Thiết kế, chế tạo và điều khiển cánh tay robot 6 bậc tự do

LỜI NÓI ĐẦU Nền khoa học kỹthuật ngày phát triển mạnh mẽ, dẫn tới thay đổi lớn lao sản xuất Đó sựthay đổi lực lƣợng sản xuất nghành nghềbằng việc thay sức lao động ngƣời máy móc nhằm đảm bảo tăng suất lao động, sản lƣợng nhƣ chất lƣợng sản phẩm Do việc sử dụng tay máy hay cịn gọi Robot cơng nghiệp vào sản xuất đƣợc ƣa chuộng chúng đáp ứng đƣợc yêu cầu Nhƣ biết Robot có nhiều ƣu điểm đặc biệt chất lƣợng độ xác, ngồi cịn phải kể đến hiệu kinh tế cao, làm việc môi trƣờng độc hại mà ngƣời làm đƣợc, công việc yêu cầu cẩn thận khơng đƣợc nhầm lẫn,thao tác nhẹnhàng tinh tếđịi hỏi trình độcủa thợbậc cao, quan trọng Robot khơng bị căng thẳng nhƣ ngƣời nên làm việc suốt ngày Ngày việc viết chữ khắc chữ vật liệu ngƣời nhu cầu cần thiết, việc viết đẹp thời gian dài điều khó khăn ngƣời, mà việc nghiên cứu chế tạo thiết bị nhƣ cánh tay robot để làm đƣợc việc có ý nghĩa lớn Việc tìm hiểu nghiên cứu Robot khn khổmơn học sởđểchúng em tính tốn, thiết kếcũng nhƣđiều khiển loại Robot công nghiệp phục vụsản xuất Cụthể,ởđây chúng em chọn đềtài tính tốn, thiết kế Robot viết chữ phục vụ việc khắc chữ sản phẩm công nghiệp Em xin chân thành cảm ơn i LỜI CẢM ƠN  Trong suố t khoá ho ̣c (2011-2016) Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuâ ̣tTP.HCM, em đã nhâ ̣n đƣơ ̣c sƣ̣ tâ ̣n tin (Cô) về kiế n thƣ́c ̀ h da ̣y dỗ của quý Thầ y chuyên môn cũng nhƣ nhƣ̃ng kiế n thƣ́c cuô ̣c số ng Tƣ̀ nhƣ̃ng kiế n thƣ́c quý Thầy (Cô) truyền đạt đã giúp em hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp thời gian cho phép Em xin chân thành cảm ơn q Thầ y (Cơ) Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy đã giảng dạy em nhƣ̃ng kiế n thƣ́c về chuyên môn và giúp em đinh ̣ hƣớng theo sƣ̣ hiể u biế t và khả để em thực tốt đề tài “ Thiết kế, chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do” tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khố học Trong suốt q trình thực đồ án hoàn thành báo cáo nhận đƣợc giúp đỡ, hƣớng dẫn quý báu thầy, anh chị bạn khóa học Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, chúng em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:Thầy Th.S Nguyễn Việt Thắng, ngƣời thầy kính mến hết lịng giúp đỡ, dạy bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trình thực đồ án Một lần xin gửi lời tri ân sâu sắc đến q Thầy (Cơ), anh chị bạn.Ngồi ra, em hết lịng biết ơn gia đình, bạn bè hết lòng giúp đỡ, động viên, ủng hộ đóng góp ý kiến cho em suốt thời gian thực Đồ Án này.Chúc quý Thầy (Cô) sức khỏe thành cơng Em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực đồ án ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “ Thiết kế,chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do” đƣợc thực học kỳ I năm học 2015-2016 hoàn thành mục tiêu đề Nội dung bao gồm: Tìm hiểu giới thiệu Robot công nghiệp Thiết kế chế tạo cánh tay Robot bậc tự Thiết kế thi công hệ thống điện điều khiển khớp cánh tay Robot Lập trình giao diện điều khiển ngƣời dùng cánh tay Robottrên máy tính  Thao tác với giao diện để điều khiển vị trí vận tốc khớp ABSTRACT Topic: "Design, manufacture and control Degree Of Free Manipulator (6 DOF Mani)" which executed in the first semester of 2015-2016 is finished all aim.The contents of topic include:  Learn and introduce industrial robots  Design and manufacture DOF Mani  Design and manifacture electric system to control DOF Mani  Design the Control interface between user and robot in computer  Use the Control interface in computer to control joint’s position and joint’s speed iii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP .1 1.1 Lịch sử phát triển .1 1.2 Sơ đồ cấu trúc chức IR (Industrial Robot) 1.3 Sơ đồ cấu trúc chức robot 1.4 Cấu trúc tổng quát IR (Industrial Robot) 1.5 Robot bậc tự gì? 1.6 Giới thiệu chung Robot nhu cầu thực tế 1.7 Ứng dụng Robot bậc tự CHƢƠNG PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC .7 2.1 Dàn ý nghiên cứu 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 2.3 Tính cấp thiết đề tài: 2.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 2.5 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.6 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .7 2.7 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.8 Phân tích thiết kế cấu trúc đƣợc chọn CHƢƠNG THIẾT KẾ CƠ KHÍ 11 3.1 Phân tích cấu .11 3.2 Một số chi tiết .12 iv 3.3 Tính tốn tỉ số truyền .12 3.4 Phân bố lực cánh tay .13 3.5 Tính toán thiết kế truyền đai .15 3.6 Các thành phần tay máy bậc tự 17 3.6.1 Khâu thứ nhất: 17 3.6.2 Khâu thứ 18 3.6.3 Khâu thứ 18 3.6.4 Khâu thứ5 18 3.6.5 Khâu thứ 19 3.7 Tính chọn ổ lăn .19 3.7.1 ổ lăn cho khớp 19 3.7.2 ổ lăn khớp số 2, số 3, số 19 3.7.3 ổ lăn khớp số 19 3.8 Giới hạn góc quay khớp 20 CHƢƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .21 4.1 Sơ đồ khối điều khiển 21 4.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển 22 4.3 Chế độ đọc xung encoder nhân 23 4.4 Thông số động DC servo 24 4.5 Thiết kế mạch 24 4.5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch DSPIC (mạch master) 25 4.5.2 Sơ đồ nguyên lí mạch PIC 18F4431 (mạch slave) 28 4.5.3 Sơ đồ nguyên lí mạch opto cách ly 30 4.5.4 Sơ đồ nguyên lí mạch cầu H 34 4.5.5 Sơ đồ ngun lí mạch Relay đóng ngắt 37 CHƢƠNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 39 5.1 Động học thuận 39 5.1.1 Hệ trục tọa độ 39 v 5.2 Thông số bảng DENAVIT-HARTENBERG 40 5.3 Tính tốn ma trận: 41 5.4 Bộ điều khiển PID 43 5.4.1 Giới thiệu điều khiển PID: 43 5.4.2 Khâu P (Khâu tỉ lệ) 44 5.4.3 Khâu I (Khâu tích phân) 45 5.4.4 Khâu D (Khâu vi phân) 46 5.4.5 Lý thuyết thiết kế điều khiển PID: 46 CHƢƠNG GIAO DIỆN LẬP TRÌNH VÀ KẾT QUẢ 50 6.1 Giao diện lập trình 50 6.2 Các Tab chức 50 6.2.1 Tab File: 50 6.2.2 Tab Control Position 52 6.2.3 Tab Control Speed 56 6.2.4 Tab Help 56 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 57 7.1 Mơ hình Robot thực nghiệm: 57 7.2 Vi mạch điều khiển 57 7.3 Điều khiển thực nghiệm 58 7.4 Thu thập xử lý số liệu 58 7.5 Vẽ biểu đồ nhận xét: 61 7.6 Kết luận 65 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 66 CHƢƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Giới hạn góc quay khớp 20 Bảng 4.1 Chế độ đọc xung encoder .24 Bảng 4.2 Thông số động DC servo .24 Bảng 5.1 Bảng DENAVIT-HARTENBERG 40 Bảng 5.2 Độ tăng giảm thông số PID 44 Bảng 5.3 Thông số điều khiển PID thứ .47 Bảng 5.4 Thông số điều khiển PID thứ .48 Bảng 6.1 Khối chức control panel .50 Bảng 6.2 Các phần cửa sổ New sesion 52 Bảng 6.3 Khối chức Input data 55 Bảng 6.4 Khối chức Input coodinate 56 Bảng 7.1 Đáp ứng vị trí khớp số 58 Bảng 7.2 Đáp ứng vị trí khớp số 59 Bảng 7.3 Đáp ứng vị trí khớp số 60 Bảng 7.4 Đáp ứng vị trí khớp số 60 Bảng 7.5 Đáp ứng vị trí khớp số 61 Bảng 7.6 Đáp ứng vị trí khớp số 61 vii DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1: Minh họa cánh tay robot Hình 1.2: Một số hình ảnh robot cơng nghiệp Hình 2.1: Robot kiểu tọa độ decac Hình 2.2: Robot kiểu tọa độ trụ Hình 2.3: Robot kiểu tọa độ trụ Hình 2.4: Robot kiểu tọa độ góc .9 Hình 2.5: Robot kiểu scara .9 Hình 2.6: Mơ hình robot 3D 10 Hình 3.1: Sơ đồ phân bố lực khớp số 13 Hình 3.2: Sơ đồ phân bố lực khớp số 15 Hình 4.1: Sơ đồ khối điều khiển 21 Hình 4.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển 23 Hình 4.3: DC Servo encoder12ppr DC Servo GA25 V2/DC 24 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lí mạch DSPIC .25 Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lí mạch cơng tắc 26 Hình 4.6: Sơ đồ ngun lí mạch nút nhấn 27 Hình 4.7: Sơ đồ ngun lí mạch IC nguồn 27 Hình 4.8: Sơ đồ ngun lí mạch mạch opto 28 Hình 4.9: Mạch in DSPIC 30F4011 .28 Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lí khối nguồn 29 Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lí khối pic 18F4431 .29 Hình 4.12: Mạch in pic 18F4431 30 Hình 4.13: Sơ đồ ngun lí ic74hc04 31 Hình 4.14: Sơ đồ ngun lí opto PC817 .32 Hình 4.15: Sơ đồ nguyên lí IC logic 74HC00 33 Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lí opto xung 6N137 33 Hình 4.17: Sơ đồ ngun lí khối kích FET 35 viii Hình 4.18: Sơ đồ ngun lí khối nguồn 5V 12V .36 Hình 4.19: Sơ đồ ngun lí khối Opto cách ly .37 Hình 4.20: Mạch in cầu H 37 Hình 4.21: Sơ đồ ngun lí mạch Relay đóng ngắt 38 Hình 4.22: Mạch in Relay đóng ngắt 38 Hình 5.1: Hệ trục tọa độ .40 Hình 5.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID 43 Hình 5.3: Sơ đồ đáp ứng khâu p 45 Hình 5.4: Sơ đồ đáp ứng khâu I .45 Hình 5.5: Sơ đồ đáp ứng khâu D 46 Hình 5.6: Sơ đồ khối hệ hở 47 Hình 5.7: Sơ đồ đáp ứng nấc hệ hở có dạng S .47 Hình 5.8: Sơ đồ khối hệ kín có PID 47 Hình 5.9: Sơ đồ đáp ứng nấc hệ kín K = Kgh 48 Hình 6.1: Giao diện lập trình 50 Hình 6.2: Cửa sổ new session .51 Hình 6.3: Cửa sổ control position .53 Hình 6.4: Cửa sổ Perpendicular 53 Hình 6.5: Cửa sổ Straight .54 Hình 6.6: Cửa sổInput data 55 Hình 6.7: Cửa sổ Input coordinate .55 Hình 6.8: Cửa sổ intruction 56 Hình 7.1: Mơ hình Robot thực nghiêm 57 Hình 7.2: Các mạch điều khiển 57 Hình 7.3: Biểu đồ thể đáp ứng vị trí khớp với giá trị đặt 30o 62 Hình 7.4: Biểu đồ thể đáp ứng vị trí khớp với giá trị đặt 60o 63 Hình 7.5: Biểu đồ thể tƣơng quan sai số tuyệt đối trung bình khớp 64 ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IR Industrial Robot AMF American Manchine And Foundry PUMA ProgrammableUniversalMachine forAssembly SCARA Selective Compliance Assembly Robot Arm DC Direct Current UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter PID Proportional Integral Derivative PWM Pulse-Width Modulation PIC Programmable Intelligent Computer IC Integrated Circuit DH Denavit-Hartenberg x - Các thơng số có Textbox thơng số vị trí góc quay cho khớp Trên cửa sổ này, điều khiển khớp Straight - Khi Click vào tab này, Robot tự quay đến vị trí tay máy vng góc đồng thời cửa sổ giao diện đƣợc mở lên: Hình 6.5: Cửa sổ Straight Các thơng số có Textbox thơng số vị trí góc quay cho khớp Trên cửa sổ này, điều khiển khớp Input data - Nhập vị trí góc quay khớp điều khiển khớp Khi Click vào tab Input data, cửa sổ lên: 54 Hình 6.6: Cửa sổInput data Các khối chức năng: Scroll Textbox Limit Pause Send Cancel Di chuyển để tăng giảm góc quay khớp Nhập giá trị góc quay khớp Giới hạn góc quay khớp Tạm dừng Gửi thơng số cho vi điều khiển Master Thốt khỏi cửa sổ Control Position trở giao diện Bảng 6.3 Khối chức Input data Input coordinate -Nhập tọa độ đầu trục cơng tác, chƣơng trình tính tốn truyền thơng số góc quay khớp tới vi điều khiển Master Click vào Input coordinate, cửa sổ lên: Hình 6.7: Cửa sổ Input coordinate 55 Các khối chức năng: Scroll Textbox Pause Enter Cancel Di chuyển để tăng giảm vị trí Nhập giá trị vị trí Tạm dừng Chƣơng trình tiến hành tính tốn gửi thơng số góc quay khớp cho vi điều khiển Master Thoát khỏi cửa sổ Input coodinate trở giao diện Bảng 6.4 Khối chức Input coodinate 6.2.3 Tab Control Speed - Mặc định khớp quay với tốc độ V1 - Khi Click vào tab V1, máy tính gửi thơng tin đến cho vi điều khiển Master để khớp quay với tốc độ thấp (V1) - Khi Click vào tab V2, máy tính gửi thông tin đến cho vi điều khiển Master để khớp quay với tốc độ cao (V2) 6.2.4 Tab Help Đây Tab trợ giúp, sau Click vào Tab cửa sổ mở lên: Hình 6.8: Cửa sổ intruction Thông tin cửa sổ cần thiết cho việc thiết lập điều khiển Robot Nút nhấn Cancel dùng để thoát khỏi cửa sổ giao diện 56 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 7.1 Mơ hình Robot thực nghiệm: Sau q trình nghiên cứu nhóm thiết chế chế tạo mơ hình cánh tay Robot bậc tƣ nhƣ hình 7.1sau: Hình 7.1: Mơ hình Robot thực nghiêm 7.2 Vi mạch điều khiển - Thiết kế thi cơng hồn chỉnh mạch điều khiển xử lý tín hiệu giao tiếp máy tính cánh tay Robot nhƣ hình 7.2 sau: Hình 7.2: Các mạch điều khiển 57 7.3 Điều khiển thực nghiệm Sử dụng giao diện máy tính để nhập thông số điều khiển khớp, giá trị encoder đọc báo vị trí khớp  Ta có bảng giới hạn góc quay khớp: Khớp Xung _max Số xung Góc 32400 97200 64800 8640 17280 45424 16200 27000 24680 3150 4500 45424 180o 100o 137o 130o 94o 360o 7.4 Thu thập xử lý số liệu Tiến hành nhập số xung (góc) cần quay động cơ, thực với góc quay 10 lần, đọc kết hiển thị liệt kê vào bảng bảng số liệu Giá trị Lần đặt đo 2700 (30o) 5400 (60o) 10 10 Giá trị hồi tiếp Sai số tuyệt đối (∆Ai = | A - Ai |) 2719 (30,21o) 2682 (29,8o) 2671 (29,68o) 2711 (30,12o) 2685 (29,83o) 2681 (29,79o) 2718 (30,2o) 2707 (30,08o) 2720 (30,22o) 2674 (29,71o) 5425 (60,28o) 5418 (60,2o) 5368 (59,64o) 5421 (60,23o) 5394 (59,93o) 5380 (59,78o) 5383 (59,81o) 5418 (60,2o) 5407 (60,08o) 5378 (59,75o) 19 18 29 11 15 19 18 20 26 25 18 32 21 20 17 18 22 Sai số tuyệt đối trung bình ∆𝐴1+ ∆𝐴2+⋯+∆𝐴𝑛 (∆𝐴 = ) 10 18,2 ⸗ 0,2o 18,6 ⸗ 0,2o Bảng 7.1 Đáp ứng vị trí khớp số 58 Giá trị đặt Lần đo 8100 (30o) 16200 (60o) 10 10 Giá trị đặt Lần đo 5404 (30o) 10808 (60o) 10 Giá trị hồi tiếp Sai số tuyệt đối (∆Ai = | A - Ai |) Sai số tuyệt đối trung bình ∆𝐴1+ ∆𝐴2+⋯+∆𝐴𝑛 (∆𝐴 = ) 8112 (30,04o) 12 o 8111 (30,04 ) 11 o 8114 (30,05 ) 14 o 8088 (29,95 ) 12 o 11.6 ⸗ 0,04o 8092 (29,97 ) 8112 (30,04o) 12 o 8085 (29,94 ) 15 o 8114 (30,05 ) 14 8089 (29,96o) 11 o 8107 (30,02 ) o 16209 (60,03 ) 16190 (59,96o) 10 16212 (60,04o) 12 16215 (60,05o) 15 10,4 ⸗ 0,04o 16183 (59,94o) 17 16211 (60,04o) 11 16212 (60,04o) 12 16195 (59,98o) 16193 (59,97o) 16206 (60,02o) Bảng 7.2 Đáp ứng vị trí khớp số Giá trị hồi tiếp o 5415 (30,06 ) 5395 (29,95o) 5409 (30,03o) 5414 (30,05o) 5418 (30,08o) 5386 (29,9o) 5388 (29,91o) 5423 (30,1o) 5416 (30,07o) 5421 (30,09o) 10820 (60,07o) 10820 (60,07o) 10799 (59,95o) 10827 (60,1o) 10787 (59,88o) 10814 (60,03o) Sai số tuyệt đối (∆Ai = | A - Ai |) 11 10 14 18 16 19 12 17 12 12 19 21 18 Sai số tuyệt đối trung bình ∆𝐴1+ ∆𝐴2+⋯+∆𝐴𝑛 (∆𝐴 = ) 10 13.1 ⸗ 0,07o 15,4 ⸗ 0,08o 59 10 10 10795 (59,93o) 13 10789 (59,89o) 19 10820 (60,07o) 12 10789 (59,89o) 19 Bảng 7.3 Đáp ứng vị trí khớp số Giá trị đặt Lần Giá trị hồi tiếp đo 727 (30o) 1454 (60o) 10 10 1436 (30o) Sai số tuyệt đối trung bình ∆𝐴1+ ∆𝐴2+⋯+∆𝐴𝑛 (∆𝐴 = ) 705 (29,09o) 22 o 746 (30,78 ) 19 o 747 (30,82 ) 20 o 745 (30,74 ) 18 20.6 ⸗ 0.85o 701 (28,93o) 22 703 (29,00o) 24 o 710 (29,99 ) 17 o 746 (30,78 ) 19 o 749 (30,91 ) 22 o 708 (29,21 ) 19 o 1472 (60,74 ) 18 1475 (60,74o) 21 1472 (60,74o) 18 1438 (59,34o) 16 18.5 ⸗ 0,76o 1435 (59,21o) 19 1431 (59,05o) 23 1469 (60,62o) 15 1472 (60,74o) 18 1471 (60,7o) 17 o 1474 (60,83 ) 20 Bảng 7.4 Đáp ứng vị trí khớp số Giá trị đặt Lần Giá trị hồi tiếp đo Sai số tuyệt đối (∆Ai = | A - Ai |) 1454 (30,38o) 1420 (29,66o) 1426 (29,79o) 1457 (30,44o) 1452 (30,33o) 1453 (30,35o) 1452 (30,33o) 1421 (29,69o) 1420 (29,66o) 10 Sai số tuyệt đối (∆Ai = | A - Ai |) Sai số tuyệt đối trung bình ∆𝐴1+ ∆𝐴2+⋯+∆𝐴𝑛 (∆𝐴 = ) 18 16 10 21 16 17 18 15 16 16,1 ⸗ 0.336o 60 10 2872 (60o) 10 10 1450 (30,29o) 14 2887 (60,31o) 15 2890 (60,38o) 18 2886 (60,29o) 14 2856 (59,66o) 16 16,3 ⸗ 0,34o 2851 (59,56o) 19 2852 (59,58o) 20 2889 (60,35o) 17 2890 (60,38o) 18 2855 (59,64o) 17 2880 (60,17o) Bảng 7.5 Đáp ứng vị trí khớp số Giá trị đặt Lần Giá trị hồi tiếp đo 4205 (30o) 8410 (60o) 10 10 Sai số tuyệt đối (∆Ai = | A - Ai |) Sai số tuyệt đối trung bình ∆𝐴1+ ∆𝐴2+⋯+∆𝐴𝑛 (∆𝐴 = ) 4219 (30,10o) 14 4211 (30,04o) 4186 (29,86o) 19 4194 (29,92o) 11 11 ⸗ 0.08o 4189 (29,88o) 16 4212 (30,05o) 4215 (30,07o) 10 4213 (30,06o) 4189 (29,88o) 12 4212 (30,05o) 8417 (60,05o) 8428 (60,13o) 11 8402 (59,94o) 8419 (60,06o) 10,4 ⸗ 0,07o 8398 (59,91o) 12 8430 (60,14o) 15 8423 (60,09o) 13 8401 (59,93o) 8424 (60,1o) 14 8404 (59,96o) Bảng 7.6 Đáp ứng vị trí khớp số 7.5 Vẽ biểu đồ nhận xét: 61 10 31.5 31 30.5 30 29.5 29 28.5 28 Joint No.1 Joint No.2 Joint No.3 Joint No.44 Joint No.56 Joint No.68 10 Hình 7.3: Biểu đồ thể đáp ứng vị trí khớp với giá trị đặt 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,68o -> 30,08o -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,97o -> 30,04o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,9o -> 30,05o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,09o -> 30,82o -Giá trị vị trí khớp số bất ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,66o -> 30,38o 62 -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,86o -> 30,1o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30o Dựa vào biểu đồ giới hạn vị trí khớp, thấy khớp số hoạt động với sai lệch cao nhất, tiếp đến khớp số khớp số 1, khớp số có độ xác cao 61 60.5 60 59.5 59 58.5 58 Joint No.1 Joint No.2 Joint No.3 Joint No.4 Joint No.5 10 Joint No.6 Hình 7.4: Biểu đồ thể đáp ứng vị trí khớp với giá trị đặt 60o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,75 ->60,28 -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí 60o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,94o ->60,04o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30o 63 Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,88o ->60,1o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,05o ->60,83o -Giá trị vị trí khớp số bất ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,64o ->60,38o -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí 30o Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,91o ->60,14o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30o Dựa vào biểu đồ giới hạn vị trí khớp, thấy khớp số hoạt động với sai lệch cao nhất, tiếp đến khớp số khớp số 1, khớp số có độ xác cao Chart Title No.3 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Tolerance Joint No.1 Joint No.2 Joint No.3 Joint No.4 Joint No.5 Joint No.6 Hình 7.5: Biểu đồ thể tƣơng quan sai số tuyệt đối trung bình khớp 64 Theo biểu đồ thể trên, sai số khớp lớn sai số khớp số nhỏ 7.6 Kết luận Khớp số đến khớp số đƣợc truyền động loại động khớp số khớp có tỉ số truyền lớn (3,75 x 3), khớp số có tỉ số truyền bé (một động trực tiếp điều khiển khớp) Nếu theo lý thuyết: Khớp số khớp điều khiển vị trí xác nhất, có sai số vị trí bé khớp số khớpđiều khiển vị trí xác nhất, sai số vị trí lớn Theo thực tế kiểm nghiệm: Sai số tuyệt đối trung bình khớp số 0,04 o, khớp số 0,8o Tính tốn lý thuyết theo thực tế kiểm nghiệm Các khớp quay có độ xác cao, khớp có tỉ số truyền động cao độ xác lớn 65 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Với mục tiêu ban đầu đề nhóm thiết kế chế tạo hồn thiện Robot bậc tự thu đƣợc kết nhƣ mong muốn Bên cạnh nhóm thiết kế thi cơng hồn chỉnh phần điều khiển giao tiếp ngƣời dùng Robot có mặt hạn chế định Kết thử nghiệm tƣơng đối so với lý thuyết tính ổn định tốc độ di chuyển sai lệch vị trí cho phép Trong q trình nghiên cứu chế tạo nhóm khắc phục cải tiến phần khí để đảm bảo độ cứng vững thiết kế số mạch điều khiển bảo vệ toàn hệ thống Ƣu điểm Nhóm hồn thành đƣợc mục tiêu nghiên cứu đề đạt đƣợc kết nhƣ sau: - Tìm hiểu tổng quan Robot cơng nghiệp - Nguyên cứu loại cấu truyền động Robot - Thiết kế chế tạo thành công Robot bậc tự - Tính tốn truyền đai cho cấu - Tính tốn lựa chọn động tỷ số truyền - Hoàn thành vẽ kỹ thuật - Phân tích giải đƣợc tốn động học thuận - Thiết kế, thi cơng hồn chỉnh mạch vi điều khiển - Phƣơng pháp điều khiển động DC servo - Lập trình điều khiển đƣợc vị trí tƣơng đối Nhƣợc điểm Trong trình nghiên cứu bên cạnh ƣu điểm khơng tránh khỏi nhƣợc điểm nhóm cần phải khắc phục Để hoàn thiện đề tài nghiên cứu tốt hơn, đáp ứng đƣợc nhu cầu mục tiêu ban đầu đƣa hạn chế sau nhóm cần khắc phục: -Thiết kế khí đạt độ xác cao -Tính tốn động học ngịch điều khiển vị trí, vận tốc -Lập trình điều khiển vị trí cánh tay Robot xác hơn, đạt đƣợc vận tốc mong muốn Hƣớng phát triển 66 Đề tài “ Thiết kế, chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do” kết nghiên cứu nhóm niềm đam mê tìm hƣớng giải khó khăn dạy học nhằm nâng cao chất lƣợng đƣa đƣợc mơ hình thực tế vào dạy học nhà trƣờng để sinh viên tiếp xúc học hỏi đƣợc kinh nghiệm thực tiễn Nhóm chúng em cần nghiên cứu khắc phục nhƣợc điểm đƣa đƣợc giải pháp tốt cho mô hình thực nghiệm, giải đƣợc tốn động học nghịch điều khiển đƣợc vị trí vận tốc nhƣ mong muốn, cải tiến mơ hình áp dụng vào q trình dạy học nhà trƣờng 67 CHƢƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Giáo trình Điện tử bản, NXB ĐHQG TP.HCM [2] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh,KS Nguyễn Tấn Nó,Giáo trình Vi điều khiển 16F ngơn ngữ lập trình Hi-tech C, NXB ĐHQG TP.HCM [3] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình Kỹ thuật Robot, NXB ĐHQG TP.HCM [4] Lê Văn Doanh, Điện tử công suất, NXB Khoa học kỹ thuật [5] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Dẫn Động Cơ Khí (tập một), NXB GDVN [6] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Dẫn Động Cơ Khí (tập hai), NXB GDVN 68 ... “ Thiết kế ,chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do? ?? đƣợc thực học kỳ I năm học 2015-20 16 hoàn thành mục tiêu đề Nội dung bao gồm: Tìm hiểu giới thiệu Robot công nghiệp ? ?Thiết kế chế tạo cánh. .. cánh tay Robot bậc tự ? ?Thiết kế thi công hệ thống điện điều khiển khớp cánh tay Robot Lập trình giao diện điều khiển ngƣời dùng cánh tay Robottrên máy tính  Thao tác với giao diện để điều khiển. .. phƣơng án thiết kế Robot bậc tự để tăng linh hoạt ứng dụng Robot vào thực tế dạy học Kết cấu 3D sơ Robot đƣợc thiết kế nhƣ hình 2 .6 Hình 2 .6: Mơ hình robot 3D Các khớp cánh tay robot bậc tự khớp