Cánh tay robot gắp phôi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: CÁNH TAY ROBOT GẮP PHÔI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGÔ HÀ QUANG THỊNH Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Danh Giáp 1811032796 18DCTB1 Trần Danh Hùng 1811032789 18DCTB1 Dương Anh Hào 1811032807 18DCTB1 Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 08 năm 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH ix DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1- Tổng quát hệ thống sản xuất thông minh CHƯƠNG TỔNG QUAN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 2.1- Lịch sử phát triển robot công nghiệp 2.2- Định nghĩa phân loại 2.2.1- Định nghĩa 2.2.2- Phân loại robot CHƯƠNG 22 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 22 3.1- Lựa chọn phương án thiết kế cánh tay robot bậc RRRRRR 22 3.1.1- Đánh giá loại mơ hình có sẵn thị trường 22 3.1.2- Lựa chọn mơ hình robot 23 3.2- Lựa chọn phương án điều khiển 28 3.2.1- Lựa chọn phương pháp điều khiển 28 CHƯƠNG 33 CƠ SỞ TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 33 4.1- Thiết kế hệ thống khí cho cánh tay Robot 33 v 4.1.1- Xây dựng vẽ sơ cánh tay robot phần mềm SolidWorks 33 4.1.2- Cụm truyền động cho khớp quay thứ 34 4.1.3- Cụm truyền động cho khớp quay thứ hai 39 4.1.4- Cụm truyền động cho khớp quay thứ ba 42 4.1.5- Cụm truyền động cho khớp quay thứ tư 43 4.1.6- Cụm truyền động cho khớp quay thứ năm 44 4.1.7- Cụm tay gắp 44 4.2- Tính tốn kết cấu khí 45 4.2.1-Tính tốn động bàn tay kẹp (khớp quay thứ 6) 45 4.2.2- Tính tốn động khớp quay thứ 46 4.2.3- Tính tốn động khớp quay thứ 47 4.2.4- Tính toán động khớp quay thứ 48 4.2.5- Tính tốn động khớp quay thứ 49 4.2.6- Tính tốn động khớp quay thứ 50 4.3- Động học robot bậc tự 52 4.3.1- Động học thuận 52 4.3.2- Động học ngược 62 CHƯƠNG 65 THI CƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 65 5.1- Các linh kiện sử dụng 65 5.1.2- Module hạ áp LM2596 67 5.1.3- Mạch điều khiển động 68 5.1.4- Cảm biến hồng ngoại 68 5.1.5- Mosfet IRF840 70 5.1.6- Nguồn Adapter 12V-10A 71 5.2- Sơ đồ mạch nguyên lý sơ đồ khối điều khiển 73 5.3- Phần mềm lập trình điều khiển 77 5.3.1- Phần mềm Arduino IDE 77 5.3.2- Sơ đồ thuật toán điều khiển 79 5.3.3- Code điều khiển 79 vi 5.4- Q trình hồn thiện mơ hình lắp ráp 80 5.4.1 Lắp ráp giá robot 80 5.4.2 Lắp cánh tay robot 82 5.4.3 Lắp ráp băng tải 85 5.4.4 Lắp ráp mạch điện hộp đựng phôi vào mô hình 88 CHƯƠNG 89 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 89 6.1- Các yêu cầu cho thiết bị 89 6.2- Mức độ hoàn thành 89 6.3- Đánh giá 89 6.4- Kết luận 90 6.5- Hướng phát triển 90 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 93 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT BTD – Bậc tự RB – Robot DH – Denavit Haterberg H – Hình IOT – Internet of Things ĐATN – Đồ án tốt nghiệp viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mơ hình quy trình sản xuất thơng minh Hình 1.2 Mơ hình thực nghiệm CPS Hình 2.1 Robot bậc tự Hình 2.2 Robot song song 10 Hình 2.3 Robot hàn chuỗi hở 11 Hình 2.4 Cấu tạo động bước (Step Motor) 11 Hình 2.5 Động khí nén 12 Hình 2.6 Bộ truyền dây dai bánh rang 13 Hình 2.7 Biểu đồ phân bố robot cơng nghiệp lĩnh vực 13 Hình 2.8 Hệ thống robot nhà máy VinFast 14 Hình 2.9 Quy tắc bàn tay phải 16 Hình 2.10 Biểu diễn thành phần khớp động 17 Hình 2.11 Khớp cao 17 Hình 2.12 Khớp thấp 17 Hình 2.13 Khớp quay 18 Hình 2.14 Khớp cầu 18 Hình 2.15 Khớp trụ 19 Hình 2.16 Khớp trượt (khớp tịnh tiến) 19 Hình 2.17 Khớp vít 19 Hình 2.18 Biểu diễn khâu, khớp RB BTD 20 Hình 2.19 Chuỗi hở 21 Hình 2.20 Chuỗi kín 21 Hình 3.1 Một số loại robot 22 Hình 3.2 Robot có khớp nối 23 Hình 3.3 Robot SCARA 24 Hình 3.4 Robot Delta 25 Hình 3.5 Robot Descartes 26 Hình 3.6 Robot trục 27 ix Hình 3.7 Nguyên lí điều khiển kín robot 29 Hình 3.8 Sự tương tác phần tử, phận ngun lí điều khiển kín 29 Hình 3.9 Hệ thống điều khiển vòng hở 30 Hình 3.10 Cấu tạo cảm biến hồng ngoại 31 Hình 3.11 Ngun lí hoạt động cảm biến hồng ngoại 32 Hình 4.1 Tổng thể hệ thống cấp phôi 34 Hình 4.2 Cụm truyền động khớp quay thứ 35 Hình 4.3 Dẫn động trực tiếp từ động 35 Hình 4.4 Dẫn động gián tiếp qua hệ bánh rang 36 Hình 4.5 Động bước NEMA17 kết hợp hộp giảm tốc 5:1 36 Hình 4.6 Thơng số kích thước động NEMA17 có hộp giảm tốc 37 Hình 4.7 Bản vẽ xoay khâu 38 Hình 4.8 Bộ giá robot 38 Hình 4.9 Cụm truyền động cho khớp quay thứ hai 39 Hình 4.10 Động Servo 996R 40 Hình 4.11 Cánh tay khâu 41 Hình 4.12 Cọc đồng M3 41 Hình 4.13 Cụm truyền động cho khớp quay thứ ba 42 Hình 4.14 Bản vẽ cánh tay khâu 42 Hình 4.15 Cụm truyền động cho khớp quay thứ tư 43 Hình 4.16 Cụm truyền động cho khớp quay thứ 44 Hình 4.17 Cụm tay gắp robot 45 Hình 4.18 Tay gắp G4 Gripper sử dụng động MG996R 45 Hình 4.19 Tính khối lượng khâu 46 Hình 4.20 Tính khối lượng thép khâu 47 Hình 4.21 Tính khối lượng thép khâu 48 Hình 4.22 Tính khối lượng thép khâu 49 Hình 4.23 Tính khối lượng chi tiết khâu 50 Hình 4.24 Động Động Cơ Bước Step 42 51 Hình 4.25 Động bước Step42 kết hợp hộp giảm tốc 5:1 52 x Hình 4.26 Vật rắn B hệ quy chiếu khác 53 Hình 4.27 Quy ước chiều quay theo trục tọa độ 54 Hình 4.28 Phép quay hệ tọa độ xung quanh trục X 54 Hình 4.29 Phép quay hệ tọa độ xung quanh trục Z, Y 55 Hình 4.30 Chiều dài góc xoắn khâu thứ i 56 Hình 4.31 Các thơng số D-H khâu 56 Hình 4.32 Các trục tọa độ robot 58 Hình 5.1 Module Wifi ESP32 66 Hình 5.2 Sơ đồ chân kết nối ESP32 67 Hình 5.3 Module LM2596 67 Hình 5.4 Driver A4988 68 Hình 5.5 Cảm biến hồng ngoại 69 Hình 5.6 Ngun lí hoạt động cảm biến hồng ngoại 70 Hình 5.7 Sơ đồ thiết kế cảm biến hồng ngoại 70 Hình 5.8 Mosfet IRF840 71 Hình 5.9 Nguồn Adapter 12V-10A 72 Hình 5.10 Phần mềm thiết kế mạch Altium 73 Hình 5.11 Sơ đồ mạch ngun lí mạch điều khiển 74 Hình 5.12 Mạch 2D PCB 75 Hình 5.13 Mạch 3D PCB 75 Hình 5.14 Sơ đồ khối hoạt động RB BTD 76 Hình 5.15 Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE 78 Hình 5.16 Sơ đồ thuật toán điều khiển 79 Hình 5.17 Gắn giá robot vào đế 80 Hình 5.18 Gắn cơng tắc hành trình vào giá 80 Hình 5.19 Gắn động bước vào giá 81 Hình 5.20 Hồn thành giá robot 81 Hình 5.21 Cánh tay khâu 82 Hình 5.22 Gắn cánh tay khâu vào cụm truyền động khớp quay thứ 82 Hình 5.23 Gắn cụm truyền động khớp quay thứ vào cụm truyền động thứ 83 xi Hình 5.24 Gắn cụm truyền động khớp quay thứ vào cụm truyền động thứ 83 Hình 5.25 Gắn cụm truyền động khớp quay thứ vào cụm truyền động thứ 84 Hình 5.26 Gắn cụm tay gắp vào cụm truyền động thứ 84 Hình 5.27 Hồn thành cánh tay robot 85 Hình 5.28 Gắn motor vào chân băng tải 85 Hình 5.29 Gắn lăn vào motor chân băng tải 86 Hình 5.30 Gắn khung băng tải vào chân băng tải 86 Hình 5.31 Gắn dây băng vào khung băng tải 87 Hình 5.31 Hồn thành băng tải 87 Hình 5.32 Gắn mạch điện hộp đựng phôi vào mô hình 88 Hình 5.33 Hồn thành mơ hình 88 xii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4.1 Thông số D-H 57 Bảng 4.2 Thông số D-H RB BTD 59 xiii R3 1,5 12 19,7 R3 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 KHỚP NỐI TAY GẮP Nhựa PLA Tỷ lệ 5:1 R1 22° R1 24 1,4 R1 ° 116 56° R1 3 3, 00 22° R1 22 ° R1 R5,00 ° 22 6,2 20 6,56 22° R1 25,8 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 TAY KẸP Nhôm Tỷ lệ 2:1 0,15 31 R0 ,15 C 3,5 R3 R 38 A R0,1 DETAIL C SCALE 10 : DETAIL A SCALE 10 : Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 TRỤC TRUYỀN ĐỘNG Nhôm Tỷ lệ 4:1 3,5 20 61 ° 45 ° 27 17 63° 30 37 11 10 32 15 20 10 3,5 21 R3 4,5 15 45 ° R2 76,7 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 KHỚP TAY GẮP Nhựa PLA Tỷ lệ 1:1 ,6 R5,4 R1 R4 R1 2, 9° 31 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 KHỚP QUAY TAY GẮP Nhựa PLA Tỷ lệ 2:1 20 11 20 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 TRỤC GẮN SERVO VỚI TAY GẮP Nhựa PLA Tỷ lệ 4:1 3,5 20 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 CỌC ĐỒNG M3 Nhôm Tỷ lệ 5:1 80 R5 21 50 12 60 5,5 40 R1 R1 85 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 KHỚP QUAY THỨ Nhựa PLA Tỷ lệ 1:1 21 41 60 R1 26 27 R4 4,2 60 30 R5 15 R15 30 R1 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 CÁNH TAY KHÂU Nhựa PLA Tỷ lệ 1:1 A R2 4,2 6,8 DETAIL A SCALE : 180 R2 R2 B DETAIL B SCALE : 40 10,8 R2 6,8 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 CÁNH TAY KHÂU Nhựa PLA Tỷ lệ 1:2 R1 R4 ,0 R2 R2 90 52,6 65,2 41 ,4 22 55 R1 ,0 R2 62,04 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 TẤM XOAY KHÂU Nhựa PLA Tỷ lệ 1:2 ,7 R2 R5 R7 33 R1 R55 ,7 R12 E R2,7 R52, 8,5 DETAIL E SCALE : R2 R4 39 110 140 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 TRỤC NỐI MOTOR VÀO KHÂU Nhôm Tỷ lệ 1:2 R1,6 16 R1 10 R4 13 3 16 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 TRỤC NỐI VÀO KHÂU Nhựa PLA Tỷ lệ 2:1 35 54 R30 41 60 21 4,2 27 Người vẽ Trần Danh Hùng Duyệt Ngô H Q Thịnh Trường đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 KHỚP QUAY THỨ Nhựa PLA Tỷ lệ 1:1 11 A 10 B C 14 E 12 DETAIL A SCALE : DETAIL C SCALE : D 15 S U U DETAIL E SCALE : 13 SECTION S-S SCALE : DETAIL D SCALE : DETAIL B SCALE : stt S SECTION U-U SCALE : TÊN CHI TIẾT SỐ LƯỢNG Tay gắp nhôm Băng tải nhựa PLA Động bước NEMA17 Khung xoay khâu Động RC Servo MG996 Tay gắn SERVO nhựa PLA 7 Cánh tay khâu Cọc đồng M3 Cánh tay khâu nhựa PLA nhôm nhựa PLA 10 Khớp quay thứ nhựa PLA 11 Khớp quay thứ nhựa PLA 12 Hộp đựng phôi nhựa PLA 13 Trục nối với khung xoay khâu 14 Bộ giá robot 15 Bàn gỗ STT Họ tên Chữ ký Ngày Trần Danh Giáp Trần Danh Hùng Dương Anh Hào GVHD Ngô H Q Thịnh Duyệt CHẤT LIỆU nhựa PLA nhựa PLA gỗ SL Khối lượng Tỷ lệ BẢN VẼ LẮP 3500gr Tờ A0 Số tờ : 1:2 Trường Đại học Công nghệ TP HCM Viện Kỹ Thuật Lớp: 18DCTB1 ... hình robot Sau đây, nhóm đưa loại cánh tay robot phổ biến nay: Robot có khớp nối Hình 3.2 Robot có khớp nối ( Nguồn: Internet ) Cánh tay robot có khớp nối loại robot vơ phổ biến Và nhắc đến robot. .. cổ tay cánh tay robot bậc Phần trục giúp robot xuat 360 độ theo hướng ngược kim đồng hồ hay chiều kim đồng hồ 27 Cánh tay robot trục giúp xóa bỏ hạn chế dịng cánh tay robot trục Dịng robot mang... tay hay xoay quanh cổ tay theo chuyển động tròn làm việc − Trục 5: Thiết kế trục cánh tay robot cho phép phần cổ tay robot nghiêng lên hay nghiêng xuống − Trục 6: Chúng cho phép xoay cổ tay cánh