Thiết kế, chế tạo robot in 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT IN 3D S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2021 - 151 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN QUANG PHÚC S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT IN 3D SV2021-151 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ chế tạo máy SV thực hiện: Nguyễn Quang Phúc Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 17143CL2A, CLC Ngành học: Công nghệ chế tạo máy Nam, Nữ: Nam Năm thứ: Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Minh TP Hồ Chí Minh, 10/2021 /Số năm đào tạo: Mục lục CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu 1.5 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu khái quát cánh tay robot .3 2.2 Cấu tạo cánh tay robot 2.2.1 Khâu 2.2.2 Khớp 2.2.3 Các cấu robot 2.2.4 Cấu trúc không gian hoạt động 2.3 Giới thiệu công nghệ tạo mẫu nhanh .14 2.5 Quy trình tạo mẫu nhanh 15 2.6 Giới thiệu số công nghệ tạo mẫu nhanh 15 2.6.1 Công nghệ Stereolithography Apparatus (SLA) .15 2.6.2 Công nghệ Laminated Object Manufacture (LOM) .17 2.6.3 Công nghệ Selective Laser Sintering (SLS) 18 2.6.4 Công nghệ 3D Printing (3DP) 20 2.6.5 Công nghệ Fused Deposition Modeling (FDM) .22 2.7 Kết luận 24 CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT IN 3D 25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Biểu diễn Denavit – Hartenberg toán động học robot .25 3.3 Động học thuận 30 3.4 Động học nghịch 32 3.5 Mơ hình động lực học robot 37 3.5.1 Động hệ 38 3.5.2 Thế hệ 38 3.5.3 Phân tích lực moment xoắn hệ 38 3.5.4 Phương trình động lực học 39 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ GIA CƠNG MƠ HÌNH ROBOT IN 3D 41 4.1 Động bước (Step Motor) 41 4.1.1 Động bước 41 4.1.2 Cấu tạo động bước .41 4.1.3 Đặc điểm động bước 42 4.1.4 Phân loại động bước 42 4.1.5 Phương pháp điều khiển động bước 46 4.2 Driver điều khiển động bước (Step Driver) 47 4.2.1 Step Driver 47 4.2.2 Driver động Step pha 48 4.3 Arduino 50 4.3.1 Ưu điểm Arduino 51 4.3.2 Tại sử dụng Arduino 51 4.3.3 Giới thiệu sơ lược Arduino Mega 2560 .52 4.3.4 Cấu tạo Arduino Mega 2560 53 4.3.5 Sơ đồ linh kiện Arduino Mega 2560: .54 4.3.6 Các đặc điểm kỹ thuật Arduino Mega 2560 55 4.4 Phần mềm Cura 59 4.4.1 Giới thiệu phần mềm Cura 59 4.4.2 Nguyên lý hoạt động phần mềm .60 4.4.3 Trình tự cơng việc in 3D 60 4.5 Nguồn .61 4.6 Thiết kế cánh tay robot 64 4.6.1 Thiết kế khung cánh tay robot .64 4.6.2 Thiết kế cánh tay robot 65 4.6.3 Thiết kế đế .67 4.7 Kết luận hướng phát triển 68 4.7.1 Kết luận 68 4.7.2 Hướng phát triển 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 DANH MỤC CÁC TỪ BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các loại khớp thường sử dụng robot Bảng 2.2: So sánh đặc tính robot cấu nối tiếp song song Bảng 2.3: Thông số công nghệ SLA (Stereolithography Apparatus) .17 Bảng 2.4: Thông số công nghệ LOM (Laminated Object Manufacturing) 18 Bảng 2.5: Thông số công nghệ SLS (Selective Laser Sintering) 20 Bảng 2.6: Thông số công nghệ 3DP (3D Printing) 22 Bảng 2.7: Thông số công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling) .23 Bảng 3.1: Bảng tham số Denavit – Hartenberg 28 Bảng 3.2: Bảng tham số DH .31 Bảng 4.1: Thông số điều khiển động bước pha Autonics MD2U-MD2 49 Bảng 4.2: Các thông số Arduino Mega 2560 .55 Bảng 4.3: Các thông tin chân nguồn 56 Bảng 4.4: Thông số nguồn Dimension QS10.241 63 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT 3DP: 3D Printing 3MF: 3D Manufacturing Format BMP: Bitmap CAD: Computer-aided Design and Drafting CAM: Computer Aided Manufacturing CNC: Computerized Numerical Control D – H: Denavit – Hartenberg DoF: Denavit – Hartenberg FDM: Fused Deposition Modeling GIF: Graphics Interchange Format IDE: An Integrated Development Environment ISR: The Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance JPG: Joint Photographic Experts Group LED: A Light-emitting Diode LOM: Laminated Object Manufacturing OBJ: Object PNG: Portable Network Graphics SLA: Stereolithography Apparatus SLS: Selective Laser Sintering STL: Standard Tessellation Language USB: Universal Serial Bus X3D: Extensible 3D BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT IN 3D - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Quang Phúc Mã số SV: 17143126 - Lớp: 17143CL2A Khoa: Đào tạo Chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Lớp MSSV Khoa Đoàn Minh Triết 17143154 17143CL2B CLC Huỳnh Đặng 17143068 17143CL2B CLC - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Minh Mục tiêu đề tài: nhằm nghiên cứu tổng quan cánh tay robot bậc tự do, nghiên cứu công nghệ in FDM, vận dụng Tính sáng tạo: sử dụng cánh tay robot vào việc in 3D Kết nghiên cứu: mô hình cánh tay robot in 3D Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Các phương pháp sản xuất cũ dựa vào khuôn mẫu cơng nghệ cắt để tạo hình dạng mong muốn Thiết kế hình dạng hình học phức tạp gây khó khăn tốn cho công nghệ In 3D giải vấn đề cách dễ dàng, khơng có nhiều thử thách làm khó cơng nghệ với vật liệu hỗ trợ phù hợp Khách hàng dễ dàng hình dung ý tưởng thiết kế Rút ngắn thời gian tạo mơ hình thu nhỏ kiến trúc 3D Mơ hình in 3D với chất lượng tuyệt vời, đa dạng chất liệu Dễ dàng chỉnh sửa, tái sử dụng, in lại mơ hình kiến trúc in 3D Để đáp ứng với nhu cầu ngày cao ngành tạo mẫu hay tạo khuôn thúc công nghệ in 3D đời loại máy in 3D khác Cánh tay robot in 3D số loại máy in 3D Với ưu trội cánh tay robot in 3D như: vật liệu in đa dạng (nhựa, kim loại, thực phẩm,…), có tính linh hoạt, độ bền, độ xác cao, thời gian in nhanh, tiết kiệm chi phí tạo khn Bên cạnh đó, cánh tay robot in 3D ứng dụng rỗng rãi nhiều lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật, sản suất,…Vì cho phép tạo vật thể dạng 3D cách xác hoàn chỉnh 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Tạo chi tiết dạng vừa nhỏ, độ xác cao hình dạng mơ hình 3D chi tiết Ý nghĩa thực tiễn: In 3D để tạo mẫu công nghiệp cách nhanh chóng đơn giản, nhằm đẩy nhanh giai đoạn phát triển sản phẩm, phương thức sản xuất nguyên mẫu cho phép lặp lại nhiều mẫu thử với giải pháp tối ưu Điều tiết kiệm thời gian tiền bạc từ bắt đầu q trình phát triển tồn sản phẩm đảm bảo độ xác trước làm cơng cụ sản xuất 1.3 Mục tiêu đề tài Đề tài nhằm nghiên cứu thiết kế cánh tay robot in 3D, qua nghiên cứu tổng quan cánh tay robot bậc tự do, tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động cánh tay robot, ứng dụng Arduino để điều khiển cánh tay robot Nghiên cứu công nghệ in FDM Vận dụng kiến thức học tìm hiểu xây dựng mơ hình cánh tay robot in 3D hoạt động lập trình 1.4 Đối tượng mục tiêu nghiên cứu Đối tương nghiên cứu đề tài mơ hình cánh tay robot in 3D bậc tự sử dụng mạch Arduino để điều khiển Nghiên cứu tổng quan cấu tạo nguyên lý hoạt động cánh tay robot mạch điều khiển nghiên cứu công nghệ in FDM Vận dụng kiến thức để vận hành lập trình điều khiển cánh tay robot in 3D 1.5 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan cánh tay robot bậc tự Nghiên cứu, thiết kế truyền động máy Nghiên cứu hệ thống in FDM 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 S K L 0 ... cầu ngày cao ngành tạo mẫu hay tạo khuôn thúc công nghệ in 3D đời loại máy in 3D khác Cánh tay robot in 3D số loại máy in 3D Với ưu trội cánh tay robot in 3D như: vật liệu in đa dạng (nhựa, kim... cứu công nghệ in FDM, vận dụng Tính sáng tạo: sử dụng cánh tay robot vào việc in 3D Kết nghiên cứu: mơ hình cánh tay robot in 3D Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT IN 3D SV2021-151 Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ chế tạo máy