CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT TRÊN PHẦN MỀM CATIA

Hình 2. 1 Môi trường làm việc Part Design

Môi trường làm việc của Part được phân chia như sau:











Cây để thể hiện các thao tác mà ta đã thực hiện

Khu vực giành cho việc thiết kế

Những nút lệnh có sẵn trên màn hình dùng cho việc thiết kế

Có thể chọn lệnh cho quá trình thiết kế từ các menu



CATIA sẽ cung cấp cho ta 3 mặt phẳng để thiết kế. Thật sự để thiết kế một khối

part hoàn chỉnh thì ta phải bắt đầu từ biên dạng sketch. Tạo biên dạng sketch được

thực hiện ở môi trường sketch. Để mở nó, ta chỉ cần chọn vào biểu tượng



và chọn



mặt phẳng cần vẽ biên dạng sketch.

Môi trường sketch cung cấp hầu hết các công cụ cho phép chúng ta có thể thiết kế

những biên dạng 2D mà chúng ta cần.

2.1.3 Các khối lệnh cơ bản trong dựng hình

Một khối Part được thiết kế bằng cách là thêm vật liệu, loại bỏ bớt vật liệu, trong

phần này em sẽ trình bày cách để thiết kế một khối Part:

 Tạo một pad Definition: click vào biểu tượng



chọn mặt phẳng cần đùn



theo biên dạng 2D tạo trước và điền những thông số cần thiết trong hộp

thoại.

14



 Tạo một Multi-Pad: Click vào biểu tượng



, chọn biên dạng cần được đùn



và định nghĩa chiều dài.

 Tạo một pocket (lấy bớt đi phần vật liệu): Click biểu tượng



chọn biên



dạng và nhập những thông số cần thiết trong hộp thoại.

 Tạo một Hole: Click biểu tượng

chọn bề mặt cần được tạo lỗ và nhập

vào những thông số cần thiết trong hộp thoại.

 Tạo một Groove (Lấy bớt một phần vật liệu) Click vào biểu tượng



chọn



biên dạng cần được quay tròn quanh một trục và nhập vào giá trị của một

góc.

 Tạo một Rib: Click vào biểu tượng



chọn biên dạng mà cần chạy theo



một biên dạng dẫn hướng cho trước, chọn biên dạng cho trước và chọn các vị

trí trong hộp thoại.

 Tạo một Slot: Click vào biểu tượng



chọn biên dạng cần chạy theo một



biên dạng dẫn hướng, chọn đường dẫn hướng và chọn những vị trí khác nhau

trong hộp thoại.

 Tạo một Stiffener: Click vào biểu tượng



chọn biên dạng cần được đùn



và định nghĩa biên dạng cần đùn theo 2 hoặc 3 hướng.

 Lấy bớt vật liệu bằng lệnh Loft: Click vào biểu tượng



, chọn những biên



dạng, chọn biên dạng dẫn hướng.

2.2 Xây dựng mô hình

Xây dựng mô hình là một nhiệm vụ quan trọng trước khi đi vào tính toán động học

và mô phỏng Robot. Thông qua việc xây dựng mô hình giúp cho nhà thiết kế có cái

nhìn toàn diện, trực quan hơn về Robot. Tùy theo từng trường hợp nhất định mà ta xây

dựng mô hình Robot với những hình dáng, kích thước khác nhau sao cho hợp lý nhất,

đảm bảo được các yêu cầu làm việc như: độ cứng vững, linh hoạt, thao tác dễ dàng

trong quá trình làm việc.

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là máy tính điện tử. Hiện nay

có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho phép người sử dụng xây dựng mô hình 3D cho

Robot một cách dễ dàng, điển hình trong số đó phải kể đến các phần mềm mạnh như

15



Soliworks, Catia, Topsolid… Với mỗi phần mềm có những ưu điểm nhất định phù hợp

với những yêu cầu thiết kế khác nhau và không ngừng cải tiến, bổ sung những tính

năng mới nhằm phục vụ cho công việc thiết kế được nhanh, chính xác và trực quan

nhất.

Trong luận văn này e sử dụng phần mềm Catia để xây dựng mô hình Robot 4 bậc tự

do. Do đặc điểm của tay máy Robot bao gồm các khâu liên kết với nhau thông qua các

khớp động. Do đó ta sử dụng phần mềm Catia để xây dựng mô hình từng khâu của

Robot, sau đó sử dụng các công cụ hỗ trợ để lắp ghép chúng thành một Robot hoàn

chỉnh.

Với những kiến thức cơ bản về phần mềm Catia e trình bày ở mục trên, e đã xây

dựng được các khâu của Robot 4 bậc tự do.



16



2.2.1 Chân đế cố định



Hình 2.2: Chân đế cố định



17



2.2.2 Khâu 1



Hình 2.3: Khâu 1

2.2.3 Khâu 2



Hình 2.4: Khâu 2

18



2.2.4 Khâu 3



Hình 2.5: Khâu 3

2.2.5 Khâu 4



Hình 2.6: Khâu 4



19



2.2.6 Mô hình nắp ráp



Hình 2.7: Mô hình lắp ráp



20



CHƯƠNG III: XÂY DỰNG ĐỘNG HỌC THUẬN VÀ ĐỘNG

HỌC NGƯỢC CHO ROBOT 4 BẬC TỰ DO.

Ở chương II em đã xây dựng được mô hình Robot 4 bậc tự do trên phần mềm Catia.

Trong chương này e tập trung phân tích mô hình và tính toán động học thuận và động

học ngược Robot 4 bậc tự do.

3.1 Động học Robot

Nghiên cứu động học Robot là cơ sở cho việc thiết kế Robot, cũng như giải các bài

toán điều khiển Robot theo các quỹ đạo định trước. Động học Robot nghiên cứu

chuyển động của Robot nhưng không xét đến các lực và momen gây ra chuyển động.

Động học chỉ xét vị trí, vận tốc và gia tốc của một điểm nào đó trên Robot thông

thường là điểm tác động cuối. Do đó động học Robot đề cập đến các tính chất hình học

và thời gian chuyển động. Các biến khớp của cơ cấu chấp hành liên quan đến vị trí và

hướng của điểm tác động cuối theo các ràng buộc của các khớp đó. Các quan hệ động

học này là cơ sở để nghiên cứu động học cơ cấu chấp hành. Động học Robot nghiên

cứu phương pháp giải hai bài toán cơ bản là: bài toán động học thuận và bài toán động

học ngược. Hai bài toàn này có quan hệ chặt chẽ với nhau.

Bài toán động học thuận: Việc giải bài toán động học nhằm tìm ra phương trình

động học của tay máy dựa trên những thông số đã biết. Với bài toán động học thuận

người ta biết trước được cơ cấu tay máy (biết trước số khâu, số khớp, loại khớp, kích

thước các khâu) cho trước vị trí (quy luật chuyển động) của khâu thành viên trong tọa

độ khớp (tọa độ suy rộng). Ta cần xác định vị trí (quy luật chuyển động) và hướng

của khâu tác động cuối trong hệ tọa độ cơ sở. Bài toán động học thuận thường được

dùng để kiểm chứng hoặc kiểm nghiệm lại việc thiết kế Robot có đúng theo yêu cầu

đặt ra không, điều đó được thể hiện ở quỹ đạo di chuyển cũng như tầm hoạt động của



21



khâu tác động cuối tay máy. Bài toán động học thuận có nội dung gần giống như bài

toán phân tích động học cơ cấu nên người ta thường gọi “Bài toán phân tích động học”

Bài toán động học ngược: Ngược lại với nội dung của bài toán thuận, bài toán động

học ngược cho trước vị trí và định hướng của điểm tác động cuối mong muốn dưới

dạng một quy luật chuyển động nào đó trong không gian. Vấn đề là tìm tập hợp các

chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các biến khớp tương ứng đó để điểm tác động đạt vị thế

mong muốn với các đặc tính chuyển động theo yêu cầu. Trong thực tế, bài toán động

học ngược gần giống như bài toán tổng hợp động học cơ cấu nghĩa là bài toán chỉ cho

trước yêu cầu hoặc quy luật chuyển động của khâu cuối ta phải xác định cơ cấu tay

máy và quy luật chuyển động của các khâu thành viên nên người ta thường gọi với tên

gọi khác là “Bài toán tổng hợp”. Giải bài toán động học ngược nhằm mục đích phục

vụ bài toán điều khiển quỹ đạo, điều khiển tối ưu…

Với bài toán động học thuận, trong mọi trường hợp ta xác định được một nghiệm

duy nhất, nghĩa là với mỗi tập giá trị biến khớp qi cho trước ta chỉ xác định được duy

nhất một tập nghiệm mô tả vị trí và hướng của cơ cấu tác động cuối.

Trong khi đó với bài toán động học ngược ta có thể xác định được một nghiệm,

nhiều nghiệm hay cũng có thể là không có nghiệm thỏa mãn tùy thuộc vào vị trí của cơ

cấu tác động cuối. Trong trường hợp quy luật chuyển động của cơ cấu tác động cuối

nằm trong vùng không gian hoạt động của tay máy ta có thể xác định được nhiều tập

nghiệm. Tại vị trí biên vùng không gian hoạt động của Robot ta xác định được duy

nhất một nghiệm, bài toán vô nghiệm khi luật chuyển động của cơ cấu tác động cuối

không nằm trong vùng hoạt động của Robot.

Ta có thể mô tả nội dung các bài toán động học tay máy thông qua sơ đồ:



22