ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT ROBOT Nhóm 6 Đề tài Tìm hiểu về Robot Puma 500 Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Phạm Thục Anh Bộ môn Tự động hoá công nghiệp.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT ROBOT Nhóm Đề tài: Tìm hiểu Robot Puma 500 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Phạm Thục Anh Bộ môn: Tự động hố cơng nghiệp Hà Nội, 07/2022 Mục Lục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT PUMA Giới thiệu robot PUMA .4 Thông số kỹ thuật .5 Ứng dụng công nghiệp CHƯƠNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CỦA ROBOT .10 Bộ thông số Danevit – Hartenberg (D-H) 10 Trình tự thiết lập hệ phương trình động học robot .12 Phân tích động học Robot PUMA 13 3.1 Động học thuận vị trí .13 3.2 Động học ngược vị trí 15 CHƯƠNG VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MATLAB TÍNH TỐN MA TRẬN JACOBY THÔNG QUA MA TRẬN JH 23 Ma trận Jacoby .23 Viết chương trình Matlab tính ma trận Jacoby thông qua ma trận JH .27 CHƯƠNG THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CHO ROBOT .29 Giới thiệu sở thiết kế quỹ đạo 29 Tính tốn thiết kế quỹ đạo chuyển động .29 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CHO ROBOT THEO THUẬT TOÁN PID 33 Phương trình trạng thái .33 Thiết kế điều khiển PID Simulink 33 CHƯƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN TOOLBOX SIMSCAPE/MATLAB 35 Thiết kế mơ hình cánh tay Robot PUMA Solidwork 35 Mô Robot Simulink với ToolBox Simscape_Matlab 36 Khảo sát đáp ứng đầu Robot 39 PHỤ LỤC 45 DANH SÁCH NHÓM VÀ PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC Nội dung báo cáo Sinh viên thực Giới thiệu Robot Puma 500, ứng dụng cơng nghiệp, kết cấu khí, thơng số kĩ thuật Tính tốn động học thuận vị trí Robot Xây dựng chương trình phần mềm matlab để nhập liệu thị kết Nguyễn Văn Đăng 20181380 Nguyễn Tấn Sang 20181724 Đoàn Trọng Đức 20181401 Nguyễn Bá Chung 20181359 Tính tốn ma trận Jacoby (thơng qua jH) viết chương trình matlab Lê Văn Minh 20181648 Nguyễn Bá Dư 20181398 Trần Hữu Phước 20181694 Tính tốn động học đảo vị trí Robot Hồng Kim Chiến 20181351 Tạ Kim Long 20181626 Nguyễn Thành Long 20181615 Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho khớp robot theo quỹ đạo bậc Nguyễn Tấn Sang 20181724 Đoàn Trọng Đức 20181401 Nguyễn Văn Đăng 20181380 Xây dựng mơ hình động lực học cho đối tượng Toolbox Simscape/Matlab Nguyễn Bá Chung 20181359 Nguyễn Thành Long 20181615 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT PUMA Giới thiệu robot PUMA PUMA (Programable Universal Machine for Assembly Programable Universal for Arm) cánh tay robot công nghiệp phát triển Victor Scheinman công ty robot tiên phong Unimation Ban đầu phát triển cho General Motors, PUMA dựa thiết kế trước mà Scheinman phát minh cịn Đại học Stanford Hình 1.1 Robot Puma Unimation sản xuất PUMA nhiều năm mua Westinghouse (khoảng năm 1980), sau cơng ty Thụy Sĩ Stäubli (1988) Nokia Robotics sản xuất khoảng 1500 robot PUMA năm 1980, Puma-650 mẫu robot phổ biến họ với khách hàng Một số sản phẩm Nokia Robotics thiết kế, Nokia NS-16 Industrial Robot NRS15 Nokia bán phận Robotics họ vào năm 1990 Năm 2002, tổ chức General Motors Controls, Robotics and Welding (CRW) tặng người máy PUMA nguyên mẫu ban đầu cho Bảo tàng Lịch sử Quốc gia Hoa Kỳ Viện Smithsonian Nó tham gia vào sưu tập robot quan trọng lịch sử bao gồm Unimate đời đầu Odetics Odex Bản chất thiết kế thể ba loại; Sê-ri 200, 500 700 Dòng 200 đơn vị máy tính để bàn nhỏ Đáng ý, mơ hình sử dụng cho sinh thiết não lập thể robot vào năm 1985 Dịng 500 đạt đến độ cao gần mét Mơ hình thiết kế phổ biến cấu hình dễ nhận biết Dịng 700 dịng lớn nhóm thiết kế cho dây chuyền lắp ráp, sơn hàn Tất thiết kế bao gồm hai thành phần chính: cánh tay hệ thống điều khiển Chúng thường kết nối với hai dây cáp lớn nhiều dây dẫn Khi hai dây cáp sử dụng, dây dẫn truyền lực đến động servo phanh dây thứ hai mang phản hồi vị trí cho khớp trở lại hệ thống điều khiển Máy tính điều khiển dựa kiến trúc LSI-11 giống với máy tính PDP11 Hệ thống có chương trình khởi động cơng cụ gỡ lỗi tải chip ROM Hệ điều hành tải từ nhớ ngồi thơng qua cổng nối tiếp, thường từ đĩa mềm Bộ điều khiển chứa nguồn servo, bảng xử lý phản hồi tương tự kỹ thuật số, hệ thống truyền động servo PUMA 500 sử dụng ngơn ngữ lập trình Val - ngôn ngữ lắp ráp biến hệ thống điều khiển dựa máy tính ngơn ngữ thiết kế đặc biệt để sử dụng với rô bốt công nghiệp Unimation Inc Thông số kỹ thuật - Robot thiết kế có trục cánh tay với trục tạo thành cổ tay hình cầu - Khoảng cách tối đa từ trục trung tâm đến Trung tâm cổ tay đạt 878mm - Cân nặng tải từ 2.5 kg đến kg - Trọng lượng cánh tay : 80 Poundx (xấp xỉ) - Khả lặp lại ± 0,1 mm - Với tải 2,5 kg vận tốc tối đa: 500mm/giây di chuyển đường thẳng - Với tải 4,0 kg tốc độ tối đa: 470mm/giây di chuyển đường thẳng Hình 1.2 Thơng số kỹ thuật Khớp Góc quay tối đa(DV: ° ) 320° 250° 270° 300° 200° 532° Hình 1.3 Thơng số kỹ thuật Ứng dụng công nghiệp Robot cấu trúc khí có điều khiển, thực thao tác tự động nhằm thay chức người Theo số liệu Liên đoàn quốc tế robot (IFR) số lượng robot cơng nghiệp tồn cầu tăng 27% năm 2014, với khoảng 200.000 robot bán Năm 2015 ghi nhận số lượng robot lớn bán với số lên tới 253,748 robot Bởi vậy, robot dần trở thành động lực cho tăng trưởng hai năm 2014 - 2015 cho tồn ngành cơng nghiệp, đương nhiên ngành sản xuất robot trở thành hạt nhân cho phát triển công nghiệp đại Là sản phẩm tích hợp nhiều cơng nghệ đại khí, điện - điện tử, cảm biến - điều khiển học - CNTT, đồng thời phân loại theo nhiều tiêu chuẩn số bậc tự động học, hệ thống truyền động, dạng hình học, đặc tính chuyển động nên nhìn chung robot có từ đến bậc tự Trong đó, cấu chấp hành lý tưởng, đa robot phải có bậc tự để xử lý đối tượng cách tự không gian chiều Đa số mẫu robot bậc tự thông dụng mô đầy đủ hoạt động cánh tay người Đáng lưu ý cả, hệ thống điều khiển robot bậc tự thiết bị cấu trúc máy tính cho phép cánh tay robot vận hành xác nhờ việc kiểm sốt nguồn điện cấp cho động cơ, chuyển động dẫn động cấu chấp hành servo Với đặc thù vậy, robot bậc tự cấu hoàn chỉnh, hỗ trợ ứng dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp lắp ráp, gia công kim loại, hàn… Trong công nghiệp Robot PUMA thường sử dụng để gắp đồ vật có khối lượng nhỏ 4kg dây truyền sản xuất sản phẩm, hoạt động có tính chu kỳ lặp lặp lại, xếp sản phẩm, … Ngoài ra, cịn sử dụng mục đích vẽ kỹ thuật với độ xác cao Tiết kiệm chi phí Khi sử dụng cánh tay Robot bậc, nhà quản lý giảm lượng nhân công lớn Robot hoạt động liên tục khơng ngừng nghỉ cần nhân viên kỹ thuật giám sát vận hành – 10 cánh tay Robot Giúp tăng sản lượng Với việc hoạt động liên tục thiết lập chương trình chi tiết Các cánh tay Robot làm việc nhanh lâu giúp hồn thành sản lượng cơng việc cách tối ưu Giúp tăng chất lượng Đối với người việc tăng đồng thời sản lượng chất lượng điều bất khả thi Muốn tăng chất lượng nhà quản lý phải đào tạo công nhân nhiều, chưa có hiệu Đối với Robot làm theo câu lệnh thuật tốn nên gây sai sót Tăng tính an tồn lao động Cánh tay Robot hoạt động môi trường chật hẹp, thiết lập nhiều cảm biến giúp tránh va chạm tốt Hạn chế người vào khu vực an tồn Hình 1.4 Ứng dụng Robot Puma CHƯƠNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CỦA ROBOT Bộ thơng số Danevit – Hartenberg (D-H) Theo quy tắc Denavit – Hartenberg hệ tọa độ gắn lên khâu, khớp sau: - Gốc khung tọa độ I đặt trùng với chân pháp tuyến chung trục i i+1 nằm trục khớp i+1 - Trục zi đặt theo phương trục khớp i+1 - Trục xi đặt theo phương pháp tuyến chung trục i i+1 theo hướng từ trục i đến i+1 Sau thiết lập, vị trí hệ O -x y z so với hệ O -x y z xác định nhờ thơng số sau: hồn tồn - a = O O : khoảng cách khớp liên phương x - d = O O : khoảng cách khớp liên phương z - : góc quay quanh trục x z - : góc quay quanh trục z x Trong thơng số a khớp quay z x phụ thuộc vào kết cấu khâu thứ i Nếu là biến, cịn d = const Với khớp trượt d biến 10 = const ... Nokia Robotics sản xuất khoảng 1500 robot PUMA năm 1980, Puma- 650 mẫu robot phổ biến họ với khách hàng Một số sản phẩm Nokia Robotics thiết kế, Nokia NS-16 Industrial Robot NRS15 Nokia bán phận Robotics... TỔNG QUAN VỀ ROBOT PUMA Giới thiệu robot PUMA PUMA (Programable Universal Machine for Assembly Programable Universal for Arm) cánh tay robot công nghiệp phát triển Victor Scheinman công ty robot. .. Lục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT PUMA Giới thiệu robot PUMA .4 Thông số kỹ thuật .5 Ứng dụng công nghiệp CHƯƠNG BÀI TỐN ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CỦA ROBOT .10 Bộ thông