ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT ROBOT Đề tài Robot hình trụ PlateCrane EX Microplate Handler Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Phạm Thục Anh Mã lớp 133254.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT ROBOT Đề tài: Robot hình trụ PlateCrane EX Microplate Handler Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Phạm Thục Anh Mã lớp: 133254 Sinh viên thực hiện: Họ tên Mã số sinh viên Lê Minh Dũng Ngô Ánh Dương Vũ Việt Hoàng Vũ Gia Hưng Hà Hải Linh Đỗ Đức Mạnh Nguyễn Khắc Minh 20181424 20181435 20181498 20180095 20181575 20181641 20181652 Lê Quang Nghĩa Nguyễn Tiến Quân Văn Thanh Tùng 20181674 20181706 20181830 Hà Nội, tháng năm 2022 MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ROBOT PlateCrane EX Cấu tạo robot phụ kiện kèm theo Ứng dụng thực tế Đặc điểm thông số kĩ thuật Video hoạt động robot CHƯƠNG II ĐỘNG HỌC THUẬN VỊ TRÍ 10 Xác định hệ trục 10 Xác định bảng D-H 13 Xác định ma trận 13 Thiết kế giao diện tính toán Matlab 15 CHƯƠNG III TÍNH TỐN MA TRẬN JACOBY 16 Ma trận Jacoby 16 Chương trình tính tốn sử dụng Matlab 19 CHƯƠNG IV ĐỘNG HỌC ĐẢO VỊ TRÍ ROBOT 25 Động học đảo Robot PlateCrane EX 25 Chương trình tính tốn sử dụng Matlab 27 CHƯƠNG V THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CHO CÁC KHỚP CỦA ROBOT PLATECRANE EX 29 Phương pháp thiết kế quỹ đạo dạng bậc 29 Bài toán minh họa cụ thể 30 CHƯƠNG VI XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHO ROBOT 34 Cơ sở lý thuyết 34 Xây dựng mơ hình động lực học cho robot PlateCrane EX dựa sở lý thuyết 35 CHƯƠNG VII Xây dựng mơ hình động lực học thiết kế điều khiển PID cho robot PlateCrane EX Simscape / Matlab 42 Mô tả Robot PlateCrane EX SolidWorks 42 Xây dựng mô hình động lực học Simscape/Matlab 44 Thiết kế điều khiển 44 Phân công nhiệm vụ Họ tên MSSV Hà Hải Linh 20181575 Văn Thanh Tùng 20181830 Vũ Việt Hồng 20181498 Nguyễn Khắc Minh 20181652 Ngơ Ánh Dương 20181435 Vũ Gia Hưng 20180095 Lê Minh Dũng 20181424 Đỗ Đức Mạnh 20181641 Nguyễn Tiến Quân 20181706 Lê Quang Nghĩa 20181674 Nhiệm vụ -Thực tìm hiểu tổng quan, giới thiệu robot -Tính tốn động học thuận Robot -Thực thiết kế giao diện tính tốn matlab -Thực tính tốn ma trận Jacoby -Tính tốn động học đảo robot -Thiết kế chương trình matlab, giao diện tính tốn ma trận Jacoby, động học đảo Robot -Thực thiết kế quỹ đạo robot theo dạng quỹ đạo bậc 3, áp dụng tốn cụ thể -Xây dựng mơ hình động lực học sở lý thuyết -Xây dựng mơ hình động lực học Matlab -Thực thiết kế tham số điều khiển PID CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ROBOT PlateCrane EX PlateCrane EX robot hệ hãng Hudson Robotics Đây loại robot hình trụ thiết kế tối ưu hoá đặc biệt để phù hợp với việc vận chuyển Microplates, khay đựng mẫu vật, giá đỡ đầu tip dùng lần phịng thí nghiệm, lắp dỡ dụng cụ thí nghiệm tự động máy đọc Microplates, máy rửa Microplates, máy ly tâm tự động máy phân phối thuốc thử Robot có tính điều khiển đại thiết kế mới, chắn, giúp cho việc tự động hố phịng thí nghiệm trở lên dễ dàng đáng tin cậy Robot chứa vận chuyển 450 Microplates, tương thích với hầu hết loại thiết bị phịng thí nghiệm Phần mềm kèm Hudson’s SoftLinx cung cấp cho robot khả cấu hình, lập kế hoạch để phục vụ nhiều loại thiết bị với nhiều kích cỡ Microplates khác PlateCrane EX phiên tiêu chuẩn quay đến 345 độ nâng cấp SciClops quay khơng giới hạn Cấu tạo robot phụ kiện kèm theo • Teaching Pendent: cho phép người dùng điều khiển trực tiếp cánh tay robot đến vị trí khác lưu lại nhớ robot để tự động sử dụng lần sau • Teaching Plate : Tấm nhựa PVC gia cơng theo Microplates phịng thí nghiệm, chiều cao 12,5mm, đóng vai trị thước đo tiêu chuẩn giúp cho robot tự đo đạc, điều chỉnh xác theo chiều cao thực tế Microplates điều khiển SoftLinx • Universal microplate stack: ngăn xếp cho phép tải lên đến 30 Microplates có chiều cao tiêu chuẩn có chiều cao lớn ngăn xếp Robot truy cập lên đến 15 ngăn xếp • Random-Access Microplate Stack: ngăn xếp có kích cho phép robot lưu trữ truy xuất Microplates riêng biệt theo thứ tự tuỳ ý người sử dụng, chứa đến 15 Mỉcroplates tiêu chuẩn Microplates cỡ lớn • Stack Base: phận gắn với đế Robot, nhằm để xếp cố định loại ngăn xếp • Lid Nest: khay chứa nắp Microplates Microplates xử lý thiết bị khác • Worktable: bàn làm việc robot, bao gồm tiện ích cần thiết cho trình hoạt động robot đạt hiệu cao nhất, bao gồm nguồn điện, bàn máy tính, cổng kết nối, rào chắn an toàn, khe chứa cáp truyền thơng, • Barcode Scanner: gồm chân đế cáp truyền thông, hoạt động liên tục hệ thống robot điều khiển SoftLinx, cho phép người dùng theo dõi lưu trữ liệu Microplates, truyền mã vạch đến thiết bị yêu cầu Ứng dụng thực tế Robot PlateCrane EX cung cấp giải pháp đại, tối ưu dễ dàng cho việc tự động hoá phịng thí nghiệm - PlateClane EX tiên phong lĩnh vực robot với kích cỡ nhỏ gọn, linh hoạt, tích hợp nhiều cơng nghệ đại, khả tương thích cao với nhiều loại máy móc, phục vụ đắc lực việc nghiên cứu khoa học, sản xuất, - Vận chuyển, xếp, lưu trữ Microplates, hộp đựng mẫu vật, khay chứa dụng cụ, phịng thí nghiệm - Ứng dụng PlateClane EX việc phát triển xét nghiệm, sinh học tế bào, thẩm định xét nghiệm sinh học, định lượng DNA, xét nghiệm PCR sàng lọc thuốc thông lượng cao - Trong ngành công nghiệp thuốc, PlateClane EX sử dụng để nâng cao chất lượng, hiệu cho hàng loạt thí nghiệm phức tạp FLIPR, ELISA, FRET, - PlateClane EX sử dụng nhiều việc dán mã vạch cho Microplates để dễ dàng theo dõi lưu trữ liệu, với độ xác cao, dễ dàng áp dụng nhiều hệ thống - Phần mềm Hudson’s SoftLinx cung cấp giao diện thao tác xử lý cho 150 thiết bị sử dụng Microplate xử lý chất lỏng, vòng đệm, đầu đọc, tủ ấm, thiết bị đóng dấu, máy dán mã vạch, Đặc điểm thông số kĩ thuật Sức chứa Lên đến 450 khơng có nắp đậy lên đến 275 có nắp đậy Định dạng Theo chiều ngang chiều dọc Khoang lưu trữ ngăn xếp tháo rời (mở rộng lên đến 15 ngăn) Vật liệu Nhơm sơn phủ thép Vật liệu tay kẹp Nhôm sơn tĩnh điện kèm lớp đệm cao su Cơ chế cánh tay Trục chịu lực với đường ray trục vít tốc độ cao; có dừng học để ngăn quay liên tục (tối đa 345 °) Hành trình quay 345 ° Giới hạn nằm ngang Từ tâm trục tung : 12 inches – 18 inches Tối đa 22,75 inch tính từ bảng, tối thiểu 4,25 inch tính từ bảng, tổng khoảng cách di chuyển theo chiều dọc 18,0 inch Kích thước 27 in x 19 in x 27 in Khối lượng 45 lbs Số bậc tự (2 khớp quay, khớp tịnh tiến) Truyền thông RS232 Nguồn 115/220 VAC, 50/60 Hz Chiều cao 29 inches Cân nặng 20.5kg Nhiệt độ hoạt động 15°C to 40°C (59° to 104°F) - Kích thước vùng làm việc Giới hạn dọc Video hoạt động robot (19) PlateCrane EX Robotic Arm - YouTube (19) PlateCrane EX - YouTube CHƯƠNG II ĐỘNG HỌC THUẬN VỊ TRÍ Các phương pháp giải toán động học thuận vị trí: - Đối với robot có số bậc tự nhỏ: Sử dụng phương pháp hình học để tính tốn trực tiếp - Khi robot có bậc tự > gây khó khăn việc tính tốn trực tiếp Robot PlateCrane EX có số bậc tự n = Ta sử dụng phương pháp Denavit – Hartenberg để giải toán Xác định hệ trục • Bước 1: Xác định số khớp số nối robot nDOF Robot n bậc tự có n khớp n+1 nối - Khớp (1 - n): quay tịnh tiến, khớp i nối nối i-1 i - Thanh nối (0 - n): Thanh nối cố định, nối n gắn với khâu tác động cuối • Bước 2: Khai báo hệ trục tọa độ nối (Oi X iYi Z i ) Xác định trục Zi: - Khớp i+1 tịnh tiến: Zi trục mà theo khớp i+1 trượt - Khớp i+1 quay: Zi trục mà xung quanh khớp i+1 quay - Zn chọn trùng Zn - Xác định trục Xi: - TH1: Zi-1 Zi chéo Xi đường vng góc chung Trường hợp chéo - TH2: Zi-1 // Zi 10 ... PID CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ROBOT PlateCrane EX PlateCrane EX robot hệ hãng Hudson Robotics Đây loại robot hình trụ thiết kế tối ưu hoá đặc biệt để phù hợp với việc vận chuyển Microplates, khay đựng... thu hệ trục tọa độ cho khớp Robot Hình 0.1 Gán hệ trục tọa độ cho robot PlateCrane EX 12 Xác định bảng D-H Các thông số bảng Denavit – Hartenberg xác định theo quy tắc sau: ▪ : khoảng cách trục... động lực học thiết kế điều khiển PID cho robot PlateCrane EX Simscape / Matlab 42 Mô tả Robot PlateCrane EX SolidWorks 42 Xây dựng mơ hình động lực học Simscape/Matlab 44