THIẾT KẾ VÀ THỊ CÔNG MÔ HÌNH TAY MÁY SCARA 2 BẠC TỰ DO

Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH TAY MÁY SCARA BẬC TỰ DO SVTH LỚP GVHD : NGUYỄN HỒNG DANH -710011D N GUYỄN MAI TOÀN - 710115D : 07DD3N : Th.S HOÀNG TRUNG HIẾU TP HCM, Tháng 7/2008 SVTH: Nguyễn Mai Tịan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu LỜI CẢM ƠN  Qua thời gian tìm hiểu thực luận văn, đến luận văn tốt nghiệp hịan thành Có kết nhờ dạy dỗ ân cần thầy trường Tơn Đức Thắng nói chung khoa Điện-Điện tử nói riêng Nhân đây, em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện-Điện tử thầy Hịang Trung Hiếu tận tình hướng dẫn em từ lúc nhận đề tài đến lúc hoàn thành tốt luận văn Chuùng em gắng tận dụng tất kiến thức học trường với tìm tịi nghiên cứu, để hồn thành tốt luận văn Đây tảng kiến thức để em tự tin phát triển nghề nghiệp sau Những kết đạt ngày hôm không lớn lao thành năm tháng học tập, thành cơng vào đời Tp Hồ Chí Minh, Ngày 12 tháng 07 năm 2008 Sinh viên thực NGHUYỄN MAI TÒAN NGUYỄN HỒNG DANH SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu GIỚI THIỆU CHUNG Trong q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước , khu công nghiệp phát triển manh mẽ rộng khắp, kèm theo phát triển cơng nghệ tiên tiến bước vào Việt Nam Trong có thiết bị lập trình PLC (Programmable Logic Controller) dần thay thiết bị điều khiển cũ , để thực hồn tồn q trình cơng nghệ Trên giới hãng lớn PLC Omron, Allen Bradly, Siemens… không ngừng phấn đấu để đưa sản phẩm lĩnh vực với tính PLC ngày mạnh, tốc độ xử lý nhanh đáp ứng yêu cầu công nghiệp với tốn khó, độ phức tạp cao Hiện thị trường Việt Nam PLC hãng Siemenes xử dụng nhiều Và giao diện người-máy HMI (Human Machina Interface) quan trọng việc điều khiển giám sát trình sản xuất Hãng Siemens đưa phần mềm để xây dựng giao diện người máy WinCC có tính linh hoạt cao Ý Tưởng: Robotis chuyên ngành kỹ thuật điều khiển tự động , đươc ứng dụng rộng rãi khắp giới , bắt đầu ý nhiều nước ta Nên em chọn đề tài “ Thiết kế Thi cơng mơ hình tay máy Scara bậc tự do” ,đươc điều khiển PLC giao tiếp với máy tính thơng qua WinCC SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu PHẦN 1: TÌM HIỂU LÝ THUYẾT Chương I : GIỚI THIỆU TAY MÁY I Tìm hiểu Robot: ` Robotics hiểu ngành khoa học , có nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế , chế tạo robot ứng dụng chúng nhiều lĩnh vực hoạt động khác xã hội loài người , nghiên cứu khoa học- kỹ thuật , kinh tế , quốc phòng dân sinh Về kỹ thuật Robot định nghĩa “cơ cấu chấp hành đa chức tái lập trình thiết kế để chuyển tải vật tư, công cụ, thiết bị chuyển động lập trình để thực tác vụ khác nhau” Địng nghĩa bao gồm cấu chấp hành, máy điều khiển số, mày di chuyển, người máy khoa học giả tưởng Mặc dù, nhiều người coi Robot người máy, Robot công nghiệp ngày có hình thức khác vời người Ví dụ tay máy công nghiệp Robot công nghiệp máy tự động đặt cố định hay di động , bao gồm thiết bị thừa hành dạng tay máy có số bậc tự hoạt động thiết bị điều khiển theo chương trình , tái lập trình để hồn thành chức vận động điều khiển q trình sản xuất Rơbot cơng nghiệp có đặc trưng bản: - Thiết bị vạn 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 dỡ nguyên vật liệu, lắp ráp, đo lường… Vào đầu kỷ 20 , khái niệm sản xuất hang khối bắt đầu xuất Trong môi trường sản xuất hàng khối , hấu hết quy trình đươc thưc máy chuyên dùng Phương pháp làm giảm rỏ rệt chi phí sản xuất , sản phẩm công nghiêp phù hợp với hầu hết người Tuy nhiên máy công cụ đươc thiết kế để thực công việc , lần thay đổi kiểu mẫu sản phẩm , phải thay đổi tồn bơ dây chuyền sản xuất Việc sửa đổi dây chuyền sàn xuất mổi thay đổi kiểu mẫu sản phẩm có tốn Kiểu tự động hóa gọi tự động hóa cứng Tính khơng linh hoạt chi phí cao tự động hóa cứng đưa đến phương pháp tiếp cận hoàn toàn Gần , cấu chấp hành robot đươc đưa vào quy trình chế tao để thực nhiều cơng việc Do cấu chấp hành điều khiển máy tính hay vi xử lý , chúng tái lâp trình cách dễ dàng cho nhiều cơng việc khác Do , khơng cần phải thay máy móc thay đổi kiểu mẫu sản phẩm Đây kiểu tư động hóa linh hoạt Sự phát triển robot công nghiệp bắt đầu vào cuối năm 40 Ban đầu dùng để chuyền tải sản phẩm nguy hiểm , dùng thám hiểm khơng gian , sau dùng tự động hóa linh hoạt Vào cuối năm 1950 , cấu lập trình bắt đầu xuất cải tiến liên tục Đặc tính quan trọng phối hợp điều khiên máy tính vi xử lý với cảm biến hồi tiếp để đat đươc chức lập trình đa chức Trong năm 80 robot cơng nghiệp có bước phát triển vượt bậc mạnh mẽ , yêu cầu cao vê tự động hóa linh hoạt kinh tế thám hiểm không gian công nghiệp ôtô Vào năm 90 nhiều công ty Nhật , Châu Âu Bắc Mỹ sử dụng rộng rãi robot nhiều lĩnh vực cơng nghiệp SVTH: Nguyễn Mai Tịan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hịang Trung Hiếu Thiết kế thi cơng tay máy hai bậc tự Ngoài , việc chế tạo Robot thống điểm: thực hoài bảo người, tạo thiệt bị thay hoạt động khơnh thích hợp với như: - Các cơng việc lặp lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu, lắp ráp, lau cọ nhà… - Trong môi trường khắc nghiệt nguy hiểm: ngồi khoảng khơng vũ trụ, chiến trường, nước sâu, lòng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ cao,… - Những việc địi hỏi độ xác cao, thơng tắc mạch máu ống dẫn thể, lắp ráp cấu tử vi mạch… Ví du : Robot hoat động khơng gian II Tìm hiểu tay máy: Tay máy ( Manipulator ) cấu khí gồm khâu khớp Chúng hình thành cánh tay để tạo chuyển động bản, cổ tay tạo nên khéo léo , linh hoạt bàn tay (end effector) để trực tiếp hoàn thành thao tác đối tượng Có nhiều loại tay máy : tay máy kiểu tọa độ decac , trụ , cầu SCADA , kiểu tay người … Tay máy phần sở, định khả làm việc Robot cơng nghiệp Đó thiết bị khí đảm bảo cho Robot khả chuyển động khộng gian khả làm việc, nâng hạ vật, lắp ráp… Ý tưởng ban đầu việc thiết kế chế tạo tay máy tác cấu tạo chức tay người Về sau khơng cịn điều bắt buộc Tay máy đa dạng nhiều loại có dáng vẻ khác xa tay người SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt, gồm khớp quay khớp trượt khớp điều có trục song song với Kết cấu làm tay máy cứng vững theo phương thẳng đứng cứng vững theo phương chọn, phương ngang Loại chuyên dùng cho công việc lắp ráp với tải nhỏ theo phương thẳng đứng SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Trang Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu III Động học tay máy: Theo quan điểm động học, tay máy biểu diễn chuỗi động học hở, gồm khâu, liên kết với khớp quay hay khớp trượt Một đầu chuỗi gắn lên thân, đầu nối với phần cơng tác Thao tác qua trình làm việc địi hỏi phần cơng tác phải định vị định hướng xác khơng gian Động học tay máy giải lớp toán: - Lớp toán thuận vào biến khớp để xác định vùng làm việc phần công tác mô tả chuyển động phần công tác vùng làm việc - Lớp tốn ngược, xác định biến khớp để đảm bảo chuyển động cho trước phần cơng tác SVTH: Nguyễn Mai Tịan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Y Y2  Y1  O X1 X2 X Bài toán thuận x1  l1 Cos   x  l Sin      2  x  x1  x   x  l1 Cos  l Sin      2  y1  l1 Sin   y  l Cos      2  y  y1  y   y  l1 Sin  l Cos      2  SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự   tan 1 GVHD: ThS Hịang Trung Hiếu Bài tốn ngược: yw xw l12  l 22  2l1l cos   r mà r  x w2  y w2 vây l12  l 22  2l1l cos   x w2  y w2 cos   l12  l 22  x w2  y w2 2l1l l  l 22  x w2  y w2   cos 2l1l 2 1 mà         cos 1 SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D l12  l 22  x w2  y w2 2l1l Trang Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự Tương tự, ta có GVHD: ThS Hịang Trung Hiếu r  l12  2rl1 cos   l 22 x w2  y w2  l12  l 22  2rl1 cos  cos   x w2  y w2  l12  l 22 2rl1 r  x w2  y w2 1      tan 1 2 2 yw 1 x w  y w  l1  l  cos ww 2l1 x w2  y w2 SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DC Đông DC động chạy dòng chiều từ nguồn điện chiều Khi motor cung cấp nguồn DC , biến đổi lượng điện thành cơ.Động điện chiều thường sử dụng rộng rãi hệ truyền động cần thay đổi cần thay đổi tốc độ yêu cầu điều chỉnh lớn , tốc độ ổn định cao.Động chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt dùng nhiều trog ngành cơng nghiệp có u cầu cao vê điều chỉnh tốc độ cán thép , hầm mỏ , giao thong vận tải… Động chiều ( DC ) sử dụng công nghiệp từ nhiều năm qua Cùng với điều khiển DC , động điện chiều cung cấp điều khiển xác Động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu moment mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng băng tải, thang máy , máy ép , ứng dụng ngành hàng hải, cán vật liệu , giấy , nhựa, cao su , thép ứng dụng công nghiệp dệt may … I Cấu tạo hoạt động động DC: Cấu tạo động DC gồm phần chính: +Phần tĩnh hay Stato: Còn gọi phần cảm , gồm có lõi thép cuộn dây kích từ Cuộn dây kích từ đặt vào lõi thép để tạo thành nam châm điện Trong động công suất nhỏ , stato nam châm vĩnh cửu Tuy nhiên , động công suất lớn , stato nam châm điện Cuộn kích từ lỏi thép gắn vào vỏ động +Phần quay hay gọi phần Rotor: Còn gọi phần cứng , gồm lõi thép dây quấn phần cứng Lõi thép hình trụ làm thép kỹ thuật điện dày 0.5mm , phủ sơn cách điện ghép lại Các thép dập có lổ thơng gió rãnh để đặt dây quấn phần cứng Dây quấn phần cứng luôn dạng cuộn đặt vào rãnh lõi thép Mỗi phần tử dây quấn phần cứng có nhiều vòng dây , hai đầu nối với hai phiến góp Hai cạnh tác dụng phần tử dây quấn đặt hai rãnh hai cực khác tên Mỗi phần tử có vịng , phần tử nối thành vịng kín Rotor lồng vào cuộn dây kích từ , đỡ ổ bi , nắp vỏ quay cực cuộn dây kích từ +Cổ góp : gồm phiến góp đồng ghép cách điện , có dạng hình trụ , gắn đầu trục rotor Các đầu dây phần tử nối với phiến góp SVTH: Nguyễn Mai Tịan_ 710115D Trang 10 Nguyễn Hồng Danh_710011D Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Giao diện trang họat động SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang 75 Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Bộ nhớ nội SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang 76 Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu Bộ nhớ liên kết PLC SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang 77 Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự Xử lý WINCC: GVHD: ThS Hòang Trung Hiếu LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT: BEGIN RESET NHẬP TỌA ĐỘ CHUYỂNC TỪ TỌA ĐỘ SANG SỐ GÓC CHUYỂN TỪ GÓC SANG SỐ XUNG CHUYỂN XUỐNG PLC THE END SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang 78 Báo cáo luận văn Thiết kế thi công tay máy hai bậc tự GVHD: ThS Hịang Trung Hiếu CHƯƠNG TRÌNH WINCC: double a,b,c,d,e,f,h,g,i,j,k,cosbeta,beta,goc_2,cosanfa,anfa; double tan,goc_1,xung_1,xung_2; a=GetTagDouble("toado_x"); //Return-Type :double b=GetTagDouble("toado_y"); //Return-Type :double c=GetTagDouble("khau_1"); //Return-Type :double d=GetTagDouble("khau_2"); //Return-Type :double e=a*a+b*b; // binh phuong tong toa f=sqrt(e); //Return-Type :double g=c*c+d*d; //binh phuong tong khau; h=c*c-d*d; // binh phuong hieu khau i=2*c*d; // khau1 * khau j=2*c*f; // khau * can bac cua binh phuong tong toa k=b/a; // khau / khau cosbeta=(g-e)/i; // tinh cos goc beta beta=acos(cosbeta); //Return-Type :double beta=beta*180/3.14; // chuyen tu radian sang degree goc_2= 180-beta; // goc toa khau cosanfa=(e+h)/j; // tinh cos goc anpha anfa=acos(cosanfa); //Return-Type :double anfa=anfa*180/3.14; // chuyen tu radian sang degree tan=atan(k); //Return-Type :double tan=tan*180/3.14; // chuyen tu radian sang degree goc_1=tan-anfa; // goc toa khau xung_1=goc_1*100.0/360.0*4.529; // chuyen tu goc_1 sang xung_1 xung_2=goc_2*100.0/360.0*4.529;// chuyen tu goc_2 sang xung_2 SetTagDouble("goc_1",goc_1); //Return-Type :BOOL SetTagDouble("goc_2",goc_2); //Return-Type :BOOL SetTagDouble("soxung_1a",xung_1); //Return-Type :BOOL SetTagDouble("soxung_2a",xung_2); //Return-Type :BOOL SetTagDouble("XUNG_1",xung_1); //Return-Type :BOOL SetTagDouble("XUNG_2",xung_2); //Return-Type :BOOL SVTH: Nguyễn Mai Tòan_ 710115D Nguyễn Hồng Danh_710011D Trang 79 Báo cáo luận văn GVHD: ThS Hịang Trung Hiếu Thiết kế thi cơng tay máy hai bậc tự LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH PLC: BEGIN CĨ SỐ XUNG TỪ PLC RESET CHƯƠNG TRÌNH ĐỌC HIGH SPEECH COUNTER CHẠY ĐỘNG CƠ SOXUNG