BCTT canh tay robot 5 bac dieu khien qua blutoot

 BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ: CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH HÀ NỘI - 2022 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu khoa học THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: Tên đề tài: Nghiên cứu điều khiển cánh tay robot di chuyển vật liệu Nhóm sinh viên thực hiện:MAI XUÂN CHÍNH, PHÙNG DANH CHUNG Khoa: CN Điện Tử - Thông Tin Trường: Đại học Mở Hà Nội Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển & Tự động hoá Mục tiêu: Đề tài tiến hành nghiên cứu, thiết kế, lắp ráp mơ hình , hoạt động tự động, cử động tay robot kiểm soát ,cánh tay đáp ứng nhu cầu : nhận điều khiển từ người dùng, gắp vật liệu,di chuyển tới băng tải Tính cấp thiết, tính mới: Trong sản xuất tồn cầu nay, sử dụng Robot công nghiệp giải pháp tự động hóa tối ưu giúp doanh nghiệp tăng lợi cạn tranh thị trường Dưới số ƣu điểm bật Robot công nghiệp: Robot thành phần thiếu sản xuất linh hoạt, đặc biệt dây chuyền lắp ráp lớn, đòi hỏi thao tác lặp lặp lại liên tục Việc Robot tham gia vào công đoạn phức tạp thay người giúp tăng đáng kể độ xác, từ tăng chất lượng sản phẩm, hạn chế sản phẩm lỗi Robot công nghiệp, cánh tay Robot công nghiệp hoạt động tốt môi trường gây hại cho người như: Nhiệt độ cao, hóa chất độc hại, hầm mỏ; sử dụng Robot cơng nghiệp giải pháp tăng tính an toàn sản xuất Với phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ, việc tự động hóa q trình sản xuất ngày nâng cao, làm cho cơng nghệ sản xuất chuyển sang thời kỳ mới: thời kỳ cơng nghệ sản xuất tiên tiến mà robot cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng, robot tham gia vào hầu hết nguyên công dần thay người công việc nhàm chán, nặng nhọc, nguy hiểm, … Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng robot vào sản xuất tự động nhiều người quan tâm nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Nhóm Đề tài dừng lại mức nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm cánh tay robot ,cử động, gắp vật liệu di chuyển lên băng tải Nghiên cứu khoa học Phƣơng pháp nghiên cứu: Với khả nghiên cứu cấp sinh viên lĩnh vực điện tử - thông tin, chúng em đưa đề tài với hướng giải sau: Trước hết xác định tư Bước đầu xác định rõ ý tưởng cho sản phẩm, định hình sản phẩm dựa mục tiêu nghiên cứu sản phẩm Sau hoàn thành ý tưởng xác định mục tiêu chúng em bắt tay vào xây dựng mơ hình dựa khả hiểu biết vận dụng kiến thức học, tìm hiểu phụ tùng, thiết bị có liên quan sáng tạo có chưa có, làm cho sản phẩm có độc đáo, mẻ Thể hết khả tư sáng tạo, dựa vào kiến thức liên môn tạo sản phẩm đạt kết tốt nhất, khách quan xác Những đóng góp đề tài: Nếu đề tài thực thành cơng mang lại lợi ích thiết thực sống ứng dụng số lĩnh vực đời sống.Là tiền đề để xây dựng chủ đề robot 6.1 Về mặt khoa học: Mơ hình sở để nhóm thực tiếp cận với thành tựu KHKT, nguyên lý tự động hóa Đặc biệt việc sáng tạo phương pháp học tập tốt, kết hợp lý thuyết với nghiên cứu ứng dụng tạo sản phẩm, , để chúng em nắm bắt tốt kiến thức môn học mối quan hệ tương tác liên môn liên ngành, tốn học cơng nghệ kỹ thuật Ngồi ra, q trình thực cịn rèn cho chúng em tư khoa học, nắm bắt nguyên tắc vận hành máy móc, tích lũy trang bị hành trang tri thức ý thức thiết yếu cho việc học tập lên bậc cao 6.2-Về mặt thực tiễn : Đề tài có tính thực ti n khả thi cao, tiết kiệm chi phí, d dàng đầu tư; linh kiện d tìm kiếm thay thế; d sửa chữa bảo dư ng hữu ích cho ngành cơng nghiệp tự đơng MỤC LỤC Nghiên cứu khoa học LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP Khái niệm xu hƣớng phát triển Robot công nghiệp 1.1 Khái niệm 1.2 Xu hƣớng phát triển Robot công nghiệp 10 1.3 Cấu trúc chung Robot công nghiệp 10 Phân loại Robot 11 2.1 Phân loại theo dạng hình học khơng gian hoạt động 11 2.2 Phân loại theo hệ 12 2.3 Phân loại theo hệ thống truyền động 13 Ứng dụng Robot công nghiệp 13 3.1 Ứng dụng Robot thao tác cần khuếch đại lực 13 3.2 Ứng dụng Robot thao tác phức tạp 14 3.3 Làm việc môi trƣờng khắc nghiệt,độc hại 14 CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT 15 Yêu cầu nhiệm vụ thiết kế 15 Tính tốn 16 1.1 1.1.1 Các tham số động học DH (Denavit Hartenberg ) 16 1.1.2 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác 21 1.2 Động học thuận robot 16 Động học ngƣợc Robot 24 Thiết kế 30 2.1 Phƣơng án thiết kế 30 2.2 Xây dựng mơ hình Solidworks 31 Chọn vật liệu 34 3.1 Chọn phƣơng pháp chế tạo 34 3.2 Chọn động 35 3.3 Chọn tay gắp 39 3.4 Chọn MôĐun Giao Tiếp 40 3.5 Chọn Giao Diện Điều Khiển 42 Chế Tạo Và Lắp Ráp 42 4.1 Chế Tạo 42 4.2 Lắp ráp 43 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 44 Mạch Arduino 44 Mạch Điều khiển robot 44 Nghiên cứu khoa học 2.1 Mạch Arduino AT mega 2560 44 2.2 Sơ đồ nối mạch 46 Hình Ảnh Thực Tế 49 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 52 Điều khiển Robot 52 Lập trình Điều khiển Robot 53 2.1 Lập trình Andruino 53 Giao Diện Điều Khiển Robot 54 KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 57 Kết 57 Phƣơng hƣớng phát triển 57 PHỤ LỤC 58 Code chƣơng trình 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Các loại tự động hóa cơng nghiệp Hình 1.2 : Sơ đồ cấu trúc chung Robot công nghiệp Hình 1.3 Các hệ Robot Hình 1.4 Robot bốc dỡ hàng hóa 10 Hình 1.5a Robot lắp ráp sản xuất tơ 10 Hình 1.5b Robot hàn cơng nghiệp 10 Hình 2.1 Sơ đồ trình tự thiết kế 12 Hình 2.2 Chiều dài góc xoắn khâu 13 Hình 2.3 Các thơng số khâu: θ, d, a α 13 Hình 2.4 Hệ trục tọa độ robot mơ hình hình học 14 Hình 2.5 Đồ thị quỹ đạo chuyển động điểm tác động cuối 19 Hình 2.6 Đồ thị vận tốc, gia tốc điểm tác động cuối E 20 Hình 2.7 Vị trí robot 21 Hình 2.8 Bốn vị trí hình học Robot 21 Hình 2.9 Mơ hình Robot 24 Hình 2.10 Robot Stanford cấu hình RRTRRR 28 Nghiên cứu khoa học Hình 2.11 Robot KUKA cấu hình RRRRRR 28 Hình 2.12 Robot Elbow cấu hình RRRRRR 28 Hình 2.13 Mơ hình 3D Solidworks 29 Hình 2.14 Khâu 29 Hình 2.15 Khâu 29 Hình 2.16 Khâu 30 Hình 2.17 Khâu 30 Hình 2.18 Khâu 30 Hình 2.20 Robot sau liên kết 31 Hình 2.21 Động sevor 34 Hình 2.24 Các loại tay gắp 39 Hình 2.25 Cơ cấu tay kẹp 38 Hình 2.26 Động servo 39 Hình 2.27 Module Bluetooth thu phát HC-05 39 Hình 2.28 điện thoại anDroi 40 Hình 2.29 Mơ in 3D 40 Hình 2.30 Một số chi tiết sau in 3D 41 Hình 2.31 Robot sau lắp ráp 42 Hình 3.1 Một số ứng dụng bật Arduino 42 Hình 3.2 Cấu trúc Mega 2560 43 Hình 3.3 Sơ đồ khái quát hệ thống sử dụng động bước 47 Hình 3.4 Sơ đồ nối mạch điều khiển cánh tay robot Hình 3.5 Mạch điều khiển sau nối hồn chỉnh Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển vịng hở cho robot 48 Hình 4.2 Giao diện phần mềm Arduino IDE 49 49 Hình 4.3 Hình 4.3 app MIT Inventor 50 Hình 4.4 : Hình 4.4 Các bước kết nối với giao diện với ứng dụng MIT Inventor …50 Nghiên cứu khoa học LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, Robot khơng cịn q xa lạ với người Chúng giới kỹ thuật hình dung máy đặc biệt, người tác theo cấu tạo hoạt động mình, dùng để thay Nghiên cứu khoa học số công việc xác định Để hồn thành nhiệm vụ đó, Robot cần có khả cảm nhận thông số trạng thái môi trường thực động tác tương tự người Khả hoạt động Robot đảm bảo hệ thống khí, gồm cấu vận động để lại cấu hành động để làm việc Việc thiết kế chế tạo hệ thống thuộc lĩnh vực khoa học cấu truyền động, chấp hành vật liệu khí Chức cảm nhận, gồm thu nhận tín hiệu trạng thái môi trường trạng thái thân hệ thống, cảm biến (sensor) thiết bị liên quan thực Hệ thống gọi hệ thống thu nhận xử lý tín hiệu, hay đơn giản hệ thống cảm biến Một cách đơn giản, Robotics hiểu ngành khoa học có nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế, chế tạo Robot ứng dụng chúng lĩnh vực hoạt động khác xã hội loài người, nghiên cứu khoa học - kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng dân sinh Ngày nay, khái niệm Robot mở rộng khái niệm nguyên thủy nhiều Sự tác kết cấu, chức năng, dáng vẻ người cần thiết khơng cịn ngự trị kỹ thuật Robot Kết cấu nhiều Robot khác xa với kết cấu phận thể người chúng thực việc vượt xa khả người CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP Khái niệm xu hƣớng phát triển Robot công nghiệp 1.1 Khái niệm Mặc dù, định nghĩa chung Robot nêu, khơng có giới hạn phạm vi ứng dụng Robot, có thực tế hầu hết Robot có dùng cơng nghiệp Chúng có đặc điểm riêng kết cấu, chức thống hóa, thương mại hóa rộng rãi Lớp Robot gọi Robot công nghiệp Nghiên cứu khoa học Kỹ thuật tự động hóa cơng nghiệp đạt tới trình độ cao: khơng tự động hóa q trình vật lý mà q trình xử lý thơng tin Vì vậy, tự động hóa cơng nghiệp tích hợp cơng nghệ sản xuất, kỹ thuật điện, điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động có tự động hóa nhờ máy tính Hình 1.1 Các loại tự động hóa cơng nghiệp Robot cơng nghiệp có đặc trưng bản: Là thiết bị vạn năng, tự động hóa theo chương trình lập trình lại để đáp ứng cách linh hoạt, khéo léo nhiệm vụ khác - Được ứng dụng trường hợp mang tính cơng nghiệp đặc trưng vận chuyển xếp d nguyên vật liệu, lắp ráp, đo lường,… Do thể đặc trưng Robot công nghiệp, định nghĩa sau Robot công nghiệp viện nghiên cứu Robot Mỹ đề xuất sử dụng rộng rãi: Robot công nghiệp tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình lập trình lại để hồn thành nâng cao hiệu hoàn thành nhiệm vụ khác công nghiệp, vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ thiết bị chuyên dùng khác Hiện nhu cầu sử dụng Robot công nghiệp ngày tăng , loại Robot chế tạo ngày đa dạng , độ xác cao hơn, linh hoạt hơn, giá - Nghiên cứu khoa học - Bƣớc – App Inventor Đầu tiên, ta truy cập vào MIT, đăng nhập tài khoản Google khởi tạo project Lúc này, hình có giao diện đơn giản gồm phần Bên trái tập hợp control bao gồm: User Interface, Media, Sensor, Social,… Để sử dụng nút điều khiển này, bạn cần click chuột kéo thả vào Screen Ở Screen mơ hình ứng dụng chúng ta, nơi hiển thị project hồn thiện Cịn bên phải cửa sổ quản lý Component, Media, Property cho Control Ta dùng khối block để thiết kế nên phần điều khiển bên ứng dụng - Bƣớc Khi ứng dụng có giao diện trực quan, ta bước tiếp sang phần code ứng dụng Góc bên phải hình có nút Block, bạn cần click vào để đổi sang hình code Khi code, ta sử dụng mệnh đề if then, when để tiến hành tạo nên câu lệnh Bên trái hình có câu lệnh soạn sẵn Việc bạn ghép lệnh vào mệnh đề hoàn chỉnh - Bƣớc Khi hoàn thiện phần code phần giao diện, thử chạy demo ứng dụng Nếu có sai sót, bạn cần phải rà sốt lại toàn chỉnh sửa lỗi Khi ứng dụng chạy mượt, bạn xuất file apk để sử dụng lưu trữ lại 56 Nghiên cứu khoa học Lưu ý: Chọn Build để lên hình lưu file Sau chọn dịng App bạn muốn xuất phần mềm dạng QR để quét lên điện thoại Nếu bạn muốn lưu trữ máy tính, chọn dòng lại KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết     Xây dựng thành cơng mơ hình cánh tay robot bậc tự Kết nối thành công điều khiển cánh tay robot Viết chương trình điều khiển Robot Có thể điều khiển cánh tay robot hoạt động theo ý muốn Phƣơng hƣớng phát triển  Thiết kế điều khiển kín có bù tác động ngồi  Tích hợp camera để xử lý hình ảnh, scan 3D  Tăng độ xác hệ thống 57 Nghiên cứu khoa học PHỤ LỤC Code chƣơng trình 1.1 Code Arduino #include //Thƣ viện sử dụng chân digital để làm chân TX RX SoftwareSerial Bluetooth(2,3); #include Servo servo01; Servo servo02; Servo servo03; Servo servo04; Servo servo05; Servo servo06; int servo1Pos, servo2Pos, servo3Pos, servo4Pos, servo5Pos, servo6Pos; // current position int servo1PPos, servo2PPos, servo3PPos, servo4PPos, servo5PPos, servo6PPos; // previous position 58 Nghiên cứu khoa học int servo01SP[50], servo02SP[50], servo03SP[50], servo04SP[50], servo05SP[50], servo06SP[50]; // for storing positions/steps int speedDelay = 20; int index = 0; String dataIn = ""; void setup() { servo01.attach(5); servo02.attach(6); servo03.attach(7); servo04.attach(8); servo05.attach(9); servo06.attach(10); Bluetooth.begin(9600); // Default baud rate of the Bluetooth module //Bluetooth.setTimeout(1); //delay(20); // Robot arm initial position servo1PPos = 90;servo2PPos = 150;servo3PPos = 35;servo4PPos = 140; servo5PPos = 85; servo6PPos = 80; servo01.write(servo1PPos); servo02.write(servo2PPos); servo03.write(servo3PPos); servo04.write(servo4PPos); servo05.write(servo5PPos); servo06.write(servo6PPos); } void loop() { 59 Nghiên cứu khoa học // Check for incoming data if (Bluetooth.available() > 0) { dataIn = Bluetooth.readString(); // Read the data as string Serial.println("dataIn"); Serial.println(""); // If "Waist" slider has changed value - Move Servo to position if (dataIn.startsWith("s1")) { String dataInS = dataIn.substring(2, dataIn.length()); // Extract only the number E.g from "s1120" to "120" servo1Pos = dataInS.toInt(); // Convert the string into integer // We use for loops so we can control the speed of the servo // If previous position is bigger then current position if (servo1PPos > servo1Pos) { for ( int j = servo1PPos; j >= servo1Pos; j ) { // Run servo down //servo01.write(j); delay(20); // defines the speed at which the servo rotates } } // If previous position is smaller then current position if (servo1PPos < servo1Pos) { for ( int j = servo1PPos; j servo2Pos) { for ( int j = servo2PPos; j >= servo2Pos; j ) { servo02.write(j); delay(50); } } if (servo2PPos < servo2Pos) { for ( int j = servo2PPos; j servo3Pos) { for ( int j = servo3PPos; j >= servo3Pos; j ) { servo03.write(j); delay(30); 61 Nghiên cứu khoa học } } if (servo3PPos < servo3Pos) { for ( int j = servo3PPos; j servo4Pos) { for ( int j = servo4PPos; j >= servo4Pos; j ) { servo04.write(j); delay(30); } } if (servo4PPos < servo4Pos) { for ( int j = servo4PPos; j servo5Pos) { for ( int j = servo5PPos; j >= servo5Pos; j ) { servo05.write(j); delay(30); } } if (servo5PPos < servo5Pos) { for ( int j = servo5PPos; j servo6Pos) { for ( int j = servo6PPos; j >= servo6Pos; j ) { servo06.write(j); delay(30); } } 63 Nghiên cứu khoa học if (servo6PPos < servo6Pos) { for ( int j = servo6PPos; j 0) { dataIn = Bluetooth.readString(); if ( dataIn == "RESET") { break; } } } } // If speed slider is changed if (dataIn.startsWith("ss")) { String dataInS = dataIn.substring(2, dataIn.length()); speedDelay = dataInS.toInt(); // Change servo speed (delay time) 65 Nghiên cứu khoa học } } // Servo if (servo01SP[i] == servo01SP[i + 1]) { } if (servo01SP[i] > servo01SP[i + 1]) { for ( int j = servo01SP[i]; j >= servo01SP[i + 1]; j ) { servo01.write(j); delay(speedDelay); } } if (servo01SP[i] < servo01SP[i + 1]) { for ( int j = servo01SP[i]; j servo02SP[i + 1]) { for ( int j = servo02SP[i]; j >= servo02SP[i + 1]; j ) { servo02.write(j); delay(speedDelay); } } if (servo02SP[i] < servo02SP[i + 1]) { 66 Nghiên cứu khoa học for ( int j = servo02SP[i]; j servo03SP[i + 1]) { for ( int j = servo03SP[i]; j >= servo03SP[i + 1]; j ) { servo03.write(j); delay(speedDelay); } } if (servo03SP[i] < servo03SP[i + 1]) { for ( int j = servo03SP[i]; j servo04SP[i + 1]) { for ( int j = servo04SP[i]; j >= servo04SP[i + 1]; j ) { servo04.write(j); 67 Nghiên cứu khoa học delay(speedDelay); } } if (servo04SP[i] < servo04SP[i + 1]) { for ( int j = servo04SP[i]; j servo05SP[i + 1]) { for ( int j = servo05SP[i]; j >= servo05SP[i + 1]; j ) { servo05.write(j); delay(speedDelay); } } if (servo05SP[i] < servo05SP[i + 1]) { for ( int j = servo05SP[i]; j servo06SP[i + 1]) { for ( int j = servo06SP[i]; j >= servo06SP[i + 1]; j ) { servo06.write(j); delay(speedDelay); } } if (servo06SP[i] < servo06SP[i + 1]) { for ( int j = servo06SP[i]; j