Thiết kế, chế tạo và điều khiển robot delta 3 bậc tự do ứng dụng trong việc phân loại sản phẩm

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DELTA 3 BẬC TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG VIỆC PHÂN LOẠI SẢN PHẨM NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Th S Lê Tấn Sang Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Lê Văn Danh 1711030183 17DCTA2 Phạm Phước Sang 1711030263 17DCTA2 Trương Tiến Phú 1711030055 17DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng (ghi ngày tháng bảo vệ) iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT DELTA BẬC TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG VIỆC PHÂN LOẠI SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ - ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S Lê Tấn Sang Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Lê Văn Danh 1711030183 17DCTA2 Phạm Phước Sang 1711030263 17DCTA2 Trương Tiến Phú 1711030055 17DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng …/… (ghi ngày tháng bảo vệ) i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU vi DANH SÁCH HÌNH VẼ vii TÓM TẮT ĐỀ TÀI .ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan robot delta 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Lịch sử phát triển 1.2.3 Phân loại robot 1.2.4 Ứng dụng 1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ phạm vi đề tài 11 1.3.1 Đề tài đồ án 11 1.3.2 Mục tiêu 11 1.3.3 Nhiệm vụ 11 1.4 Tổ chức đồ án 11 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 13 2.1 Lựa chọn cấu delta 13 2.2 Lựa chọn động truyền động 14 2.2.1 Giới thiệu số loại động phổ biến 14 2.2.2 Lựa chọn động 16 iii 2.3 Lựa chọn khớp truyền động 17 2.4 Lựa chọn điều khiển 19 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC 20 3.1 Cấu trúc robot delta 20 3.2 Xây dựng mơ hình tốn học 21 3.2.1 Cấu trúc hình học 21 3.2.2 Bài toán động học thuận 24 3.2.3 Bài toán động học nghịch 26 3.2.4 Không gian làm việc robot delta 29 3.3 Kết luận 29 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ MẠCH ĐIỆN 30 4.1 Thiết kế khí 30 4.1.1 Yêu cầu thiết kế 30 4.1.2 Lựa chọn vật liệu 30 4.1.3 Thiết kế cụm chi tiết 31 4.1.4 Tính tốn cơng suất lựa chọn động 34 4.1.4 Tổng kết phần khí 36 4.2 Thiết kế mạch điện 36 4.2.1 Yêu cầu hệ thống điện 36 4.2.2 Mạch Arduino Uno R3 38 4.2.3 Driver động bước 39 4.2.4 Cảm biến xác định vị trí Home 41 4.2.5 Nguồn điện 42 4.2.6 Tổng kết phần điện 42 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 47 5.1 Mô động học phần mềm Matlab Similink 47 5.1.1 Xây dựng mơ hình mơ 47 iv 5.1.2 Kết mô 49 5.2 Thiết kế giải thuật điều khiển 50 5.2.1 Yêu cầu thiết kế 50 5.2.2 Chương trình điều khiển robot delta 50 5.2.3 Giải thuật điều khiển đưa robot vị trí Home 52 5.2.4 Giải thuật điều khiển vị trí 53 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 55 6.1 Mục đích thực nghiệm 55 6.2 Bố trí thí nghiệm kiểm tra 55 6.3 Tổng kết đánh giá kết 58 6.4 Phương án khắc phục hạn chế hướng phát triển đề tài 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 v DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng so sánh ưu nhược điểm động bước động DC-servo 17 Bảng 2.2: Bảng so sánh điều khiển 19 Bảng 4.1: Đặc tính hợp kim nhôm 1060 32 Bảng 4.2: Thông số điện áp nguồn cấp cho hệ thống .42 vi DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình robot delta giáo sư Remond Clevel Hình 1.2: Robot Line-Placer dùng cơng nghiệp đóng gói bánh quy Hình 1.3: Robot IRB 340 FlaxPicker Hình 1.4: SurgiScope robot vận hành thử .4 Hình 1.5: Robot FANUC M-2iA .5 Hình 1.6: Sơ đồ phân loại delta robot bậc tự Hình 1.7: Cơ cấu robot delta dạng khớp xoay Hình 1.8: Cơ cấu robot delta dạng khớp trượt Hình 1.9: Cơ cấu robot delta dạng tổng hợp Hình 1.10: Ứng dụng delta robot đóng gói sản phẩm .9 Hình 1.11: Ứng dụng robot delta lắp ráp linh kiện Hình 1.12: Ứng dụng robot delta lĩnh vực y học giải phẫu 10 Hình 1.13: Ứng dụng robot delta công nghệ in 3D vẽ 2D 10 Hình 1.14: Ứng dụng cấu delta cơng nghê giao tiếp Haptic .10 Hình 2.1: Cơ cấu robot delta dạng khớp xoay lựa chọn .13 Hình 2.2: Động DC 14 Hình 2.3: Động bước 15 Hình 2.4: Động DC-servo 15 Hình 2.5: Động AC-servo 16 Hình 2.6: Khớp cầu 18 Hình 2.7: Khớp xoay .18 Hình 3.1: Cấu trúc Delta robot 20 Hình 3.2: Cấu trúc hình học robot delta 21 Hình 3.3: Đơn giản hóa mơ hình tốn học robot delta 22 Hình 3.4: Hình chiếu điểm hệ trục tọa độ cố định hệ tọa độ Oxy .22 Hình 3.5: Kí hiệu khâu 23 Hình 3.6: Hệ trục tọa độ khâu 23 Hình 3.7: Sơ đồ toán động học thuận 24 Hình 3.8: Ba hình cầu giao hai điểm 25 vii Hình 3.9: Sơ đồ toán động học nghịch 26 Hình 3.10: Hai vị trí cánh tay số .27 Hình 3.11: Kích thước khâu 29 Hình 4.1: Bản vẽ phân rã 3D nhánh kết cấu cụm động khâu 32 Hình 4.2: Bản vẽ phân rã 3D nhánh kết cấu cụm khâu đầu công tác 33 Hình 4.3: Bản vẽ phân rã 3D nhánh mơ hình robot Delta Solidwork 34 Hình 4.4: Vị trí khâu nằm ngang vng góc với khâu .35 Hình 4.5: Sơ đồ khối mạch điện toàn hệ thống 37 Hình 4.6: Kit Arduino Uno R3 39 Hình 4.7: Sơ đồ khối Driver Leashine DM542 – 05 40 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý module GY – 521 MPU – 6050 .42 Hình 5.1: Phần động học thuận phần mềm matlab 48 Hình 5.2: Phần động học ngược phần mềm matlab 48 Hình 5.3: Sơ đồ giao tiếp I2C 51 Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật đưa robot vị trí Home 52 Hình 5.5: Lưu đồ giải thuật điều khiển vị trí .53 Hình 6.1: Vị trí Home 56 Hình 6.2: Tiến hành gắp vật 56 Hình 6.3: Tiến hành thả vật 57 viii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong năm trở lại với phát triển khoa học kỹ thuật, tự động hóa cơng nghiệp robot chìa khóa chiến lược để nâng cao suất sức cạnh tranh doanh nghiệp Sự phát triển mạnh mẽ của loại robot đóng vai trị to lớn cho phát triển công nghiệp, đem lại lợi ích to lớn cho người xã hội Đặc biệt ngành cơng nghiệp đóng gói lắp ráp, cần robot có tốc độ làm việc nhanh, xác ổn định Tuy nhiên, việc sử dụng robot nối tiếp có khối lượng nặng đến hàng trăm kilôgram để di chuyển vật nặng vài trăm gram lãng phí khơng phù hợp với mục đích hướng đến ngành cơng nghiệp đóng gói Từ đó, Robot Delta đời để giải vấn đề Nhận thấy tầm quan trọng đó, Đồ án xin trình bày q trình nghiên cứu, thiết kế điều khiển Robot Delta bậc tự Trong phạm vi thời gian kinh phí hạn chế, đồ án trình bày trình nghiên cứu, thiết kế điều khiển cấu Robot Delta bậc tự di chuyển từ điểm đến điểm Trong tờ nhiệm vụ đồ án đưa số yêu cầu cụ thể đề tài Những yêu cầu sở cho việc tính tốn, lựa chọn thiết bị lập trình Tiếp theo tiến hành xây dựng mơ hình tốn tiến hành kiểm tra tính đắn tốn động học Thiết kế mơ hình 3D Solidwork ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Vào thập niên 80 kỷ 19, ngành cơng nghiệp đóng gói bắt đầu phát triển mạnh mẽ Để đáp ứng nhu cầu sản xuất, yêu cầu đặt cần robot di chuyển linh hoạt với tốc độ cao, xác khả lặp lại tốt Mặc dù, vào thời điểm , robot nối tiếp với ý tưởng mô hoạt động cánh tay người nghiên cứu ứng dụng đem lại hiệu cao sản xuất công nghiệp Tuy nhiên, việc sử dụng robot có khối lượng nặng đến hàng trăm kilôgram để di chuyển vật nặng vài trăm gram lãng phí khơng phù hợp với mục đích hướng đến ngành cơng nghiệp đóng gói Từ đó, Robot Delta đời để giải vấn đề Những năm sau đó, việc nghiên cứu thực nhiều nữa, hàng loạt công ty đời tạo điều kiện cho Robot Delta ngày phát triển Robot Delta không ứng dụng cơng nghiệp đóng gói, lắp ráp linh kiện mà quan tâm nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác lĩnh vực y tế phịng thí nghiệm Nhận thấy tầm quan trọng đó, đề tài đồ án tiến hành nghiên cứu, thiết kế điều khiển Robot Delta bậc tự dạng khớp xoay di chuyển từ điểm đến điểm Mục tiêu đề tài nghiên cứu, tính tốn, thiết kế điều khiển robot theo phương X, Y, Z Để kiểm tra tính đắn phương tình động học 1.2 Tổng quan robot delta 1.2.1 Khái niệm Robot Delta loại robot song song ba bậc tự Cũng robot song song khác, Robot Delta có cấu trúc vịng kín Trong có nhánh, nhánh có đầu nối với giá cố định khớp tịnh tiến khớp xoay đầu lại nối với giá di động thơng qua cấu hình bình hành Với cấu trúc hình học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN nên giá di động định hướng chuyển động tịnh tiến mặt phẳng Oxy theo phương z 1.2.2 Lịch sử phát triển Vào đầu thập niên 80, nhóm nghiên cứu đạo giáo sư Reymond Clavel (EPFL, Thụy Sĩ) nảy ý tưởng độc đáo sử dụng cấu hình bình hành để tạo robot song song có ba bậc tự tịnh tiến bậc tự quay Mục đích loại robot thao tác gắp nhả vật nhẹ nhỏ với tốc độ cao, nhu cầu cơng nghiệp vào thời điểm [1] Giáo sư Reymond Clavel nhìn thấy hạn chế robot nối tiếp động đặt khớp nối tiếp nên công suất động tăng dần lên tính từ đầu cơng tác gây tốn chi phí cho q trình sản xuất Ngồi ra, với cấu khớp nối tiếp di chuyển độc lập với cần khối lượng robot đủ lớn để đảm bảo độ cứng vững Để giải vấn đề này, Clavel cố định tất động thay di động nhờ giảm đáng kể khối lượng khâu Từ việc robot có khối lượng nhẹ dẫn đến moment xoắn động giảm xuống, điều có nghĩa vận tốc di chuyển Robot Delta lớn robot nối tiếp Hình 1.1: Mơ hình robot delta giáo sư Remond Clevel CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ MẠCH ĐIỆN Để điều khiển động hoạt động cần phải cấp xung vào chân PUL+ Mỗi xung tương ứng với động quay bước Chiều quay động định tínhiệu cấp vào chân DIR+ Giả sử độ rộng xung cấp cho driver τ tốc độ động xác định theo công thức: n=  60m vịng/phút Trong đó: − α bước góc động (thường 1,8𝑜) − m số xung cần cấp để động quay hết vòng (với driver Leashine DM542-05, m lên đến 25600 xung) 4.2.4 Cảm biến xác định vị trí Home Vị trí home vị trí ban đầu xuất phát trước thực tác vụ Đây vị trí định vị tọa độ cho robot nên cần đảm bảo vị trí có sai số nhỏ lặp lại thao tác nhiều lần Do đặc điểm cấu delta robot dạng khớp xoay, khâu liên kết trực tiếp với động Do đó, để xác định vị trí home cho delta robot ta cần xác định giá trị góc 𝜃𝑖 thời điểm Vì đề tài lựa chọn cảm biến MPU - 6050 hãng InvenSense để xác định vị trí home cho robot Cảm biến MPU - 6050 loại cảm biến gia tốc phổ biến thị trường sử dụng để đo thơng số: trục góc quay (Gyroscope) trục gia tốc hướng (Accelerometer) MPU - 6050 có ba chuyển đổi ADC (analog-to-digital) 16-bit để số hóa đầu quay hồi chuyển ba ADC 16-bit để số hóa đầu gia tốc kế Độ phân giải góc ± 250, ± 500, ± 1000, ± 2000 °/s (dps) độ phân giải gia tốc ± 2g, ± 4g, ± 8g, ± 16g Để giảm thiểu khối lượng công việc đề tài sử dụng module GY – 521 MPU 6050 có tích hợp sẵn cảm biến MPU - 6050 giao tiếp với nhiều loại vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C 41 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ MẠCH ĐIỆN Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý module GY – 521 MPU – 6050 4.2.5 Nguồn điện Khối nguồn hệ thống có nhiệm vụ cung cấp lượng cho động driver Động step hệ thống sử dụng điện áp 24V dòng điện cấp tối đa 3A Hệ thống sử dụng ba động cơ, dịng điện u cầu 9A Ta sử dụng nguồn tổ ong 24V-15A cho khối driver động step Vi điều khiển cảm biến sử dụng nguồn tổ ông 5V – 5A Bảng 4.2: Thông số điện áp nguồn cấp cho hệ thống Tên nguồn điện Điện áp ngõ vào Điện áp ngõ Dòng điện mức Nguồn 24VDC 220VAC 24VDC 15A Nguồn 5VDC 220VAC 5VDC 5A 4.2.6 Tổng kết phần điện Nội dung phần điện trình bày đầy đủ yêu cầu cần thiết để xây dựng hệ thống điện phục vụ cho việc điều khiển robot delta Hệ thống điện bao gồm module: khối ngoại vi, khối cơng suất khối nguồn 42 CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN Chương trình bày phần mơ động học phần mềm Matlab Similink lưu đồ giải thuật điều khiển Robot Delta di chuyển từ điểm đến điểm 5.1 Mô động học phần mềm Matlab Similink 5.1.1 Xây dựng mơ hình mơ Mục đích việc mơ hoạt động mơ hình robot phần mềm Matlab kiểm chứng sai số động học thiết kế khí mơ hình robot lý tưởng Mơ hình 3D xây dựng phần mềm Solidwork, sau sử dụng cơng cụ SimMechanics Link để xuất file có “.STL” từ khối 3D Liên kết động học khối thể sơ đồ liên kết khối Matlab Simulink Để tiến hành mô ta cần thiết lập thông số cho khối: • Machine Environment: thơng số gia tốc trọng trường, chế độ phân tích, sai số, điều kiện ràng buộc • Ground: tọa độ gốc (world frame) • Khối Body (các khâu ): khối lượng, ma trận moment qn tính, hệ trục tọa độ khâu (các thông số thu phần thiết kế SolidWork sau lựu chọn vật liệu thông số) • Khối Joint (khớp nối): sử dụng joint theo thiết kế robot delta hiệu chỉnh phần trục quay quanh phù hợp với hệ trục tọa độ nối từ khâu trước 47 CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN Hình 5.1 Phần động học thuận phần mềm matlab - Động học thuận xác định vị trí khâu tác động cuối tay máy biết biến khớp tay máy Hình 5.2 Phần động học ngược phần mềm matlab 48 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN - Động học ngược tìm biến khớp tây máy biết vị trị khâu tác động cuối tay máy Có phương pháp để xác định mơ hình động học ngược tay máy phép đảo hướng, phép đảo vị trí phép đảo kết hợp 5.1.2 Kết mô Để vẽ quỹ đạo đáp ứng cụm robot delta thiết kế, ta cho thông số đầu vào mô động học đường tròn nằm mặt phẳng Oxy Quỹ đạo đường tròn đưa vào hàm chia điểm matlab, thơng qua tốn động học ngược trình bày chương 3, ta tính tập hợp góc mà khâu cần quay để đạt quỹ đạo đường trịn Tập hợp góc truyền vào khối mô Simulink Để đo quỹ đạo đáp ứng mô phỏng, ta sử dụng khối đồ thị Graph XY để vẽ quỹ đạo đầu đầu vào robot Nhận xét kết quả: Ta nhận thấy sai số động học thiết kế khí so với cơng thức động học ngược tính chương nhỏ 49 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 5.2 Thiết kế giải thuật điều khiển Phần trình bày lưu đồ giải thuật điều khiển Robot Delta di chuyển từ điểm đến điểm 5.2.1 Yêu cầu thiết kế Để điều khiển delta robot di chuyển từ điểm đến điểm, ta đưa giải tốn điều khiển vị trí cho động bước Từ tập hợp điểm đó, thơng qua tốn động học ngược ta tính tập hợp góc mà động cần quay Từ đó, ta tính số xung cấp tương ứng với động Sau đó, vi điều khiển bắn xung xuống driver để động đến vị trí mong muốn Cơng việc thực liên tục kết thúc 5.2.2 Chương trình điều khiển robot delta Việc chương trình điều khiển vi điều khiển vừa bật lên khởi tạo ngoại vi cho vi điều khiển, bao gồm: − Cấp xung clock cho ngoại vi cần sử dụng − Ngõ cấp xung, chiều cho động − Ngõ vào tín hiệu cảm biến − Khởi tạo Timer, chương trình ngắt − Khởi tạo module giao tiếp I2C Bus I2C (dây giao tiếp) gồm hai dây đặt tên Serial Clock Line (SCL) Serial Data Line (SDA) Dữ liệu truyền gửi qua dây SDA đồng với tín hiệu đồng hồ (clock) từ SCL Tất thiết bị / IC mạng I2C kết nối với đường SCL SDA sau: 50 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN Hình 5.3 Sơ đồ giao tiếp I2C Cả hai đường bus I2C (SDA, SCL) hoạt động lái cực máng hở (open drain) Nó có nghĩa thiết bị / IC mạng I2C lái SDA SCL xuống mức thấp, lái chúng lên mức cao Vì vậy, điện trở kéo lên (khoảng kΩ đến 4,7 kΩ) sử dụng cho đường bus, để giữ cho chúng mức cao (ở điện áp dương) theo mặc định Các thiết bị kết nối với bus I2C phân loại thiết bị Chủ (Master) thiết bị Tớ (Slave) Ở thời điểm có thiết bị Master trang thái hoạt động bus I2C Nó điều khiển đường tín hiệu đồng hồ SCL định hoạt động thực đường liệu SDA Dữ liệu truyền thiết bị Master thiết bị Slave thông qua đường liệu SDA nhất, thông qua chuỗi có cấu trúc gồm số (bit) Mỗi chuỗi số gọi giao dịch (transaction) Sau khởi tạo hệ thống Việc quan trọng đưa robot delta vị trí Home Vị trí xác định nhờ vào ba cảm biến đo góc nghiêng MPU6050 – GY521 đặt ba cánh tay robot Sau thực set Home cho robot, ta tiến hành điều khiển vị trí cho động 51 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 5.2.3 Giải thuật điều khiển đưa robot vị trí Home Vị trí Home định nghĩa vị trí mà cánh tay robot lệch góc so với phương ngang Khi chương trình điều khiển bật lên cần xác định xem robot đưa vị trí Home hay chưa cách đọc giá trị góc cảm biến Nếu giá trị cảm biến chưa góc định trước, chương trình bật động tương ứng điều khiển cánh tay robot di chuyển lên để cảm biến đạt giá trị mong muốn Chương trình ngắt có nhiệm vụ tắt động bật lên cấu đạt vị trí Home Đưa vị trí Home Động quay lên N Cảm biến Set góc Ɵi = a Động quay lên N Cảm biến Set góc Ɵi= a Y Động dừng Động quay lên N Cảm biến Set góc Ɵi = a Y Động dừng Y Động dừng Return Hình 5.4 : Lưu đồ giải thuật đưa robot vị trí Home 52 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN Sau đưa robot vị trí Home, ta cần nhập vào điểm mà robot cần di chuyển Việc chúng cần làm thực tốn nội suy để tính giá trị góc xuất số xung tương ứng để điều khiển động 5.2.4 Giải thuật điều khiển vị trí Điều khiển vị trí goc[i] = new_goc[i] – old_goc[i] Giá trị Timer[i] = clock/[(2500.goc[i])/9] Set giá trị Timer; n[i] = 0; N If n[i] < xung[i] Y End N Ngắt Timer[i] Y n[i] = n[i] + Hình 5.5: Lưu đồ giải thuật điều khiển vị trí 53 CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG ĐỘNG HỌC VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN Ta chia điểm di chuyển robot thành tập hợp điểm, thơng qua tốn động học nghịch ta tính giá trị góc mà động cần quay thơng qua tập hợp điểm Trong lưu đồ giải thuật, biến goc[i] = new_goc[i] – old_goc[i] giá trị góc mà động cần tiếp tục quay để đạt vị trí mong muốn Biến 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟[𝑖] khoảng thời gian hai lần timer đếm Để robot di chuyển mịn hơn, driver điều khiển động cài đặt số 25600 xung/vịng Ta tính số xung cần cấp cho động 𝑥𝑢𝑛𝑔[𝑖] = (25600 𝑔𝑜𝑐[𝑖])/360 = (1250 𝑔𝑜𝑐[𝑖])/9 Từ đó, ta tính giá trị hai lần đếm 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟[𝑖] = 𝑐𝑙𝑜𝑐𝑘/[(1250 𝑔𝑜𝑐[𝑖])/9] Trong đó, biến 𝑐𝑙𝑜𝑐𝑘 giá trị chu kì xung clock hệ thống Sau ta cài đặt giá trị cần nạp vào cho timer để tràn timer nhảy vào chương trình ngắt Tiếp đến, số xung nhỏ số xung cần cấp chương trình nhảy vào hàm ngắt để bật động quay, đồng thời giá trị biến đếm n[i] tăng lên đơn vị sau lần nhảy vào hàm ngắt Công việc lặp lặp lại thực đủ số xung cần cấp, động quay giá trị góc mong muốn chương trình dừng lại 54 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 6.1 Mục đích thực nghiệm - Kiểm nghiệm tính đắn phương trình động học giải thuật điều khiển xây dựng - Đánh giá sai số dựa kết thực nghiệm - Đánh giá nguyên nhân gây sai số hướng phát triển đề tài 6.2 Bố trí thí nghiệm kiểm tra Solidworks Motion công cụ tạo mẫu ảo cung cấp khả mô chuyển động để đảm bảo chức thiết kế cách Từ mô chuyển động đơn giản đến phức tạp Sử dụng công cụ Solidworkd Motion cho khả nhìn thấy chi tiết , cách lắp ráp Robot Delta mô động học giúp có nhìn sâu sắc hình dung rõ nết vấn đề tiềm ẩn thay cho thiết bị vào sản xuất phát Để hiểu rõ sơ đồ giải thuật điều khiển trình bày mục 5.1 chương , nhóm em định dùng phàn mềm Solidworks để vẽ chi tiết dùng công cụ Solidworks Motion để mô hoạt động Robot Delta 55 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 6.1: Vị trí Home Ở trạng thái : Robot Delta sau khởi động , khớp hoạt động đề tiến vị trị Home để sẵn sàng công việc Đợi gói hàng hóa chạy tới để tiến hành sử phân loại sản phẩm chạy băng tải hàng Hình 6.2 : Tiến hành gắp vặt Sau nhận tín hiệu phát hàng hóa từ cảm biến quang , cảm biến màu sắc phát vật thể màu đỏ Lúc Robot Delta bắt đầu tính tốn động học ngược để xác định vị trí thực chu trình gắp vật 56 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 6.3 : Tiến hành thả vật Sau thực gắp vật , Robot Delta bắt đầu tính tốn động học ngược để xác định vị trí thực chu trình đặt vật màu đỏ Tương tự vật mầu xanh , lúc cảm biến mau sắc phát tín hiệu sản phẩm cịn lại tiến hành chu trình gắp vật tính tốn đặt vật vào vị trí màu xanh Cuối , thiết kế Robot Delta giao tiếp với người dùng thông qua nút nhấn Start Stop Nên khơng cịn hàng hóa băng tải , phải nhấn Stop để kết thúc trình làm việc Robot Delta Đánh giá kết mô : Sau thực mô phổng Solidworks Motion Chúng em thấy sản phẩm hoạt động mục tiêu ban đầu nhóm đặt Nhưng có phần hệ thống chạy chưa đạt độ nhạy ổn định mong đợi chúng em đặt Một phần hệ thống nhóm chúng em 57 CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 6.3 Tổng kết đánh giá kết Đồ án thực nhiệm vụ sau: − Nghiên cứu, tìm hiểu tổng quan về robot delta − Phân tích lựa chọn phương án thiết kế − Mô động học xây dựng giải thuật điều khiển robot delta − Mô phổng thành công Robot Delta phần mềm giả lặp Các nhiệm vụ hồn thành, nhiên kết đạt cịn hạn chế, chưa thỏa mãn yêu cầu đặt sai số Q trình thực nghiệm cịn nhiều hạn chế như: − Giải thuật điều khiển đơn giản, giải tốn điều khiển vị trí, chưa xét đến toán điều khiển vận tốc moment − Chưa thể phân tích thứ cịn bất cặp mơ phổng mơ hình phần mềm Solidworks Như cảm biến có sử lý xác mơ phổng không , tốc đổ phân biệt vật thể Robot Delta thiết kế có bị hạn chế đâu so với mô phổng , tốc độ gắp vật đặt vào vị trí có nhanh mong muốn đề không 6.4 Phương án khắc phục hạn chế hướng phát triển đề tài Từ hạn chế nên trên, đề tài phát triển thêm số hướng để khắc phục phát triển sau: − Xây dựng giải thuật điều khối tối ưu điều khiển robot delta − Giữa vào thông tin nghiên cứu để làm tài liệu để áp dụng chế tạo sản phẩm hoàn thiện − Tính tốn hay nâng cấp Robot Delta nhiều mục đich khác 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất – Lê Uyển (2006) Tính tốn thiết kế dẫn động khí, Tập Nxb Giáo dục [2] Trịnh Chất – Lê Uyển (2006) Tính tốn thiết kế dẫn động khí, Tập Nxb Giáo dục [3] Clavel, R (1988) Delta, a fast robot with parallel geometry In Prof of the 18th International Symposium on Industrial Robots (ISIR), pp 91.100 [4] Robert L.Williams II, PhD (2016) The Delta Parallel Robot: Kinematics Solution Mechanical Enginering, Ohio University [5] Aldre Olsson (2009) Moldeling and control of a Delta – robot Lund University, England [6] Ma Li, Dexue Bi and Zhipeng Xiao (2015) Mechanism Simulation and Experimentof 3- dof Parallel Robot Based on MATLAB International Power, Electronics and Materials Engineering Conference (IPEMEC 2015), pp 201 – 304 [7] Miller K (2002) Maximization of workspace volume of 3-DOF spatial parallel manipulators Journal of Mechanical Design, pp 347-350 [8] Qiming Tao (2003) The Research of Robot’s Trajectory Planning Hefei Universityof Technology [9] Michael Louis Pauly (2014) Workspace Analysis of a Linear Delta robot: Calculation the Incribed Radius Rose-Hulman Institute of Technology [10] Điền, L.K (2013) Vẽ kỹ thuật khí Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [11] Tốn, N.Đ (2013) Dung sai lắp ghép Nhà xuất giáo dục Việt Nam [12] Lộc, N.H (2013) Cơ sở thiết kế máy Nhà xuất Đại học Quốc Giao TP Hồ Chí Minh 59 ... Ứng dụng delta robot đóng gói sản phẩm .9 Hình 1.11: Ứng dụng robot delta lắp ráp linh kiện Hình 1.12: Ứng dụng robot delta lĩnh vực y học giải phẫu 10 Hình 1. 13: Ứng dụng robot delta. .. 1.14: Ứng dụng cấu delta công nghê giao tiếp Haptic 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 .3 Mục tiêu, nhiệm vụ phạm vi đề tài 1 .3. 1 Đề tài đồ án “ Thiết kế , chế tạo điều khiển Robot Delta bậc tự ứng dụng việc. .. tự ứng dụng việc phân loại sản phẩm ” 1 .3. 2 Mục tiêu Tìm hiểu, tính tốn, thiết kế, chế tạo điều khiển mơ hình Robot Delta bậc tự di chuyển từ điểm đến điểm, thông qua việc áp dụng kiến thức học