THỰC tập ROBOT THIẾT kế mô HÌNH ROBOT SCARA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ o0o - THỰC TẬP ROBOT THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT SCARA GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI SVTH: NGUYỄN ĐĂNG THĂNG - 18151244 PHAN NGUYỄN PHÚC HẬU - 18151171 TRƯƠNG TRẤN ĐƯỜNG - 18151168 Khóa: 2018 Ngành: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH ii DANH MỤC BẢNG .iv Chương TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH 1.1 Đặt vấn đề phương pháp nghiên cứu .1 1.2 Mục tiêu đề tài .2 1.3 Nội dung đề tài Chương THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT 2.1 Yêu cầu a Yêu cầu phần cứng: b Yêu cầu phần mềm: 2.2 Thiết kế mơ hình phần mềm Solidworks Chương TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT 3.1 Tính tốn động học thuận Quy tắc Denavit Hartenberg (D-H) .7 3.2 Tính tốn động học nghịch Chương THI CƠNG MƠ HÌNH ROBOT SCARA .10 4.1 Phần cứng 10 4.2 Phần mềm 16 Chương KẾT QUẢ 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5.1 Kết phần cứng .17 5.2 Kết phần mềm 18 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .20 6.1 Kết luận .20 6.1.1 Công việc thực .20 6.1.2 Hạn chế đề tài .20 6.2 Hướng phát triển 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2- 1: Trục đỡ mơ hình Hình 2- 2: Đế mơ hình robot Hình 2- 3: khớp nối mơ hình Robot Hình 2- 4: khớp nối điểm đầu cuối Hình 2- 5: Tổng quan mơ hình phần mềm SolidWorks .6 Hình 2- 6: Tổng quan mơ hình robot góc khác Hình 3-1: Hệ trục tọa độ mơ hình robot .8 Hình 4- 1: Puly GT2 30 trục 5mm 10 Hình 4- 2: Khớp nối nhôm .10 Hình 4- 3: Gối đỡ KFL 08 11 Hình 4- 4: Con trượt trịn LM8UU 11 Hình 4- 5: Kẹp trục ngang SHF8 12 Hình 4- 6: Bạc đạn F608 12 Hình 4- 7: Puly GT2 60 trục 8mm 13 Hình 4- 8: Dây đai 13 Hình 4- 9: Cơng tắt hành trình 14 Hình 4- 10: Arduino Uno R3 14 Hình 4- 11: Giao diện chương trình GRBL Controller 16 Hình 5-1: Ảnh chụp đối diện 17 Hình 5-2: Ảnh chụp từ đằng sau .17 Hình 5-3: Mơ hình hồn chỉnh robot SCARA 17 Hình 5-4: Phần mềm Arduino 18 Hình 5-5: Phần mềm Grbl Controller .19 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 3- 1: Bảng D-H mơ hình robot TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bảng 4- 1: Danh sách thiết bị 15 Chương TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH 1.1 Đặt vấn đề phương pháp nghiên cứu Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật giới nước ta nay, việc ứng dụng cơng nghệ mới, máy móc vào dây chuyền sản xuất tiêu chí đánh giá phát triển kinh tế quốc gia Trong cách mạng công nghiệp 4.0, robot ngày trở thành phần thiết yếu sống Robot không thay người việc đáp ứng nhu cầu thao tác liên tục lặp lại, mà cịn thực tác vụ thơng minh người thực Bởi sở hữu tốc độ nhanh trí thơng minh nhân tạo, robot dễ dàng hồn thành nhiệm vụ thăm dị, làm việc nơi nguy hiểm, cứu người tai nạn, lĩnh vực chuẩn đoán thuốc Tại Việt Nam, thị trường Robot công nghiệp cho phát triển mạnh thời gian tới Robot công nghiệp tăng trưởng nhiều ngành: Sản xuất ô tô, Việt Nam chuyên gia đánh giá thị trường tiềm Robot công nghiệp với nhiều nhà máy sản xuất sử dụng Robot như: Vinfast, Thaco… Để hoàn thành nhiệm vụ vậy, robot cần điều khiển tốt để giải yêu cầu giao khía cạnh độ xác đáp ứng nhanh Tuy nhiên, điều kiện hoạt động thực tế phức tạp khác trở ngại việc thiết kế điều khiển có độ xác cao cho hệ thống robot Robot ứng dụng rộng rãi đóng vai trị quan trọng sản xuất đời sống Robot cấu đa chức có khả lập trình dùng để di chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ thơng qua truyền động lập trình trước Khoa học robot chủ yếu dựa vào phép toán đại số ma trận Robot thao tác người hợp tác với cách thơng minh Robot có cánh tay nhiều bậc tự thực chuyển động người điều khiển máy tính điều khiển chương trình nạp sẵn chip bo mạch TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trong dây chuyền công nghiệp, việc kiểm tra bề ngồi sản phẩm vơ quan trọng Để đạt suất cao tránh sai sót chủ quan người việc tự động hóa khâu kiểm tra bề thay người việc cần thiết Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm tiến hành thực mơ hình cánh tay máy robot bậc tự do, thực chuyển động người điều khiển máy tính điều khiển chương trình nạp sẵn chip bo mạch Hệ điều khiển robot đảm bảo ổn định động tĩnh, chống nhiễu ngồi, đồng thời khơng gây tác hại mơi trường 1.2 Mục tiêu đề tài Trong đề tài nhóm đặt mục tiêu sau: - Tìm hiều sơ mơ hình cánh tay robot - Xây dựng mơ hình phần mềm mơ Solidworks - Tính tốn thiết kế mơ hình thực tế - Tìm hiểu lựa chọn thiết bị có thơng số phù hợp để tiến hành áp dụng - Thi công mơ hình thực tế 1.3 Nội dung đề tài Chương 1: Tổng quan robot Chương 2: Thiết kế mô hình robot Chương 3: Tính tốn động học robot Chương 4: Thi cơng mơ hình robot Scara Chương 5: Kết Chương 6: Nhận xét hướng phát triển TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT 2.1 u cầu a u cầu phần cứng: − Thiết kế robot có bậc tự − Một khớp tịnh tiến khớp xoay điểm đầu cuối dung để vẽ − Các thiết bị, linh kiện có thơng số phù hợp với mơ hình sản phẩm b u cầu phần mềm: − Tính tốn xác động học robot − Tính tốn xác động học robot − Điều khiển cánh tay robot hoạt động theo mong muốn 2.2 Thiết kế mơ hình phần mềm Solidworks Tiến hành thiết kế phần mềm Solidworks chi tiết cần có mơ hình lắp ghép lại với để mơ hình hồn chỉnh Các phần thiết kế gồm phần đế khớp nối TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 2- 1: Trục đỡ mơ hình Hình 2- 2: Đế mơ hình robot TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 2- 3: khớp nối mơ hình Robot Hình 2- 4: khớp nối điểm đầu cuối TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT 3.1 Tính tốn động học thuận Bài tốn động học robot bao gồm tốn vị trí, vận tốc, gia tốc Trong toán vị trí việc xác định vị trí hướng điểm tác động cuối thời điểm khác vấn đề cốt lõi Để giải tốn, ta biết robot hệ nhiều vật rắn ghép nối với khớp, chủ yếu khớp quay khớp tịnh tiến, cần phải xác định hệ tọa độ gắn với khâu robot Quy tắc Denavit Hartenberg (D-H) Hai loại khớp thông dụng kỹ thuật tay máy khớp trượt khớp quay, chúng loại khớp có bậc tự Mỗi khớp (thực chất cặp khâu – khớp) đặc trưng loại thông số: Các thông số khơng thay đổi giá trị q trình làm việc tay máy gọi tham số Các thông số thay đổi tay máy làm việc gọi biến khớp Bộ thông số D-H chuẩn bao gồm thông số: - Độ dài pháp tuyến chung an (đường vng góc chung trục z) - Góc trục khớp mặt phẳng vng góc với pháp tuyến - Góc quay quanh trục z góc 𝜃 - Độ dài tiếp tuyến chung d (đường vuông góc chung trục ox) Ý nghĩa thơng số D-H: Giúp ta xác vị trí hướng khâu so với khâu trước so với hệ tọa độ gốc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 3- 1: Hệ trục tọa độ mơ hình robot Từ hệ trục tọa độ ta có bảng D-H cho mơ hình robot Scara a α d θ 0 d1 L1 0 Theta2 L2 0 Theta3 L3 -d4 Bảng 3- 1: Bảng D-H mơ hình robot [ T= 0 1 0 0 0 d1 ] ; [ C −S S2 C2 T= 0 0 L1 0 0 ] TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com [ C −S O S3 C3 3T = 0 0 Ta có: [ [ 0 2T = T × T = 0 0 0 L2 0 ][ [ 0 ][ 0 [ 0 0 L3 0 −d ][ ] L1 C −S S2 C = 0 0 L1 C −S O 0 S3 C3 × d1 0 1 0 C 23 −S 23 S 23 C 23 T= T × T= 0 0 ; 0 C −S 0 S2 C × d1 0 0 C −S S2 C T= T × T= 0 0 ] 4T = 0 L1 0 d1 ][ L2 C 23 −S 23 S 23 C 23 = 0 0 L1+ L 2C 2+ L3 C 23 L S 2+ L S 23 d 1−d ] L 1+ L2 C L2 S d1 ] ] Từ ta có vị trí điểm đầu cuối: [][ x l1 L1+ L 2C 2+ L C 23 P= y = L S 2+ L S 23 z d 1−d 3.2 ] Tính tốn động học nghịch Thực tính tốn động học nghịch theo phương pháp đại số ta có: ( x −l1 )2 + y 2+ l 22 +l 32 ( x−l ) + y =l2 +2 l2 l3 c 3+l3 =¿ c 3= l2 l 2 2 Từ ta được: s 3=∓ √1−c 32 => Theta3 = atan2(s3,c3) = l 2+ l3 c [ x−l1 ] [ l 3s3 y [ ][ ][ ] −l c c l 2+l3 c s c2 l 2+l3 c −l c = s2 l3s l 2+l3 c ] [ x−ly 1] −1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Theta2 = atan2(s2,c2) Chương THI CƠNG MƠ HÌNH ROBOT SCARA 4.1 Phần cứng Các thiết bị linh kiện sử dụng mơ sau: Hình 4- 1: Puly GT2 30 trục 5mm Hình 4- 2: Khớp nối nhôm 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 4- 3: Gối đỡ KFL 08 Hình 4- 4: Con trượt tròn LM8UU 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 4- 5: Kẹp trục ngang SHF8 Hình 4- 6: Bạc đạn F608 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 4- 7: Puly GT2 60 trục 8mm Hình 4- 8: Dây đai 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 4- 9: Cơng tắt hành trình Hình 4- 10: Arduino Uno R3 14 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Tên linh kiện Số lượng Động Puly GT2 30 trục 5mm Vít me + Khớp nối Đai ốc Gối đỡ KFL 08 Trục Con trượt trịn LM8UU Kẹp trục ngang SHF8 Bạc đạn F608 Puly GT2 60 trục 8mm Dây đai 280mm Dây đai 400mm Cơng tắc hành trình Arduino Uno R3 + Shield Bu lông + Đai ốc M8 40mm Bu lông + Đai ốc M8 100mm Bu lông + Đai ốc M3 26 Bu lông + Đai ốc M4 Bu lông + Đai ốc M5 Bảng 4- 1: Danh sách thiết bị 15 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4.2 Phần mềm Chương trình điều khiển nhóm phần mềm GRBL Controller phần mềm Arduino IDE Hình 4- 11: Giao diện chương trình GRBL Controller Chúng ta nhập Gcode vào phần mềm GRBL Controller, sau xử lý tín hiệu gửi tới Arduino, Arduino gửi tín hiệu qua Shield để điều khiển động 16 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương KẾT QUẢ 5.1 Kết phần cứng Từ linh kiện trên, nhóm lắp rắp hồn chỉnh mơ ảnh bên Hình 5-1 Ảnh chụp đối diện Hình 5-2 Ảnh chụp từ đằng sau Hình 5-3 Mơ hình hồn chỉnh robot SCARA 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5.2 Kết phần mềm Đầu tiên ta mở Arduino IDE, chọn Sketch > Include Library > Add ZIP Library… Tiếp theo, chọn thư mục giải nén grbl-master, chọn thư mục grbl mở thư mục Bây có GRBL thư viện Arduino Hình 5-4 Phần mềm Arduino Tiếp theo, chọn thư mục giải nén grbl-master, chọn thư mục grbl mở thư mục để thêm thư viện GRBL vào thư viện Arduino Tiếp theo, mở phần mềm GRBL Controller Sau người vận hành chọn port kết nối tốc độ truyền nhấn nút Open kết nối với vi điều khiển Ở tùy chỉnh thông số 18 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 5-5 Phần mềm Grbl Controller Ví dụ với lệnh điều khiển đầu tiên, $100=250.000 (x, step/mm), điều chỉnh bước theo đơn vị mm máy, xác định rõ bước để động di chuyển trục X 1mm 19 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận 6.1.1 Công việc thực - Tính tốn động học mơ hình robot - Thiết kế thi cơng hồn thiện mơ hình robot - Tiến hành tìm hiểu lựa chọn thiết bị linh kiện phù hợp cho mô hình robot - Sử dụng phần mềm Arduino để giúp mơ hình robot hoạt động, đáp ứng u cầu đề 6.1.2 Hạn chế đề tài Bên cạnh nội dung đạt được, hệ thống hạn chế sau: 6.2 - Thời gian đáp ứng yêu cầu điền khiển chậm - Hệ thống sai số lớn chấp nhận Hướng phát triển Mơ hình hoạt động chưa xác tuyệt đối hoạt động cánh tay cịn chưa mượt cịn có sai số cần khắc phục để mơ hình hồn thiện 20 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình kỹ thuật Robot, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [2] https://howtomechatronics.com/projects/scara-robot-how-to-build-your-own-arduinobased-robot/ [3] http://doandientu.net/thi-cong-bo-dieu-khien-robot-scara-dung-trong-day-hoc.html [4] Matlab Simulink cho điều khiển tự động, Nguyễn Phùng Quang 21 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... 1: Trục đỡ mơ hình Hình 2- 2: Đế mơ hình robot Hình 2- 3: khớp nối mơ hình Robot Hình 2- 4: khớp nối điểm đầu cuối Hình 2- 5: Tổng quan mơ hình phần mềm... Nội dung đề tài Chương 1: Tổng quan robot Chương 2: Thiết kế mơ hình robot Chương 3: Tính tốn động học robot Chương 4: Thi cơng mơ hình robot Scara Chương 5: Kết Chương 6: Nhận xét hướng phát triển... skknchat@gmail.com Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận 6.1.1 Cơng việc thực - Tính tốn động học mơ hình robot - Thiết kế thi cơng hồn thiện mơ hình robot - Tiến hành tìm hiểu lựa chọn thiết bị linh