XÂY DỰNG mô HÌNH cơ học và mô HÌNH TOÁN học CHO ROBOT SONG SONG DELTA

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ SỞ VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 - Lịch sử phát triển robot công nghiệp 1.2 - Định nghĩa phân loại 1.2.1 - Định nghĩa 1.2.2 - Phân loại robot 1.3 - Ứng dụng robot công nghiệp 1.4 - Giới thiệu dạng robot song song Robot Del 1.4.1 - Robot có cấu trúc so 1.4.2 - So sánh Robot nối t 1.4.3 - Ứng dụng robot 1.5 - Tổng quan hệ thống thiết kế nhóm CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH ROBOT DELTA 2.1 - Phân tích cấu trúc 2.1.1 - Lựa chọn cấu trúc 2.1.2 - Cơ cấu dẫn động 2.1.3 - Hệ khớp dẫn động 2.1.4 - Hệ hình bình hành 2.1.5 - Giá động 2.1.6 - Gá cấu chấp hàn 2.1.7 - Bàn tay kẹp 2.1.8 - Khung robot 2.1.9 - Các hệ thống phụ tr 2.2 - Mơ hình tổng quan 2.3 - Thiết kế hệ dẫn động cho robot 2.3.1 - Tính chọn động CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH CƠ HỌC VÀ MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO ROBOT SONG SONG DELTA 3.1 - Mơ hình động học robot song song Delta khôn 3.1.1 - Mô hình động học r 3.1.2 - Động học thuận Ro download by : skknchat@gmail.com 3.1.3 - Động học 3.2 - Động lực học Robot Delta CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 - Cấu trúc hệ thống điều khiển 4.2 - Các thành phần hệ thống điều kh 4.2.1 - Kit điều k 4.2.2 - Driver A4 4.2.3 - Cảm biến 4.3 - Lập trình điều khiển 4.3.1 - Phần mềm 4.3.2 - Code điều LỜI KẾT TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH V download by : skknchat@gmail.com Hình 1.1- Robot bậc tự [*] Hình 1.2 - Robot song song [*] Hình 1.3- Robot hàn chuỗi hở [*] Hình 1.4- Cấu tạo động bước(Step Motor) [*] Hình 1.5 - Động khí nén[*] 10 Hình 1.6 - Bộ truyền dây dai bánh [*] 11 Hình 1.7- Biểu đồ phân bố robot cơng nghiệp lĩnh vực [*] 12 Hình 1.8- Hệ thống robot nhà máy VinFast [*] 13 Hình 1.9- Cấu trúc robot song song 14 Hình 1.10- Robot Puma 15 Hình 1.11- Hai robot song song Delta 3RUS 3PUS 17 Hình 1.12- Cơ cấu song song Gough 17 Hình 1.13- Robot Delta dùng cơng nghiệp thực phẩm 18 Hình 1.14- Cơ cấu Robot song song Stewart 19 Hình 1.15- Sản phẩm hãng École Nationale d‟E1quitation 19 Hình 1.16- Bộ mơ Viện KAIST Motek 20 Hình 1.17- Các thành phần hệ thống robot Delta 20 Hình 2.1- Robot Delta bậc tự 24 Hình 2.2- Robot Delta bậc tự 24 Hình 2.3- Dẫn động trực tiếp từ động 26 Hình 2.4- Dẫn động gián tiếp qua hệ bánh 26 Hình 2.5- Bản vẽ khớp nối động 28 Hình 2.6- Bản vẽ truyền 29 Hình 2.7- Đồ thị phương trình đường cong mỏi 31 Hình 2.8- Hệ khớp dẫn động 33 Hình 2.9- Bản vẽ khớp nối cầu 35 Hình 2.10- Hệ hình bình hành 35 Hình 2.11- Ống nhơm làm hệ hình bình hành 36 Hình 2.12- Giá động 37 Hình 2.13- Bản vẽ động bước 37 Hình 2.14- Gá cấu chấp hành 38 Hình 2.15- Bản vẽ gá đỡ tay gắp 39 Hình 2.16- Bàn tay kẹp 40 Hình 2.17- Tay gắp Robot G4 Gripper 41 Hình 2.18- Bản vẽ gá 42 download by : skknchat@gmail.com Hình 2.19- Bản vẽ nhơm định hình 43 Hình 2.20- Nhơm định hình 43 Hình 2.21- Bản vẽ gá 44 Hình 2.22- Bản vẽ băng tải 46 Hình 2.23- Băng tải mini 46 Hình 2.24- Hình chiếu đứng mơ hình 47 Hình 2.25- Hình chiếu khơng gian mơ hình 48 Hình 2.26- Bản vẽ tổng 49 Hình 2.27- Động NEMA17 51 Hình 2.28- Thơng số kích thước động NEMA17 52 Hình 3.1- Robot song song Delta3RUS 54 Hình 3.2-Mơ hình động học hệ tọa độ Robot song song Delta3RUS 55 Hình 3.3- Ký hiệu tham số tính tốn 58 Hình 3.4- Hình chiếu lên mặt phẳng OXY 59 Hình 3.5- Kí hiệu tham số tính tốn 62 Hình 3.6- Hình chiếu lên mặt phẳng OXZ 63 Hình 3.7- Kí hiệu tọa độ tính tốn 64 Hình 4.1- Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển 73 Hình 4.2- vi điều khiển Atemega328P 75 Hình 4.3- vi điều khiển Atemega328P Pinout 75 Hình 4.4- Driver A4988 76 Hình 4.5- Bảng chế độ hoạt động A4988 77 Hình 4.6- Cảm biến hống ngoại 78 Hình 4.7- Sơ đồ cấu tạo cảm biến hống ngoại 78 Hình 4.8- Sơ đồ mạch nguyên lí hệ thống điều khiển 81 Hình 4.9- Sơ đồ thuật toán điều khiển 82 Hình 4.10- Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE 84 download by : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU Trong sống ngày nay, Robot mang tới cho sống người sống mới, cách trải nghiệm sống đơi cịn người bạn Những hãng Robot (RB) từ nước tiếng giới từ Đức, Nhật bản, Nga, Mỹ ngày khẳng định diện RB phần không thiếu sống tương lai phía trước Nó xuất tất lĩnh vực từ khoa học vĩ mô vi mô ngày đa dạng Trong khuôn khổ môn học Đồ án thiết kế hệ thống CK-CĐT thiết bị tự động với đề tài thiết kế robot song song Delta, chúng em tin tưởng với kết có từ việc tìm hiểu tính tốn tiểu luận bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều ý tưởng tương lai tính tốn thiết kế loại Robot công nghiệp Với bố cục gồm: 1- Tổng quan Robot Phần nhìn sơ qua Robot bao gồm lịch sử phát triển, phân loại ứng dụng giúp hình dung tính quan trọng hữu dụng tới sống 2- Xây dựng mơ hình thực tế Bao gồm bước tính tốn xây dựng mơ hình học để kiểm chứng tính đắn trình thiết kế cung cấp trình để xác định cách sản phẩm Robot đưa vào ứng dụng sống 3- Giải toán động học động lực học ngược Bao gồm nêu lên yêu cầu ý nghĩa tốn ngược, qua đề xuất phương pháp giải bước thực 4- Xây dựng mơ hình điều khiển thực tế cho robot song song Delta download by : skknchat@gmail.com Từ tính tốn chương chương 3, nhóm đề xuất mơ hình thiết kế hệ thống điều khiển cho robot song song Delta số phần mềm đồ họa mô Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Văn A, cảm ơn thầy đóng góp qua giảng hướng dẫn trình trao đổi buổi gặp mặt Những góp ý, sửa chữa thầy phần giúp em tự tin cách thức tiếp cận với công nghiệp có chuẩn bị em kiến thức em mang đến báo cáo sai sót chưa Em mong có bổ sung, sửa chữa Em chân thành cảm ơn chúc thầy sức khoẻ! download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 1: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ SỞ VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP TỔNG QUAN VÀ GIỚI THIỆU VỀ ROBOT SONG SONG 1.1 - Lịch sử phát triển robot công nghiệp Ngay sau chiến tranh giới thứ 2, Hoa Kì xuất tay máy chấp hành điều khiển từ xa phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào năm 50 kỉ 20, bên cạnh tay máy chấp hành khí đó, xuất tay máy chấp hành thủy lực điện tử Năm 1961, robot công nghiệp đưa vào sử dụng nhà máy Genaral Motor Trenton, New Jersey, Hoa Kì Năm 1967, Nhật Bản nhập robot công nghiệp từ cơng ty AMF Hoa Kì Đến năm 1990, có 40 cơng ty Nhật Bản đưa thị trường nhiều loại robot tiếng Từ năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính robot ý nhiều đến lắp đặt thêm cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết mơi trường làm việc Một lĩnh vực nhiều phịng thí nghiệm quan tâm robot tự hành Các nghiên cứu robot tự hành bắt chước hoạt động chân người, chân động vật Các loại robot chưa có ứng dụng nhiều công nghiệp, nhiên loại xe robot (robotcar) lại nhanh chóng đưa vào ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt Từ năm 80, năm 90, áp dụng rộng rãi ứng dụng kĩ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp gia tăng, giá thành giảm rõ rệt, tính có nhiều bước tiến vượt bậc Nhờ robot cơng nghiệp có chỗ đứng dây chuyền sản xuất tự động download by : skknchat@gmail.com 1.2 - Định nghĩa phân loại 1.2.1- Định nghĩa Có nhiều định nghĩa robot tồn tại, tham khảo số định nghĩa sau: Định nghĩa theo từ điển New World College “Robot kết cấu khí có hình dạng bất kì, xây dựng để thực công việc tay người” Các định nghĩa sau bao gồm cánh tay khí, máy móc điều khiển số, máy móc di chuyển theo kiểu bước mơ hình dáng người Các robot công nghiệp ngày thực phần công việc người Các robot ban đầu thường gọi tay máy (Manipulator) Định nghĩa theo hiệp hội robot công nghiệp Nhật Bản Định nghĩa mang tính khái quát tất định nghĩa sử dụng Nó bao gồm tất cá thiết bị tay máy xem định nghĩa robot sau “Robot máy, cấu thường gồm số phận phân đoạn nối với phân đoạn khác khớp quay hay khớp trượt nhằm mục đích để gắp hay di chuyển đối tượng, thường có số bậc tự Nó điều khiển nguồn kích hoạt, hệ thống điện tử lập trình hay hệ thống logic đó” Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) “Robot cấu chuyển đội tự động chương trình hóa, lặp lại chương trình, tổng hợp chương trình đặt sườn trục tọa độ, có khả download by : skknchat@gmail.com định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất (chi tiết, dụng cụ gá lắp.v.v.) theo hành trình thay đổi chương trình hóa nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác nhau.” Định nghĩa theo hiệp hội robot cơng nghiệp Hoa Kì “Robot tay máy có nhiều chức lập trình, thiết kế để di chuyển vật liệu, phần tử, linh kiện, dụng cụ thiết bị đặc biệt thông qua việc thay đổi chương trình hoạt động lập để thực nhiệm vụ khác nhau.” Định nghĩa theo hiệp hội robot Anh “Robot cơng nghiệp thiết bị lập trình lại, thiết kế để thực hai nhiệm vụ cầm nắm vận chuyển phần tử, linh kiện, dụng cụ công cụ chế tạo đặc biệt thông qua việc thay đổi chương trình hoạt động thiết lập để thực tác vụ gia công khác nhau.” Định nghĩa GOST (Nga) “Robot máy tự động liên kết tay máy cụm điều khiển chương trình hóa, thực chu trình cơng nghệ cách chủ động với điều khiển thay chức tương tự người.” Như vậy, qua định nghĩa trên, ta hiểu đơn giản robot công nghiệp loại thiết bị thiết kế chế tạo để phục vụ số hoạt động q trình sản xuất, thơng qua chương trình thiết lập sẵn, thay đổi tùy vào mục đích sử dụng download by : skknchat@gmail.com 1.2.2- Phân loại robot Việc phân nhóm, phân loại robot dựa yếu tố kĩ thuật khác Dưới số cách phân loại chủ yếu: a- Phân loại theo số bậc tự Định nghĩa Bậc tự cấu số thông số độc lập cần cho trước để xác định hồn tồn vị trí khâu cấu cấu hoạt động Điều có nghĩa thông số độc lập quy luật cho trước để xác định quy luật chuyển động cấu Khâu có quy luật chuyển động cho trước gọi khâu dẫn, khâu dẫn nối với giá khớp loại khớp loại có thơng số xác định Hình 1.1- Robot bậc tự [*] Trong H1.1 mơ hình robot bậc tự gồm bậc tự tịnh tiến bậc tự quay Công thức tính số bậc tự cấu Đối với robot dạng chuỗi động hở robot sacra xét số bậc tự tính theo công thức sau: download by : skknchat@gmail.com ... [*] 13 Hình 1.9- Cấu trúc robot song song 14 Hình 1.10- Robot Puma 15 Hình 1.11- Hai robot song song Delta 3RUS 3PUS 17 Hình 1.12- Cơ cấu song song Gough... 49 Hình 2.27- Động NEMA17 51 Hình 2.28- Thơng số kích thước động NEMA17 52 Hình 3.1- Robot song song Delta3 RUS 54 Hình 3.2-Mơ hình động học hệ tọa độ Robot song song... dạng robot song song Robot Delta 1.4.1- Robot có cấu trúc song song Do ứng dụng rộng rãi nên robot phát triển đa dạng phong phú Khái niệm robot có cấu trúc song song Gough Whitehall đưa vào năm