ĐIÈỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO Giảng viên hướng dẫn : Ts VÕ HOÀNG DUY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN GIÁP MSV : 910528D Lớp : 09DD3N Khố : 09 TP.Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2010 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Sau quảng thời gian dài tháng cuối Luận Văn tốt nghiệp em hoàn thành mong đợi Ngoài nổ lực cố gắng thân Cịn có bảo, định hướng giúp đỡ tận tình thầy Võ Hoàng Duy , em xin chân thành cảm ơn Thầy Ngoài em xin cảm ơn đến toàn thể Thầy Cô Điều khiển tự động – Trường Đại học Tôn Đức Thắng , cung cấp cho em kiến thức cần thiết 4.5 năm học tập tai trường EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN ! LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - - - BẢN NHẬN XÉT BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên Lớp Mã số sinh viên Ngành Tên đề tài : : NGUYỄN VĂN GIÁP : 09DD3N : 910528D : TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO Nhận xét giáo viên hướng dẫn: Tp Hồ Chí Minh , Ngày … tháng… năm 2009 Giáo viên hướng dẫn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - BẢN NHẬN XÉT BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên Lớp Mã số sinh viên Ngành Tên đề tài : : NGUYỄN VĂN GIÁP : 09DD3N : 910528D : TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO Nhận xét giáo viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh , Ngày … tháng… năm 2009 Giáo viên phản biện LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - BẢN NHẬN XÉT MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN - BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu cánh tay Robot 1.1.1 Thuật ngữ “Robot” 1.1.2 Kết cấu cánh tay robot 1.1.3 Ứng dụng cánh tay Robot 1.3 SCARA robot 10 1.4 Giới thiệu đề tài 12 CHƯƠNG 14 GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18F4431 14 2.1 Tổng quan Vi Điều Khiển PIC 14 2.2 Các đặc tính Vi Điều Khiển PIC 14 2.2.1 Đặc tính ngoại vi 15 2.2.1 Đặc tính đặc biệt vi điều khiển 15 2.3 Vi Điều Khiển PIC 18F4431 16 2.3.1 Sơ lược tính bật PIC 18F4431 16 2.3.2 Sơ đồ chân chức chân PIC 18F4431 18 CHƯƠNG 22 SCARA ROBOT 22 3.1 Động học SCARA Robot 22 3.2 Mơ hình 28 3.2.1 Mô hình khí 28 3.2.2 Sơ đồ, chức mạch đề tài 29 3.3 Vấn đề giao tiếp máy tính 42 3.4 Giao diện điều khiển 47 3.5 Giải thuật chương trình 52 A Trên máy tính 52 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - BẢN NHẬN XÉT B Trên Vi Điều Khiển 56 CHƯƠNG 61 KẾT LUẬN 61 4.1 4.2 Kết làm 61 Hướng phát triển 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - BẢN NHẬN XÉT MỤC LỤC HÌNH Chương Hình 1: Các thành phần Robot Hình 2: Robot kiểu SCARA 10 Hình 3: JPR4400N Series Stepper SCARA Robot 11 Hình 4: JS Series Servo SCARA Robot 11 Hình 5: Motomen acsemly robot 12 Hình 6: Mơ hình luận văn 13 CHƯƠNG 14 Hình 7: Sơ đồ chân PIC18F4431 18 CHƯƠNG 22 Hình 8: Robot SCARA hệ toạ độ (vị trí ban đầu) 22 Hình 9: Mơ hình Robot SCARA 29 Hình 10: Động DC 30 Hình 11: Encoder 31 Hình 12: Cấu tạo bên Encoder 32 Hình 13: Cơng tắc hành trình 36 Hình 14: LMD 18200 36 Hình 15: Cấu trúc bên LMD 18200 37 Hình 16: Mạch ổn định điện áp 37 Hình 17: Mạch giao tiếp điều khiển 39 Hình 18: Sơ đồ mạch in mạch điều khiển 40 Hình 19: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 41 Hình 20: Sơ đồ mạch in mạch công suất 42 Hình 21: RS232 43 Hình 22: Mạng giao tiếp RS485 46 Hình 23: Giao diện chọn chế độ hoạt động 48 Hình 24: Giao diện điều khiển 49 Hình 25: Giao diện TEST Robot 50 Hình 26: Giao diện hiển thị toạ độ 51 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Với thời đại ngày Khoa Học & Kỹ Thuật phát triển mạnh ngày đại , thông minh Sức lao động người thay loại máy móc cánh tay robot ,người máy phương tiện hỗ trợ đắc lực cho người Chúng làm việc hiệu môi trường độc hại mà người không làm Tuy Việt Nam việc áp dụng cánh tay robot & người máy vào sản xuất chưa nhiều , để phát triển đất nước lĩnh vực sinh viên chuyên ngành Tự động điều khiển ,đây lĩnh vực hứa hẹn mở nhiều triển vọng Đó lý em chọn đề tài “ Điều khiển cánh tay Robot bậc tự do” , với mong ước học hỏi trau dồi kiến thức để hồ vào phát triển Cơng Nghiệp HốHiện Đại Hố đất nước Trong trình thực đề tài này, em cố gắng ,song chắn không tránh khỏi thiếu sót, Rất mong nhận góp ý , phê bình dẫn q thầy LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - CHƯƠNG Chương GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu cánh tay Robot 1.1.1 Thuật ngữ “Robot” Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec(Czech) “Robota” kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Trong kịch này, Rossum trai ông ta chế tạo máy gần giống với người để phục vụ người Có lẽ gợi ý ban đầu cho nhà sang chế kỹ thuật cấu, máy móc bắt chước hoạt động bắp người Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “người máy công nhiệp”(Industrial robot) Ngày người ta đặt tên người máy công nghiệp(hay Robot công nghiệp) cho loại thiết bị có dáng dấp vài chức tay người điều khiển tự động để thực số thao tác sản xuất Một robot công nghiệp thường bao gồm thành phần sau: cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành, cảm biến, điều khiển, thiết bị dạy học, máy tính… phần mềm lập trình nên coi thành phần hệ thống robot Mối quan hệ thành phần robot sau: Các cảm biến Thiết bị dạy học Bộ điều khiển & máy tính Nguồn động lực Các chương trình Cánh tay robot Dụng cụ thao tác Hình 1: Các thành phần Robot LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - CHƯƠNG Cánh tay robot (tay máy) kết cấu khí gồm khâu liên kết với khớp động để tạo nên chuyển động robot Nguồn động lực động điện(một chiều động bước), hệ thống xy lanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động Dụng cụ thao tác gắn khâu cuối robot, dụng cụ robot có nhiều kiểu khác như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng công cụ làm việc mỏ hàn, đá mài, dầu phun, sơn… Thiết bị dạy - học(Teach-Pendant) dùng để dạy cho robot thao tác cần thiết theo u cầu q trình làm việc, sau robot tự lặp lại động tác đựơc dạy để việc(phương pháp lập trình theo kiểu dạy học) Các phần mềm để lập trình chương trình điều khiển robot cài đặt máy tính, dùng điều khiển robot thông qua điều khiển (Controller) Bộ điều khiển gọi Modul điều khiển(hay Unit, Driver), thường kết nối với máy tính Một Modul điều khiển cịn có cổng vào- (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái thân, xác định vị trí đối tượng làm việc dị tìm khác; điều khiển băng tải cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với robot… 1.1.2 Kết cấu cánh tay robot Cánh tay robot thành phần quan trọng, định khả làm việc robot Các kết cấu nhiều tay máy theo cấu tạo chức tay người; nhiên ngày nay, tay máy thiết kế đa dạng, nhiều tay máy robot có hình dáng khác xa cánh tay người Trong thiết kế sử dụng tay máy, cần quan tâm đến thơng số hình-động học, thông số liên quan đến khả làm việc robot : tầm với, số bậc tự do, độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp… Các khâu Robot thường thực chuyển động :  Chuyển động tịnh tiến theo hướng x,y,z không gian Descarde, thông thường tạo nên hình khối, chuyển động thường ký hiệu T (Translation) P (Prismatic)  Chuyển động quay quanh trục x,y,z ký hiệu R (Roatation) Tuỳ thuộc vào số khâu tổ hợp chuyển động(R T) mà tay máy có kết cấu khác với vùng làm việc khác Các kết cấu thường gặp robot robot kiểu toạ độ Đề Các, toạ độ trục, toạ độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ toạ độ góc… 1.1.3 Ứng dụng cánh tay Robot Từ đời robot công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu sản xuất tăng lên rõ rệt Mục tiêu ứng dụng robot cơng nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành , nâng cao chất lượng khả cạnh tranh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG - CHƯƠNG  Mode 3: Chế độ chờ Robot, Robot trình diễn động tác chờ làm việc Hình 23 : Giao diện chọn chế độ hoạt động LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 48 - CHƯƠNG Màn hình giao diện điều khiển Robot: Cho phép ta nhập toạ độ tốn thuận vị trí toán nghịch gửi xuống cho Robot hoạt động Và hình liệu thời gian hoạt đông lưu trữ vào sở liệu Access hiển thị bảng sở liệu Hình 24 : Giao diện điều khiển LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 49 - CHƯƠNG 3.Màn hình TEST Robot: Ở chế độ ta thực dùng tay quay cánh tay Robot, Robot gửi toạ độ vị trí lên hình Hình 25 : Giao diện TEST Robot LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 50 - CHƯƠNG Màn hình hiển thị tầm hoạt động Robot bàn toạ độ: Hình 26 : Giao diện hiển thị toạ độ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 51 - CHƯƠNG 3.5 Giải thuật chương trình A Trên máy tính  Chương trình chính: Begin Chọn Mode hoạt động N Mode Y N EXIT Chương trình “gửi liệu (1) ” Y N Mode END Y Chương trình “gửi liệu (2) ” N Mode Y Gửi liệu(3) xuống PIC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 52 - CHƯƠNG  Chương trình “gửi liệu (1)”: Gửi liệu(1) xuống PIC Giao diện điều khiển N Nhập toạ độ vị trí EXIT Y N Y END Tính tốn động học Gửi liệu xuống PIC N Toa Độ Trở chọn Mode Y Y Chương trình “Bàn toạ độ” LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương trình - TRANG 53 - N CHƯƠNG  Chương trình “gửi liệu (2)”: Gửi liệu (1) xuống PIC Cho phép nhận liệu từ PIC, tính tốn hiển thị giao diện N Trở chọn Mode Toạ Độ N Y Y Chương trình Bàn toạ độ EXIT N Y END LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 54 - CHƯƠNG  Chương trình “Bàn toạ độ”: Bàn toạ độ Cho phép nhận liệu từ PIC, tính toán hiển thị Textbox N Thuật Toán CD TEST N Y Y Chương trình “gửi liệu(1) Chương trình “gửi liệu(2) Hiển thị N Y Hiển thị toạ độ lên giao diện LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 55 - CHƯƠNG B Trên Vi Điều Khiển  Chương trình chính: Begin Chương trình “vị trí Home” Chờ nhận liệu từ máy tính N N Data[0]=3 Data[0]=2 Y Y Chương trình “trình diễn” Chương trình “chế độ 2” N Data[0]=1 Y Chương trình “chế độ 1” N Data[0]=4 Y END LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 56 - CHƯƠNG  Chương trình “ vị trí home ” Chạy Động Cơ (Ngược) Cơng tắc hành trình Chương trình “PID” Chạy Động Cơ (Thuận) N Đọc Encoder Count= ## Y Dừng Động Cơ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 57 - CHƯƠNG  Chương trình “ PID ” Setpoin: sk=200 Output: yk=speed Sai số: ek=sk-yk Tính : rk=ek+M1 Output :yk=a0*rk+M2 rk2=rk1 rk1=rk M1=-b1*rk1-b2*rk2 M2=a1*rk1+a2*rk2 pwm=yk*2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - TRANG 58 - CHƯƠNG  Chương trình “ Chế độ ” xung = data từ PC Số xung >xung1 số xung