BÁO cáo đồ án môn cơ điện tử NGHIÊN cứu, THIẾT kế MOBILE ROBOT DẠNG bốn BÁNH vận CHUYỂN PHÔI TRONG NHÀ máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MOBILE ROBOT DẠNG BỐN BÁNH VẬN CHUYỂN PHÔI TRONG NHÀ MÁY Giáo viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Văn Trường Tên thành viên nhóm: Trần Văn Linh 2017600551 Lê Minh Hùng 2017600190 Nguyễn Văn Hiệu 2017601118 Hà Nội 2020 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT 1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU .7 1.1.1 Lịch sử phát triển xe AGV .7 1.1.2 Phân loại xe AGV 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 11 1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 11 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC MOBILE ROBOT BÁNH 13 2.1 TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC .13 2.2.TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC .16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .20 3.1.BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ARDUINO MEGA 2560 20 3.2.MẠCH CẦU H ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 22 3.3.MODULE LM 2596 23 3.4.BỘ NGUỒN 23 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH XE AGV 29 4.1 CỤM BÁNH ĐỘNG LỰC .29 4.2 CỤM NÂNG 31 4.3 KHUNG VÀ VỎ MƠ HÌNH AGV 34 MỤC LỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ vận hành xe AGV nhà máy Hình 2: Xe AGV kéo hàng .9 Hình 3: Xe AGV chở hàng .9 Hình 4: Xe AGV nâng hàng 10 YHình 1: Hệ tọa độ Robot .13 Hình 2: Mơ hình phân tích lực bánh sau robot [6] 16 Y Hình 1: Arduino Mega 2560 20 Hình 2: Mạch cầu H dung IR2184 22 Hình 3: Module LM2596 23 Hình 4: Ác quy 12V 24 Hình 5: Pin Lipo 25 Hình 6: Cảm biến dị line LED 25 Hình 7: Module dị line 26 Hình 8: Module đọc ADC 26 Hình 9: Cảm biến vật cản hồng ngoại DS30c4 28 Hình 1: Module cụm bánh động lực .29 Hình 2: Module cụm nâng .32 Hình 3:Khung mơ hình AGV 34 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT ST T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Kí hiệu Chú thích q Ma trận vị trí Góc robot so với phương ngang Vận tốc tuyến tính robot Vận tốc bánh phải, trái Vận tốc góc robot Bán kính bánh xe Nửa khoảng cách bánh xe Động tịnh tiến thân xe Động quay bánh xe Vận tốc dài xe Vận tốc dài bánh phải, trái Momen quán tính bánh Khối lượng bánh xe Khối lượng thân xe Momen động Momen hao tổn trục Hệ số tổn thất trục động Momen ma sát lăn Hệ số ma sát bánh xe mặt đường Gia tốc trọng trường Vận tốc góc bánh Gia tốc góc bánh Gia tốc dài Vận tốc điểm đầu A, điểm cuối B Thời gian xe di chuyển Cơng suất động Ma trận vị trí robot Đường kính trục vít me Bước vít me Đường kính bánh 1, Số bánh 1, Số mắt xích θ ϑ vR , vL ω R L K tt Kb vt v wR , v wL J wR , J wR mb mt M dc M mst u M msl k g φ´ φ´ a V a ,V b t Pdc ξ d u d ,d Z1 , Z2 x Đơn vị Rad m/s m/s Rad/s mm mm J J m/s m/s Kg/ m Kg Kg N.m N.m N.m m/ s Rad/s rad/ s m/ s m/s s W mm mm mm CÁC TỪ VIẾT TẮT AGV : Autonomous Guided Vehicles CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Lịch sử phát triển xe AGV Robot đời từ kỷ trước công nguyên Chu Mục Vương (Trung Quốc) người Yan Shi phác thảo ý tưởng máy tự động khí Đến năm 1927, robot điện tử lần xuất phim ảnh Năm 1948, nguyên lý tảng robot tự động hóa đời, tạo tiền đề cho robot học sau Cho tới năm 1961, Mobile Robot điện tử giới đời, đặt tên Unimate.Trong loại Mobile Robot áp dụng lĩnh vực cơng nghiệp, Robot tự hành mặt đất AGV( Autonomous Guided Vehicles) giới quan tâm đến Hệ thống xe tự hành (AGV) tồn từ năm 1953 Barrett Electronics Of Northbrook, bang Illinois – USA, Savant Automation of Walker, bang Michigan – USA Một nhà phát minh sáng chế phương pháp tự động hoá người xe tải kéo mà sử dụng nhà máy nhiều năm nhờ vào giấc mơ Robot tự hành AGV chế tạo để vận chuyển phôi gia công vào năm 70, vấn đề định hướng xe tự hành vấn đề quan trọng Ban đầu AGV xe kéo nhỏ chạy theo đường dẫn Công nghệ năm 70 điều khiển hệ thống để nâng cao khả tính linh hoạt xe AGV, xe không dùng để kéo, đẩy hàng kho, mà cịn có chức trung gian , kết nối trình sản xuất, lắp ráp, phân loại hàng hóa Trải qua nhiều năm, cơng nghệ phát triển mạnh hơn, q trình tự hành, AGV lập trình để giao tiếp với robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm chuyển qua trạm, kho nơi mà sau chúng giữ lại chuyển đến vị trí khác Phân loại xe AGV Xe AGV sử dụng với mục đích chung để chuyển hàng nhà máy, kho chứa sản phẩm Hình 1: Sơ đồ vận hành xe AGV nhà máy Ngày nay, xe AGV có nhiều dịng sản phẩm khác thị trường Các sản phẩm AGV bao gồm:  Xe kéo (Towing Vehicle) Xe kéo xuất dòng xe AGV thịnh hành thị trường Loại kéo nhiều toa hàng khác trở từ 8000 đến 60000 pounds Ưu điểm hệ thống xe kéo:  Khả chun chở lớn  Có thể dự đốn lên kế hoạch tính hiệu việc chuyên chở việc đảm bảo an tồn  Tính an tồn tốt Hình 2: Xe AGV kéo hàng  Xe chở ( Unit Load Vehicle) Xe chở trang bị tâng khay chứa nâng, hạ chuyênr động băng tải, đai xích Ưu điểm xe chở:  Tải trọng phân phối di chuyển theo yêu cầu  Thời gian đáp ứng nhanh gọn  Giảm hư hại tài sản  Đường linh hoạt  Giảm thiếu tắc nghẽn giao thơng chun chở Hình 3: Xe AGV chở hàng Hệ tọa độ tương đối ( hệ tạo độ robot) hệ tọa độ gắn liền với robot biểu thị (Xr,Yr) Gốc hệ tọa độ robot P Vị trí robot so với hệ tọa độ robot xác định ma trận vị trí q  x y  T (2-1) Để chuyển đổi vị trí robot từ hệ tạo độ tương đối (PxrYr) sang hệ tọa độ tuyệt đối (OXY) ta sử dụng ma trận chuyển đổi R xác định sau:  R    R (2-2) Trong R(θ) ma trận quay robot quanh trục thẳng đứng 13  cos  R     sin    sin   cos    (2-3) Vận tốc tuyến tính robot hệ tọa độ trung bình vận tốc tuyến tính hai bánh xe theo hệ tọa độ robot v v   L v  R L R R 2 (2-4) Vận tốc góc robot là:  vR  vL    L R R 2 (2-5) Các vận tốc robot hệ tọa độ biểu diễn dạng vận tốc điểm trung tâm P khung robot sau:  R   L  r  x p  R  y rp 0      L   R R  (2-6) Suy ra:  x  r q   y   Với r p r p r  R          R 2L R     R       R L  2L R=0.15 bán kính bánh xe robot L=0.3 : khoảng cách bánh xe φ´ R , φ´ L=0.4 : vận tốc bánh phải, trái robot Thay vào ta được: (2-7) ... robot so với phương ngang Vận tốc tuyến tính robot Vận tốc bánh phải, trái Vận tốc góc robot Bán kính bánh xe Nửa khoảng cách bánh xe Động tịnh tiến thân xe Động quay bánh xe Vận tốc dài xe Vận. .. Trong đó: K b : động bánh xe J wR , J wL : momen quán tính bánh xe Coi bánh xe đĩa trịn mỏng thì: J   m bR 2 (2-15) R: bán kính bánh xe m b : khối lượng bánh xe v wR , v wL : vận tốc dài bánh. .. tài nghiên cứu chế tạo Mobile Robot bánh làm việc không gian rộng ( nhà máy, nhà kho, ) với nhiệm vụ Robot vận chuyển hàng vị trí khác khơng gian Giới hạn đề tài: nhóm đồ án nhận đề tài thiết kế