 3 4T tõ (2.12) vµ (2.5) 12 12 4x yS n C n S− = (2.40) 19 XÐt phÇn tö hµng 1 cét 1 cña hai ma trËn 34X vµ 3 4T tõ (2.12) vµ (2.5) 12 12 4x yC n S n C+ = (2.41) ( )4 4 42 ,q arctg S C⇒ = (2.42) 2.3. Xây dựng mô hình động lực học Robot SCATM Ta thiÕt lËp c¸c ma trËn i-1Ai Tõ c¸c c«ng thøc (1.22) vµ (1.23) ta cã: 1 1 1 1 1 1 1 10 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C S a C S C a S A −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.43) 2 2 2 2 2 2 2 21 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C S a C S C a S A ⎡ ⎤⎢ ⎥−⎢ ⎥= ⎢ ⎥−⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.44) 2 3 3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 A d ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.45) 4 4 4 43 4 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 C S S C A d −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.46) Tõ c«ng thøc (1.21) ta cã: 12 12 2 12 1 1 12 12 2 12 1 10 0 1 2 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 C S a C a C S C a S a S A A A +⎡ ⎤⎢ ⎥− +⎢ ⎥= = ⎢ ⎥−⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.47) 20 12 12 2 12 1 1 12 12 2 12 1 10 0 1 2 3 1 2 3 3 0 0 0 0 1 0 0 0 1 C S a C a C S C a S a S A A A A d +⎡ ⎤⎢ ⎥− +⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.48) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 4 2 12 1 10 0 1 2 3 1 2 4 1 2 4 2 12 1 1 4 1 2 3 4 3 4 cos sin 0 sin cos 0 0 0 1 0 0 0 1 q q q q q q a C a C q q q q q q a S a S A A A A A d d ⎡ + − + − + ⎤⎢ ⎥+ − − + − +⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− − −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.49) 2 2 2 2 2 2 2 21 1 2 3 2 3 3 0 0 0 0 1 0 0 0 1 C S a C S C a S A A A d ⎡ ⎤⎢ ⎥−⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.50) ( ) ( ) ( ) ( )2 4 2 4 2 21 1 2 3 2 4 2 4 2 2 4 2 3 4 3 4 cos sin 0 sin cos 0 0 0 1 0 0 0 1 q q q q a C q q q q a S A A A A d d ⎡ − + − − + ⎤⎢ ⎥− − + − − +⎢ ⎥= = ⎢ ⎥− − −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.51) 4 4 4 42 2 3 4 3 4 3 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 C S S C A A A d d −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥+⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.52) Tõ c«ng thøc (1.26) vµ (1.27) ta cã: 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.53) 21 2 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.54) 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 D ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.55) 4 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.56) Ta tÝnh ijU theo c«ng thøc (1.31) 1 1 1 1 1 1 1 10 11 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S C a S C S a C U D A − − −⎡ ⎤⎢ ⎥−⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.57) 12 12 2 12 1 1 12 12 2 12 1 10 21 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S C a S a S C S a C a C U D A − − −⎡ ⎤⎢ ⎥+⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.58) 22 12 12 2 12 12 12 2 120 1 22 1 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S C a S C S a C U A D A − −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.59) 12 12 2 12 1 1 12 12 2 12 2 10 31 1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S C a S a S C S a C a C U D A − − −⎡ ⎤⎢ ⎥+⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.60) 12 12 2 12 12 12 2 120 1 32 1 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 S C a S C S a C U A D A − −⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.61) 0 2 33 2 3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 U A D A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥−⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.62) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 4 1 2 4 2 12 1 1 0 1 2 4 1 2 4 2 12 1 1 41 1 4 sin cos 0 cos sin 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q a S a S q q q q q q a C a C U D A ⎡− + − + − − − ⎤⎢ ⎥+ − + − +⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.63) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 4 2 120 1 1 2 4 1 2 4 2 12 42 1 2 4 sin cos 0 cos sin 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q a S q q q q q q a C U A D A ⎡− + − + − − ⎤⎢ ⎥+ − + −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.64) 23 0 2 43 2 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 U A D A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥−⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.65) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 40 3 1 2 4 1 2 4 44 3 4 4 sin cos 0 0 cos sin 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q q q q q q q U A D A ⎡ + − − + − ⎤⎢ ⎥− + − − + −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.66) 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 m a m a J m a m ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟−⎜ ⎟⎝ ⎠ (2.67) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 10 0 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 m a m a J m a m ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟−⎜ ⎟⎝ ⎠ (2.68) 2 3 3 3 3 3 3 3 3 1 10 0 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 m l m l J m l m ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟−⎜ ⎟⎝ ⎠ (2.69) 24 2 4 4 4 4 4 4 4 4 1 10 0 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 m l m l J m l m ⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟−⎜ ⎟⎝ ⎠ (2.70) Tõ c«ng thøc (1.51): ( ) ( ) ( ) ( )11 11 1 11 21 2 21 31 3 31 41 4 41T T T TD Tr U J U Tr U J U Tr U J U Tr U J U= + + + 2 2 2 4 2 4 1 2 2 2 1 2 2 4 4 2 4 4 4 1 2 4 4 1 2 2 1=m m cos( ) 2 3 a a m a m a a C m l a C m l a q q m a a C+ + + − − − + + 2 2 2 2 2 2 3 3 1 2 3 1 2 2 3 3 2 2 1 3 2 3 1 1 1 3 3 4 4 1 1 12 3 3 3 m l a C m a a C m l a m a m a m a m a m l m l− + − + + + + + + (2.71) ( ) ( ) ( )12 22 2 21 32 3 31 42 4 41T T TD Tr U J Tr U J Tr U J= + +U U U 2 2 2 2 2 2 1 2 2 3 3 3 2 1 2 1 3 3 2 2 4 4 4 3 3 1 1 1 1 3 2 2 3 m a m a a C a m l m a a C a m l C a m l C m l= + − + − − + ( )2 2 24 4 2 3 1 4 4 2 4 2 4 1 2 2 41 1 cos3 2m l a m a m l q q a m a C a m+ + − − + + + (2.72) ( ) ( )13 33 3 31 43 4 41 0T TD Tr U J Tr U J= + =U U (2.73) ( )14 44 4 41TD Tr U J= U ( )24 4 4 4 2 4 4 4 1 2 41 1 1 cos3 2 2m l m l a C m l a q q= + + − + (2.74) ( ) ( ) ( )22 22 2 22 32 3 32 42 4 42T T TD Tr U J Tr U J Tr U J= + +U U U 2 2 2 2 2 2 3 3 2 3 2 2 2 4 2 4 4 4 3 3 4 4 1 1 1 3 3 3 a m l a m a m a m a m l C l m l m= − + + + − + + (2.75) ( ) ( )23 33 3 32 43 4 42 0T TD Tr U J Tr U J= + =U U (2.76) ( ) 224 33 4 42 4 4 2 4 4 41 13 2TD Tr U J l m a m l C= = − +U (2.77) 25 ( ) ( )33 33 3 33 43 4 43 3 4T TD Tr U J Tr U J m m= + = +U U (2.78) ( )34 44 4 33 0TD Tr U J= =U (2.79) ( ) 244 44 4 44 4 413TD Tr U J m l= =U (2.80) ( ) 11 12 13 14 12 22 23 24 12 23 33 34 14 24 34 44 D D D D D D D D D q D D D D D D D D ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.81) 1 1 1 1 1 1 1 12 0 111 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C S a C S C a C U D A − −⎡ ⎤⎢ ⎥− − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.82) 12 12 2 12 1 1 12 12 2 12 1 12 0 1 211 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C S a C a C S C a S a S U D A A − − − −⎡ ⎤⎢ ⎥− − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.83) 12 12 2 12 1 1 12 12 2 12 1 12 0 1 2 311 1 1 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C S a C a C S C a S a S U D A A A − − − −⎡ ⎤⎢ ⎥− − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.84) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 4 2 12 1 12 0 1 2 3 1 2 4 1 2 4 2 12 1 1 411 1 1 2 3 4 cos sin 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q a C a C q q q q q q a S a S U D A A A A ⎡− + − − + − − − ⎤⎢ ⎥− + − + − − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.85) 26 12 12 2 12 12 12 2 120 1 212 1 1 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C S a C S C a S U D A D A − − −⎡ ⎤⎢ ⎥− −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.86) 12 12 2 12 12 12 2 120 1 2 312 1 1 2 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C S a C S C a S U D A D A A − − −⎡ ⎤⎢ ⎥− −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.87) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 4 2 120 1 2 3 1 2 4 1 2 4 2 12 412 1 1 2 2 3 4 cos sin 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q a C q q q q q q a S U D A D A A A ⎡− + − − + − − ⎤⎢ ⎥− + − + − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.88) 0 1 2 313 1 1 2 3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U D A A D A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.89) 0 1 2 3 413 1 1 2 3 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U D A A D A A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.90) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 40 1 2 3 1 2 4 1 2 4 414 1 1 2 3 4 4 cos sin 0 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q q q q q q q U D A A A D A ⎡ + − + − ⎤⎢ ⎥+ − − + −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.91) 27 12 12 2 12 12 12 2 120 2 1 222 1 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C S a C S C a S U A D A − − −⎡ ⎤⎢ ⎥− −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.92) 12 12 2 12 12 12 2 120 2 1 2 322 1 2 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C S a C S C a S U A D A A − − −⎡ ⎤⎢ ⎥− −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.93) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 4 2 120 2 1 2 3 1 2 4 1 2 4 2 12 422 1 2 2 3 4 cos sin 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q a C q q q q q q a S U A D A A A ⎡− + − − + − − ⎤⎢ ⎥− + − + − −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.94) 0 1 2 323 1 2 2 3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U A D A D A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.95) 0 1 2 3 423 1 2 2 3 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U A D A D A A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.96) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 4 1 2 4 0 1 2 3 1 2 4 1 2 4 424 1 2 2 3 4 4 cos sin 0 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q q q q q q q U A D A A D A ⎡ + − + − ⎤⎢ ⎥+ − − + −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.97) 28 0 1 2 2 333 1 2 3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U A A D A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.98) 0 1 2 2 3 433 1 2 3 3 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U A A D A A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.99) 0 1 2 3 434 1 2 3 3 4 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U A A D A D A ⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.100) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 4 1 2 40 1 2 2 3 1 2 4 1 2 4 444 1 2 3 4 4 cos sin 0 0 sin cos 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q q q q q q q q q q q q U A A A D A ⎡− + − − + − ⎤⎢ ⎥− + − + −⎢ ⎥= = ⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.101) Tõ (1.53) ta cã: ( ) ( ) ( ) ( )111 111 1 11 211 2 21 311 3 31 411 4 411 0T T T Th Tr U J U Tr U J U Tr U J U Tr U J U= + + + = (2.102) ( ) ( ) ( ) ( ) 112 212 2 21 312 3 31 412 4 41 2 3 1 2 3 3 1 2 4 4 1 2 4 2 2 1 2 1 1 1sin 2 2 2 T T Th Tr U J U Tr U J U Tr U J U a m a S m l a S m l a q q m a a S = + + = − + − − + − (2.103) ( ) ( )113 313 3 31 413 4 41 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.104) 29 ( ) ( ) 114 414 4 41 4 4 2 4 4 4 1 2 4 1 1 sin 2 2 Th Tr U J U m l a S m l a q q = = + − + (2.105) ( ) ( ) ( ) ( ) 122 222 2 21 322 3 31 422 4 41 3 2 1 2 2 3 1 2 2 4 1 2 4 4 1 2 4 4 2 1 2 1 1 sin 2 2 T T Th Tr U J U Tr U J U Tr U J U m l a S a m a S a m a S m l a q q m a a S = + + = − − − − + − (2.106) ( ) ( )123 323 3 31 423 4 41 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.107) ( ) ( )124 424 4 41 4 4 2 4 4 4 1 2 41 1 sin2 2Th Tr U J U m l a S m l a q q= = + − + (2.108) ( ) ( )133 333 3 31 433 4 41 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.109) ( )134 434 4 41 0Th Tr U J U= = (2.110) ( ) ( ) 144 444 4 41 4 4 2 4 4 4 1 2 4 1 1 sin 2 2 Th Tr U J U m l a S m l a q q = = − − − + (2.111) 121 112h h= (2.112) 131 113h h= (2.113) 141 114h h= (2.114) 132 123h h= (2.115) 142 124h h= (2.116) 143 134h h= (2.117) 30 ( ) ( ) ( ) ( ) 211 211 2 22 311 3 32 411 4 42 3 3 1 2 3 2 1 2 4 4 1 2 4 4 2 1 2 2 2 1 2 1 1 1sin 2 2 2 T T Th Tr U J U Tr U J U Tr U J U m l a S m a a S m l a q q m a a S m a a S = + + = − + + − + + + (2.118) ( ) ( ) ( )212 212 2 22 312 3 32 412 4 42 0T T Th Tr U J U Tr U J U Tr U J U= + + = (2.119) ( ) ( )213 313 3 32 413 4 42 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.120) ( )214 414 4 42 4 4 2 412Th Tr U J U m l a S= = (2.121) ( ) ( ) ( )222 222 2 22 322 3 32 422 4 42 0T T Th Tr U J U Tr U J U Tr U J U= + + = (2.122) ( ) ( )223 323 3 32 423 4 42 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.123) ( )224 424 4 42 4 4 2 412Th Tr U J U m l a S= = (2.124) ( ) ( )233 333 3 32 433 4 42 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.125) ( )234 434 4 42 0Th Tr U J U= = (2.126) ( )244 444 4 42 4 4 2 412Th Tr U J U m l a S= = − (2.127) 221 212h h= (2.128) 231 213h h= (2.129) 241 214h h= (2.130) 232 223h h= (2.131) 242 224h h= (2.132) 243 234h h= (2.133) 31 ( ) ( )311 311 3 33 411 4 43 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.134) ( ) ( )312 312 3 33 412 4 43 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.135) ( ) ( )313 313 3 33 413 4 43 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.136) ( )314 414 4 43 0Th Tr U J U= = (2.137) ( ) ( )322 322 3 33 422 4 43 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.138) ( ) ( )323 323 3 33 423 4 43 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.139) ( )324 424 4 43 0Th Tr U J U= = (2.140) ( ) ( )333 333 3 33 433 4 43 0T Th Tr U J U Tr U J U= + = (2.141) ( )334 434 4 43 0Th Tr U J U= = (2.142) ( )344 444 4 43 0Th Tr U J U= = (2.143) 321 312h h= (2.144) 331 313h h= (2.145) 341 314h h= (2.146) 332 323h h= (2.147) 242 324h h= (2.148) 343 234h h= (2.149) ( ) ( )411 411 4 44 4 4 2 4 4 4 1 2 41 1 sin2 2Th Tr U J U m l a S m l a q q= = − − − + (2.150) ( )412 412 4 44 4 4 2 412Th Tr U J U m l a S= = − (2.151) ( )413 413 4 44 0Th Tr U J U= = (2.152) 32 ( )414 414 4 44 0Th Tr U J U= = (2.153) ( )422 422 4 43 4 4 2 412Th Tr U J U m l a S= = − (2.154) ( )423 423 4 44 0Th Tr U J U= = (2.155) ( )424 424 4 44 0Th Tr U J U= = (2.156) ( )433 433 4 44 0Th Tr U J U= = (2.157) ( )434 434 4 44 0Th Tr U J U= = (2.158) ( )444 444 4 44 0Th Tr U J U= = (2.159) 421 412h h= (2.160) 431 413h h= (2.161) 441 414h h= (2.162) 432 423h h= (2.163) 442 424h h= (2.164) 443 434h h= (2.165) Tõ c«ng thøc (1.52): 4 4 2 2 1 1 111 1 121 2 1 131 3 1 141 4 1 112 1 2 122 2 132 3 2 1 1 2 2 142 4 2 113 1 3 123 2 3 133 3 143 4 3 114 1 4 124 2 4 134 3 4 144 4 km k m k m h h q q h q h q q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q = = = = + + + + + + + + + + + + + + + ∑∑ & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ( )4 4 2 4 4 4 1 2 4 41 12 sin2 2m l a S m l a q q q ⎛ ⎞= + − +⎜ ⎟⎝ ⎠ & 33 ( )3 1 2 2 3 3 1 2 4 4 1 2 4 4 1 2 2 2 1 2 2 2 11 1 12 sin2 2 2m a a S m l a S m l a q q m a a S m a a S q q ⎡ ⎤⎛ ⎞+ − + − − + − −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ & & ( ) 24 4 2 4 4 4 1 2 4 41 1 sin2 2m l a S m l a q q q ⎡ ⎤+ − − +⎢ ⎥⎣ ⎦ & ( ) 23 1 2 2 3 3 1 2 4 4 1 2 4 4 1 2 2 2 1 2 2 21 1 1sin2 2 2m a a S m l a S m l a q q m a a S m a a S q ⎡ ⎤+ − + − − + − −⎢ ⎥⎣ ⎦ & ( )4 4 2 4 4 4 1 2 4 4 21 1 sin2 2m l a S m l a q q q q ⎡ ⎤+ + − +⎢ ⎥⎣ ⎦ & & (2.166) 4 4 2 2 2 2 211 1 221 2 1 231 3 1 241 4 1 222 2 232 3 2 1 1 2 2 242 4 2 213 1 3 223 2 3 233 3 243 4 3 214 1 4 224 2 4 234 3 4 244 4 km k m k m h h q q h q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q = = = = + + + + + + + + + + + + + + ∑∑ & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ( ) 23 3 1 2 3 2 1 2 4 4 1 2 4 4 2 1 2 2 2 1 2 11 1 1sin2 2 2m l a S m a a S m l a q q m a a S m a a S q ⎛ ⎞= − + + − + + +⎜ ⎟⎝ ⎠ & ( )3 1 2 2 3 3 1 2 4 4 1 2 4 4 1 2 2 2 1 2 2 2 11 1 12 sin2 2 2m a a S m l a S m l a q q m a a S m a a S q q ⎡ ⎤⎛ ⎞+ − + − − + − −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ & & ( ) 24 4 2 4 4 4 1 2 4 41 1 sin2 2m l a S m l a q q q ⎡ ⎤+ − − +⎢ ⎥⎣ ⎦ & ( ) 23 1 2 2 3 3 1 2 4 4 1 2 4 4 1 2 2 2 1 2 2 21 1 1sin2 2 2m a a S m l a S m l a q q m a a S m a a S q ⎡ ⎤+ − + − − + − −⎢ ⎥⎣ ⎦ & 2 4 1 4 4 2 4 4 2 4 4 2 4 4 4 4 2 4 1 2 q q m l a S q q m l a S q m l a S+ + −& & & & & (2.167) 4 4 2 2 3 3 311 1 321 2 1 331 3 1 341 4 1 322 2 332 3 2 342 4 2 1 1 2 2 313 1 3 323 2 3 333 3 343 4 3 314 1 4 324 2 4 334 3 4 344 4 0 k m k m h h q q h q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q = = = = + + + + + + + + + + + + + + = ∑∑ & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & (2.168) 4 4 2 2 4 4 411 1 421 2 1 431 3 1 441 4 1 422 2 4 3 2 1 1 2 2 442 4 2 413 1 3 423 2 3 433 3 443 4 3 414 1 4 424 2 4 434 3 4 444 4 km k m k m h h q q h q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q h q q h q q h q q h q q h q = = = = + + + + + + + + + + + + + + ∑∑ & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ( )2 2 24 4 1 2 2 1 1 2 4 2 4 2 1 2 4 21 sin 22 m l q a S q a q q a S q q a S q⎡ ⎤= − + − + + +⎣ ⎦& & & & & 34 (2.169) ( ) [ ]1 2 3 4, Th q q h h h h=& (2.170) [ ]0 0 0g g= − (2.171) 1 1 1 0 0 12 ar ⎡ ⎤= −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.172) 2 2 2 0 0 12 ar ⎡ ⎤= −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.173) 3 3 3 0 0 12 l r ⎡ ⎤= −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.174) 4 4 4 0 0 12 lr ⎡ ⎤= −⎢ ⎥⎣ ⎦ (2.175) Tõ (1.54) ta cã: ( )1 2 3 41 1 11 1 2 21 2 3 31 3 4 41 4 0c m gU r m gU r m gU r m gU r= − + + + = (2.176) ( )2 3 42 2 22 2 3 32 3 4 42 4 0c m gU r m gU r m gU r= − + + = (2.177) ( )3 43 3 33 3 4 43 4 3 4c m gU r m gU r m g m g= − + = − − (2.178) ( )44 4 44 4 0c m gU r= − = (2.179) ( ) [ ]1 2 3 4 Tc q c c c c= (2.180) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 2 3 4 Tq t q t q t q t q t= ⎡ ⎤⎣ ⎦&& && && && && (2.181) Tõ (2.81), (2.170), (2.180), (2.181) ta cã kÕt qu¶: ( ) ( )( )( ) ( ) ( ),MF t D q q t h q q c q= + +&& & (2.182) C¸c ph−¬ng tr×nh ®éng lùc (2.182) lµ nh÷ng ph−¬ng tr×nh vi ph©n phi tuyÕn bËc hai. C¸c ph−¬ng tr×nh trªn cã thÓ vËn dông ®Ó gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô sau ®©y: 35 Khi biÕt lùc ®éng FM ë tõng khíp vµ tõng thêi ®iÓm, trªn c¬ së c¸c ph−¬ng tr×nh ®éng lùc nãi vÒ nguyªn t¾c cã thÓ t×m ra quy luËt thay ®æi c¸c gi¸ trÞ biÕn khíp q(t) theo thêi gian. Råi tiÕp theo ®ã, tõ bé gi¸ trÞ q(t) sÏ x¸c ®Þnh ®−îc quy luËt thay ®æi thêi gian cña vÞ trÝ bµn kÑp tøc lµ x¸c ®Þnh ®−îc quü ®¹o chuyÓn ®éng cña bµn kÑp. Ng−îc l¹i, nÕu cho biÕt ch−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng, tøc lµ cho biÕt q(t) vµ c¸c ®¹o hµm bËc nhÊt, bËc 2 theo thêi gian cña q(t), trªn c¬ së c¸c ph−¬ng tr×nh ®éng lùc nãi trªn cã thÓ x¸c ®inh FM t¸c ®éng lªn tõng khíp ®éng ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau. Tõ ph−¬ng tr×nh ®éng lùc (2.182) cã thÓ x©y dùng ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ®iÒu khiÓn hÖ thèng robot cã c¸c liªn hÖ ph¶n håi. Trªn c¬ së ®ã cã thÓ chän lùa c¸c quy luËt ®iÒu khiÓn th−êng gÆp lµ sao cho gi¶m ®iÒu thiÓu c¸c ¶nh h−ëng phi tuyÕn t¸c ®éng lªn nhau cña c¸c nguån ®éng lùc trong c¸c khíp ®éng. 36 III. tãm t¾t vÒ kÕt qu¶ nghiªn cøu thiÕt kÕ c¶i tiÕn vµ chÕ t¹o robot scaTM khÝ nÐn Nh− ®· tr×nh bµy ë trªn Robot SCA víi cÊu h×nh RRRT, 4 bËc tù do, toµn dïng ®éng c¬ b−íc ®· ®−îc Trung t©m NCKT Tù ®éng hãa, thiÕt kÕ, chÕ t¹o cung cÊp cho mét sè c¬ së ®µo t¹o. §Ó n©ng cao tèc ®é cña robot SCA cho phï hîp víi ho¹t ®éng cña b¨ng truyÒn, mµ dù kiÕn nã sÏ phôc vô §Ò tµi ®· nghiªn cøu c¶i tiÕn, chñ yÕu lµ cho bËc tù do thø t− khÝ nÐn thùc hiÖn chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn b»ng khÝ nÐn ®Ó c«ng g¾p nhanh. V× thÕ ë môc nµy chØ tr×nh bµy mét sè b¶n vÏ chñ yÕu. - H×nh 2.1.2. B¶n vÏ vÒ vïng ho¹t ®éng cña Robot SCATM khÝ nÐn - H×nh 2.1.3. B¶n vÏ l¾p chung cña Robot SCATM khÝ nÐn - H×nh 2.1.4. ¶nh chôp Robot SCATM khÝ nÐn 37H×nh 2.1.2. Vïng ho¹t ®éng cña Robot SCATM khÝ nÐn 45 5 394 124,5150120 13 0 §iÒu chØnh § iÒ u ch Øn h 34 0 38 H×nh 2.1.3 B¶n vÏ l¾p tæng thÓ Robot SCATM khÝ nÐn 10 0 37 11 13 12 14 13 17 15 14 16 18 20 4 5 530 33 125 180 0 150 21 7 26 32 27 30 31 29 28 24 25 23 22 8 9 78 360 0 125 180 35 36 34 16 5 250 50 0 3 1 2 63 64 66 65 59 58 62 61 60 25 0 39 H×nh 2.1.4. Robot SCATM khÝ nÐn 40 PHẦN II BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THEO NHIỆM VỤ 2 ĐỀ TÀI KC.03.08 MÔĐUN QUAY DÙNG BÁNH RĂNG CON LĂN I. GIỚI THIỆU CHUNG Trong các máy móc hiện đại được điều khiển số cũng như trong kỹ thuật robot, mỗi bậc tự do chuyển động đều có nguồn động cơ riêng kèm hộp giảm tốc và có bộ phận đo báo tín hiệu phản hồi về góc quay, tốc độ quay, như một môđun độc lập. Có 2 loại môđun cơ bản: Môđun tịnh tiến (translation module) và môđun quay (rotation module). Trong số các yêu cầu kỹ thuật đối với các mođun này cần nhấn mạnh đến các yếu tố sau: - Vì các môđun này gắn với từng khâu động, nối liên tiếp với nhau thành một chuỗi hở nên yêu cầu gọn nhẹ về kích cỡ là rất quan trọng. Các động cơ dùng trong môđun này có tốc độ cao, mà các khâu của robot chuyển động lại rất chậm, nên cần có các hộp giảm tốc tỷ số truyền cao. Nếu dùng hộp giảm tốc thông thường thì rất cồng kềnh, còn nếu dùng hộp giảm tốc hành tinh càng tỷ số truyền cao thì hiệu suất lại càng thấp, thậm chí không còn quay được nữa. - Khe hở cạnh răng là nguyên nhân bị trễ trong điều khiển các cơ cấu chấp hành có bánh răng thông thường. Trong các thiết bị điều khiển theo những chương trình nói chung và trong robot nói riêng yêu cầu triệt tiêu khe hở cạnh răng là rất quan trọng để đảm bảo điều khiển được trong thời 41 gian thực. Bộ truyền vítme bi trong môđun tịnh tiến đã đáp ứng yêu cầu này, vì có thể điều chỉnh được khe hở giữa viên bi và các rãnh xoắn ốc tiết diện lõm. Trong lúc đó yêu cầu này đối với bộ truyền bánh răng còn là đối tượng đang được nghiên cứu. Trong nhiều loại robot có tiếng trên thế giới các môđun quay thực hiện bằng bánh răng sóng (harmonic/ driver). Truyền động bánh răng sóng đạt được tỷ số truyền khá cao, có vành răng mỏng biến dạng được nên có thể triệt tiêu khe hở cạnh răng được. Tuy nhiên nhược điểm là hiệu suất tương đối thấp và nhất là rất khó chế tạo, giá bán rất cao. Cho nên nay hầu như đều phải mua của Hoa Kỳ. Hộp giảm tốc bánh răng con lăn (BRCL) có cả những ưu điểm của bánh răng sóng và của vítme bi, hiệu suất cao vì chuyển sang ma sát lăn và nhiều khả năng tồn tại màng dầu tiếp xúc thủy động. Hộp giảm tốc BRCL mới xuất hiện gần đây nhưng rất có nhiều triển vọng. Nội dung nghiên cứu tạo ra những môđun quay dùng BRCL là rất mới mẻ và hấp dẫ về mặt ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. II. NHU CẦU CẦN CÓ MÔĐUN QUAY DÙNG BRCL Như đã đề cập ở mục giới thiệu chung, các môđun truyền động ở các khớp động trong robot có 2 yêu cầu quan trọng là gọn nhẹ về kích cỡ và triệt tiêu khe hở cạnh răng. Đối với truyền động tịnh tiến nếu dùng vítme bi thì có thể đáp ứng được các yêu cầu này. Còn đối với các khớp quay trong nhiều loại robot để đảm bảo được các yêu cầu này người ta phải dùng đến bánh răng sóng, rất đắt tiền vì rất khó chế tạo vành răng mỏng biến dạng được. Trước khi trình bày về BRCL cần phải tìm hiểu phân tích về 2 truyền động nói trên. 42 Truyền động vítme bi Truyền động vítme bi xuất hiện từ những năm đầu của thập kỷ 50 dùng cho máy điều khiển số. Ngày nay đã có rất nhiều hãng snả xuất loại truyền động này, dùng rộng rãi cho nhiều lĩnh vực, trong đó có kỹ thuật robot. Hiệu suất của truyền động vítme bi có thể hơn 90% vì khi có bi chen giữa 2 mặt ren lõm của vítme và đai ốc thì ma sát lăn đã thay cho ma sát trượt trong truyền động vítme thông thường. Nhiều cải tiến mới đã áp dụng. Trong đó có vấn đề chọn lựa hợp lý quan hệ đường kÝnh viên bi và đường kính tiết diện cắt ngang của các rãnh lăn cho phù hợp với điều kện ứng dụng cụ thể. Đồng thời phải quan tâm đến tốc độ di chuyển của viên bi trong rãnh lõm và đường hồi bi. Hai yêu tố này ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng màng dầu thủy động và do vậy sẽ liên quan đến kích cỡ bộ truyền. Hình 2.2.1. Kết cấu bộ truyền vítme bi 43 Truyền động bánh răng sóng TruyÒn ®éng b¸nh r¨ng sãng (The harmonic drive) kh¸c biÖt so víi c¸c lo¹i truyÒn ®éng b¸nh r¨ng kh¸c lµ ë chç nã cã mét b¸nh r¨ng mÒm truyÒn sãng biÕn d¹ng vµ nhê vËy mµ truyÒn ®−îc chuyÓn ®éng quay (h×nh 2.2.2) H×nh 2.2.2. Bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng. Bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng gåm 3 bé phËn c¬ b¶n: b¸nh r¨ng mÒm 1, b¸nh r¨ng cøng 2 vµ cÇn t¹o sãng b. B¸nh r¨ng mÒm cã d¹ng èng vá máng. Mét ®Çu èng nèi víi trôc quay ω1, cßn ®Çu kia ®−îc c¾t r¨ng víi sè r¨ng Z1. Vµnh r¨ng nµy ®−îc biÕn d¹ng ®i mét ®¹i l−îng 2W0 do cÇn t¹o sãng g©y nªn. Nh− m« t¶ trªn s¬ ®å tiÕt diÖn c¾t ngang (h×nh 2.2d), do t¸c ®éng cña cÇn t¹o sãng vµnh r¨ng mÒm tõ h×nh trßn biÕn d¹ng thµnh h×nh enlip. Chu vi vµnh r¨ng khi biÕn d¹ng so víi chu vi vµnh r¨ng khi ch−a biÕn d¹ng, t¹o ra 2 sãng (xem h×nh khai triÓn trªn h×nh 2.2.2 d). Ph−¬ng AA lµ ph−¬ng biÕn 44 d¹ng lín, cßn ph−¬ng BB lµ ph−¬ng biÕn d¹ng nhá. §Ønh sãng biÕn d¹ng n»m trªn ph−¬ng AA, cßn ®¸y sãng biÕn d¹ng n»m trªn ph−¬ng BB. Tuú theo c¸ch t¹o sãng, sè sãng biÕn d¹ng cã thÓ lµ 1, 2, 3 v.v... Th«ng th−êng lµ bé truyÒn 2 sãng vµ quan hÖ sè r¨ng gi÷a b¸nh r¨ng mÒm víi b¸nh r¨ng cøng lµ Z2 - Z1 = 2. Bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng cßn dïng ®Ó truyÒn chuyÓn ®éng qua v¸ch ng¨n kÝn, cho nªn vá máng 1 th−êng lµm kÝn mét ®Çu. CÇn t¹o sãng dïng ®Ó h×nh thµnh vµ truyÒn sãng biÕn d¹ng trªn b¸nh r¨ng mÒm. Cã thÓ t¹o sãng b»ng ph−¬ng ph¸p c¬ khÝ, ®iÖn tõ, thuû lùc, khÝ nÐn. Theo ph−¬ng ph¸p c¬ khÝ cã thÓ dïng 2 con l¨n, 4 con l¨n, ®Üa l¨n, vßng l¨n hoÆc cam l¨n. §Æc ®iÓm ¨n khíp cña b¸nh r¨ng sãng: - Nhê cã b¸nh r¨ng mÒm biÕn d¹ng ®−îc nªn khe hë gi÷a c¸c cÆp r¨ng Z1 vµ Z2 ë miÒn ®Ønh sãng lµ rÊt bÐ, hoÆc gÇn nh− triÖt tiªu. - Còng nhê sù biÕn d¹ng cña b¸nh r¨ng mÒm nªn trong bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng cã sè lín cÆp r¨ng cïng ¨n khíp (®Õn 40%). - Bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng ®¹t ®−îc tû sè truyÒn lín. §èi víi bé truyÒn dïng b¸nh r¨ng mÒm b»ng thÐp, nÕu mét cÊp th× u = 50 ÷ 300, nÕu 2 cÊp th× u = 200 ÷ 104 hoÆc cßn cã thÓ cao h¬n n÷a. - Do cã nhiÒu cÆp r¨ng cïng ¨n khíp vµ cã thÓ t¹o ra mét vµi vïng ¨n khíp ®ång thêi, cho nªn cã thÓ bï trõ ®−îc c¸c sai sè chÕ t¹o, sai sè l¾p r¸p vµ nãi chung ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c ®éng lùc t−¬ng ®èi cao.Còng nhê vËy mµ bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng lµm viÖc ®Òu hoµ vµ Ýt g©y tiÕng ån h¬n so víi c¸c lo¹i b¸nh r¨ng kh¸c. - HiÖu suÊt bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng còng kh«ng thÊp, vÝ dô khi tû sè truyÒn u = 50 ÷ 200 th× hiÖu suÊt trong kho¶ng 70 ÷ 85% 45 - Ngoµi ra bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng cßn cã −u ®iÓm n÷a lµ nhê cã vµnh r¨ng mÒm ë mét ®Çu èng vá máng, biÕn d¹ng l¹i kh«ng lín, èng vá máng cã thÓ lµm mét ®Çu kÝn nªn cã thÓ t¹o ra c¬ cÊu bé truyÒn xuyªn kÝn qua v¸ch ng¨n gi÷a 2 m«i tr−êng kh¸c nhau (xem h×nh 9.3). §èi víi b¸nh r¨ng mÒm b»ng thÐp th× ®é biÕn d¹ng Wa = (0,003 ÷ 0,015)d1, cßn chiÒu dµy vá máng chç ch©n r¨ng hc = (0,005 ÷ 0,03)d1, víi d1 lµ ®−êng kÝnh èng vá máng. H×nh 2.2.3. Bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng xuyªn qua v¸ch ng¨n D−íi ®©y giíi thiÖu mét vµi øng dông truyÒn ®éng b¸nh r¨ng sãng trong kÕt cÊu robot. Trªn h×nh 2.2.4. lµ s¬ ®å cÊu t¹o mét khíp quay dïng b¸nh r¨ng sãng. Trong th©n hép 1 ®Æt ®éng c¬ ®iÖn 3 vµ bé phËn 2 nh©n tÝn hiÖu ph¶n håi liªn hÖ víi trôc ®éng c¬ b»ng c¸c b¸nh r¨ng 4, 5, 6. B¸nh r¨ng 5 g¾n liÒn víi trôc 10 ®Êu vµo bé truyÒn b¸nh r¨ng sãng. Trôc 10 lµ trôc khuûu, trªn ®ã g¾n c¸c ®Üa 9 ®Ó t¹o sãng biÕn d¹ng cho b¸nh r¨ng mÒm 8. B¸nh r¨ng 8 nµy ¨n khíp víi b¸nh r¨ng cøng 7 cè ®Þnh vµ g¾n víi trôc ®Çu ra 11 cña bé 3 1 2 46 truyÒn b¸nh r¨ng sãng. Trôc 11 g¾n liÒn víi kh©u tiÕp theo cña c¬ cÊu tay m¸y. H×nh 2.2.4 S¬ ®å cÊu t¹o mét khíp quay tay m¸y dïng B¸nh r¨ng sãng TruyÒn ®éng BRCL cã thÓ thay thÕ thµnh c«ng cho b¸nh r¨ng sãng v× nhiÒu −u ®iÓm v−ît tréi mµ gi¸ thµnh l¹i thÊp h¬n nhiÒu. Hép gi¶m tèc BRCL cã thÓ ®¹t ®−îc tû sè truyÒn cao h¬n, kÝch th−íc nhá gän h¬n, hiÖu suÊt cao h¬n do ma s¸t l¨n ®· thay thÕ cho ma s¸t tr−ît vµ mµng dÇu tiÕp xóc thñy ®éng cã hiÖu øng to lín. III. cÊu t¹o vµ nguyªn t¾c lµm viÖc 3.1. C¸c bé phËn chñ yÕu cña Hép gi¶m tèc BRCL VÒ cÊu t¹o hép gi¶m tèc b¸nh r¨ng con l¨n cã 4 bé phËn chñ yÕu: - Trôc vµo, trªn ®ã l¾p vßng lÖch t©m vµ trªn b¸nh lÖch t©m l¾p æ l¨n. - Vµnh r¨ng con l¨n cè ®Þnh 47 - B¸nh r¨ng l−în sãng l¾p trªn æ l¨n víi b¸nh lÖch t©m. Tr−êng hîp dïng 2 hoÆc 3 b¸nh th× t−¬ng øng cã 2 hoÆc 3 vßng lÖch t©m l¾p c¹nh nhau vµ lÖch nhau 1800 hoÆc 1200. - Trôc ra g¾n liÒn víi vµnh chèt con l¨n. Trªn h×nh 2.2.5 lµ s¬ ®å cÊu t¹o hép gi¶m tèc BRCL, cßn trªn h×nh 2.6 lµ h×nh bãc t¸ch c¸c bé phËn chñ yÕu cña hép gi¶m tèc BRCL. H×nh 2.2.5. S¬ ®å cÊu t¹o Hép gi¶m tèc BRCL H×nh 2.2.6. C¸c bé phËn chñ yÕu cña Hép gi¶m tèc BRCL Trục ra Chốt con lăn Ổ bi Trục vào Con lăn vòng ngoài Đĩa răng 48 3.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña hép gi¶m tèc BRCL Trªn h×nh 2 m« t¶ lÇn l−ît c¸c pha chuyÓn ®éng cña hép gi¶m tèc BRCL (a) (b) (c) (d) H×nh 2. 2.7. C¸c pha chuyÓn ®éng cña hép gi¶m tèc BRCL H×nh 2.2.7 - a): B¸nh lÖch t©m l¾p ë æ l¨n quay cïng víi trôc vµo (g¾n ®éng c¬) 49 H×nh 2.2.7 - b): §Üa r¨ng l−în sãng l¾p trªn æ l¨n nãi trªn nªn còng cã ®é lÖch t©m so víi trôc vµo vµ cã chuyÓn ®éng hµnh tinh. Do ¨n khíp gi÷a r¨ng cña ®Üa víi c¸c con l¨n cña vµnh r¨ng con l¨n cè ®Þnh nªn ®Üa quay ng−îc chiÒu víi chiÒu quay cña trôc vµo. H×nh 2.2.7 - c): Do sè r¨ng cña ®Üa r¨ng Ýt h¬n 1 so víi sè r¨ng con l¨n nªn khi trôc vµo quay ®−îc 1 vßng th× ®Üa r¨ng míi quay quanh trôc t©m cña nã ®−îc 1 b−íc r¨ng. H×nh 2.2.7 - d): §Üa r¨ng truyÒn chuyÓn ®éng quay ®Õn trôc ra nhê c¸c con l¨n ®Çu ra. Nh− vËy, truyÒn ®éng BRCL cã thÓ ®¹t ®−îc tû sè truyÒn lín b»ng chÝnh sè r¨ng cña ®Üa r¨ng. iv. d¹ng r¨ng b¸nh r¨ng con l¨n 4.1. D¹ng r¨ng l−în sãng Trªn h×nh 2.2.8, r1 vµ r2 lµ b¸n kÝnh vßng l¨n (vßng t©m kÝnh). Khi l¨n vßng r2 trªn vßng r1, mét ®iÓm B nµo ®ã n»m trªn vßng trßn r2 sÏ vÏ nªn ®−êng epicyloid B0B1. NÕu thay ®iÓm B0 b»ng ®iÓm D0 còng g¾n liÒn víi vßng trong r2 nh−ng n»m phÝa ngoµi vßng r2 th× khi l¨n vßng r2 trªn vßng r1, ®iÓm D0 sÏ vÏ nªn ®−êng D0D1 epicyloid kÐo dµi (inflected epicyloid). B©y giê nÕu thay ®iÓm D0 b»ng chèt ®−êng kÝnh 2r th× khi l¨n vßng r2 trªn vßng r1 bao h×nh cña c¸c chèt lµ ®−êng sè 3 c¸ch ®Òu ®−êng epicyloid kÐo dµi. §ã chÝnh lµ d¹ng r¨ng ¨n khíp víi b¸nh r¨ng chèt. Nh− vËy ®èi víi bé truyÒn b¸nh r¨ng chèt, cÆp b¸nh r¨ng ¨n khíp víi nhau cã biªn d¹ng lµ ®−êng sè 3 vµ vßng trßn b¸n kÝnh r cña chèt. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®−êng B0B1 vµ ®−êng D0D1 ®Òu hoµn thµnh khi b¸nh 2 quay ®i cïng mét gãc b»ng 2π. Khi ®ã vßng l¨n 2 ®· l¨n ®i võa trßn trBBr o +=+ 111 22 ππ 50 mét vßng 2πr2, cßn vßng l¨n 1 ®· l¨n ®i mét ®é dµi lµ : víi t lµ b−íc r¨ng. Do ®ã: t = 2π (r2 - r1) = 2πA. Víi A = 0102; MÆt kh¸c ta cã: Víi Z1 lµ sè (nguyªn) lÇn ®−êng B0B1 vÏ ®−îc trªn chu vi vßng l¨n 1. So s¸nh (2.1) vµ (2.2) ta cã: r1 = AZ1 vµ r2 = r1 + A = A(Z1 + 1) V× r»ng: Trªn h×nh (2.2.8) lµ bé truyÒn b¸nh r¨ng cã biªn d¹ng r¨ng ¨n khíp víi chèt lµ ®−êng c¸ch ®Òu epicycloid keã dµi gäi t¾t lµ bé truyÒn b¸nh r¨ng chèt - epicycloid. H×nh 2.2.8. S¬ ®å t¹o h×nh d¹ng r¨ng. 1 12 Z rt π= . 2 1 2 1 Z Z r r = 51 Trªn h×nh 2.2.9 lµ bé truyÒn BRCL cã biªn d¹ng r¨ng g¾n khíp lµ ®−êng c¸ch ®Òu ®−êng epicycloid kÐo dµi vµ t¹o ra ®Üa r¨ng l−în sãng. H×nh 2.2.9. D¹ng r¨ng b¸nh r¨ng l−în sãng Nh− vËy profile cña b¸nh r¨ng trong bé truyÒn BRCL kh«ng ph¶i lµ cycloid, kh«ng ph¶i lµ epicycloid, còng kh«ng ph¶i lµ epicycloid kÐo dµi (cßn gäi epitrokhoid) mµ lµ ®−êng c¸ch ®Òu cña ®−êng epitrokhoid. VÊn ®Ò l¹i cßn lµ dïng ®o¹n nµo cña ®−êng nµy v× b¶n th©n ®−êng epitrokhoid cã d¹ng h×nh häc rÊt kh¸c nhau trªn tõng ®o¹n (h×nh 2.2.10) H×nh 2.2.10. D¹ng h×nh häc cña ®−êng epitrokhoid V× vËy tªn gäi cña bé truyÒn nµy kh«ng nªn gäi lµ cycloid v× võa kh«ng chÝnh x¸c võa cã thÓ g©y nhÇm lÉn. D¹ng r¨ng ®ång hå, r¨ng ®Üa xÝch Epitrokhoid 52 v.v. lµ ®−êng cycloid hoÆc epicycloid. Gäi tªn lµ “hép gi¶m tèc b¸nh r¨ng con l¨n” lµ hoµn toµn chÝnh x¸c vµ hîp lý v× c¨n cø vµo dÊu hiÖu tiªu biÓu lµ “con l¨n”. Tªn dÞch ra tiÕng Anh lµ “Roller Gear Reducer” (Hép gi¶m tèc b¸nh r¨ng con l¨n). 4.2. X©y dùng biªn h×nh r¨ng b¸nh r¨ng con l¨n Trong [1] ®· m« t¶ nguyªn lý ho¹t ®éng vµ nguyªn lý t¹o h×nh cña lo¹i truyÒn ®éng b¸nh r¨ng kiÓu míi nµy (h×nh 2.2.1). Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn h×nh r¨ng lo¹i nµy. VÝ dô ph−¬ng ph¸p dùng ®−êng bao cña c¸c con l¨n b¸n kÝnh rc lµm biªn h×nh r¨ng. D−íi ®©y tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn h×nh r¨ng dùa trªn nguyªn lý ¨n khíp sau: §iÒu kiÖn ®Ó ®iÓm N lµ ®iÓm tiÕp xóc gi÷a con l¨n vµ biªn h×nh r¨ng th× ph¸p tuyÕn cña nã ph¶i ®i qua t©m con l¨n M vµ t©m ¨n khíp P trong qu¸ tr×nh ¨n khíp m¸y (¨n khíp khi chÕ t¹o b¸nh r¨ng). Tõ ®iÒu kiÖn ®ã, trong [1] ®· x¸c ®Þnh ®−îc to¹ ®é cña ®iÓm N theo to¹ ®é cña ®iÓm M vµ ®iÓm P, nh− sau: pM NM pMMN Yy yyxxxx − −−−= )( . )()( )( 22 pMpM pMc MN yyxx yyr yy −+− −−= [1] N.T.P. “Roller Gear Reducar” Mechanics. N02, 2002 53 H×nh 2. 2.11. Bé TruyÒn B¸nh r¨ng con l¨n H×nh 2.2.12. X©y dùng biªn h×nh r¨ng A r e 2 3 r d r c 4 1 54 4.3. Ph−¬ng ph¸p chän d¹ng r¨ng hîp lý Cho ®Õn nay ch−a cã mét tµi liÖu nµo nãi vÒ ph−¬ng ph¸p chän d¹ng r¨ng hîp lý cho bé truyÒn BRCL. Nh− ®· biÕt chän d¹ng r¨ng ®èi tiÕp nhau hîp lý l¹i lµ vÊn ®Ò chñ yÕu cña lý thuyÕt ¨n khíp b¸nh r¨ng. Ph©n tÝch c¸c catalog chµo hµng vµ c¸c s¶n phÈm cña c¸c c«ng ty n−íc ngoµi s¶n xuÊt hép gi¶m tèc lo¹i nµy cã thÓ thÊy c¸ch chän d¹ng r¨ng kh«ng nhÊt qu¸n. HÇu hÕt lµ ®Üa r¨ng d¹ng sãng l−în, nh−ng còng nhiÒu tr−êng hîp chç giao nhau gi÷a vßng ®Ønh r¨ng víi profin r¨ng kh«ng ph¶i lµ ®−êng cong liªn tôc. ThËm chÝ cã tr−êng hîp d¹ng r¨ng nh− r¨ng ®Üa xÝch xe ®¹p vµ chªnh nhau 2 hoÆc 3 r¨ng. ë ®©y ph−¬ng ph¸p chän d¹ng r¨ng xuÊt ph¸t tõ c¸c tiªu chÝ ®¸nh gi¸ bé truyÒn, tøc lµ thùc hiÖn gi¶i “bµi to¸n ng−îc” trong lý thuyÕt ¨n khíp b¸nh r¨ng. §ã lµ ®iÒu kh¸c biÖt næi bËt cña cña lo¹i bé truyÒn BRCL kiÓu míi nµy so víi c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu tr−íc nã. Trªn c¬ së “Lý thuyÕt ¨n khíp gÇn ®óng b¸nh r¨ng kh«ng gian tiÕp xóc enlip” [N.T.Phóc, LV] cã thÓ x©y dùng ®−îc c¸c tiªu chÝ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng ¨n khíp. H¬n thÕ, cßn cã thÓ tÝnh to¸n cho tr−êng hîp ¨n khíp khi mÆt r¨ng bÞ biÕn d¹ng do t¶i vµ tr−êng hîp tiÕp xóc cã dÇu. §Æc biÖt lµ cã thÓ thiÕt kÕ “ng−îc” theo yªu cÇu cho tr−íc vÒ tiªu chÝ ¨n khíp. Trong bé truyÒn BRCL còng nh− trong truyÒn ®éng vÝtme bi tån t¹i sù ¨n khíp låi lâm cã kh¶ n¨ng tèt t¹o ra mµng dÇu thñy ®éng khi tiÕp xóc. Trong bµi b¸o vÒ. mµng dÇu [N.T. Phóc, 1976] ®· tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n vÒ mµng dÇu tiÕp xóc (h×nh 2.2.13) vµ ph©n tÝch vÒ c¸c th«ng sè h×nh häc ¶nh h−ëng ®Õn mµng dÇu tiÕp xóc (h×nh 2.2.14). 55 H×nh 2.2.13 TÝnh to¸n vÒ mµng dÇu tiÕp xóc H×nh 2.2.14. C¸c th«ng sè ¶nh h−ëng ®Õn mµng dÇu tiÕp xóc Khi ph©n tÝch vÒ truyÒn ®éng vÝtme bi chóng ta ®· nhÊn m¹nh ®Õn 2 yÕu tè lµ quan hÖ ®−êng kÝnh viªn bi víi ®−êng kÝnh tiÕt diÖn c¾t ngang c¸c r·nh lâm trªn vÝtme ®ai èc vµ tèc ®é di chuyÓn cña viªn bi trong c¸c r·nh lâm nµy. §ã chÝnh lµ 2 yÕu tèt chñ yÕu ¶nh h−ëng ®Õn mµng dÇu tiÕp xóc thñy ®éng. §èi víi truyÒn ®éng b¸nh r¨ng yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn mµng dÇu tiÕp xóc thñy ®éng kh«ng nh÷ng chØ lµ tèc ®é di chuyÓn mµ ph−¬ng di chuyÓn t−¬ng ®èi cña mÆt tiÕp xóc so víi vÞ trÝ cña enlip tiÕp xóc (h×nh 2.11). Quan träng h¬n lµ yÕu tè vÒ quan hÖ b¸n kÝnh cong cña c¸c mÆt tiÕp xóc. Trong truyÒn ®éng BRCL mét mÆt tiÕp xóc lµ mÆt trô con l¨n, cßn mÆt ®èi tiÕp víi nã lµ mÆt r¨ng cña b¸nh r¨ng. Quan hÖ gi÷a b¸n kÝnh con l¨n vµ b¸n kÝnh cong cña biªn h×nh tiÕt diÖn c¾t ngang cña mÆt ®èi tiÕp nµy chÝnh lµ ®èi t−îng cÇn chän lùa trong qu¸ tr×nh t×m d¹ng r¨ng hîp lý cho ®Üa r¨ng. 56 C¸c gi¸ trÞ ng−ìng cña 2 yÕu tè nãi trªn lµ nh÷ng sè liÖu ®Çu vµo quan träng trong ch−¬ng tr×nh x©y dùng biªn h×nh b¸nh r¨ng cña bé truyÒn BRCL. v. ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o b¸nh r¨ng con l¨n Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Ó chÕ t¹o b¸nh r¨ng con l¨n, c¾t r¨ng bao h×nh hoÆc c¾t b»ng dao ®Þnh h×nh. C¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng nµy ®Òu cã thÓ thùc hiÖn trªn c¸c m¸y gia c«ng b¸nh r¨ng th«ng dông vµ cã −u nh−îc ®iÓm nh− ®· biÕt. Ph−¬ng ph¸p c¾t r¨ng bao h×nh b¨ng dao xäc hoÆc dao phay l¨n cã n¨ng suÊt cao, nh−ng ®Ó biªn h×nh r¨ng ®−îc c¾t ®óng nh− thiÕt kÕ lý thuyÕt th× ph¶i rÊt kh¾t khe nªn rÊt ®¾t tiÒn khi chÕ t¹o con dao phay l¨n. Tuy vËy vÉn kh«ng ®¶m b¶o ®−îc ®é chÝnh x¸c cao vÒ biªn h×nh r¨ng. §iÒu nµy l¹i rÊt ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng ¨n khíp. ë ®©y ®Þnh h−íng nghiªn cøu vÒ ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o b¸nh r¨ng con l¨n lµ khai th¸c c¸c thiÕt bÞ gia c«ng hiÖn ®¹i. Sau thêi gian qua nhiÒu thö nghiÖm cã thÓ ®i ®Õn kÕt luËn nh− sau: 1. ViÖc chÕ t¹o b¸nh r¨ng con l¨n trªn c¸c m¸y gia c«ng CNC lµ hoµn toµn hîp lý. M¸y gia c«ng CNC cã thÓ lµ m¸y c¾t d©y CNC, m¸y c¾t laser CNC, m¸y c¾t platsma CNC, m¸y c¾t tia n−íc CNC hoÆc m¸y phay CNC dïng dao phay ngãn v.v. Qua nhiÒu lÇn c¾t thö nhËn thÊy −u nh−îc ®iÓm sau ®©y trªn m¸y c¾t d©y CNC: - V× biªn h×nh cña b¸nh r¨ng con l¨n lµ ®−êng l−în sãng liªn tôc ®−îc m« t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh gi¶i tÝch thuËn tiÖn cho viÖc lËp tr×nh trªn m¸y CNC. - Cïng mét lÇn g¸ trªn m¸y c¾t d©y CNC cã thÓ gia c«ng ®−êng biªn b¸nh r¨ng l−în sãng, lç l¾p æ l¨n vµ c¸c lç cho con l¨n g¾n víi trôc ®Çu ra. V× thÕ 57 vÒ tæng thÓ l¹i cã thÓ ®¹t ®é chÝnh x¸c cao h¬n ph−¬ng ph¸p c¾t b»ng dao phay l¨n hoÆc dao xäc r¨ng. - B¸nh r¨ng con l¨n th−êng ë d¹ng ®Üa máng vµ ph«i c¾t ®· ®−îc nhiÖt luyÖn, mµi ph¼ng nªn cã thÓ xÕp chång nhiÒu ®Üa lªn nhau råi c¾t mét lÇn vµ xem nh− c¾t tinh lu«n kh«ng ph¶i qua nhiÒu c«ng ®o¹n c¾t th«. V× thÕ n¨ng suÊt còng kh«ng ph¶i lµ thÊp vµ quan träng h¬n sù ®ång nhÊt cña b¸nh r¨ng xÕp thµnh bé (2 hoÆc 3 ®Üa) ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c cña bé truyÒn. - Cã thÓ nh−îc ®iÓm lµ ®é bãng bÒ mÆt r¨ng ch−a ®−îc cao tïy thuéc vµo viÖc sö dông lo¹i m¸y c¾t d©y CNC nµo. Ngoµi ra theo ph−¬ng ph¸p c¾t d©y th× n¨ng suÊt ch−a thËt lµ cao. 2. Khi s¶n xuÊt cã thÓ theo ph−¬ng ph¸p ®Ò xuÊt sau ®©y: §ã lµ chÕ t¹o b¸nh r¨ng l−în sãng b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ¸p lùc n¨ng suÊt rÊt cao. Sau ®ã mµi c¶ chång ®Üa b¸nh r¨ng trªn m¸y mµi r¨ng cã c¶i tiÕn. VÒ c¬ b¶n quy tr×nh c«ng nghÖ nµy ®· ®−îc so¹n th¶o. Tuy nhiªn ®ã ®· lµ mét vÊn ®Ò ®Çu t− cho s¶n xuÊt lín. Ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng chØ bã hÑp trong ph¹m vi chÕ t¹o cho m«®un quay cña robot lµ mµ viÖc ®Çu t− lín cho viÖc s¶n xuÊt hép gi¶m tèc kiÓu míi thay thÕ cho hép gi¶m tèc th©n khai víi −u ®iÓm nhiÒu lÇn v−ît tréi. §©y lµ ph−¬ng ph¸p hßan toµn míi, ch−a n−íc nµo ¸p dông vµ cã thÓ ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ rÊt lín v× thiÕt bÞ nµo còng cÇn ®Õn hép gi¶m tèc. vi. lËp tr×nh gia c«ng brcl trªn m¸y c¾t d©y cnc PhÇn mªm Auto English lµ 1 phÇn mÒm ®−îc thiÕt kÕ phï hîp cho m¸y tÝnh trung cÊp. Cïng víi sù hç trî cña nã, hÖ thèng cã thÓ kÕt hîp NC (®iÒu khiÓn b»ng kü thuËt sè). ChØ cÇn ng−êi sö dông vÏ h×nh cÇn thùc hiÖn lªn trªn mµn h×nh víi thiÕt bÞ nhËp lµ bµn phÝm, chuét hay c¸c thiÕt bÞ kh¸c. 58 Trong phÇn phô lôc giíi thiÖu ch−¬ng tr×nh c¾t b¸nh r¨ng con l¨n trªn m¸y c¾t d©y CNC. vii. sö dông brcl cho m«®un quay robot lµ gi¶i ph¸p hîp lý nhÊt Nh− ®· biÕt hép gi¶m tèc lµ bé phËn quan träng vµ quyÕt ®Þnh ®Õn kÝch th−íc vµ chÊt l−îng cña m«®un quay cña robot. Yªu cÇu ph¶i cã tû sè truyÒn cao ®Ó cã kÝch th−íc nhá gän vµ yªu cÇu triÖt tiªu khe hë c¹nh r¨ng ®Ó kh«ng bÞ trÔ trong ®iÒu khiÓn lµ 2 yªu cÇu quan träng nhÊt ®èi víi hép gi¶m tèc dïng cho m«®un quay robot. Hép gi¶m tèc BRCL kh«ng nh÷ng tháa m·n 2 yªu cÇu ®ã mµ cßn cã nh÷ng −u nh−îc ®iÓm kh¸c n÷a. Hép gi¶m tèc BRCL lµ lo¹i l¾p liÒn trôc víi ®éng c¬ rÊt thuËn tiÖn v× trong kiÓu gi¶m tèc nµy trôc ra ®ång trôc víi trôc vµo. Tû sè truyÒn cña hép gi¶m tèc BRCL ®¹t ®−îc rÊt cao th−êng dïng tõ 11 ®Õn 87 ®èi víi cÊp ®¬n, 10.000 ®èi víi lo¹i kÐp 2 vµ cao h¬n n÷a ®èi víi lo¹i kÐp 3. Dïng hép gi¶m tèc BRCL, so víi tr−êng hîp dïng hép gi¶m tèc b¸nh r¨ng trô th«ng th−êng, cã thÓ gi¶m kÝch cì tõ 1,5 ®Õn 2 lÇn, cßn träng l−îng gi¶m tõ 3 ®Õn 4 lÇn. B¶n th©n viÖc dïng bé truyÒn BRCL cho phÐp lùa chän ®éng c¬ ®iÖn cã sè vßng quay cao h¬n th× kh«ng chØ rÎ h¬n, n©ng cao h¬n hiÖu suÊt vµ hÖ sè cosϕ, mµ khèi l−îng ®éng c¬ còng nhá h¬n. Mét ®éng c¬ ®iÖn 7KW quay nhanh cã träng l−îng b»ng 1/2 ®éng c¬ ®iÖn quay chËm. Trong truyÒn ®éng b¸nh r¨ng kiÓu míi nµy, ma s¸t l¨n ®· thay thÕ cho ma s¸t tr−ît nªn hiÖu suÊt ®· t¨ng lªn râ rÖt vµ duy tr× ë møc cao, trªn 90%. Ngoµi ra víi nh÷ng quan hÖ h×nh häc ®éng hîp lý ë vïng tiÕp xóc gi÷a 59 b¸nh r¨ng vµ con l¨n cßn tån t¹i mµng dÇu thñy ®éng, nªn kh«ng nh÷ng c¶i thiÖn vÒ hiÖu suÊt mµ n©ng cao ®¸ng kÓ vÒ kh¶ n¨ng chÞu t¶i. §ång thêi kh¶ n¨ng t¶i cao cßn do sè r¨ng cïng vµo khíp kh«ng ph¶i chØ mét vµi r¨ng mµ ®Õn gÇn mét nöa sè r¨ng, nhÊt lµ khi hai b¸nh r¨ng ®−îc l¾p lÖch t©m ®èi xøng nhau. Còng chÝnh v× thÕ mµ cã thÓ triÖt tiªu ®−îc khe hë c¹nh r¨ng c©n b»ng lùc ly t©m, nªn lµm viÖc ªm dÞu. Víi nh÷ng −u ®iÓm ®ã hép gi¶m tèc BRCL kh«ng nh÷ng sÏ dïng réng r·i trong c¸c m«®un quay robot, mµ sÏ thay thÕ dÇn c¸c lo¹i hép gi¶m tèc th«ng th−êng kh¸c. viii. chuÈn hãa thiÕt kÕ hép gi¶m tèc brcl Ph¸t huy kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ truyÒn ®éng BRCL dïng cho m«®un quay robot vµ ®Ó nhanh chãng ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®a d¹ng cña c¸c ®¬n vÞ hîp t¸c, §Ò tµi ®· b¾t ®Çu triÓn khai b−íc 1 vÒ chuÈn hãa thiÕt kÕ hép gi¶m tèc BRCL. Hai néi dung ®−îc triÓn khai trong b−íc 1 nµy lµ: - Ph¸c th¶o ®Þnh h−íng c¸ch ph©n lo¹i phôc vô cho triÓn khai c«ng nghiÖp sau nµy. Theo ®Þnh h−íng nµy cã thÓ t¸ch kÕt cÊu mét hép gi¶m tèc BRCL thµnh 3 lÇn: phÇn ®Çu vµo (V), phÇn gi÷a (G) vµ phÇn ®Çu ra (R). Trªn h×nh 2.2.15 lµ vÝ dô c¸c tr−êng hîp cô thÓ. 60 H×nh 2.2.15. KÕt cÊu HGT gåm 3 phÇn Ba phÇn nµy ®−îc liªn kÕt víi nhau b»ng bul«ng ghÐp. PhÇn G lµ phÇn ®−îc quan t©m nhÊt. Trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh cã thÓ chØ thay phÇn G lµ cã mét nhãm hép gi¶m tèc kiÓu mét b¸nh, 2 b¸nh (l¾p lÖch t©m ®èi xøng nhau), 3 b¸nh (l¾p lÖch t©m chªnh nhau 1200), kiÓu ®¬n 1 cÊp, kÐp 2 cÊp, kÐp 3 cÊp hoÆc víi c¸c gi¸ trÞ tû sè truyÒn kh¸c nhau. Ngoµi ra tïy theo vÞ trÝ trôc cã lo¹i hép gi¶m tèc BRCL trôc ngang, hép gi¶m tèc BRCL trôc ®øng vµ cã lo¹i HGT liÒn trôc ®éng c¬ hoÆc kh«ng. Nh÷ng ph¸c th¶o b−íc ®Çu tr×nh bµy trong tËp lµi liÖu: “ChuÈn hãa thiÕt kÕ Hép gi¶m tèc B¸nh r¨ng con l¨n”. - X©y dùng ch−¬ng tr×nh thiÕt kÕ chuÈn hãa phÇn G. Néi dung ch−¬ng tr×nh bao gåm c¸c phÇn tõ x¸c ®Þnh d¹ng r¨ng ®Õn vÏ t« bãng m« h×nh 3D vµ vÏ ho¹t h×nh qu¸ tr×nh vËn hµnh cña bé truyÒn b¸nh r¨ng con l¨n. D−íi ®©y tr×nh bµy mét sè b¶n vÏ lµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh. Ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh ®−îc hoµn thµnh víi nhiÒu phiªn b¶n 61 do c¸c Th.S. NguyÔn TiÕn §øc, KS. §Æng V¨n Huynh, Th.S. Vò Lª Huy. Ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh ®−îc cÊp giÊy chøng nhËn b¶n quyÒn. C¸c vÝ dô: VÝ dô 1: MJV3-103-17 P1 = 2.5kW P2 = 2.2kW n1= 750 vßng/phót u = 17 R2 = 125mm Th«ng sè Ký hiÖu Gi¸ trÞ §¬n vÞ C¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n cña bé truyÒn Sè r¨ng ®Üa b¸nh r¨ng l−în sãng z1 17 Sè con l¨n vµnh r¨ng chèt con l¨n z2 18 Sè b¸nh r¨ng z 2 B¸n kÝnh vßng trßn qua t©m c¸c con l¨n R2 115.0 mm B¸n kÝnh con l¨n rc 14.00 mm B¸n kÝnh chèt trªn vµnh rchcl 10.00 mm Kho¶ng lÖch t©m cña bé truyÒn A 3.20 mm BÒ réng b¸nh r¨ng b 16.0 mm Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c b¸nh r¨ng vµ trôc ra 11 2.00 mm HÖ sè bÒ réng b¸nh r¨ng Xibd 0.0815 HÖ sè quan hÖ Raz 2.00 Trôc ®Çu vµo §−êng kÝnh ®o¹n trôc l¾p b¸nh r¨ng d1 25 mm KÝch th−íc then l¾p trôc vµo víi b¹c lÖch t©m BÒ réng then b 6.0 mm ChiÒu cao then h 6.0 mm §é s©u r·nh then trªn trôc t1 3.5 mm 62 §é s©u r·nh then trªn lç t2 2.8 mm ChiÒu dµi then 1 31.0 mm Sè then 1 KÝch th−íc b¹c lÖch t©m §−êng kÝnh trong d1 25 mm §−êng kÝnh ngoµi db 40 mm Trôc ®Çu ra B¸n kÝnh vßng trßn qua t©m c¸c chèt ®Çu ra Rt 70 mm Sè chèt ®Çu ra trªn trôc ra z 10 B¸n kÝnh chèt ®Çu ra rchra 11.00 mm B¸n kÝnh con l¨n ®Çu ra rp 12.5 mm §−êng kÝnh ®o¹n trôc ra d2 55.0 mm 63 H×nh 2.2.16. M« pháng 2D phÇn G cña hép gi¶m tèc BRCL (MJV3-103-17) 64 H×nh 2.2.17. M« pháng 3D phÇn G cña hép gi¶m tèc BRCL (MJV3-103-17) 65 VÝ dô 2: MJH 8-106-35 P1 = 5.86kW P2 = 5.5kW n1 = 1000vßng/phót u = 35 R2 = 130mm Th«ng sè Ký hiÖu Gi¸ trÞ §¬n vÞ C¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n cña bé truyÒn Sè r¨ng ®Üa b¸nh r¨ng l−în sãng z1 35 Sè con l¨n vµnh r¨ng chèt con l¨n z2 36 Sè b¸nh r¨ng z 2 B¸n kÝnh vßng trßn qua t©m c¸c con l¨n R2 140 mm B¸n kÝnh con l¨n rc 8.00 mm B¸n kÝnh chèt trªn vµnh rchcl 5.00 mm Kho¶ng lÖch t©m cña bé truyÒn A 2.50 mm BÒ réng b¸nh r¨ng b 25.00 mm Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c b¸nh r¨ng vµ trôc ra 11 2.00 mm HÖ sè bÒ réng b¸nh r¨ng Xibd 0.0947 HÖ sè quan hÖ Raz 1.56 Trôc ®Çu vµo §−êng kÝnh ®o¹n trôc l¾p b¸nh r¨ng d1 35 mm KÝch th−íc then l¾p trôc vµo víi b¹c lÖch t©m BÒ réng then b 10.0 mm ChiÒu cao then h 8.0 mm §é s©u r·nh then trªn trôc t1 5.0 mm §é s©u r·nh then trªn lç t2 3.3 mm ChiÒu dµi then 1 48 mm 66 Sè then 1 KÝch th−íc b¹c lÖch t©m §−êng kÝnh trong d1 35 mm §−êng kÝnh ngoµi db 55 mm Trôc ®Çu ra B¸n kÝnh vßng trßn qua t©m c¸c chèt ®Çu ra Rt 95 mm Sè chèt ®Çu ra trªn trôc ra z 10 B¸n kÝnh chèt ®Çu ra rchra 17.00 mm B¸n kÝnh con l¨n ®Çu ra rp 18.5 mm §−êng kÝnh ®o¹n trôc ra d2 85.0 mm 67 H×nh 2.2.18. M« pháng 2D phÇn G cña hép gi¶m tèc BRCL (MJH8-106-35) 68 H×nh 2.2.18. M« pháng 3D phÇn G cña hép gi¶m tèc BRCL (MJH8-106-35) 69 ix. m«®un quay brcl vµ m«®un hãa kÕt cÊu robot Nh− ®· tr×nh bµy trong phÇn giíi thiÖu chung. Mét m«®un quay gåm cã c¸c bé phËn chñ yÕu sau: §éng c¬ ®iÖn, Hép gi¶m tèc, Bé phËn ®o b¸o sè vßng quay. Khi dïng hép gi¶m tèc BRCL th× cã thÓ t¹o ra m«®un quay gän nhÑ h¬n nhiÒu, v× b¶n th©n bé truyÒn BRCL cã tû sè truyÒn rÊt cao, kÐo theo cã thÓ dïng ®éng c¬ quay nhanh do ®ã b¶n th©n ®éng c¬ còng nhá gän ®i. Trong bé truyÒn BRCL mas¸t l¨n ®· thay thÕ cho mas¸t tr−ît nªn hiÖu suÊt t¨ng lªn râ rÖt. H¬n thÕ, c¸c con l¨n tiÕp xóc víi c¸c mÆt lâm cña b¸nh r¨ng vµ vËn tèc di chuyÓn th¼ng gãc víi ph−¬ng tiÕp xóc nªn rÊt thuËn lîi cho viÖc t¹o nªn mµng dÇu thñy ®éng. V× thÕ kh¶ n¨ng chÞu t¶i n©ng cao lªn râ rÖt, còng cã nghÜa lµ ®¸p øng cïng mét yªu cÇu vÒ m«®un t¶i cã thÓ dïng lo¹i ®éng c¬ vµ hép gi¶m tèc nhá ®i. Mét yÕu tè quan träng n÷a lµm t¨ng kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña hép gi¶m tèc BRCL lµ cã thÓ bè trÝ 2 b¸nh lÖch t©m chªnh nhau 1800. Nh− vËy cã 2 vïng ¨n khíp vµ hÇu nh− tÊt c¶ sè r¨ng cïng vµo khíp mét lóc, cho nªn kh«ng nh÷ng t¨ng kh¶ n¨ng chÞu t¶i lªn rÊt cao, mµ cßn triÖt tiªu ®−îc khe hë c¹nh r¨ng khi ®¶o chiÒu quay. ý t−ëng chung trong viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ robot lµ “m«®un hãa”. M«®un ®−îc hiÓu lµ mét côm c¸c bé phËn hîp thµnh, cã nh÷ng chøc n¨ng cô thÓ t−¬ng ®èi hoµn chØnh. Ngay trong kÕt cÊu cña hép gi¶m tèc BRCL còng ®−îc thiÕt kÕ nh− 3 phÇn ghÐp l¹i, trong ®ã phÇn gi÷a (phÇn G) xem nh− mét m«®un thay ®æi ®−îc víi nhiÒu cÊp bËc tû sè truyÒn kh¸c nhau ®Ó ghÐp nèi víi 2 phÇn cßn l¹i thµnh c¸c hép gi¶m tèc kh¸c nhau. TiÕn xa h¬n, cã thÓ t¹o ra nh÷ng “kh©u chuÈn hãa” nh− nh÷ng m«®un ghÐp nèi l¹i thµnh c¬ cÊu robot. Së dÜ cã thÓ ®Æt ra vÊn ®Ò nh− vËy v×, nh− ®· biÕt, c¸c kh©u t¹o thµnh c¬ cÊu robot ®Òu cã nguån ®éng lùc riªng. 70 Nh− vËy vÝ dô minh häa, §Ò tµi ®· nghiªn cøu thiÕt kÕ chÕ t¹o c¸c m«®un quay dïng BRCL vµ l¾p r¸p phèi hîp thµnh c¸c kiÓu robot kh¸c nhau. H×nh 2.2.20 lµ robot SCATM mét c¸nh tay vµ h×nh 2.2.21 lµ robot SCATM hai c¸nh tay dïng cho c«ng viÖc l¾p r¸p. H×nh 2.2.20. Robot SCATM mét c¸nh tay m«®un hãa 76 5 756 H×nh 2.2.21. Robot SCATM hai c¸nh tay m«®un hãa 71 ViÖc m«®un hãa kÕt cÊu robot lµ theo xu thÕ chung ®èi víi thiÕt bÞ c«ng nghiÖp. ViÖc lµm nµy cã c¸c −u ®iÓm næi bËt lµ cã thÓ ®a d¹ng hãa lo¹i h×nh kÕt cÊu robot trong lóc vÉn chuyªn m«n hãa s¶n xuÊt chÕ t¹o tõng lo¹i m«®un nªn ®¶m b¶o ®−îc gi¸ thµnh gia c«ng vµ chÊt l−îng s¶n phÈm. Hå s¬ kü thuËt vµ c¸c b¶n vÏ vÒ m«®un quay dïng BRCL vµ vÒ kÕt cÊu m«®un hãa c¸nh tay robot sÏ ®−îc tr×nh bµy trong phÇn phô lôc. 72 X. mét sè s¶n phÈm brcl ®∙ ®−îc thiÕt kÕ chÕ t¹o Trong môc nµy tr×nh bµy c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm BRCL, chia thµnh 3 nhãm. 1) C¸c bé truyÒn BRCL dïng cho m«®un quay. VÒ néi dung nghiªn cøu thiÕt kÕ, c¸c b¶n vÏ vµ hå s¬ kü thuËt ®· tr×nh bµy trong môc “M«®un quay BRCL vµ m«®un hãa kÕt cÊu robot”. ë ®©y chñ yÕu chØ giíi thiÖu mét sè mÉu s¶n phÈm ®· chÕ t¹o. H×nh 2.2.22. C¸c chi tiÕt m¸y hîp thµnh m«®un quay BRCL H×nh 2.2.23. M«®un quay BRCL 73 H×nh 2.2.24. C¸c m«®un quay BRCL th¸o rêi 74 H×nh 2.2.25. C¸c b¸nh r¨ng l−în sãng 2) Hép gi¶m tèc BRCL dïng cho c«ng nghiÖp. Ph¸t triÓn kÕt qu¶ nghiªn cøu BRCL cã thÓ t×m thÊy øng dông réng r·i trong c«ng nghiÖp. Ngµy nay c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp råi sÏ ®−îc chuyÓn sang ®iÒu khiÓn sè lµ chÝnh. V× thÕ yªu cÇu triÖt tiªu khe hë c¹nh r¨ng trong bé truyÒn b¸nh r¨ng sÏ ®Æt ra nh− mét yªu cÇu bøc b¸ch. Cho nªn cÇn n¾m b¾t nhu cÇu nµy mµ sím ®Çu t− khoa häc cho lÜnh vùc nµy. NhÊt lµ trong c«ng nghiÖp ViÖt nam ch−a cã c¬ së nµy thùc sù lµ c¬ së s¶n xuÊt hép gi¶m tèc. Ngoµi ra yªu cÇu triÖt tiªu khe hë c¹nh r¨ng ®Ó ®¸p øng ®ßi hái vÒ ®iÒu khiÓn kh«ng trÔ cña c¸c thiÕt bÞ ®−îc ®iÒu khiÓn sè, cßn cã c¸c nhu cÇu ë c¸c thiÕt bÞ di ®éng võa ®ßi hái gän nhÑ, võa yªu cÇu hiÖu suÊt cao ®Ó tiÕt kiÖm n¨ng l−îng, nhÊt lµ thiÕt bÞ ch¹y b»ng ¾c quy. Trong tr−êng hîp nµy truyÒn ®éng BRCL tá ra cã triÓn väng nhÊt. Bªn c¹nh c¸c yªu cÇu nãi trªn c¸c tiªu chÝ th−êng xuyªn ®Æt ra víi c¸c bé truyÒn b¸nh r¨ng ®é bÒn cao, kh¶ n¨ng chÞu t¶i lín, ®é chÝnh x¸c chÕ t¹o ®¹t ®−îc ë cÊp cao mµ gi¸ thµnh l¹i h¹ thÊp. Hép gi¶m tèc BRCL hßan 75 toµn ®¸p øng ®−îc c¸c tiªu chÝ ®ã vµ rÊt nhiÒu triÓn väng thay thÕ dÇn c¸c lo¹i hép gi¶m tèc b¸nh r¨ng th©n khai ®ang dïng hiÖn nay. H×nh 2.2.26. C¸c hép gi¶m tèc BRCL ®−îc chÕ t¹o cho øng dông c«ng nghiÖp 76 H×nh 2.2.27. Hép gi¶m tèc BRCL víi cÆp ®Üa r¨ng l−în sãng vµ hép ®iÒu khiÓn 78 H×nh 2.2.29. VÝ dô b¶n thiÕt kÕ Hép gi¶m tèc BRCL 2 cÊp kÐp V ßn g ch ¾n d Çu 5 5x 80 x1 2 C on l¨ n ch èt ® Çu r a 2 C on l¨ n ch èt ® Çu r a 1 G Ýa ® ì tr ôc ® Çu v µo V ßn g ch ¾n d Çu 4 5x 70 x1 2 T he n 1 1 T ªn c hi ti Õt S T T B ¸n h r¨ ng 1 5 6 T h© n ®Ç u vµ o æ bi 4 5x 85 x1 9 3 25 4 R ¨n g ch èt 1 C hè t 1 V µn h r¨ ng 1 B ¸n h r¨ ng 1 5 8 710 9 T he n 4 15 T h© n gi ÷a V ßn g lß x o 1 T rô c ®Ç u ra 1 12 1114 13 æ bi 4 5x 85 x1 9 æ bi 4 5x 85 x1 9 T he n 5 C hè t 2 17 1619 18 V ò m ì 24 T h© n ®Ç u ra T rô c ®Ç u ra 2 V ßn g lß x o 2 22 21 2023 T he n 6 æ bi 3 0x 62 x1 6 oá b i 5 5x 12 0x 29 26 2528 27 G hi c hó S è l− în g K Ý h iÖ u V Ët li Öu V ßn g l¨ n r¨ ng c hè t 1 V ßn g l¨ n r¨ ng c hè t 2 33 V ßn g lÖ ch t© m 4 V ßn g lÖ ch t© m 3 V ßn g c¸ ch 4 æ bi 6 5x 14 0x 33 31 30 2932 B u l« ng 1 6 V ßn g c¸ ch 3 T rô c ®Ç u vµ o 2 R ¨n g ch èt 2 35 34363742 æ bi 1 5x 35 x1 1 K hí p nè i 2 V µn h r¨ ng 2 æ bi 4 0x 80 x1 8 £ c u 16 40 39 3841 B u l« ng 1 2 V ßn g c¸ ch 2 T he n 3 æ bi 3 0x 55 x1 3 44 43454651 V ßn g lß x o 2 V ßn g lÖ ch t© m 2 V ßn g c¸ ch 1 £ c u 12 49 474850 V ßn g lÖ ch t© m 1 æ bi 2 0x 47 x1 4 T rô c ®Ç u vµ o 1 V ßn g ch ¾n d Çu 53 5255 54 T he n 2 K hí p nè i 1 57 56 M 16 M 12 56 27 26 40 28 29 30 32 31 36 34 33 35 38 37 39 48 44 41 42 43 45 46 47 52 50 49 51 54 53 55 57 15 23 24 22 21 20 17 19 18 16 10 13 14 11 12 9 8 7 6 5 4 3 1 2 25 58 58 B u l« ng v ßn g H ä vµ tª n D uy Öt T r. nh iÖ m K iÓ m tr a T hi Õt k Õ K ý N gµ y b ¶ n v Ï l ¾ p T Ø l Ö : C hi ti Õt s è: V Ët li Öu : S è l− în g : N gu y? n Ti ?n Đ ?c N gu y? n V an M in h N gu y? n Th i? n Ph úc H ép g i¶ m tè c BR C L 79 H×nh 2.2.30. Hép gi¶m tèc BRCL cho m«®un quay robot T û lÖ : § ¹i h ä c B ¸c h K h o a h µ n é i D uy Öt K iÓ m tr a H ä vµ tª n T hi Õt k Õ T r. nh iÖ m K ý N gµ y b¶ n v Ï l¾ p h é p g i¶ m t è c i= 29 T hÐ p 45 02 æ bi 1 2x 24 x6 1718 V ßn g c¸ ch 01 P hÝ p 0201 T hÐ p 45 T hÐ p 45 B ¸n h r¨ ng 2 9 192 0 V µn h r¨ ng 06 C hè t ® Þn h vÞ 21 01 T hÐ p 45 N ¾p d uí i 22 X ev an it1 1 T hÐ p 45 T hÐ p 45 T hÐ p 45 T hÐ p 45 010101 0101 01 01 æ bi 1 7x 35 x1 0 V ßn g ch ¾n d Çu T he n 2 T he n 1 æ bi 2 0x 42 x1 2 P hÇ n l¾ p se n s¬ T rô c ®Ç u ra 91012 1115 14 13 T hÐ p 45 01 C hè t 16 5 C hè t ® Çu r a 06 T hÐ p 45 T hÐ p 45 01 T h© n ®Ç u ra 78 V ò m ì 01 3 C on l¨ n 30 T hÐ p 45 T hÐ p 45 06 C on l¨ n ch èt ® Çu r a 4 2 01 T hÐ p 45 M iÕ ng ® Öm T hÐ p 45 01 N ¾p tr ªn 1 S T T V Ët li Öu S è l\' ee ng T ªn c hi ti Õt 23 V ßn g lÖ ch t© m T hÐ p 45 02 80 3) Hép gi¶m tèc BRCL dïng cho c«ng t¸c häc tËp ý thøc r»ng lo¹i h×nh truyÒn ®éng BRCL lµ rÊt cã triÓn väng øng dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc c«ng nghiÖp vµ ®ang trong giai ®o¹n nghiªn cøu s¸ng t¹o phï hîp víi nh÷ng ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ míi, §Ò tai ®· lµm thªm mét viÖc lµ chÕ t¹o cho tr−êng häc nh÷ng hép gi¶m tèc BRCL cã thªn hép b»ng vËt liÖu trong suèt. Ng−êi häc cã thÓ hiÓu nã vËn hµnh ra sao nh×n thÊy râ trôc ®éng c¬ nèi liÒn víi trôc ®Çu vµo quay nhanh ®Õn thÕ mµ trôc ®Çu ra ®−îc quay rÊt chËm H×nh 2.2.31. Hép gi¶m tèc BRCL víi th©n hép chÕ t¹o b»ng vËt liÖu trong suèt ®Ó phôc vô ®µo t¹o 81 H×nh 2.2.32. S¶n xuÊt hép gi¶m tèc BRCL phôc vô ®µo t¹o 82 IV. KÕt luËn TriÓn khai thùc hiÖn nhiÖm vô 2 lµ nghiªn cøu c¶i tiÕn n©ng cÊp robot SCATM ®Ó ®¸p øng yªu cÇu th«ng minh, §Ò tµi ®· b¾t gÆp néi dung t¹o ra nh÷ng khíp quay robot, trong ®ã ph¶i cã truyÒn ®éng b¸nh r¨ng kh«ng cã khe hë c¹nh r¨ng ®Ó khi ®iÒu khiÓn kh«ng bÞ trÔ. Do vËy ®· xuÊt hiÖn nhu cÇu nghiªn cøu vÒ m«®un quay dïng BRCL. Víi néi dung nghiªn cøu nµy §Ò tµi ®· nhËn ®−îc c¸c kÕt qu¶ khoa häc chñ yÕu sau: 1) §Ò xuÊt ph−¬ng ph¸p x©y dùng d¹ng r¨ng b¸nh r¨ng l−în sãng theo yªu cÇu ®Æt tr−íc ®èi víi bé truyÒn BRCL (b¸nh r¨ng con l¨n) vµ thiÕt lËp ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh thiÕt kÕ hép gi¶m tèc BRCL. Ch−¬ng tr×nh nµy ®· ®−îc cÊp giÊy chøng nhËn b¶n quyÒn. 2) §Ò xuÊt ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o b¸nh r¨ng con l¨n trªn m¸y gia c«ng CNC vµ kh«ng dïng dao (dao phay l¨n hoÆc dao xäc) ®Ó tr¸nh sai lÖch so víi d¹ng r¨ng lý thuyÕt. Trong tr−êng hîp s¶n xuÊt lo¹t lín ®Ò xuÊt dïng c¸c ph−¬ng ph¸p gia c«ng ¸p lùc tr−íc nguyªn c«ng mµi ®Ó chÕ t¹o BRCL, cã ®é chÝnh x¸c cao vÒ t¹o h×nh vµ gi¸ thµnh thÊp. 3) HiÖn thùc viÖc m«®un hãa thiÕt kÕ m«®un quay vµ kÕt cÊu robot ®Ó ®¸p øng nhu cÇu ®a d¹ng lo¹i h×nh robot trong lóc vÉn cã thÓ chuyªn m«n hãa s¶n xuÊt chÕ t¹o tõng lo¹i m«®un ®¶m b¶o ®−îc gi¸ thµnh gia c«ng vµ chÊt l−îng s¶n phÈm. 4) ChÕ t¹o thö nghiÖm thµnh c«ng nhiÒu s¶n phÈm BRCL. Trong ®ã cã m«®un quay robot dïng BRCL, c¸c hép gi¶m tèc BRCL dïng cho c«ng nghiÖp, hép gi¶m tèc BRCL phôc vô c«ng t¸c ®µo t¹o. 83 PHẦN III BÁO CÁO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THEO NHIỆM VỤ 2 ĐỀ TÀI KC.03.08 MÔĐUN DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG DÙNG ROBOT SCATM ĐÓ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC I. GIỚI THIỆU CHUNG Trong phần báo cáo này trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng môđun dây chuyền tự động dùng robot SCATM để phân loại sản phẩm theo màu sắc. Đây là một sản phẩm minh họa về cách thức “thông minh hóa” hoạt động của robot. Tất nhiên khả năng “thông minh” của robot của robot phải thể hiện trên một công việc cụ thể. Trong môđun dây chuyền tự động này, máy tính sẽ trực tiếp điều khiển các chuyển dịch của robot và các sản phẩm trên dây chuyền theo các tín hiệu về màu sắc do các sensor nhận biết. Định hướng ứng dụng của nội dung nghiên cứu này là công nghiệp hàng tiêu dùng. Trong các dây chuyền sản xuất này bộ phận phân loại sản phẩm luôn luôn có mặt như một môđun của hệ thống thiết bị sản xuất. Ở đây dùng Robot SCATM thao tác phối hợp với các băng truyền điều chỉnh được tốc độ, có trang bị các sensor nhận biết được màu sắc và toàn bộ hệ thống được điều khiển bằng máy tính. Nội dung nghiên cứu này bao gồm một khối lượng lớn các công việc từ thiết kế, chế tạo, lắp ráp vận hành toàn bộ hệ thống chấp hành cơ, điện, 84 khí nén, các thiết bị phần cứng của hệ thống điều khiển và chương trình phần mềm điều khiển toàn bộ hệ thống nói trên. Các thiết bị chủ yếu của hệ thống gồm: Robot SCATM, bộ phận khí nén, 2 băng truyền, bộ phận truyền động với tốc độ thay đổi được, bộ phận thu hồi sản phẩm và bộ phận điều khiển. Ngoài Robot SCATM đã trình bày riêng ở phần trên, dưới đây giới thiệu tóm tắt các bộ phận còn lại trong 2 mục: Hệ thống băng truyền và hệ thống điều khiển. II. HỆ THỐNG BĂNG TRUYỀN Hệ thống băng truyền được thiết kế đảm bảo cho các sản phẩm đặt trên đó di chuyển đều đặn với tốc độ đã định. Đảm bảo mặt băng bằng phẳng và đủ rộng để phân nhiều luồng sản phẩm theo từng màu sắc. So với vị trí đặt Robot SCATM bố trí 2 băng truyền: Băng thứ nhất đem sản phẩm tới Robot và băng thứ 2 đưa sản phẩm đi. Trong điều khiển chật hẹp của phòng thí nghiệm các băng tải đều rút nhỏ kích thước và bổ xung thêm bộ phận thu hồi sản phẩm từ cuối băng chuyền thứ 2 về đầu băng truyền thứ 1. Dưới đây là bộ hồ sơ kỹ thuật của hệ thống băng truyền gồm: - H×nh 2.3.1. Các bản vẽ lắp Môđun dây chuyền dùng robot SCATM - H×nh 2.3.2. Các ảnh chụp Môđun dây chuyền dùng Robot SCATM (nhìn từ nhiều phía). - H×nh 2.3.3. Các bản vẽ và ảnh chụp về hệ thống khí nén. - H×nh 2.3.4. Các ảnh chụp hệ thống truyền dẫn động và biến tần - H×nh 2.3.5. Các ảnh chụp và bản vẽ lắp bộ phận thu hồi sản phẩm 85 H×nh 2.3.1. B¶n vÏ l¾p M«®un d©y chuyÒn s¶n xuÊt dïng Robot SCATM 1 2 3 A A A A 1 T æn g sè K hè i l −î ng V Ët li Öu S è l− în g § ¬n v Þ 1 1 G hi c hó R ob ot S C A 1 M « ®u n b¨ ng t¶ i V Þ t rÝ T ªn g äi T ñ ®i Ön 3 2 N gu y? n Th i? n Ph úc N gu y? n V an M in h D uy ?t Th i? t k ? Tr . n hi ?m K i? m tr a H ? và tê n K ý N gà y S? lu ?n g: Đ ? tà i K C - 0 3 - 0 8 Tr un g tâ m N CK T T? d ?n g hó a Tr u? ng Đ ?i h ?c B ác h K ho a H à N ?i B ?n v ? s? : T? l? : H oµ ng A nh § ¹i D ¢ Y T R U Y Òn p h © n l o ¹ i s¶ n p h È m t h eo m ¸ u s ¾ c B ¶ n v Ï l¾ p 86 H×nh 2.3.2. B¶n vÏ l¾p M«®un d©y chuyÒn s¶n xuÊt dïng Robot SCATM(nh×n tõ nhiÒu phÝa) 87 H×nh 2.3.3.S¬ ®å vµ ¶nh chôp vÒ hÖ thèng khÝ nÐn ®iÒu khiÓn b¨ng truyÒn dïng Robot SCATM 88 H×nh 2.3.4. Van khÝ nÐn ®iÖn tõ ®iÒu khiÓn Robot SCATM vµ b¨ng truyÒn H×nh 2.3.5. Bé phËn thu håi s¶n phÈm 89 M« t¶ th«ng sè kü thuËt cña hÖ thèng khÝ nÐn cho Robot SCATM vµ b¨ng truyÒn 1. Xy lanh bµn kÑp tay m¸y SCATM * Ký hiÖu: HGW-25-A * §Æc tÝnh kü thuËt: - DÉn ®éng b»ng xy lanh khÝ nÐn t¸c ®éng kÐp - §Þnh t©m tù ®éng - T¸c ®éng cña ngãn kÑp: KÑp bªn ngoµi hoÆc kÑp bªn trong. - Cã kh¶ n¨ng tæ hîp víi c¸c dÉn ®éng kh¸c - Cã thÓ g¾n c¶m biÕn vÞ trÝ tõ tÝnh hoÆc c¶m biÕn Hall. - Linh ho¹t víi kÑp tõ bªn ngoµi - Lùc kÑp lµ h»ng sè kh«ng phô thuéc vµo gãc kÑp. - Gãc më tèi ®a cña m¸ kÑp lµ 400 - §é chÝnh x¸c lËp l¹i: ± 0,02 mm - §é chÝnh x¸c kho¶ng c¸ch: < 0,2 mm - Sè ngãn kÑp: 2 - ¸p suÊt lµm viÖc: 2-8 bar - TÇn sè lµm viÖc lín nhÊt cña bµn kÑp: 4 Hz - Thêi gian më nhá nhÊt ë ¸p suÊt 6 bar: 10 ms - Thêi gian më ®ãng nhÊt ë ¸p suÊt 6 bar: 10 ms - NhiÖt ®é m«i tr−êng lµm viÖc: 5 - 60 0C - M« ment tay kÑp më ë ¸p suÊt 2 bar = 60 Ncm - M« ment tay kÑp më ë ¸p suÊt 4 bar = 120 Ncm - M« ment tay kÑp më ë ¸p suÊt 6 bar = 180 Ncm - M« ment tay kÑp ®ãng ë ¸p suÊt 2 bar = 53,5 Ncm - M« ment tay kÑp ®ãng ë ¸p suÊt 4 bar = 106,7 Ncm - M« ment tay kÑp ®ãng ë ¸p suÊt 2 bar = 160 Ncm - Lùc lín nhÊt ë m¸ kÑp Fz tÜnh = 54 N - M« ment lín nhÊt ë m¸ kÑp Mx tÜnh = 1,7 Nm - M« ment lín nhÊt ë m¸ kÑp My tÜnh = 0,6 Nm - M« ment lín nhÊt ë m¸ kÑp Mz tÜnh = 1,1 Nm - Träng l−îng: 250 g - §Çu nèi khÝ: M5 - VËt liÖu: Hîp kim nh«m 90 - M¹ anod cøng - M¸ kÑp ®−îc m¹ Niken KÝch th−íc: 2. Xy lanh quay: * Ký hiÖu: DSR-12-180 * Th«ng sè kü thuËt: - Nguyªn lý: xy lanh quay kiÓu c¸nh g¹t, gãc quay cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc. HÖ thèng dõng ®−îc t¸ch riªng khái c¸nh g¹t v× thÕ lùc qu¸n tÝnh ®−îc hÊp thô b»ng gi¶m chÊn vµ cam giíi h¹n hµnh tr×nh th«ng qua tÊm nhùa linh ho¹t. - Lùc ®Èy ®−îc truyÒn trùc tiÕp ®Õn trôc quay qua c¸c c¸nh g¹t b»ng chuyÓn ®éng l¾c qua l¹i. 91 - Lùc ®Èy max: 0,5 Nm - C¶m biÕn giíi h¹n hµnh tr×nh: c«ng t¾c c¬ ®iÖn mini hoÆc c¶m biÕn tõ tÝnh - Gãc l¾c cã thÓ hiÖu chØnh tõ 00 ®Õn 1800 . - Cã thÓ g¸ l¾p ë bÊt cø vÞ trÝ nµo. - ¸p suÊt lµm viÖc: 2 - 8 bar - TÇn sè l¾c lín nhÊt ë 6 bar : 3 Hz - NhiÖt ®é m«i tr−êng lµm viÖc: -100C ®Õn 600C - M« ment ë 6 bar: 1 Nm - §Çu nèi khÝ nÐn: M5 - VËt liÖu lµm trôc: ThÐp - M¹ Niken - Vßng lµm kÝn: NBR KÝch th−íc: 3. Xy lanh khÝ: * Ký hiÖu: DSN-25-100-PPV-A * Th«ng sè kü thuËt: - Hµnh tr×nh: 100 mm - §−êng kÝnh piston: 25mm - Ren cÇn piston: M10x1.25 - Gi¶m chÊn cuèi hµnh tr×nh: Vßng gi¶m chÊn ®µn håi ë c¶ hai phÝa 92 - ¸p suÊt lµm viÖc: 1 - 10 bar - ChÕ ®é lµm viÖc: t¸c dông kÐp - NhiÖt ®é m«i tr−êng lµm viÖc: -20 - 80 °C - Lùc ®Èy lý thuyÕt ë 6 bar, hµnh tr×nh trë vÒ: 247.4 N - Lùc ®Èy lý thuyÕt ë 6 bar, hµnh tr×nh tiÕn ra: 294.5 N - Khèi l−îng chuyÓn ®éng víi hµnh tr×nh 0 mm: 71 g - Khèi l−îng ccéng thªm cho mçi hµnh tr×nh 10 mm: 11g - Träng l−îng c¬ b¶n cho hµnh tr×nh 0 mm: 238 g - §Çu nèi ren khÝ nÐn: G 1/8" - VËt liÖu vá xy lanh: Hîp kim nh«m ®−îc an«d ho¸ - VËt liÖu vßng lµm kÝn: TPE-U(PU) NBR - VËt liÖu xy lanh: ThÐp hîp kim cao cÊp, kh«ng rØ - VËt liÖu piston: ThÐp hîp kim cao cÊp, kh«ng rØ Van ®iÖn tõ lo¹i nhá CPE: * Ký hiÖu: CPE14-M1BH-5L-1/8 * Th«ng sè kü thuËt: - Van ®iÖn tõ 5 cöa 2 vÞ trÝ t¸c ®éng ®¬n, håi b»ng lß xo - KÝch th−íc dÇy: 10mm - L−u l−îng khÝ ®i qua: 350l/phót - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn: 24 VDC - Cã chèt ®iÒu khiÓn van b»ng tay - §Çu nèi ren khÝ nÐn: G 1/8" 93 Van ®iÖn tõ lo¹i lín Tiger 2000 : * Ký hiÖu: JMFH-5-1/8-B * Th«ng sè kü thuËt: - Van kiÓu con tr−ît ®iÒu khiÓn ®iÖn tõ c¶ hai phÝa - Van ®iÖn tõ cã chèt ®iÒu khiÓn b»ng tay - L−u l−îng khÝ ®i qua: 1000l/phót - §iÖn ¸p lµm viÖc: 24VDC - Cã thÓ l¾p trùc tiÕp trªn ®−êng dÉn hoÆc trªn ®Õ thµnh tr¹m van tõ 2 ®Õn 10 van 94 Van Kho¸ HE : * Ký hiÖu: HE-2-1/8-QS-6 * Th«ng sè kü thuËt: - KiÓu van 2 cöa 2 vÞ trÝ - KÝch th−íc ®Þnh møc: 5 mm - ¸p suÊt lµm viÖc: 0,75 - 10 bar - L−u l−îng khÝ: 300 - 800 l/phót - §iÒu khiÓn b»ng tay - L¾p ®Æt ë vÞ trÝ bÊt kú - Dßng khÝ kh«ng ®¶o chiÒu ®−îc - Träng l−îng: 18 g - Ren nèi khÝ: G1/8" - VËt liÖu: Nhùa PBT Bé läc, ®iÒu ¸p khÝ nÐn LFR : * Ký hiÖu: LFR-1/4-D-MINI * Th«ng sè kü thuËt: - KÝch th−íc: lo¹i Mini - KiÓu: D - Cã kho¸ nót ®iÒu chØnh - L−u l−îng khÝ: 1400 l/phót - §é läc: 40 µm - L¾p ®Æt: Th¼ng ®øng +/- 5° - X¶ n−íc ng−ng tô: nót quay b»ng tay - ThÓ tÝch n−íc ng−ng tù lín nhÊt: 22 cm3 95 - Vá b¶o vÖ: b»ng kim lo¹i - Cã l¾p ®ång hå ¸p suÊt - D¶i ¸p suÊt ®iÒu chØnh: 0.5 - 12 bar - ¸p suÊt ®Çu vµo: 0 - 16 bar - NhiÖt ®é lµm viÖc: -10 - 60oC - NhiÖt ®é m«i tr−êng: -10 - 60oC - Träng l−îng: 460g - §−êng nèi khÝ: G1/4" - VËt liÖu van: KÏm ®óc - VËt liÖu bÇu chøa n−íc ng−ng tô: nhùa trong PC 96 H×nh 2.3.6. B¶n thiÕt kÕ 3D b¨ng t¶i 1 H×nh 2.3.7. B¶n thiÕt kÕ 3D b¨ng t¶i 2 (cã g¾n sensor nhËn mµu) 97 H×nh 2.3.8. HÖ thèng 2 b¨ng t¶i 98 III. hÖ thèng ®iÒu khiÓn dcsx dïng robot scatm ®Ó ph©n lo¹i s¶n phÈm theo mµu s¾c 3.1. Nguyên tắc hoạt động Hoạt động được điều khiển là môđun dây chuyền sản xuất (DCSX) gồm robot SCATM làm việc với hệ thống băng tải được điều khiển bằng biến tần và được trang bị các sensor nhận biết màu sắc. Nhờ chương trình phần mềm điều khiển, các thông số chuyển động của robot SCATM và của băng tải được tính toán hoặc nạp vào thông qua bàn phím và màn hình của máy PC. Khi khởi động môđun DCSX làm việc, chương trình điều khiển sẽ đưa các bộ phận chấp hành về vị trí ban đầu. Trong quá trình làm việc từ các khớp quay các giá trị xung tương ứng với độ chuyển dịch tức thời đều được ghi nhớ và so sánh với các giá trị đặt trước hoặc tính toán ra, chương trình điều khiển sẽ xuất ra các lệnh để làm chuyển dịch các khớp động đến vị trí cần thiết. Độ chuyển dịch của 3 động cơ bước sẽ đảm bảo tọa độ X,Y và hướng mở của bàn kẹp. Tọa độ Z của nó được thực hiện bằng độ chuyển dịch của xilanh khí nén. Hệ thống robot được dạy học nhận biết màu qua các sensor. Khi có tín hiệu xuất hiện vật thể có màu đã chọn, bằng cách phối hợp các chuyển động của băng tải và của bản thân mình, robot SCATM được ra lệnh nhặt lấy vật thể có màu đó. Phân loại sản phẩm bằng màu sắc có thể trở thành phương thức phân loại được dùng rộng rãi nhất nếu lưu ý rằng có thể dễ dàng tạo ra tín hiệu màu sắc để nhìn thấy ở vị trí thuận lợi trên bất kỳ loại bao bì hoặc trực tiếp trên sản phẩm. Trên hình 2.3.6 là ảnh chụp môđun DCSX với robot SCATM đang làm việc cùng băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc. 99 Hình 2.3.9. Tßan c¶nh m«®un DCSX dïng robot SCATM ®Ó ph©n lo¹i s¶n phÈm theo mµu s¾c 3.2. Các bộ phân chủ yếu Hệ thống điều khiển môđun DCSX dùng robot SCATM làm việc với băng tải phân loại sản phẩm, đã được thiết kế, chế tạo, lắp ráp và vận hành thử nghiệm đối với cả phần cứng và phần mềm. Phần cứng dùng bộ giao tiếp với máy tính PC qua cổng máy in, thực hiện các chuyển động của robot SCATM và của hệ thống băng tải theo các số liệu đã được lập trình. Các bộ phận phần cứng chủ yếu gồm có: Mạch giao tiếp với máy tính; Mạch logic và điều khiển động cơ bước; Mạch điều khiển khí nén v.v. Lấy ví dụ, trên hình 2.3.10. là sơ đồ điều khiển mạch động cơ bước. 100 Hình 3.2 H×nh 2.3.10. S¬ ®å c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b−íc Chương trình phần mềm được viết trên ngôn ngữ Visual C++. Việc thực hiện quỹ đạo chuyển động của bàn kẹp của robot SCATM được tự động tính toán theo chương trình con để giải các bài toán thuận và ngược động học, như đã trình bày ở phần trên. Trong quá trình điều khiển, chương trình bày tính toán giá trị của các góc khớp quay và so sánh với các giá trị nhận được từ các sensor gắn với các khớp quay để xuất ra các lệnh làm quay các động cơ tương ứng. Các số liệu được nhập vào từ bàn phím của máy PC. Khi khởi động, chương trình điều khiển sẽ đưa tay máy về vị trí ban đầu được xác định nhờ các bộ cảm biến vị trí gắn trên các hành trình của mỗi bậc tự do chuyển động. Hình 2.3.11 là trích đoạn chương trình phần mềm nói trên. Toàn bộ chương trình được trình bày ở phần IV của Báo cáo nhiệm vụ 2. Robot SCATM còn được điều khiển theo phương pháp “dạy học”, tức là dẫn dắt tay máy thực hiện các bước chuyển dịch cần thiết và các số liệu này được ghi vào bộ nhớ để sau đó lặp lại trong quá trình làm việc. Các “teaching box” này cũng được thiết lập trên màn hình (hình 2.3.12.) 1 2 3 4 A B C D 4321 D C B A Title Number RevisionSize A4 Date: 21-Sep-2001 Sheet of File: C:\NGHIA\DKM.S01 Drawn By: 11 12 13 IC14D 74LS32 8 9 10 IC14C 74LS32 4 5 6 IC14B 74LS32 1 2 3 IC14A 74LS32 11 12 13 IC13D 74LS02 89 10 IC13C 74LS02 4 56 IC13B 74LS02 1 23 IC13A 74LS02 +5 R2 1213 IC2F 74LS04 1011 IC2E 74LS04 8 9 IC2D 74LS04 5 6 IC2C 74LS04 1 2 IC2A 74LS04 +5 A1 B2 C3 E14 E25 E36 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 IC5 74LS138 8 9 10 IC3C 74LS32 1 14 2 15 3 16 4 17 5 18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 11 24 12 25 13 D2 DB25 A02 A13 A24 A35 A46 A57 A68 A79 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 E19 DIR1 IC7 74LS245 D03 Q0 2 D14 Q1 5 D27 Q2 6 D38 Q3 9 D413 Q4 12 D514 Q5 15 D617 Q6 16 D718 Q7 19 OE1 LE11 IC8 74LS373 D 0 3 Q 0 2 D 1 4 Q 1 5 D 2 7 Q 2 6 D 3 8 Q 3 9 D 4 13 Q 4 12 D 5 14 Q 5 15 D 6 17 Q 6 16 D 7 18 Q 7 19 O E 1 LE 11 IC9 74LS373 D 0 3 Q 0 2 D 1 4 Q 1 5 D 2 7 Q 2 6 D 3 8 Q 3 9 D 4 13 Q 4 12 D 5 14 Q 5 15 D 6 17 Q 6 16 D 7 18 Q 7 19 O E 1 C LK 11 IC10 74LS374D 0 3 Q 0 2 D 1 4 Q 1 5 D 2 7 Q 2 6 D 3 8 Q 3 9 D 4 13 Q 4 12 D 5 14 Q 5 15 D 6 17 Q 6 16 D 7 18 Q 7 19 O E 1 C LK 11 IC11 74LS374 D 0 3 Q 0 2 D 1 4 Q 1 5 D 2 7 Q 2 6 D 3 8 Q 3 9 D 4 13 Q 4 12 D 5 14 Q 5 15 D 6 17 Q 6 16 D 7 18 Q 7 19 O E 1 L E 11 IC12 74LS373 1A 2 1Y 4 1B 3 2A 5 2Y 7 2B 6 3A 11 3Y 9 3B 10 4A 14 4Y 12 4B 13 G 15 A /B 1 IC15 74LS257 +5 +5 A1 B2 C3 E14 E25 E36 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 IC1 74LS138 1 2 3 IC3A 74LS32 4 5 6 IC3B 74LS32 11 1213 IC3D 74LS32 1 2 3 IC4A 74LS00 4 5 6 IC4B 74LS00 8 9 10 IC4C 74LS00 11 12 13 IC4D 74LS00 D0 3Q02 D1 4Q15 D2 7Q26 D3 8Q39 D4 13Q412 D5 14Q515 D6 17Q616 D7 18Q719 OE 1 LE 11 IC6 74LS373 VAO12 RA15RA14RA13 8X10K /RD /RD /WR /WR D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ACK SLCT PE BUSY STROBE D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D4 D5 D6 D7 =1 DU LIEU AF =1 WR =1 RDSLCTIN INIT SLCTIN INIT AF STROBE =0 DIA CHI =0 NUA BYTE THAP =1 NUA BYTE CAO J1 RD WR 101 Hình 2.3.11 Trích đoạn chương trình điều khiển robot SCA khí nén. Hình 2.3.12. Thiết lập “teaching box” trên màn hình 102 PHẦN IV. BÁO CÁO VỀ NHIỆM VỤ 2 CỦA ĐỀ TÀI KC.03.08 CƠ SỞ TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG CÁC CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH VỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG ROBOT SCA I. GIỚI THIỆU CHUNG Trong phần IV của Báo cáo trình bày các cơ sở tính toán và xây dựng các chương trình máy tính. Trên cơ sở đó đã xây dựng các chương trình máy tính sau: - Ch−¬ng tr×nh tù ®éng thiÕt lËp m« h×nh ®éng häc robot (TDH) - Ch−¬ng tr×nh kiÓm nghiÖm lêi gi¶i bµi to¸n ®éng häc ng−îc (KN§H) - Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ®éng lùc häc (TDLH) - Chương trình điều khiển Robot SCA - Chương trình điều khiển môđun DCSX dùng robot SCA chọn lựa sản phẩm theo màu sắc. 103 II. Ch−¬ng tr×nh tù ®éng thiÕt lËp m« h×nh ®éng häc robot (tdh) Khi thiÕt lËp hÖ ph−¬ng tr×nh ®éng häc c¬ b¶n cña robot ph¶i lÆp l¹i nhiÒu phÐp tÝnh ®¹i sè ma trËn phøc t¹p. Ta cÇn cã hÖ ph−¬ng tr×nh (1.11) ë d¹ng gi¶i tÝch ®Ó cã thÓ trùc gi¸c ph©n tÝch vµ t×m lêi gi¶i cu¶ hÖ ph−¬ng tr×nh nµy nh»m x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®iÒu khiÓn vÞ trÝ cña robot. MÆt kh¸c, nÕu thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh ma trËn b»ng tay th× rÊt mÊt thêi gian vµ rÊt dÔ nhÇm lÉn. V× vËy rÊt cÇn thiÕt tiÕn hµnh tÝnh to¸n, thiÕt lËp c¸c biÓu thøc gi¶i tÝch nãi trªn b»ng m¸y tÝnh. Lêi gi¶i ë ®©y ph¶i lµ c¸c biÓu thøc gi¶i tÝch (chø kh«ng ph¶i b»ng sè), biÓu diÔn mèi quan hÖ ®éng häc cña robot. Gi¶i quyÕt ®−îc c¸c vÊn ®Ò trªn, nh»m tù ®éng hãa mét sè c«ng viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ ®éng häc robot, sÏ phôc vô cã c¸c b−íc tiÕp theo trong qóa tr×nh tù ®éng hãa s¶n xuÊt dïng robot. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n TDH ®−îc viÕt b»ng ng«n ng÷ Matlab. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cã thÓ l−u vµo ®Üa vµ cã thÓ xem l¹i hoÆc in ra giÊy khi cÇn. D÷ liÖu nhËp trùc tiÕp trªn mµn h×nh mét c¸ch trùc quan, chñ yÕu lµ bé th«ng sè Denavit - Hartenberg (DH) cña c¬ cÊu robot , tªn robot vµ sè kh©u ®éng. Ch−¬ng tr×nh sÏ tù ®éng tÝnh to¸n vµ cho ra kÕt qu¶. L−u ®å thuËt to¸n cña ch−¬ng tr×nh chÝnh TDH nh− h×nh 2.4.1 104 Begin NhËp d÷ liÖu: Tªn robot, sè kh©u ®éng n, c¸c th«ng sè DH, kiÓu khíp X¸c ®Þnh c¸c ma trËn Ai TÝnh to¸n c¸c ma trËn Ti Xö lý kÕt qu¶ End Më File kÕt qu¶ cò Ghi kÕt qu¶ ra mµn h×nh In kÕt qu¶ ra m¸y in Ghi kÕt qu¶ vµo ®Üa H×nh 2.4.1. L−u ®å thËt to¸n c¸c ma trËn Ti nh− h×nh 2.4.2 H×nh 2.4.2 Begin Khai b¸o c¸c biÕn, c¸c ma trËn, ®äc c¸c th«ng tin tÖp d÷ liÖu, sè khíp §äc c¸c phÇn tö cña c¸c ma trËn Ai §Æt c¸c gi¸ trÞ ®Çu cho c¸c biÕn, c¸c ma trËn kh¸c nhau ... TÝnh tÝch c¸c ma trËn Ti = A1 *(A2... (An-1 * An)) TÝnh kÕt qu¶ ë d¹ng triÓn khai Rót gän c¸c biÓu thøc l−îng gi¸c, biÓu diÔn kÕt qu¶ ë d¹ng rót gän dïng c¸c ngoÆc ®¬n End 105 Mµn h×nh tÝnh to¸n ch−¬ng tr×nh TDH nh− h×nh 2.4.3 H×nh 2.4.3 PhÇn mÒm nµy còng cã t¸c dông tèt trong viÖc gi¶ng d¹y robot. Khi cho sinh viªn thiÕt lËp m« h×nh ®éng häc c¸c lo¹i robot, ta cã thÓ dÔ dµng kiÓm tra kÕt qu¶ sinh viªn thiÕt lËp m« h×nh ®éng häc mét c¸ch nhanh chãng. III. Ch−¬ng tr×nh kiÓm nghiÖm lêi gi¶i bµi to¸n ®éng häc ng−îc V× lêi gi¶i bµi to¸n ®éng häc ng−îc th−êng cã tÝnh ®a trÞ, kh«ng ph¶i lêi gi¶i nµo còng thÝch hîp nªn ë ®©y ta cÇn kiÓm nghiÖm c¸c lêi gi¶i. §Çu tiªn ta cho bé th«ng sè biÕn khíp (qi , i=1...4) øng víi n ®iÓm, sÏ x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng ®i cña “ ®iÓm t¸c ®éng cuèi “. VËy ë ®©y ta cã n ®iÓm “®iÓm t¸c ®éng cuèi ”. Mçi mét “ ®iÓm t¸c ®éng cuèi “ sÏ cho ta mét bé nghiÖm cña bµi to¸n thuËn (nx, ny, nz, sx, sy, sz, ax, ay, az, px, py, pz ). Tõ bé nghiÖm cña bµi to¸n thuËn nµy ta thay vµo bµi to¸n ng−îc ®Ó t×m ra ®−îc 106 nghiÖm cña bµi to¸n ng−îc lµ c¸c biÕn khíp (qi_nguoc , i=1...4). Ta thay c¸c nghiÖm (qi_nguoc , i=1...4) vµo bµi to¸n thuËn vµ t×m ra ®−îc bé nghiÖm kh¸c cu¶ bµi to¸n thuËn (nx_sau, ny_sau, nz_sau, sx_sau, sy_sau, sz_sau, ax_sau, ay_sau, az_sau, px_sau, py_sau, pz_sau ). Cho (qi , i=1...4) → bµi to¸n thuËn →(nx, ny, nz, sx, sy, sz, ax, ay, az, px, py, pz ) → bµi to¸n ng−îc → (qi_nguoc , i=1...4) → bµi to¸n thuËn →(nx_sau, ny_sau, nz_sau, sx_sau, sy_sau, sz_sau, ax_sau, ay_sau, az_sau, px_sau, py_sau, pz_sau ). Tõ mét bé nghiÖm (nx, ny, nz, sx, sy, sz, ax, ay, az, px, py, pz ) ta x¸c ®Þnh ®−îc tr¹ng th¸i cña ®iÓm “ ®iÓm t¸c ®éng cuèi “. Ta sÏ so s¸nh (nx, ny, nz, sx, sy, sz, ax, ay, az, px, py, pz ) vµ (nx_sau, ny_sau, nz_sau, sx_sau, sy_sau, sz_sau, ax_sau, ay_sau, az_sau, px_sau, py_sau, pz_sau ) xem sù sai kh¸c cã nhiÒu hay kh«ng. KÕt qu¶ ch−¬ng tr×nh KNDH sau khi ch¹y nh− trªn h×nh 4.4. H×nh 2.4.4. 107 NhËn xÐt: Tõ nh÷ng h×nh ¶nh trùc quan trªn, ta thÊy râ sù thuËn lîi h¬n h¼n khi kiÓm nghiÖm bµi to¸n robot b»ng viÖc m¸y tÝnh ho¸ c¸c phÐp tÝnh to¸n vµ dïng c¸c ch−¬ng tr×nh øng dông ¸p dông vµo ®©y. KÕt qu¶ kiÓm nghiÖm cho ta thÊy sù tÝnh to¸n bµi to¸n ®éng häc thuËn vµ bµi to¸n ®éng häc ng−îc cña robot SCATM lµ hoµn toµn chÝnh x¸c. IV. Ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm tÝnh to¸n ®éng lùc häc (tdlh). PhÇn mÒm nµy ®−îc viÕt trªn ch−¬ng tr×nh matlab ®Ó tÝnh to¸n ®éng lùc häc. KÕt qu¶ lµ c¸c biÓu thøc gi¶i tÝch (chø kh«ng ph¶i b»ng sè). KÕt qu¶ ch−¬ng tr×nh khi tÝnh ®éng lùc häc robot SCA nh− ë môc 2.3. PhÇn I Ch−¬ng tr×nh nguån cña phÇn mÒm xem ë phÇn phô lôc. V. Ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ®iÒu khiÓn robot SCA (DKSCA) Ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ®−îc viÕt trªn ng«n ng÷ Visual C++. ViÖc thùc hiÖn quü ®¹o chuyÓn ®éng cña bµn kÑp cña robot SCA ®−îc tù ®éng tÝnh to¸n theo ch−¬ng tr×nh con ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n thuËn vµ ng−îc ®éng häc, nh− ®· tr×nh bµy ë phÇn trªn. Trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn, ch−¬ng tr×nh nµy sÏ tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña c¸c gãc khíp quay vµ so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ nhËn ®−îc tõ c¸c sensor g¾n víi c¸c khíp quay ®Ó xuÊt ra c¸c lÖnh lµm quay c¸c ®éng c¬ t−¬ng øng. HÖ thèng ®iÒu khiÓn robot ®−îc kÕt nèi víi m¸y tÝnh, qua cæng m¸y in, cho phÐp xuÊt nhËp d÷ liÖu ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b−íc, theo c¸c chiÒu kh¸c nhau, ®Ó thùc hiÖn ®−a c¸nh tay robot SCA ®i theo nh÷ng hµnh tr×nh ®−îc x¸c ®Þnh tr−íc nhê c¸c ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn kh¸c nhau nhËp vµo m¸y tÝnh. 108 M¹ch logic vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b−íc ®−îc thiÕt kÕ trªn c¸c IC: 4093, 7474, 74257, 7406, 4066 vµ c¸c transitor c«ng suÊt lín, cho phÐp t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn lµm quay ®éng c¬ theo c¸c ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn. Trªn h×nh 5.5 lµ mµn h×nh ®iÒu khiÓn ®éng häc thuËn robot SCA H×nh 2.4.5 Trªn h×nh 2.4.6 lµ mµn h×nh ®iÒu khiÓn ®éng häc ng−îc robot SCA H×nh 2.4.6 109 Khi lËp tr×nh trùc tuyÕn, ng−êi vËn hµnh robot trùc tiÕp tiÕn hµnh lËp tr×nh trªn b¶n th©n robot hoÆc thiÕt bÞ phô trî kÌm theo. ë ®©y theo ph−¬ng ph¸p lËp tr×nh dïng hép d¹y häc (teach box). "Hép d¹y häc" ®−îc thiÕt kÕt ngay trªn mµn h×nh m¸y tÝnh (h×nh 2.4.7). H×nh 2.4.7 C¸ch sö dông "hép d¹y häc" nh− sau: sau khi bËt m¸y, trªn mµn h×nh hiÖn sè liÖu tr¹ng th¸i hiÖn thêi cña c¸c khíp ®éng vµ th«ng tin vÒ kÕt qu¶ so s¸nh víi vÞ trÝ ban ®Çu cÇn cã cña tõng khíp ®éng. NÕu khíp ®éng nµo cßn ch−a ë vÞ trÝ ban ®Çu th× ta bÊm vµo nót lÖnh cho vÒ vÞ trÝ ®Çu. Sau ®ã dïng c¸c nót trªn "hép d¹y häc" ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c khíp ®éng ®Õn vÞ trÝ mong muèn. Lóc ®ã sè liÖu sÏ ®−îc ghi l¹i vµ khi cã lÖnh chuyÓn ®éng sÏ ®−îc t¸i hiÖn vµ lËp l¹i nhiÒu lÇn theo ý muèn. Trong khi c¸c ®éng c¬ ®ang quay th× lu«n lu«n cã ch−¬ng tr×nh con kiÓm tra tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña tõng khíp ®éng. VI Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn m«®un DCSX dïng Robot SCA chän lùa s¶n phÈm theo mµu s¾c. 110 111 // rbkhinenDlg.cpp : implementation file #include "stdafx.h" #include "rbkhinen.h" #include "rbkhinenDlg.h" #ifdef _DEBUG #define new DEBUG_NEW #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[] = __FILE__; #endif ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // CAboutDlg dialog used for App About class CAboutDlg : public CDialog { public: CAboutDlg(); // Dialog Data //{{AFX_DATA(CAboutDlg) enum { IDD = IDD_ABOUTBOX }; //}}AFX_DATA // ClassWizard generated virtual function overrides //{{AFX_VIRTUAL(CAboutDlg) protected: virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV support //}}AFX_VIRTUAL // Implementation protected: //{{AFX_MSG(CAboutDlg) //}}AFX_MSG DECLARE_MESSAGE_MAP() }; CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialog(CAboutDlg::IDD) { //{{AFX_DATA_INIT(CAboutDlg) //}}AFX_DATA_INIT } void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX) { CDialog::DoDataExchange(pDX); //{{AFX_DATA_MAP(CAboutDlg) 112 //}}AFX_DATA_MAP } BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialog) //{{AFX_MSG_MAP(CAboutDlg) // No message handlers //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // CRbkhinenDlg dialog CRbkhinenDlg::CRbkhinenDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/) : CDialog(CRbkhinenDlg::IDD, pParent) { //{{AFX_DATA_INIT(CRbkhinenDlg) // NOTE: the ClassWizard will add member initialization here //}}AFX_DATA_INIT // Note that LoadIcon does not require a subsequent DestroyIcon in Win32 m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME); } void CRbkhinenDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX) { CDialog::DoDataExchange(pDX); //{{AFX_DATA_MAP(CRbkhinenDlg) DDX_Control(pDX, IDC_DUNG, m_cDung); DDX_Control(pDX, IDC_CHAY, m_cChay); //}}AFX_DATA_MAP } BEGIN_MESSAGE_MAP(CRbkhinenDlg, CDialog) //{{AFX_MSG_MAP(CRbkhinenDlg) ON_WM_SYSCOMMAND() ON_WM_PAINT() ON_WM_QUERYDRAGICON() ON_BN_CLICKED(IDC_CHAY, OnChay) ON_BN_CLICKED(IDC_DUNG, OnDung) ON_BN_CLICKED(IDC_VITRIDAU, OnVitridau) ON_WM_TIMER() //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // CRbkhinenDlg message handlers BOOL CRbkhinenDlg::OnInitDialog() { 113 CDialog::OnInitDialog(); // Add "About..." menu item to system menu. // IDM_ABOUTBOX must be in the system command range. ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX); ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000); CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE); if (pSysMenu != NULL) { CString strAboutMenu; strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX); if (!strAboutMenu.IsEmpty()) { pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR); pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu); } } // Set the icon for this dialog. The framework does this automatically // when the application's main window is not a dialog SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big icon SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon // TODO: Add extra initialization here return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control } void CRbkhinenDlg::OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam) { if ((nID & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX) { CAboutDlg dlgAbout; dlgAbout.DoModal(); } else { CDialog::OnSysCommand(nID, lParam); } } // If you add a minimize button to your dialog, you will need the code below // to draw the icon. For MFC applications using the document/view model, // this is automatically done for you by the framework. 114 void CRbkhinenDlg::OnPaint() { if (IsIconic()) { CPaintDC dc(this); // device context for painting SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, (WPARAM) dc.GetSafeHdc(), 0); // Center icon in client rectangle int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON); int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON); CRect rect; GetClientRect(&rect); int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2; int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2; // Draw the icon dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon); } else { CDialog::OnPaint(); } } // The system calls this to obtain the cursor to display while the user drags // the minimized window. HCURSOR CRbkhinenDlg::OnQueryDragIcon() { return (HCURSOR) m_hIcon; } //*************************************** #include"stdio.h" #include"conio.h" #include"math.h" #include"stdlib.h" #include"iostream.h" #define basad 0x378 #define datreg basad #define statreg basad+1 #define contrreg basad+2 int xuat_cong_13(int); int xuat_cong_14(int); int xuat_cong_15(int); int dong_co_1(int); 115 int dong_co_2(int); int dong_co_3(int); int dong_co_1_ve(int); int dong_co_2_ve(int); int dong_co_3_ve(int); //------------------------------------ int vao_cong(int); int vi_tri_dau(int); int vao; int xuong4=255, dong5=255; //************************************************************** int vi_tri_dau(int cong) { int loc_1,loc_11,loc_sau_1; int loc_2,loc_21,loc_sau_2; int loc_3,loc_31,loc_sau_3; int loc_4,loc_41,loc_sau_4; int loc_5,loc_51,loc_sau_5; int luc_dau,tg,co_ban,chieu_quay; /* vao_cong(12); loc_2=vao&2; loc_sau_2=loc_2&0; Sleep(10); xuat_cong_14(34); Sleep(10); xuat_cong_15(253); while(loc_21!=loc_sau_2) { vao_cong(12); loc_21=vao&2; } xuat_cong_15(255); */ vao_cong(12); Sleep(10); loc_1=vao&1; loc_sau_1=loc_1&0; 116 loc_2=vao&2; loc_sau_2=loc_2&0; loc_3=vao&4; loc_sau_3=loc_3^4; xuat_cong_14(38); xuat_cong_15(248); xuat_cong_15(248); while(loc_11!=loc_sau_1) { vao_cong(12); loc_11=vao&1; xuat_cong_15(251); xuat_cong_15(251); } // xuat_cong_15(255); while(loc_21!=loc_sau_2) { vao_cong(12); loc_21=vao&2; xuat_cong_15(253); Sleep(0.1); xuat_cong_15(253); Sleep(0.1); xuat_cong_15(253); } while(loc_31!=loc_sau_3) { vao_cong(12); loc_31=vao&4; xuat_cong_15(254); } xuat_cong_15(255); //xuat_cong_15(255); 117 return(0); } //--------------------------------------- int vao_cong(int y8) { int tam1,tam2,thap,cao; _outp(contrreg,0); //mo dia chi _outp(datreg,y8); //d/c cong _outp(contrreg,1); //ghi ra _outp(contrreg,3); // doc vao nua byte thap,AF=1,Init=0 Sleep(0.1); thap=_inp(statreg); //truyen _outp(contrreg,7); // doc nua cao cua byte thap,AF=1,Init=1 Sleep(0.1); cao=_inp(statreg); //truyen _outp(contrreg,1); // ket thuc xung doc,AF=0,Init=0 tam1=thap&240; //giu nguyen 4 bit dau, 4 bit sau =0 tam2=cao&240; //giu nguyen 4 bit dau, 4 bit sau =0 vao=tam1/16+tam2; return(0); } //------------------------------------------------ int xuat_cong_15(int x15) { _outp(contrreg,0); Sleep(0.1); _outp(datreg,15); _outp(contrreg,1); Sleep(0.1); _outp(datreg,x15); _outp(contrreg,9); //xung ghi Sleep(0.1); _outp(contrreg,1); //ket thuc ghi Sleep(0.1); return(0); } 118 int xuat_cong_14(int x14) { _outp(contrreg,0); Sleep(0.1); _outp(datreg,14); _outp(contrreg,1); Sleep(0.1); _outp(datreg,x14); _outp(contrreg,9); //xung ghi Sleep(0.1); _outp(contrreg,1); //ket thuc ghi Sleep(0.1); return(0); } int xuat_cong_13(int x13) { _outp(contrreg,0); _outp(datreg,13); _outp(contrreg,1); _outp(datreg,x13); _outp(contrreg,9); //xung ghi _outp(contrreg,1); //ket thuc ghi return(0); } //------------------------------------------ //************************************************ void CRbkhinenDlg::OnChay() { // TODO: Add your control notification handler code here int loc,loc_sensophathienvat1,loc_senso,loc1; dong_co_1(820);//780 Sleep(100); dong_co_2(500);//-510 Sleep(100); dong_co_3(150);//-510 Sleep(100); // xuat_cong_15(223); //ca len va mo // xuat_cong_15(215); //xuong // xuat_cong_15(199); //xuong va dong // xuat_cong_15(207); //len // xuat_cong_15(231); //xuong va dong//231 119 /* xuat_cong_14(40); // xi lanh ra delay(1000); xuat_cong_14(48); // xi lanh vao delay(1000); xuat_cong_14(34); // quay xl delay(1000); xuat_cong_14(32); // quay xl delay(1000); */ while(1) { vao_cong(12); Sleep(10); loc=vao&128; loc1=vao&64; Sleep(1); if(loc1==0) { xuat_cong_14(40); Sleep(300); Sleep(500); xuat_cong_15(215); Sleep(1500); xuat_cong_15(199); Sleep(1000); xuat_cong_15(207);//207 Sleep(1000); xuat_cong_14(48); Sleep(500); dong_co_1_ve(-550); Sleep(1000); xuat_cong_15(231); Sleep(800); xuat_cong_15(215);//255 Sleep(500); xuat_cong_15(255);//255 Sleep(1000); dong_co_1(550);//780 xuat_cong_14(2); Sleep(2000); 120 xuat_cong_14(32); } else if(loc==0) { Sleep(500); xuat_cong_14(40); Sleep(800); xuat_cong_15(215); Sleep(1500); xuat_cong_15(199); Sleep(1000); xuat_cong_15(207);//207 Sleep(1000); xuat_cong_14(48); Sleep(500); dong_co_1_ve(-650); Sleep(1000); xuat_cong_15(231); Sleep(800); xuat_cong_15(215);//255 Sleep(500); xuat_cong_15(255);//255 Sleep(1000); dong_co_1(650);//780 xuat_cong_14(2); Sleep(2000); xuat_cong_14(32); } else { xuat_cong_15(255); } } // m_cChay.EnableWindow(FALSE); // m_cDung.EnableWindow(TRUE); } 121 //************************************************ void CRbkhinenDlg::OnDung() { // TODO: Add your control notification handler code here m_cChay.EnableWindow(TRUE); m_cDung.EnableWindow(FALSE); } //***************************************** void CRbkhinenDlg::OnVitridau() { // TODO: Add your control notification handler code here xuat_cong_14(48); // xi lanh vao vi_tri_dau(1); Sleep(10); // vi_tri_dau(1); xuat_cong_13(255); Sleep(1); xuat_cong_13(0); /* xuat_cong_14(48); // xi lanh vao Sleep(1000); xuat_cong_14(32); // xi lanh quay ve dau //Sleep(1000); */ } //******************************************** //---------------------------------------------- int dong_co_1(int dc1) { int tam1,tam2,tam3,tam4,thap_thap,cao_thap, thap_cao,cao_cao,thap_that,cao_that; int gia_tri_tong_hop,gia_tri_tong_hop_that; xuat_cong_15(255-510+xuong4+dong5);//+(223-255)); Sleep(1); if (dc1<0) { xuat_cong_14(36); } else { xuat_cong_14(32); } xuat_cong_15(255+(-510+xuong4+dong5));//+(223-255)); 122 xuat_cong_13(255); xuat_cong_13(0); xuat_cong_15(251+(-510+xuong4+dong5));//+(223-255)); Sleep(1); do { _outp(contrreg,0); //mo dia chi _outp(datreg,4); //d/c cong 0 _outp(contrreg,1); //ghi ra _outp(contrreg,3); // doc vao nua byte thap,AF=1,Init=0 // Sleep(100); thap_thap=_inp(statreg); //truyen tam1=thap_thap&240; //giu nguyen 4 bit dau, 4 bit sau =0 _outp(contrreg,7); // doc n