Thiết kế, thi công và điều khiển robot scara 4 bậc phân loại sản phẩm theo màu sắc

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, THI CÔNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA BẬC PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC MÃ SỐ: SV2021 - 120 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: NGUYỄN CHÍ TÂM SKC007643 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 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, THI CÔNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA BẬC PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SV2021120 Thuộc nhóm ngành khoa học: Ứng dụng SV thực hiện: Nguyễn Chí Tâm Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 17151CL2A Khoa đào tạo chất lượng cao Năm thứ: 04 /Số năm đào tạo: 04 Ngành học: Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Phong Lưu TP Hồ Chí Minh, 10/2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG Chương 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp ngh 1.5 Nội dung đề tài Chương 2.1 Lựa chọn cấu hình 2.2 Xử lý ảnh 2.2.1 2.2.2 2.2.3 Chương 3.1 Tính toán động họ 3.1.1 3.1.2 3.2 Động lực học tay 3.3 Mô điều kh Chương 4.1 Yêu cầu thiết kế 4.2 Thiết kế cánh tay 4.3 Lựa chọn thiết bị 4.3.1 4.3.2 4.3.3 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 4.4 Sơ đồ kết nối phần cứn 5.1 Cấu trúc thành p 5.2 Yêu cầu thiết kế 5.3 Thiết kế hình điều 5.4 Lưu đồ giải thuật 6.1 Kết đạt ph 6.2 Kết đạt ph 7.1 Kết luận 7.2 Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Robot Scara đóng gói sản phẩm Hình Cánh tay robot Scara bậc 11 Hình Hệ trục tọa độ robot 11 Hình 3: Sơ đồ khối điều khiển tay máy giải thuật PID 16 Hình 4: Đáp ứng góc thứ 17 Hình 5: Đáp ứng góc thứ 17 Hình 6: Đáp ứng góc thứ 17 Hình 7: Đáp ứng góc thứ 18 Hình 1: Mơ hình cánh tay robot Scara bậc solid work .24 Hình 2: Kích thước mơ hình 25 Hình 3: Động bước nema 17 26 Hình 4: Arduino UNO R3 27 Hình 5: Driver TB6600 27 Hình 6: Camera Logitech C270 28 Hình 7: Bơm giác hút chân không 28 Hình 8: Nguồn tổ ong 12VDC 28 Hình 9: Sơ đồ kết nối cánh tay robot scara 29 Hình 1: Cấu trúc điều khiển robot 33 Hình 2: Giao diện điều khiển giám sát robot 34 Hình 3: Lưu đồ điều khiển chương trình 34 Hình 4: Lưu đồ điều khiển chế độ tự động chế độ tay 35 Hình 5: Lưu đồ nhận dạng màu sắc vị trí vật thể 35 Hình 1: Phần cứng sau lắp ráp 37 Hình 2: Robot scara hoàn thành 37 Hình 3: Chương trình chạy giao diện điều khiển 38 Hình 4: Kết điều khiển mô 39 Hình 5: Robot scara gắp trả hàng 40 Hình 6: Kết nhận dạng màu sắc vị trí vật 40 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các kí hiệu hệ trục tọa độ 11 Bảng 2: Bảng DH robot 12 Bảng 3: Tác động tăng thông số độc lập 16 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PID: Proportional Integral Derivative HMI: Human Machine Interface RGB: Red Green Blue HSV: Hue-Saturation-Value DH: Denavit - Hartenberg TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 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: - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Chí Tâm Mã số SV: 17151124 - Lớp: 17151CL2AKhoa: Đào tạo chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Nguyễn Công Khai Đồn Trung Cương Nguyễn Trung Tính Nguyễn Ngọc Hải - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Phong Lưu Mục tiêu đề tài: Đề tài “Thiết Kế, Thi Công Và Điều Khiển Robot Scara Bậc Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu Sắc” thiết kế với mục tiêu cụ thể sau: - Thiết kế mơ hình robot scara bậc tự Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Giám sát điều khiển qua hình HMI/PC Kiểm tra đánh giá sai số tính tốn lí thuyết thực tế Tính sáng tạo: Cải tiến thiết kế, kết hợp xử lý ảnh nhận dạng để robot phân loại đóng gói sản phẩm Kết nghiên cứu: Kết đạt đề tài thiết kế, thi công điều khiển thành công cánh tay robot scara ứng dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm theo yêu cầu đề tài TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Chương Kết Quả Đạt Được Chương Kết Quả Đạt Được 6.1 Kết đạt phần cứng Phần cứng sau hồn thiện hình 6.1 6.2, tồn mơ hình gia cơng nhơm với độ dày 5mm Hình 1: Phần cứng sau lắp ráp Hình 2: Robot scara hồn thành 37 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Chương Kết Quả Đạt Được 6.2 Kết đạt phần mềm điều khiển 6.2.1 Kết phần mềm Tồn hoạt động robot điều khiển hình điều khiển hình 6.3, ngồi việc điều khiển hình cịn cho phép giám sát thông số tay máy vị trí, góc … Để tiết kiệm thời gian linh hoạt cho người sử dụng, hình cịn cho phép người điều khiển lập trình trực tiếp hình Hình 3: Chương trình chạy giao diện điều khiển 6.2.2 Kết điều khiển Tồn mơ hình biểu diễn khơng gian ba chiều chuyển động điều khiển robot, phân loại sản phẩm mơ tả hình 6.4 38 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Chương Kết Quả Đạt Được (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 4: Kết điều khiển mô 39 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Chương Kết Quả Đạt Được Sau mơ thành cơng, nhóm sinh viên tiến hành điều khiển trực tiếp mô hình thật đạt kết tốt với sai số khoảng cho phép để robot lấy nhận hàng xác thể hình 6.5 (a) (c) (b) (d) Hình 5: Robot scara gắp trả hàng Trong điều kiện ánh sáng tốt, hệ thống nhận dạng tốt màu sắc vị trí sản phẩm hình 6.6 Hình 6: Kết nhận dạng màu sắc vị trí vật 40 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Chương Kết Luận Và Hướng Phát Triển Chương Kết Luận Và Hướng Phát Triển 7.1 Kết luận 7.1.1 Nội dung thực Trong suốt 12 tháng thực đề tài tác giả thực nội dung sau: - Thiết kế, thi công phần cứng robot scara bậc tự Tính tốn mơ phỏng, điều khiển robot scara điều khiển PID Thiết kế hình điều khiển giám sát cho robot Nhận dạng màu sắc vị trí sản phẩm 7.1.2 Hạn chế đề tài Bên cạnh nội dung nhóm tác giả thực đề tài cịn số hạn chế sau: - Khối lượng tải trọng nhỏ Chỉ sử dụng điều khiển PID việc điều khiển robot Hiệu suất tính xác cịn hạn chế 7.2 Hướng phát triển Dựa hạn chế đề tài quan sát nhóm tác giả suốt q trình thực hiện, hệ thống phát triển thêm sau: - Cải tiến nâng cấp phần cứng robot Cải tiến khối lượng tải Nâng cao hiệu suất phân loại cho hệ thống Sử dụng điều khiển nâng cao cho robot 43 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Tài Liệu Tham Khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Đặng Xuân Ba, “chapter manipulator dynamics”, slide 15-16 [2] TS Đặng Xuân Ba, “chapter forward kinematics”, slide 25 [3] https://www.machinedesign.com/mechanical-motionsystems/article/21831692/the-difference-between-cartesian-sixaxis-and-scara-robots [4] https://www.youtube.com/watch?v=QSbG2i1Z9B4 [5] PGS TS Nguyễn Trường Thịnh, “Kỹ thuật Robot”, NXB ĐH Quốc gia Tp HCM [6] TS Nguyễn Thanh Hải, “Xử lý ảnh”, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM [1] 43 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Phụ Lục PHỤ LỤC Chương trình điều khiển cánh tay robot scara #include #include #include #define X_DIR_PIN #define X_STEP_PIN #define ENABLE_PIN #define Y_DIR_PIN #define Y_STEP_PIN #define Z_DIR_PIN #define Z_STEP_PIN #define A_DIR_PIN #define A_STEP_PIN #define Pick AccelStepper stepper_x(1, X_STEP_PIN, X_DIR_PIN); AccelStepper stepper_y(1, Y_STEP_PIN, Y_DIR_PIN); AccelStepper stepper_z(1, Z_STEP_PIN, Z_DIR_PIN); AccelStepper stepper_a(1, A_STEP_PIN, A_DIR_PIN); 43 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Phụ Lục #define debug / define the buffer size #define serialbufferSize 50 / End of Constants char inputBuffer[serialbufferSize] ; int serialIndex = 0; // keep track of where we are in the buffer // End of real variables float the1, the2, the3, the4; String Command, Enable; long highSpeed = 1200, highAccel = 1200; long Step[4] = {0, 0, 0, 0}; bool Enable_status = false; bool Pick_status = false; bool Moving_status = false; void setup() { Serial.begin(500000); pinMode(X_STEP_PIN, OUTPUT); pinMode(X_DIR_PIN, OUTPUT); pinMode(ENABLE_PIN, OUTPUT); pinMode(Y_STEP_PIN, OUTPUT); pinMode(Y_DIR_PIN, OUTPUT); pinMode(Z_STEP_PIN, OUTPUT); pinMode(Z_DIR_PIN, OUTPUT); 44 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Phụ Lục pinMode(A_STEP_PIN, OUTPUT); pinMode(A_DIR_PIN, OUTPUT); pinMode(Pick, OUTPUT); pinMode(0, INPUT); pinMode(1, OUTPUT); digitalWrite(1, LOW); digitalWrite(ENABLE_PIN, HIGH); digitalWrite(Pick, LOW); stepper_x.setMaxSpeed(1200); stepper_x.setAcceleration(1200); stepper_y.setMaxSpeed(6000); stepper_y.setAcceleration(9000); stepper_z.setMaxSpeed(2000); stepper_z.setAcceleration(1200); stepper_a.setMaxSpeed(2300); stepper_a.setAcceleration(2000); Timer1.initialize(200000); Timer1.attachInterrupt(putValue); } double round(double x) { 45 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com Phụ Lục double t; if (!isfinite(x)) return (x); if (x >= 0.0) { t = floor(x); if (t - x