Đồ án truyền động cơ khí tính toán, thiết kế scara robot gắp sản phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ SCARA ROBOT GẮP SẢN PHẨM GVHD: TS VŨ QUANG HUY SVTH: HOÀNG ĐỨC TRỌNG MSSV: 19146285 PHẠM TIẾN TRỌNG MSSV: 19146286 LIÊU THANH TRƯỜNG MSSV: 19146291 Khóa: 2019-2023 Ngành: CNKT CƠ ĐIỆN TỬ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Quang Huy Sinh viên thực hiện: Hoàng Đức Trọng MSSV: 19146285 Điện thoại: 0334954044 Phạm Tiến Trọng MSSV: 19146286 Điện thoại: 0327545952 Liêu Thanh Trường MSSV: 19146291 Điện thoại: 0965791339 Tên đề tài - Tính tốn, thiết kế Scara Robot phân loại linh kiện linh hoạt Các số liệu, tài liệu ban đầu - Phân tích động học, động lực học, quỹ đạo chuyển động cho Scara Robot Nội dung đồ án - Tính tốn thiết kế mơ hình Scara Robot - Phân tích động lực học, động học, quỹ đạo chuyển động cho Scara Robot - Dùng thị giác máy để nhận diện linh kiện cho Scara Robot - Điều khiển mô hoạt động Scara Robot Các sản phẩm dự kiến - Mơ hình Scara Robot - Quyển báo cáo slide trình chiếu Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: Ngôn ngữ trình bày: - Bản báo cáo: Tiếng Việt - Trình bày bảo vệ: Tiếng Việt TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) STT NHIỆM VỤ THỰC HIỆN HOÀN THÀNH Chương + word, pptx Hoàng Đức Trọng 100% Chương + word, pptx Liêu Thanh Trường 100% Chương + Vẽ 3d, chạy Phạm Tiến Trọng 100% mô BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN NỘI DUNG ĐỒ ÁN Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ Ngày tháng năm 2022 Giảng viên hướng dẫn Giảng viên phản biện Ký tên Ký tên LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chận thành gửi lời cảm ơn đến thầy Vũ Quang Huy tận tình hướng dẫn, cung cấp nhiều tài liệu cần thiết, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu suốt trình chúng em thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến q thầy, Khoa khí Chế tạo máy truyền đạt vốn kiến thức tảng cho chúng em suốt thời gian học tập trường Nhờ có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy, cô nên đề tài nghiên cứu chúng em hồn thiện tốt đẹp Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn hỗ trợ bạn bè thời gian học tập hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn! LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học công nghệ, công nghiệp phát triển vũ bão Để tăng suất, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm việc ứng dụng máy móc đại vào sản xuất yêu cầu tất yếu nhà máy Đồng thời, công nghệ chế tạo Robot phát triển nhanh chóng, đặc biệt nước phát triển, đáp ứng nhu cầu sản xuất, sinh hoạt, quốc phịng, an ninh, … Robot thực nhiệm vụ khó, chí người như: làm công việc địi hỏi độ xác cao, làm việc mơi trường nguy hiểm (như lò phản ứng hạt nhân, quét mìn qn đội), thám hiểm khơng gian Trong họ Robot phải kể đến Robot công nghiệp với chức mà loại Robot khác khơng có Tính linh hoạt độ xác cực cao cánh tay Robot sử dụng rộng rãi quốc gia để thay người làm việc mơi trường nguy hiểm làm viêc với độ xác – suất vượt xa người làm tay Sau thời gian làm việc, nghiên cứu tham khảo, em hoàn thành đề tài “Tính tốn, thiết kế Scara Robot phân loại linh kiện linh hoạt”, làm nhiều lý thuyết nên em tiếp tục hoàn thiện để ứng dụng vào thực tiễn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ 11 MỤC LỤC BẢNG 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Giới thiệu chung robot 1.2 Đặt vấn đề .3 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Nội dung trình bày chương CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT SCARA 2.2 ĐỘNG HỌC ROBOT .7 2.2.1 Lý thuyết toán động học Robot .7 2.2.2 Tính tốn động học Robot 10 2.3 ĐỘNG HỌC VẬN TỐC 13 2.3.1 Cơ sở lý thuyết động học vận tốc động lực học robot 13 2.4 LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG .15 2.4.1 Chọn động 15 2.4.2 Cơ cấu truyền động đai .17 2.4.3 Cơ cấu truyền động vít-me .20 2.5 MẠCH ĐIỀU KHIỂN .20 2.6 THỊ GIÁC MÁY TÍNH 22 2.7 KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA .23 2.7.1 sở lí thuyết 23 2.7.2 Sử dụng phương pháp hình học 24 2.8 QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG VẬN TỐC CỦA ROBOT 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ MẠCH ĐIỆN 28 3.1 Thiết kế khí 28 3.1.1 Phân tính phương án thiết kế 28 3.1.2 Thiết kế mơ hình 28 3.1.3 Kiểm tra độ uốn khâu 32 3.1.4 Lựa chọn động .33 3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN (ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ) 33 CHƯƠNG 4: THI CÔNG, THỰC NGHIỆM, TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH (ĐỒ ÁN CƠ ĐIỂN TỬ) .34 4.1 THI CƠNG MƠ HÌNH 34 4.2 THỰC NGHIỆM .34 4.3 TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .34 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 35 5.1 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC 35 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 35 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 36 6.1 KẾT LUẬN .36 6.1.1 Những việc thực 36 6.1.2 Những điểm chưa thực 36 6.1.3 Giải pháp 36 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 36 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT o Nhận diện khuôn mặt (Apple sử dụng thuật tốn nhận dạng khn mặt để mở khóa iPhone, Facebook sử dụng nhận dạng khn mặt để phát người dùng ảnh bạn đăng lên mạng ) o Trong lĩnh vực y học: dự đoán loại ung thư khác cách kiểm tra tia X quét MRI o Xe tự hành 2.7 KHÔNG GIAN LÀM VIỆC CỦA ROBOT SCARA 2.7.1 sở lí thuyết  Miền làm việc robot vùng không gian hoạt động robot mà vị trí khơng gian robot hoạt động bình thường với đầy đủ bậc tự  Có thể tìm miền làm việc thơng qua phương pháp như: giải tích, số hình học 2.7.2 Sử dụng phương pháp hình học  Sử dụng cơng cụ matlab để vẽ hình biểu diễn khơng gian hoạt động thơng qua phương trình động học thuật ta có đầu cơng tác theo (2.7): { Với θ1= x R=l 2∗cos(θ 1+ θ2)+l 1∗cos(θ 1) y R =l 2∗cos ( θ 1+θ ) +l 1∗sin(θ 1) z R=d 1−d 900, θ2=240 00, a1=100 (mm) 24 Hình 2.11: Khơng gian hoạt động robot scara nhìn từ xuống Hình 2.12: khơng gian hoạt động tổng quát scara 25 2.8 QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG VẬN TỐC CỦA ROBOT Hình 2.13: Quy luật chuyển động hình thang  Quy luật chuyển động khâu o Tham số đầu vào: Quãng đường: S1 = 180o = π (rad) Tốc độ tối đa: ω 1max = 360o/s = π (rad /s) Thời gian gia tốc t1i thời gian giảm tốc ttf tương đương 30% thời gian chu kì chạy hết biên độ Hay gia tốc tăng tốc giảm tốc Khi quãng đường di chuyển S1=180o : 1 α t + ω 1max (T1 – t1i - t1f ) + α.t 21 f = S1 1i Giải phương trình ta được: { T 1= (s) t i=t f = (s) 14 14 π rad α1 = ( ) s  Quy luật chuyển động khâu 26 o Tham số đầu vào: Quãng đường: S2 = 240o = 2π (rad) Tốc độ tối đa: ω max = 450o/s = 5π (rad /s) Thời gian gia tốc t2i thời gian giảm tốc t2f tương đương 30% thời gian chu kì chạy hết biên độ Hay gia tốc tăng tốc giảm tốc Khi quãng đường di chuyển S1=240o : 1 α t + ω max (T2 – t2i – t2f ) + α.t 22 f = S2 2 2i Giải phương trình ta được: { (s) 21 t i=t f = ( s) 35 175 π rad α1 = ( ) s T 1=  Quy luật chuyển động khâu o Tham số đầu vào: Quãng đường: S2 = 100(m) Tốc độ tối đa: V 3max = Thời gian gia tốc t3i thời gian giảm tốc t3f tương đương 30% thời gian chu kì chạy hết biên độ Hay gia tốc tăng tốc giảm tốc Khi quãng đường di chuyển S1=100(mm) 1 α3.t 23 i + ω max (T3 – t3i – t3f ) + α.t 23 f = S3 2 27 Giải phương trình ta được: { (s) 21 t i=t f = ( s) 35 175 π rad α1 = ( ) s T 1= 28 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ MẠCH ĐIỆN 3.1 Thiết kế khí 3.1.1 Phân tính phương án thiết kế Thông số kĩ thuật o Số bậc tự do: o Số khâu: o Khối lượng: 10 (kg) o Chiều cao: 600 (mm) Các thành phần kết cấu mơ hình robot: o Các khâu chính: tay robot có bậc tự do, thiết kế dạng khớp quay, khớp tịnh tiến - Chân đế: khâu cố định, đặt thẳng đứng giúp robot cố định làm việc có trục Z0 thẳng đứng Gắn khâu động thông qua khớp quay - Khâu 1: khâu dẫn động nằm ngang vng góc với trục thẳng đứng suốt q trình làm việc, có khả quay quanh trục Z qua khớp quay - Khâu 2: khâu động có khả quay mặt phẳng vuông trục thẳng đứng qua khớp quay nối với khâu - Khâu 3: trục vít me-đai ốc bi (trục vít tịnh tiến, đai ốc quay) o Hệ dẫn động: cấu trúc động học loại tay máy thuộc hệ sinh, có trục quay tịnh tiến, tất khớp thẳng đứng - Khâu quay 1,2: hệ đai - Khâu 3: trục vit-me - Động truyền động 3.1.2 Thiết kế mơ hình  Sử dụng phần mềm solidWorks để thiết kế mơ hình mơ theo hoạt động tay người làm việc (có tham khảo kết cấu robot Scara mạng để thiết kế) 29 Hình 3.1 Thiết kế mơ hình robot Scara phần mềm SolidWorks Hình 3.2 Cấu trúc bên Robot Scara 30 Hình 3.3 Phần chân đế Hình 3.4 Cụm cánh tay 31 Hình 3.5 Cụm cánh tay Hình 3.6 Cụm đầu công tác 32 3.1.3 Kiểm tra độ uốn khâu Hình 3.7: Ứng suất chân đế Hình 3.8: Ứng suất uốn khâu 33 Hình 3.9: Ứng suất uốn khâu 3.1.4 Lựa chọn động  Trục 1: Stepping motor A4809-9215KE o Bước step: 0.72o/Bước (500xung/vòng) o Điện trở pha: 1.1Ω o Dòng tải: 1.4A o Encoder 500xung/vòng (dc 5v)  Trục 2,3: Stepping motor FH5-1034-P1VS o Dòng tải: 1.6A o Momen xoắn: 0.45Nm o Bước step: 1.8o/Bước (200 xung/vòng) 3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN (ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ) 34 CHƯƠNG 4: THI CƠNG, THỰC NGHIỆM, TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH (ĐỒ ÁN CƠ ĐIỂN TỬ) 4.1 THI CƠNG MƠ HÌNH 4.2 THỰC NGHIỆM 4.3 TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 35 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC  Khái quát mơ hình robot scara  Tính tốn sơ toán động học vận tốc 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ  36 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN 6.1.1 Những việc thực  Áp dụng kiến thức học vào đồ án: Nguyên lí chi tiết máy, kỹ thuật Robot…  Giải toán động học, động lực học robot…  Các thành viên có giao tiếp tốt với để giải vấn đề  Hoàn thành sơ phần thiết kế khí cho robot 6.1.2 Những điểm chưa thực  Còn số vấn đề chưa giải được: tính đồ bền cấu, mơ matlab  Chưa làm mơ hình thực tế  Kiến thức chưa vững tham khảo nhiều Internet  Chưa tối ưu thiết kế khí, lựa chọn động 6.1.3 Giải pháp  Tiếp tục bổ xung kiến thức để cải thiện nhóm cho đồ án sau (đồ án điệnt tử luận văn tốt nghiệp)  Làm mơ hình để khắc phục sai lệch lí thuyết thực tế 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Gắp vật theo yêu cầu có nhiều vật nhiễu  Tăng tốc độ gắp robot scara  Giảm giá thành thi công đề đưa vào thực tế 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyên Lí chi tiết máy _Thầy Nguyễn Minh Kỳ https://cuuduongthancong.com/sjdt/nguyen-li -chi-tiet-may/nguyen-minh-ky/dh-supham-ky-thuat-ho-chi-minh Giáo trình Kỹ thuật robot_PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh Cơ cấu vit-me https://vietmachine.com.vn/co-cau-truyen-dong-vit-me-ray-truot-dai.html Động bước https://mayruaxe.org/dong-co-buoc-la-gi/ Động servo https://minhmotor.com/dong-co-servo.html https://espitek.com/arduino/dieu-khien-dong-co-buoc-dung-arduino-va-a4988/ STM32 https://khuenguyencreator.com/lap-trinh-stm32-tu-a-toi-z/ Điều khiển động bước dùng STM32 với A4988 https://www.engineersgarage.com/controlling-stepper-motor-with-stm32microcontroller/#:~:text=A4988%20stepper%20motor%20driver%20is%20powered %20with%20stm32,change%20the%20connection.%203.3%20volts%20worked %20for%20me Thị giác máy tính https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%8B_gi %C3%A1c_m%C3%A1y_t%C3%ADnh ... 2.3.1 Cơ sở lý thuyết động học vận tốc động lực học robot 13 2.4 LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG .15 2.4.1 Chọn động 15 2.4.2 Cơ cấu truyền động đai .17 2.4.3 Cơ cấu truyền. .. QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG VẬN TỐC CỦA ROBOT 25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ MẠCH ĐIỆN 28 3.1 Thiết kế khí 28 3.1.1 Phân tính phương án thiết kế 28 3.1.2 Thiết kế mơ hình ... quan Robot Scara  Động học robot  Động học vận tốc  Lựa chọn động cấu truyền động  Mạch điều khiển  Thị giác máy tính  Không gian làm việc Robot Scara Chương 3: Thiết kế khí mạch điện  Thiết