Thiết kế robot dò đường theo hình chữ z

ÂÄÖ AÏN THIÃÚT KÃÚ KYÎ THUÁÛT GVHD:

TRÁÖN MINH CHÊNH

LÅÌI MÅÍ ÂÁÖU

Våïi sæû phaït triãøn cuía khoa hoüc - cäng nghãû, quaï trçnh saín xuáút ngaìy caìng âæåüc tæû

âäüng hoïa. Caïc hãû thäúng saín xuáút tæû âäüng âaî giuïp náng cao caí vãö säú læåüng, cháút læåüng

saín pháøm vaì khaí nàng kinh tãú vaì hiãûu quaí sæí duûng cuía hãû thäúng. Trong âoï, Robot laì

thiãút bë quan troüng haìng âáöu vaì khäng thãø thiãúu âæåüc trong caïc hãû thäúng saín xuáút tæû

âäüng. Våïi sæû tråü giuïp cuía Robot, con ngæåìi khäng chè âæåüc giaíi phoïng khoíi nhæîng

cäng viãûc nàûng nhoüc, làûp âi làûp laûi hay nhæîng cäng viãûc trong mäi træåìng âäüc haûi, nguy

hiãøm maì coìn coï thãø khaïm phaï, thæûc hiãûn nhæîng âiãöu måïi laû trong thiãn nhiãn, vuî truû.

ÅÍ næåïc ta, viãûc nghiãn cæïu vaì æïng duûng caïc hãû thäúng trê tuãû nhán taûo trong viãûc

thiãút kãú chãú taûo caïc Robot thäng minh coìn khaï måïi meí nhæng âang laì mäüt xu hæåïng

phaït triãøn vaì coï nhiãöu triãøn voüng trong tæång lai.

Âäúi våïi sinh viãn, nhæîng kyî sæ tæång lai thç viãûc nghiãn cæïu, thiãút kãú Robot âiãöu

khiãøn âån giaín laì nhæîng bæåïc khåíi âáöu cho viãûc tçm hiãøu vãö caïc hãû thäúng saín xuáút tæû

âäüng sæí duûng Robot. Âáy laì mäüt cäng viãûc ráút thuï vë vaì bäø êch.

Tuy váûy, Robot laì mäüt lénh væûc khoa hoüc coï liãn quan âãún nhiãöu phaûm truì kiãún

thæïc cuía nhiãöu ngaình khoa hoüc khaïc nhau. Thê duû nhæ caïc ngaình cå hoüc, cå khê chãú taûo

chênh xaïc, kyî thuáût âiãûn tæí, cäng nghãû thäng tin vaì âiãöu khiãøn hoüc. Våïi âãö taìi “Thiãút

kãú Robot doì âæåìng theo hçnh chæî Z” laì mäüt âiãöu kiãûn täút âãø chuïng em coï thãø tçm

kiãúm, hoüc hoíi thãm kinh nghiãûm trong lénh væûc naìy. Âäöng thåìi, chuïng em cuîng coï cå

häüi âãøì kiãøm nghiãûm nhæîng kiãún thæïc âaî âæåüc hoüc åí nhaì træåìng vaì bäø sung thãm nhæîng

váún âãö coìn thiãúu. Tuy nhiãn, âáy cuîng laì cäng viãûc hoaìn toaìn måïi meí vaì thæûc sæû laì mäüt

thæí thaïch cho chuïng em. Chênh vç thãú, chàõc chàõn chuïng em khäng thãø traïnh khoíi nhæîng

thiãúu soït, khuyãút âiãøm trong quaï trçnh thiãút kãú, thæûc hiãûn âãö taìi do chæa thãø váûn duûng

caïc kiãún thæïc mäüt caïch håüp lyï vaì âáöy âuí nháút.

Chuïng em xin chán thaình caím ån tháöy Tráön Minh Chênh âaî táûn tçnh giuïp âåî vaì

taûo âiãöu kiãûn cho chuïng em hoaìn thaình âãö taìi naìy.

Âaì Nàông, thaïng 12 nàm 2005.

Nhoïm Sinh viãn thæûc hiãûn

& PHÁÖN 1: THIÃÚT KÃÚ CÅ KHÊ ROBOT DOÌ ÂÆÅÌNG HÇNH CHÆÎ

Z.

1. THIÃÚT KÃÚ CAÏC BÄÜ PHÁÛN CÅ SÅÍ.

1.1. Khung Robot.

Khung Robot là nơi gắn các bộ phận khác nhau của Robot như: trụ nâng, bánh xe,

động cơ, thanh ray có gắn hệ thống điều khiển và rơ le…

Ta thiãút kãú khung Robot coï daûng mäüt hçnh häüp chæî nháût kêch thæåïc: 160x120x160

(mm) âæåüc laìm tæì caïc thanh nhäm coï kêch thæåïc 10 x 10 (mm) laì loaûi âæåüc baïn phäø

biãún trãn thë træåìng.

-Thiãút kãú Robot doì âæåìng theo hçnh chæî Z -

-Trang 1 - Hçnh 1: Khung ngoaìi Robot gheïp tæì caïc thanh nhäm

ÂÄÖ AÏN THIÃÚT KÃÚ KYÎ THUÁÛT GVHD:

TRÁÖN MINH CHÊNH

1.2. Baïnh xe.

Baïnh xe có tác dụng nâng đỡ và khi động cơ bánh xe quay làm di chuyển xe.

Robot coï 3 baïnh xe gäöm:

- 1 baïnh xe træåïc laìm bàòng cao su âàûc, coï thãø tæû xoay theo chiãöu doüc truûc.

- 2 baïnh xe sau laìm bàòng nhæûa âuïc vaì trãn baïnh xe coï daïn mäüt låïp cao su nhàòm

tàng ma saït.

Baïnh træåïc laì baïnh tæû læûa chuyãøn âäüng, cäú âënh vaìo khung xe bàòng vêt vaì âai äúc.

Hai baïnh sau chuyãøn âäüng âäüc láûp nhau, mäùi baïnh âæåüc truyãön âäüng bàòng mäüt âäüng cå

riãng.

Âãø âaím baío täúc âäü âäüng cå: vxe = 0,25 (m/s), ta choün baïnh sau coï âæåìng kênh

40mm, baïnh træåïc coï âæåìng kênh 30mm.

1.3. Âäüng cå.

Động cơ dùng để dẫn động các cơ cấu thực hiện các chuyển động cần thiết. ÅÍ âáy

ta sæí duûng âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp. Bãn trong mäùi âäüng cå coï bäü truyãön

truûc vêt - baïnh vêt nhàòm giaím täúc, tàng momen xoàõn trãn truûc ra cuía âäüng cå vaì tæû haîm

khi ngàõt âiãûn.

Trong thiãút kãú, ta sæí duûng âäüng cå trong caïc maïy haït âãø laìm âäüng cå truyãön âäüng.

2. TÊNH TOAÏN ÂÄÜNG HOÜC, ÂÄÜNG LÆÛC HOÜC ROBOT.

2.1. Âäüng cå.

2.1.1. Âäüng cå truyãön âäüng taûi vë trê caïc baïnh xe.

Nguäön âäüng læûc chênh trong mäüt Robot laì âäüng cå âiãûn. Caïc yãu cáöu kyî thuáût, âäü

tin cáûy trong quaï trçnh laìm viãûc vaì tênh kinh tãú cuía Robot phuû thuäüc nhiãöu vaìo sæû læûa

choün âuïng âäüng cå âiãûn vaì phæång phaïp âiãöu khiãøn âäüng cå. Choün mäüt âäüng cå âiãûn

thêch håüp cho truyãön âäüng Robot bao gäöm nhiãöu tiãu chuáøn phaíi âaïp æïng:

+ Âäüng cå phaíi coï âuí cäng suáút keïo.

+ Täúc âäü phuì håüp vaì âaïp æïng âæåüc phaûm vi âiãöu chènh täúc âäü våïi mäüt phæång

phaïp âiãöu khiãøn thêch håüp.

+ Thoaí maîn caïc yãu cáöu måí maïy vaì haîm âiãûn.

+ Phuì håüp våïi nguäön âiãûn nàng sæí duûng (loaûi doìng âiãûn, cáúp âiãûn aïp ...).

+ Thêch håüp våïi âiãöu kiãûn laìm viãûc (âiãöu kiãûn thäng thoaïng, nhiãût âäü âäü áøm, khê

âäüc haûi, khê näø, buûi bàûm, ngoaìi tråìi hay trong nhaì ...).

+ Caïch gaï làõp: nàòm ngang, thàóng âæïng, âãú hay màût bêch ...

Cáön choün âuïng cäng suáút cuía âäüng cå sæí duûng vç tiãu chuáøn âäüng cå âuí cäng suáút

truyãön âäüng seî âæåüc âaím baío nãúu tênh vaì choün âuïng cäng suáút âäüng cå. Viãûc naìy coï yï

nghéa ráút låïn âäúi våïi mäüt Robot, nãúu náng cao cäng suáút âäüng cå choün so våïi phuû taíi thç

âäüng cå keïo taíi dãù daìng nhæng giaï thaình âáöu tæ tàng cao vaì hiãûu suáút keïm. Nãúu choün

cäng suáút âäüng cå nhoí hån cäng suáút taíi yãu cáöu thç âäüng cå coï thãø khäng keïo näøi taíi

hay keïo taíi mäüt caïch nàûng nãö dáùn âãún caïc cuäün dáy bë phaït noïng quaï mæïc laìm giaím

tuäøi thoü âäüng cå hoàûc âäüng cå bë chaïy hoíng nhanh choïng.

Truyãön âäüng motor laì thaình pháön quan troüng nháút trong viãûc thiãút kãú Robot.

Chuïng ta cáön phaíi quan tám mäüt caïch cáøn tháûn truyãön âäüng cho motor åí tæìng vë trê vaì

-Thiãút kãú Robot doì âæåìng theo hçnh chæî Z -

-Trang 2 -

ÂÄÖ AÏN THIÃÚT KÃÚ KYÎ THUÁÛT GVHD:

TRÁÖN MINH CHÊNH

caïch bäú trê noï sao cho khäúi læåüng coï thãø phán bäú âãöu trong cå cáúu khung chênh cuía

Robot. Háöu hãút Robot âæåüc thiãút kãú våïi 2 motor giäúng nhau truyãön âäüng cho hai baïnh

xe chuí âäüng. Nhæîng baïnh xe naìy cung cáúp caïc momen âi tåïi vaì âi lui.

 Tênh toaïn âäüng cå dáùn âäüng baïnh xe.

Hçnh 2: Så âäö phán têch læûc taïc duûng lãn baïnh xe

Goüi NA, NB, NC láön læåüt laì caïc phaín læûc taûi caïc baïnh xe .

Tæì cán bàòng phaín læûc taïc duûng lãn caïc baïnh xe ta coï :

Σ Y = 0 ⇒ NA + NB + NC = P

Do tênh âäúi xæïng cuía xe vaì giaí thuyãút ràòng khung xe coï âäü phàóng tuyãût âäúi, ta giaí

sæí ràòng troüng læûc taïc duûng âãöu lãn 3 baïnh xe ta coï : NA = NB = NC = P/3 (1)

Tæì cán bàòng cuía momen taïc duûng lãn âiãøm C ta coï : Σ mC = 0

⇒ NA.(a+b) + NB .

2 2

(a + b) + 4c = P. 2 2

a + c

⇒ NA.[(a+b) + 2 2

(a + b) + 4c ] = P. 2 2

a + c (2)

Thay (1) vaìo (2) ta coï:

(

2

P

-NA ).2c + NA .[(a+b) + 2 2

(a + b) + 4c ] = P. 2 2

a + c

⇒ NA .[(a+b) +

2 2

(a + b) + 4c -2c] = P.( 2 2

a + c - c)

⇒ NA = 2 2

2 2

2 ( ) 4

P.( a - c)

a b c a b c

c

+ − + + +

+

Tæì NA ta tênh âæåüc læûc ma saït taïc duûng lãn baïnh xe: FAms = fms. NA

Trong âoï hãû säú ma saït fms âæåüc xaïc âënh tæì thæûc nghiãûm.

Tæì âoï xaïc âënh âæåüc cäng suáút cáön thiãút cho âäüng cå: Pcáön = FAms .vxe Choün âäüng cå coï cäng suáút P = 10 kW

2.1.2. Âäüng cå taûi vë trê náng vaì xoay.

Ta cuîng duìng caïc âäüng cå coï cäng suáút tæång tæû våïi caïc âäüng cå baïnh xe, tuy

nhiãn caïch bäú trê khaïc âi âãø phuì håüp.

Âäüng cå náng vaì xoay phaíi âàût vãö phêa træåïc âãø cán bàòng troüng læåüng våïi hai âäüng

cå gàõn våïi baïnh xe.

2.2. Hãû säú ma saït.

Hãû säú ma saït laì mäüt thäng säú maì ta hay sæí duûng âãø tênh toaïn choün âäüng cå. Trong

thæûc tãú, ta coï mäüt phæång phaïp âån giaín âãø xaïc âënh hãû säú ma saït giæîa 2 bãö màût laì:

-Thiãút kãú Robot doì âæåìng theo hçnh chæî Z -

-Trang 3 -

ÂÄÖ AÏN THIÃÚT KÃÚ KYÎ THUÁÛT GVHD:

TRÁÖN MINH CHÊNH

Hçnh 3. Phæång phaïp thæûc nghiãûm xaïc âënh hãû säú ma saït

Ta âàût váût lãn bãö màût cáön xaïc âënh hãû säú ma saït, sau âoï tàng dáön goïc nghiãng ϕ

cho âãún khi váût bàõt âáöu chuyãøn âäüng, taûi thåìi âiãøm váût bàõt âáöu chuyãøn âäüng ta âo goïc

ϕ, khi âoï ta coï hãû säú ma saït giæîa 2 bãö màût laì: f ms= tgϕ.

2.3. Truyãön âäüng taûi vë trê xoay cuía Robot.

2.3.1. Täøng quaït.

Vë trê xoay laì vë trê maì taûi âoï khi robot âãún vë trê goïc xoay trãn âæåìng hçnh chæî Z

thç bàõt âáöu thæûc hiãûn nhiãûm vuû xoay xe âi 1 goïc 1350

...

2.3.2.Tênh toaïn truyãön âäüng baïnh ràng

a. Säú ràng àn khåïp (taûi vë trê xoay).

ÅÍ âáy ta coï træåïc khoaíng caïch truûc giæîa truûc xoay vaì truûc âäüng cå A = 300 mm, tè

säú truyãön i = 3, vaì mäâun m = 2 mm.

Ta coï:

( ) 1 2

2

1

2



+ = 





 =



m

z z A

z

i

z

1

2 1

2. 2.30 8

(1 ) 2(1 3)

. 3.8 24



 = = =

⇒  + +



 = = =

A

z

m i

z i z

Chiãöu cao âènh ràng: ha = m = 2mm

Chiãöu cao chán ràng: hf = 1,25m = 1,25. 2 = 2,5 mm

Baïn kênh voìng chia:

1

1

2

2

8

2. 8

2 2

24 2. 24

2 2



= = = 



 = = = 

z

r m mm

z

r m mm

Baïn kênh voìng âènh: 1

2

1

2

8 2 10

24 2 26

 = + = + = 



 = + = + = 

a a

a a

r r h mm

r r h mm

Baïn kênh voìng âaïy: 1

2

1

2

8 2,5 5,5

24 2,5 21,5

 = − = − = 



 = − = − = 

f f

f f

r r h mm

r r h mm

Bæåïc ràng trãn voìng chia: t = π.m = 3,14. 2 = 6,28 mm

Goïc læåün chán ràng: αt = 0,25m = 0,25.2 = 0.50

-Thiãút kãú Robot doì âæåìng theo hçnh chæî Z -

-Trang 4 -

Truû xoay

Âäüng cå

Baïnh ràng

liãn kãút truû xoay

Hçnh 4: Baïnh ràng truyãön âäüng taûi vë trê xoay robot

Voìng âènh Voìng chia Voìng âaïy

Hçnh 5: Caïc âæåìng cå baín trong baïnh ràng