Đồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vật

Đồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vậtĐồ án tốt nghiệp: Chế tạo cánh tay robot trong công nghiệp gấp và xếp vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT TRONG CÔNG NGHIỆP GẮP VÀ XẾP VẬT SVTH: NGUYỄN TUẤN DUY TRẦN VÕ MINH TÂM MSSV: 15151015 MSSV: 15151073 Khóa: 2015 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GHVD: ThS LÊ HỒNG LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 ii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv MỤC LỤC .vi LỜI CẢM ƠN ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xii Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan hệ thống 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Đối tượng nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁNH TAY ROBOT 2.1 Cơ sở lý thuyết Robot 2.2 Cấu trúc phân loại robot công nghiệp 2.2.1 Cấu trúc robot công nghiệp 2.2.2 Phân loại robot 2.3 Một số khái niệm robot 10 2.3.1 Bậc tự robot (DOF : Degrees Of Freedom) 10 2.3.2 Trường công tác robot (Workspace) 11 2.4 Động học robot 12 2.4.1 Động học thuận 12 vi 2.4.2 Động học nghịch 14 Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 15 3.1 Thiết kế phần khí 15 3.1.1 Khung đỡ mơ hình chứa tủ điện 15 3.1.2 Bàn đỡ mơ hình 16 3.1.3 Chân đặt cánh tay robot 16 3.1.4 Bàn đặt vật 17 3.1.5 Băng tải 18 3.1.6 Cánh tay robot 19 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 25 3.2.1 Thiết bị sử dụng 25 3.2.2 Mạch điều khiển 65 3.2.3 Mạch động lực 67 3.2.4 Mạng SSCNET III/H 68 Chương 4: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 70 4.1 Tính động học thuận và động học nghịch 70 4.1.1 Tính động học thuận 70 4.1.2 Tính động học nghịch 74 4.2 Thiết kế hình HMI 76 4.3 Phương pháp thực 78 4.3.1 Lưu đồ khối 78 4.3.2 Lập trình thiết lập thơng số 81 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85 5.1 Kết 85 5.1.1 Về PLC 85 5.1.2 Về thiết bị điện 85 5.1.3 Về Driver Servo 85 vii 5.1.4 Về phần khí 85 5.1.5 Khả tìm kiếm tài liệu cách làm việc 86 5.2 Kết thực nghiệm 86 5.3 Hướng phát triển đề tài 88 5.3.1 Nâng cấp trục vít me 88 5.3.2 Thêm băng tải chuyển Pallet 88 5.3.3 Thêm xử lý ảnh cảm biến phát người khu vực làm việc cánh tay 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 viii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đồ án nhóm nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến, bảo thầy bạn bè Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Lê Hồng Lâm – giảng viên Bộ mơn Máy Điện là người tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi vật chất kiến thức để nhóm hoàn thành đồ án tốt với khoảng thời gian cho phép Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô giáo Trường đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung thầy giáo môn Công nghệ kĩ thuật điều khiển tự động hóa dạy kiến thức mơn đại cương mơn chun ngành, giúp nhóm có sở lý thuyết vững vàng Quý thầy cô truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên môn giúp chúng em định hướng theo hiểu biết khả để chúng em thực đồ án “CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT TRONG CÔNG NGHIỆP GẮP VÀ XẾP VẬT” Một lần em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Đào tạo Chất lượng cao Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em hoàn thành đồ án Nhóm xin chân thành cảm ơn tất cả! Nhóm Thực Hiện: Nguyễn Tuấn Duy Trần Võ Minh Tâm ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CPU: Central Processing Unit PLC: Programmable Logic Controller SCARA: Selective Compliance Assembly Robot Arm CB: Circuit Breaker ELCB: Earth Leakage Circuit Breaker CP: Circuit Protector HMI: Human-Machine Interface I/O: Input/Output UR: Universal Robots x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Chú thích module Q06H CPU Bảng 3.2: Động có tương thích với Driver Servo Bảng 3.3: Chú thích cho module MR-J4-B Bảng 3.4: Thơng số kĩ thuật module MR-J4-B Bảng 3.5: Thông số kĩ thuật động HG-KR Bảng 3.6: Thông số kĩ thuật lọc nhiễu MC Bảng 3.7: Ưu điểm SSCNET III so với SSCNET I/II Bảng 4.1: Bảng thông số D-H xi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Cấu trúc chung hệ robot Hình 2.2: Robot hệ tọa độ Descarte Hình 2.3: Robot tọa độ trụ Hình 2.4: Robot tọa độ địa cầu Hình 2.5: Robot SCARA Hình 2.6: Robot khớp tay người Hình 2.7: Hệ tọa độ robo Hình 2.8: Trường cơng tác robot Hình 2.9: Cách chọn trục toa độ cho khớp Hình 3.1: Khung đỡ mơ hình Hình 3.2: Bàn đỡ mơ hình Hình 3.3: Chân đặt cánh tay robot Hình 3.4: Bàn đặt vật Hình 3.5: Băng tải Hình 3.6: Puly nối với băng tải Hình 3.7: Chiều dài đế Hình 3.8: Bề ngang đế Hình 3.9: Bánh puly động Hình 3.10: Bánh puly trung gian Hình 3.11: Banh puly Hình 3.12: Bánh puly trục xoay robot Hình 3.13: Thân robot Hình 3.14: Tỷ số truyền puly Hình 3.15: Khớp tay thứ xii Hình 3.16: Mặt cánh tay Hình 3.17: Mặt cánh tay Hình 3.18: Cánh tay Hình 3.19: Tay gắp Hình 3.20: Module nguồn Q61P Hình 3.21: Mặt trước CPU Hình 3.22: Mặt bên CPU Hình 3.23: Danh sách tín hiệu kết nối với CPU Hình 3.24: Module QD75MH4 Hình 3.25: Sơ đồ chân QD75MH Hình 3.26: Sơ đồ kết nối QX42 Hình 3.27: Module QX42 Hình 3.28: Sơ đồ kết nối QY42P Hình 3.29: Module QY42P Hình 3.30: Module QJ71E71 -100 Hình 3.31: Các loại MR-J4-B theo cơng suất Hình 3.32: Chi tiết driver MR-J4-B Hình 3.33: Kết nối với driver servo MR-J4-B Hình 3.34: MR-J4-20B & MR-J4-10B Hình 3.35: MR-J4-40B & MR-J4W2-22B Hình 3.36: Động băng tải Hình 3.37: Động trục vít me Hình 3.38: Động trục Hình 3.39: Động trục tay gắp Hình 3.40: Thơng số kích thước tay phát xung Hình 3.41: Tay phát xung Hình 3.42: Bên tay phát xung xiii Hình 3.43: Handy GOT GT1155HS-QSBD Hình 3.44: Kết nối tổng quát HMI Hình 3.45: Kết nối nút nhấn HMI Hình 3.46: Kết nối 37 chân HMI Hình 3.47: Cảm biến quang OMRON E3Z-D61 Hình 3.48: Biến áp BSW-750ASE-21 Hình 3.49: ELCB NV30-FA Hình 3.50: Cầu dao EA33AC Hình 3.51: CP 32FM Hình 3.52: Bộ lọc nhiễu Hình 3.53: Relay Hình 3.53: Relay Hình 3.54: Chân kết nối Relay Hình 3.55: Contactor SJ12AG Hình 3.56: Ổ cắm điện Hình 3.57: Quạt tản nhiệt Hình 3.58: Kết nối mạng SSCNET III Hình 4.1: Hình học tương ứng với cánh tay Hình 4.2: Màn hình chọn cách thức chạy Hình 4.3: Trang Manual Hình 4.4: Màn hình AUTOMATION Hình 4.6: Trang SET UP Hình 4.5: Trang REAL VALUE Hình 4.6: Trang SET UP Hình 4.7: Phần mềm GX Works2 Hình 4.8: Set Parameter cho trục QD75MH4 xiv 4.2 Thiết kế hình HMI Dựa vào mục đích mơ hình gắp xếp vật Nhóm thiết kế với hình HMI: Hình 4.2: Màn hình chọn cách thức chạy Hình 4.3: Trang Manual 76  Trong trang Manual, ta chỉnh tọa độ điểm cuối robot Từ chọn tọa độ là điểm gắp vật (Pick POS), thả vật (Place POS) Cho cánh tay điểm HOME Hình 4.4: Màn hình AUTOMATION  Trong trang Automation, giúp người vận hành quan sát vật thả vị trí nào và gắp vật Bên cạnh có nút “RST ERR” để chạy lại có lỗi “RST COUNT” cho cánh tay tiếp tục chạy lại sau xếp đủ vật Hình 4.5: Trang REAL VALUE 77  Trong trang Real Value, giúp cho người vận hành theo dõi thông số quan trọng giá trị trục quay, tốc độ trục quay Hình 4.6: Trang SET UP  Trong trang Set up, người vận hành cài đặt thơng số liên quan đến xếp vật như: số hàng, số cột, số tầng, khoảng cách cột, hàng tầng 4.3 Phương pháp thực 4.3.1 Lưu đồ khối 78  Khi chạy chế độ Auto  Khi chạy chế độ Manual 79  Khi chạy chế độ cúp điện: 80 4.3.2 Lập trình thiết lập thơng số 4.3.2.1 Lập trình Sừ dụng phần mềm GX Works2 để viết chương trình cho CPU Hình 4.7: Phần mềm GX Works2 4.3.2.2 Thiết lập thông số  Set Parameter trục cho QD75MH4 Hình 4.8: Set Parameter cho trục QD75MH4 81  Set Parameter điểm HOME, chọn chế độ Absolute Position Detection System để lưu nhớ vị trí servo Hình 4.9: Set Parameter cho điểm HOME  Chọn chiều quay cho Servo với hệ quy chiếu tọa độ Robot (quay ngược chiều kim đồng hồ là dương, chiều kim đồng hồ âm) Hình 4.10: Quy ước chiều quay servo  Chọn chế độ tự điều chỉnh Moment động phù hợp với cấu Robot giúp giảm quán tính, robot vận hành ổn định khơng rung lắc dù chạy với cấp tốc độ khác Hình 4.11: Chọn chế độ tự điều chỉnh Moment 82  Set Data trục 1, chạy nội suy trục (trục 1,2,3) Hình 4.12: Set Data trục  Set Data trục (tay gắp) chạy độc lập Hình 4.13: Set Data trục 83  Set Parameter động Băng tải, qua tỉ số hộp giảm tốc ta được: động quay vòng ứng với băng tải dịch chuyển vật 64mm Hình 4.14: Set Parameter cho động băng tải 84 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết Sau trải qua 16 tuần để thực hoàn thành đề tài này, qua trình nghiên cứu tài liệu, giúp đỡ anh chị khóa trước bạn phòng LAB nghiên cứu và đặc biệt giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn ThS Lê Hồng Lâm, nhóm đạt kết mong muốn: 5.1.1 Về PLC  Giao tiếp PLC với máy tính  Kết nối với thiết bị ngoại vi  Dùng phần mềm: GX Works2, MT Deverlop2, GT Designer 5.1.2 Về thiết bị điện  Cách dây, bấm đầu cốt, in tag name cho dây điện  Sử dụng lựa chọn CB, ELCB, CP  Sử dụng máy biến áp  Sử dụng contactor, relay  Sử dụng lọc nhiễu  Lựa chọn cảm biến  Thiết kế giao diện sử dụng HMI GOT 1000  Kết nối sử dụng tay phát xung 5.1.3 Về Driver Servo  Kết nối với module chuyển động QD75MH  Cách lập trình cài đặt thông số  Điều khiển động nhiều trục theo yêu cầu 5.1.4 Về phần khí  Cơ cấu truyền động puly và dây đai  Sử dụng thiết bị khoan, cắt, mài  Cơ cấu vít me 85 5.1.5 Khả tìm kiếm tài liệu cách làm việc  Cách tìm tài liệu Internet  Đọc tài liệu hướng dẫn thiết bị  Làm việc nhóm  Phân chia, quản lý thời gian 5.2 Kết thực nghiệm Hình 5.1: Cánh tay Robot Hình 5.2: Tủ điện 86  Nhóm hoàn thiện mơ dự kiến ban đầu: - Hệ thống vận hành cách trơn tru, mượt mà ổn định - Mơ hình gắp vật liên tục mà khơng bị lệch vị trí có cố - Trong q trình thực hiện, nhóm gặp nhiều cố như: tính tốn sai động học thuận, nghịch dẫn đến điều khiển sai vị trí - Mơ hình chạy khơng mượt mà trơn tru tính tốn thời gian tăng giảm tốc - Đảo chiều quay vít me với tốc độ nhanh nên gây gãy trục - Và nhiều lỗi kết nối và cài đặt Parameter cho Driver, QD75MH Nhóm phải sử dụng nhiều tài liệu “Manual” thiết bị này để sửa lỗi  Rút ưu nhược điểm mơ sau - Ưu điểm:  Có thể gắp vật liên tục, đặt vật băng tải sát  Có chế độ Auto Munual  Người vận hành thay đổi vị trí gắp vật vị trí thả vật cách đơn giản Di chuyển cánh tay đến vị trí mong muốn bằng tay phát xung HMI, sau nhấn nút “Pick POS” (vị trí gắp) “Place POS” (vị trí thả vật) hình HMI  Có thể thay đổi số lượng Pallet (khi gắp đủ Pallet hệ thống dừng) bằng cách chọn HMI, có tín hiều Pallet chuyển mơ hình tiếp tục hoạt động  Có thể thay đổi khoảng cách vật thả, nhập khoảng cách HMI với đơn vị (mm) Độ xác nhỏ + −1 𝑚𝑚  Khi thả xong vật, hình HMI hiển thị vật nào đặt Giúp cho người vận hành dễ dàng quan sát mà không cần nhìn vào hệ thống  Tốc độ mơ hình tương đối nhanh Từ gắp vật đến quay lại vị trị cũ 5s30 – 5s45 Tùy vào chọn vị trí thả vật  Khi hệ thống điện, hệ thống tự nhớ gắp đến vật thứ Để có điện lại khơng cần xếp lại vật  Ngồi cịn có nút dừng khẩn cấp để có cố - Nhược điểm:  Không thể đặt vật sát Do cấu tay gắp nhả (6cm), kẹp (4cm) Do khoảng cách tối thiểu vật cm  Các vật bẳng tải phải đặt bẳng tải tay gắp gắp 87  Khi thay đổi hình dạng, kích thước vật phải điều chỉnh lại hệ thống  Mơ hình chưa thể thay đổi chiều thả vật (do mơ hình sử dụng vật hình trịn) 5.3 Hướng phát triển đề tài 5.3.1 Nâng cấp trục vít me Do cấu trục vít me phải quay đảo chiều liên tục để đưa cấu robot lên xuống theo trục z Do dó, muốn đạt tốc độ nhanh trục vít me phải chịu lực moment lớn dễ làm gãy trục vít Đặc biệt vị trí nối với puly Do phần thân vít me có trụ trợ lực nên khó gãy Hiện cánh tay robot chạy nhanh nhiều cấu vít me nhóm khơng để chạy tốc độ lớn Có cách để nâng cấp: - Nhiệt luyện vít me để cứng - Thay bằng trục vít me có đường kính lớn 5.3.2 Thêm băng tải chuyển Pallet Sau xếp đủ vật, có băng tải đưa Pallet và đưa Pallet khác vào để cánh tay xếp tiếp vật Như mơ hình ứng dụng cơng nghiệp hồn chỉnh 5.3.3 Thêm xử lý ảnh cảm biến phát người khu vực làm việc cánh tay Trong q trình làm việc, người di chuyển vơ khu vực làm việc robot nguy hiểm, bị cánh tay di chuyển trúng Do đó, cần phát người xuất khu vực làm việc cánh tay robot tự động dừng 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tiếng Việt https://www.mitsubishielectric.com/fa/assist/e-learning/vie.html https://kythuatchetao.com/canh-tay-robot-cac-khai-niem-co-ban-va-phan-loairobot/  Tiếng Anh [1] QD75MH Positioning Module User's Manual [2] QCPU(Q Mode)/QnACPU Programming Manual [3] I/O Module Type Building Block User's Manual [4] MR-J4-B Servo Amplifier Instruction Manual [5] Melservo J4 SSCNET III/H Interface Multi-axis AC Servo Manual [6] MODEL HG-MR/HG-KR/HG-SR/HG-JR/HG-RR/HG-UR/HG-AK Servo Motor Instruction Manual [7] Handy GOT GT11 User’s Manual 89 ... cánh tay qua dây đai Từ xoay cánh tay 3.1.6.4 Cánh tay thứ hai Đây là phận nối cánh tay tay gắp  Kích thước cánh tay 2: - Chiều dài: 26.5 cm - Độ dày: 10 cm Hình 3.18: Cánh tay 24 3.1.6.5 Tay. .. với băng tải 18 3.1.6 Cánh tay robot Cánh tay Cánh tay Thân robot Tay gắp Đế robot Hình 3.6: Mơ hình cánh tay robot 3.1.6.1 Đế robot (khớp xoay thứ nhất)  Kích thước đế robot: - Chiều dài: 30... thực đồ án “CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT TRONG CÔNG NGHIỆP GẮP VÀ XẾP VẬT” Một lần em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Đào tạo Chất lượng cao Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh tạo