vuachuoi_linhtay
New Member
Download miễn phí Thiết kế và chế tạo mô hình hexapod
Tóm tắT
Bμi báo nμy trình bμy xu thế cũng nh− tình hình nghiên cứu của các bộ môn Cơ Điện Tử,
phòng thí nghiệm cơ điện tử về Hexapod trên thế giới. Các tác giả nêu một số kết quả
nghiên cứu thiết kế, chế tạo vμ điều khiển Hexapod 2001.
ABSTRACT
This paper introduces the trend and also the researching of the Mechatronics Department and Mechatronics
laboratory about Hexapod all over the world. The authors bring out some research and design results,
manufacture and control Hexapod 2001.
I. GIớI THIệU CHUNG
Hiện nay Hexapod lμ một lĩnh vực đang đ−ợc nhiều nhμ khoa học trong vμ ngoμi n−ớc quan
tâm nghiên cứu vì những hiệu quả to lớn mμ nó đem lại. Tuy nhiên đây lμ một thuật ngữ có
nhiều nghĩa kỹ thuật khác nhau. Hexapod lμ từ ghép “ HEX ” a “ POD ”, theo tiếng hy lạp
có nghĩa lμ 6 chân. Ban đầu ng−ời ta hiểu đó lμ những con vật 6 chân. Các nhμ khoa học lại
mong muốn thiết kế vμ chế tạo những robot đi bằng 6 chân vμ nh− thế những tên gọi mới
đ−ợc ra đời nh− Hexapod Walking Robot, hay Hexapod Walker.
Trong quá trình nghiên cứu vμ phát triển loại robot có chân, các nhμ khoa học đã tạo ra
những robot có 8 ,6 , 4 , 2 vμ thậm chí 1 chân. Theo h−ớng nghiên cứu nμy các nhμ nghiên
cứu lại mong muốn nó di chuyển nhanh hơn bằng cách chạy vì thế những sản phẩm mới ra
đời với tên gọi Hexapod Running Robot. Các robot có chân đã vμ đang lμ mối quan tâm
hμng đầu của các nhμ khoa học dùng để thám hiểm, thăm dò trên những điạ hình phức tạp,
môi tr−ờng khắc nghiệt vμ độc hại trên trái đất, d−ới đại d−ơng hay ở trên những hμnh tinh
xa xôi.
Cuối những năm 80 các nhμ khoa học mới thực hiện đ−ợc những mong muốn của mình lμ
thay thế sức lao động của con ng−ời trong việc vận chuyển, bốc xếp, lắp ráp sản phẩm vμ
họ đã tạo ra một loại robot mới lμ robot song song (parallel robot).
Con ng−ời không dừng lại ở đây vμ tiếp tục phát triển thμnh các máy 6 chân, trung tâm gia
công dùng để cắt gọt các loại vật liệu khác nhau, với những tên gọi Hexapod Machine,
Hexapod grinding robot, Hexapod Machine Center, Hexapod Parallel Kinematic Machine,
hay dùng để đo toạ độ các bề mặt phức tạp nh− Hexapod Coordinate Measuring Machine.
Ngoμi ra các máy 6 chân nμy có thể dùng để điều khiển các thiết bị, công cụ phẫu thuật
trong y khoa, thiên văn học, giao thông vμ kinh vĩ trong xây dựng .
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
THIÕT KÕ Vµ CHÕ T¹O M¤ H×NH HEXAPODPGS.TS. §Æng V¨n Ngh×n,
KS. NguyÔn Minh TuÊn, KS.Tõ DiÖp C«ng Thµnh
Bé m«n C¬ §iÖn Tö, Khoa c¬ KhÝ, Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Tp HCM
Email:[email protected]
Tãm t¾T
Bµi b¸o nµy tr×nh bµy xu thÕ còng nh− t×nh h×nh nghiªn cøu cña c¸c bé m«n C¬ §iÖn Tö,
phßng thÝ nghiÖm c¬ ®iÖn tö vÒ Hexapod trªn thÕ giíi. C¸c t¸c gi¶ nªu mét sè kÕt qu¶
nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ ®iÒu khiÓn Hexapod 2001.
ABSTRACT
This paper introduces the trend and also the researching of the Mechatronics Department and Mechatronics
laboratory about Hexapod all over the world. The authors bring out some research and design results,
manufacture and control Hexapod 2001.
I. GIíI THIÖU CHUNG
HiÖn nay Hexapod lµ mét lÜnh vùc ®ang ®−îc nhiÒu nhµ khoa häc trong vµ ngoµi n−íc quan
t©m nghiªn cøu v× nh÷ng hiÖu qu¶ to lín mµ nã ®em l¹i. Tuy nhiªn ®©y lµ mét thuËt ng÷ cã
nhiÒu nghÜa kü thuËt kh¸c nhau. Hexapod lµ tõ ghÐp “ HEX ” a “ POD ”, theo tiÕng hy l¹p
cã nghÜa lµ 6 ch©n. Ban ®Çu ng−êi ta hiÓu ®ã lµ nh÷ng con vËt 6 ch©n. C¸c nhµ khoa häc l¹i
mong muèn thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o nh÷ng robot ®i b»ng 6 ch©n vµ nh− thÕ nh÷ng tªn gäi míi
®−îc ra ®êi nh− Hexapod Walking Robot, hoÆc Hexapod Walker.
Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn lo¹i robot cã ch©n, c¸c nhµ khoa häc ®· t¹o ra
nh÷ng robot cã 8 ,6 , 4 , 2 vµ thËm chÝ 1 ch©n. Theo h−íng nghiªn cøu nµy c¸c nhµ nghiªn
cøu l¹i mong muèn nã di chuyÓn nhanh h¬n b»ng c¸ch ch¹y v× thÕ nh÷ng s¶n phÈm míi ra
®êi víi tªn gäi Hexapod Running Robot. C¸c robot cã ch©n ®· vµ ®ang lµ mèi quan t©m
hµng ®Çu cña c¸c nhµ khoa häc dïng ®Ó th¸m hiÓm, th¨m dß trªn nh÷ng ®i¹ h×nh phøc t¹p,
m«i tr−êng kh¾c nghiÖt vµ ®éc h¹i trªn tr¸i ®Êt, d−íi ®¹i d−¬ng hoÆc ë trªn nh÷ng hµnh tinh
xa x«i.
Cuèi nh÷ng n¨m 80 c¸c nhµ khoa häc míi thùc hiÖn ®−îc nh÷ng mong muèn cña m×nh lµ
thay thÕ søc lao ®éng cña con ng−êi trong viÖc vËn chuyÓn, bèc xÕp, l¾p r¸p s¶n phÈm vµ
hä ®· t¹o ra mét lo¹i robot míi lµ robot song song (parallel robot).
Con ng−êi kh«ng dõng l¹i ë ®©y vµ tiÕp tôc ph¸t triÓn thµnh c¸c m¸y 6 ch©n, trung t©m gia
c«ng dïng ®Ó c¾t gät c¸c lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau, víi nh÷ng tªn gäi Hexapod Machine,
Hexapod grinding robot, Hexapod Machine Center, Hexapod Parallel Kinematic Machine,
hoÆc dïng ®Ó ®o to¹ ®é c¸c bÒ mÆt phøc t¹p nh− Hexapod Coordinate Measuring Machine.
Ngoµi ra c¸c m¸y 6 ch©n nµy cã thÓ dïng ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ, dông cô phÉu thuËt
trong y khoa, thiªn v¨n häc, giao th«ng vµ kinh vÜ trong x©y dùng.....
Sau ®©y lµ mét sè h×nh ¶nh øng dông cña Hexapod:
1. M¸y gia c«ng
2. Y häc
3. HÖ thèng m« pháng
4. §iÒu khiÓn thiÕt bÞ thiªn v¨n
5. Tr¾c ®Þa
V× ph¹m vi øng dông cña Hexapod réng lín nh− vËy cho nªn nã ®· thu hót sù quan t©m cña
c¸c nhµ khoa häc thuéc nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh−: c¬ khÝ, ®iÖn tö, tin häc, ®éng vËt
häc, thiªn v¨n häc vµ ®−¬ng nhiªn lµ c¬ ®iÖn tö.
C¸c tr−êng ®¹i häc nghiªn cøu vÒ Hexapod cã thÓ ®−îc kÓ ®Õn lµ: §¹i häc Florida,
Columbia, Texas, Northwestern, Maryland, Washington (Mü); §¹i häc Queens, Laval
(Canada); §¹i häc Nottingham (Anh); §¹i häc Chemnitz, Aachen, Hamburg, Stuttgart,
Hanover (§øc); §¹i häc Tokyo, Osaka (NhËt); §¹i häc Seoul, K-jist (Hµn Quèc); §¹i häc
C«ng nghÖ Nanyang (Singapore); §¹i häc Kü thuËt (Israel); §¹i häc Lausans (Thôy SÜ);
§¹i häc Leuven (BØ); §¹i häc B¸ch Khoa Milan (Italia).
Nh÷ng tËp ®oµn c«ng nghiÖp øng dông Hexapod nh−: Toyoda (HexaM Machine), Fanuc
(F-100 Robot), Hexel (Tornado 2000), Geodetic (G500 Machine)...
Vµ ®Æc biÖt, nh÷ng tæ chøc vµ viÖn nghiªn cøu sau ®©y cã nh÷ng chiÕn l−îc ®Çu t− rÊt lín
®Ó nghiªn cøu lý thuyÕt còng nh− øng dông triÓn khai Hexapod nh− NASA, LME, NIST.
§Ó hiÓu râ h¬n møc ®é ®Çu t− còng nh− qui m« nghiªn cøu chóng t«i xin minh häa mét sè
dù ¸n sau ®©y:
Dù ¸n NIST (National Institute of Standards and Technology) víi c¸c môc tiªu lµ kiÓm tra
®¸nh gi¸ vµ n©ng cao ®é chÝnh x¸c còng nh− më réng kh¶ n¨ng cña m¸y phay CNC 5 trôc
kiÓu Hexapod ®−îc triÓn khai tõ n¨m 1998 ®Õn n¨m 2002.
Dù ¸n Cubic Hexapod hîp t¸c gi÷a §¹i häc Washington vµ TËp ®oµn c«ng nghÖ Hood kÐo
dµi 6 n¨m tõ 1998 ®Õn 2004. Dù ¸n nµy ®−îc ph¸t triÓn tõ Stewart tÊm dÞch chuyÓn(
platform) ®Ó lo¹i trõ nhiÔu trong c¸c hÖ thèng chÝnh x¸c (®iÒu khiÓn vÞ trÝ víi ®é chÝnh x¸c
1 nanomet).
Dù ¸n Hexaglide ®−îc triÓn khai ¬ ViÖn Robot Thôy Sü b¾t ®Çu tõ n¨m 1996. M¸y lµ hÖ
cÊu tróc song song 6 bËc tù do, sö dông m¸y phay tèc ®é cao víi kh«ng gian lµm viÖc
700 × 600 × 500 mm, sö dông hÖ ®iÒu khiÓn VME-Bus vµ hÖ thèng thêi gian thùc. ¦u
®iÓm lµ cã thÓ thùc hiÖn c¸c chuyÓn ®éng nhanh, ®é cøng v÷ng vµ ®é chÝnh x¸c cao.
ROBOTOOL lµ mét dù ¸n ®−îc Céng ®ång Ch©u ¢u tµi trî. Dù ¸n nµy lµ hîp t¸c gi÷a 10
tr−êng ®¹i häc, viÖn nghiªn cøu vµ c¸c c«ng ty bao gåm c¸c thµnh viªn sau ®©y: §¹i häc
Hanover (§øc), Leuven (BØ), Montpelier (Ph¸p), c¸c viÖn nghiªn cøu Irf (Thôy ®iÓn)
Ikerlan Itia (Italia), c¸c c«ng ty BELCAM.PLC, TTS, Linvot. Theo danh môc Hexapod cña
dù ¸n nµy cho thÊy cã tíi 48 m¸y vµ trung t©m gia c«ng, 19 robot, 31 c¬ cÊu ®Þnh vÞ trÝ vµ
®Þnh h−íng vµ 2 m¸y ®o täa ®é.
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, Bé m«n C¬ §iÖn Tö, Khoa C¬ KhÝ, §¹i häc B¸ch Khoa
TPHCM ®· quan t©m nghiªn cøu vÒ HEXAPOD vµ trong bµi b¸o nµy chóng t«i xin giíi
thiÖu m« h×nh HEXAPOD 2001 lµ lo¹i m¸y 6 ch©n hay cßn gäi lµ m¸y ®éng häc song
song.
II. CHäN PH−¬NG ¸N THIÕT KÕ
Hexapod lµ mét lÜnh vùc ph¸t triÓn rÊt nhanh theo nh÷ng h−íng kh¸c nhau nh−: robot song
song, m¸y ®éng häc song song, ... nh−ng ®Òu dùa theo nguyªn lý do Stewart ®−a ra vµo
n¨m 1965 vµ chóng ta th−êng gäi lµ Nguyªn lý Stewart.
S¬ ®å nguyªn lý Stewart ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.
C¬ cÊu nµy gåm 6 ch©n cã ®é dµi thay
®æi ®−îc, c¸c ch©n nµy liªn kÕt víi gi¸ vµ
tÊm dÞch chuyÓn ( platform) b»ng c¸c
khíp cÇu. B»ng c¸ch thay ®æi chiÒu dµi
c¸c ch©n, ta cã thÓ thay ®æi vÞ trÝ vµ
h−íng cña tÊm dÞch chuyÓn trong kh«ng
gian .
¦u ®iÓm cña c¬ cÊu nµy lµ cã thÓ ®Þnh vÞ
bÊt kú vÞ trÝ, h−íng nµo trong kh«ng gian,
kÕt cÊu ®¬n gi¶n, ®é cøng v÷ng cao, ®é
chÝnh x¸c, æn ®Þnh cao, cã thÓ t¹o ra c¸c
quü ®¹o phøc t¹p, vµ cã thÓ gia c«ng
trong mét lÇn g¸ trªn m¸y HEXAPOD.
V× kh¶ n¨ng v−ît tréi cña c¬ cÊu 6 bËc tù
do mµ cã thÓ nãi ®©y lµ mét h−íng
nghiªn cøu cã gi¸ trÞ vµ cã nhiÒu kh¶
n¨ng øng dông réng r·i.
Theo nguyªn lý nµy cã hai ph−¬ng ¸n c¬
b¶n ®Ó thiÕt kÕ m¸y: ph−¬ng ¸n thuËn vµ ph−¬ng ¸n nghÞch.
TÊm dÞch chuyÓn
Gi¸
Ch©n
H×nh 1: S¬ ®å nguyªn lý
Ch©n
Gi¸
platform Dông cô gia c«ng
H×nh 3: S¬ ®å nguyªn lý nghÞch H×nh 2: S¬ ®å nguyªn lý thuËn.
platform
Ch©n
Gi¸
S¬ ®å nguyªn lý thuËn ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 2. Theo s¬ ®å nguyªn lý nµy chi tiÕt ®−îc
kÑp cè ®Þnh trªn bµn m¸y, cßn dông cô ®−îc g¾n trªn tÊm dÞch chuyÓn vµ ®−îc ®iÒu khiÓn
bëi c¬ cÊu Stewart.
Ng−îc l¹i, nÕu dông cô c¾t cè ®Þnh trªn ®Çu gia c«ng cßn ph«i g¸ trªn bµn m¸y 6 ch©n kiÓu
c¬ cÊu Stewart lµ ph−¬ng ¸n nghÞch mµ s¬ ®å nguyªn lý cña nã ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.
Theo ph−¬ng ¸n nµy chóng ta cã thÓ c¶i t¹o vµ tËn dông nh÷ng m¸y phay th«ng th−êng ®Ó
g¾n dông cô vµ chØ lµm thªm bµn m¸y 6 ch©n. Tuy nhiªn viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ còng nh−
®iÒu khiÓn sÏ khã kh¨n h¬n vµ phøc t¹p h¬n so víi ph−¬ng ¸n thuËn.
Víi nh÷ng c¬ së lËp luËn nh− vËy chóng t«i chän ph−¬ng ¸n thuËn ®Ó thiÕt kÕ m¸y
HEXAPOD 2001.
III. TÝNh to¸n thiÕt kÕ Hexapod
Trong phÇn nµy chóng t«i tr×nh bµy bµi to¸n ®éng häc ng−îc, tÝnh to¸n ma t...