(Tiểu luận) báo cáo môn học robot công nghiệp đề tài mô hình cánh tay robot 4 bậc tự dogấp sảnphẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO MÔN HỌC HỌC PHẦN: ROBOT CÔNG NGHIỆP MÃ HỌC PHẦN:010103311201 ĐỀ TÀI : MƠ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM Giảng viên hướng dẫn: Trương Ngọc Bảo Nhóm thực hiện: 12 Sinh viên thực hiện: Đinh Địch Tinh 1951050094 Nguyễn Thị Yến Nhi 1951050027 Phan Cơng Hịa 1951050058 Phạm Hồng Kha 1951050011 Nguyễn Đình Chiến 1951050050 Vũ Hồng Nam 1951050021 Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022 c MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU VỀ ROBOT BẬC 1.1 Đặt vấn đề mục tiêu đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề .2 1.1.2 Mục tiêu đề tài 1.2 Giới thiệu robot bậc 1.2.1 Tổng quan Robot bậc 1.2.2 Ưu nhược điểm 1.2.3 Lựa chọn phương án .4 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Arduino UNO R3 2.1.1 Thông số kỹ thuật 2.1.2 Nguyên lí hoạt động .6 2.1.3 Ứng dụng 2.2 Module HC05 2.2.1 Thông số kỹ thuật 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.3 Ứng dụng 2.3 Servo 2.3.1 Thông số kỹ thuật 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 2.3.3 Ứng dụng CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH 10 3.1 Phần mềm hỗ trợ 10 3.1.1 Phần mềm Proteus Professional 10 3.1.2 Easy Robot 10 3.1.3 Arduino IDE .12 3.1.4 Phần mềm Solidworks 13 3.2 Sơ đồ khối 14 c 3.3 Sơ đồ mạch 14 3.4 Code mạch 17 KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 c MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình ảnh 1: Robot hàn sản xuất khí Hình ảnh 2: Robot sử dụng công đoạn lắp ráp ôtô .3 Hình ảnh 3: Arduino Uno R3 Hình ảnh 4: Cấu tạo Arduino Uno R3 Hình ảnh 5: Module HC05 Hình ảnh 6: Servo SG90 .8 Hình ảnh 7: Phần mềm Proteus Professional 10 Hình ảnh 8: Giao diện phần mềm Proteus 10 Hình ảnh 9: Giao diện phần mềm Easy Robot 11 Hình ảnh 10: Giao diện phần mềm 12 Hình ảnh 11: Giao diện Solidworks 15 Hình ảnh 12: Mơ hình cánh tay robot .15 Hình ảnh 13: Sơ đồ nguyên lý 15 Hình ảnh 14: Bản vẽ khí 16 Hình ảnh 15: Giao diện Smartphone 16 Hình ảnh 16: Thiết kế Solidworks 17 c LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển không ngừng ngành khoa học kỹ thuật, ngành cơng nghiệp phát triển nhanh chóng Việc áp dụng máy móc đại vào sản xuất yêu cầu thiếu nhà máy nhằm tăng suất, tăng chất lượng giảm giá thành sản phẩm Song song với phát triển đó, cơng nghệ chế tạo Robot phát triể n nhanh chóng đặc biệt nước phát triển nhằm đáp nhu cầu sản xuất,sinh hoạt, quốc phịng…Robot thực cơng việc mà người khó thực chí khơng thực như: làm cơng việc địi hỏi độ xác cao, làm việc mơi trường nguy hiểm (như lị phản ứng hạt nhân ,dị phá mìn qn ), thám hiểm không gian vũ trụ… Trong họ Robot, khơng thể khơng nhắc đến ROBOT CƠNG NGHIỆP với đặc thù mà Robot khác khơng có Cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu với khả linh hoạt, độ xác cực cao, ứng dụng rộng rãi khắp nước thay người làm công việc môi trường độc hại hay chế tạo Robot khác với độ xác mà người làm tay c CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU VỀ ROBOT BẬC 1.1 Đặt vấn đề mục tiêu đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề Tầm quan trọng cánh tay robot đại hóa đất nước: Trong nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa có vai trị đặc biệt quan trọng Nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, cải thiện điều kiện lao động, nâng cao suất lao động …vấn đề đặt hệ thống sản xuất phải có tính linh hoạt cao.Robot công nghiệp, đặc biệt tay máy robot phận quan trọng để tạo hệ thống Tay máy Robot có mặt sản xuất từ nhiều năm trước, ngày tay máy Robot dùng nhiều lĩnh vực sản xuất, từ ưu điểm mà tay máy Robot hoạt động q trình sản xuất, làm việc, rút tính mà người khơng thể có : khả làm việc ổn định, làm việc mơi trường độc hại… Do việc đầu tư nghiên cứu, chế tạo tay máy Robot phục vụ cho cơng tự động hóa sản xuất cần thiết cho tương lai Hình ảnh 1: Robot hàn sản xuất khí c Hình ảnh 2: Robot sử dụng công đoạn lắp ráp ôtô 1.1.2 Mục tiêu đề tài Thực đề tài “ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM “ dùng mơ hình cánh tay máy để phục vụ trực tiếp cho công giảng dạy Q trình nghiên cứu khơng động lực kích thích niềm say mê học hỏi mà cịn nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõ lí thuyết, tạo điều kiện cho việc dạy học sinh động hơn, đồng thời giúp cho chúng em nghiên cứu kĩ khái niệm mơ hình, ngun lý làm việc tập lệnh vi xử lý, hiểu rõ cánh tay robot, chuyên ngành chúng em Sản phẩm trước hết ứng dụng vào phương tiện giảng dạy trường phát triển rộng, sâu ứng dụng thực tế vào sản xuất công nghiệp đặc biệt cung cấp nhìn tổng quát vi xử lý tay máy công nghiệp 1.2 Giới thiệu robot bậc 1.2.1 Tổng quan Robot bậc Về bản, cánh tay robot DOF chế tạo với trục servo bao gồm phần dọc ngang Các phận bao gồm servo sở, servo vai, servo tay servo kẹp Quá trình thiết kế bắt đầu cách chế tạo dụng cụ cánh tay robot sau xếp thành đơn vị hồn chỉnh Robot với cấu hình bậc tự RRRR, bao gồm : - Khớp khớp xoay giúp cánh tay xoay sang hai bên c - Tiếp khớp xoay giúp cánh tay gập lên xuống để nâng hạ vật tay kẹp dùng để gắp vật 1.2.2 Ưu nhược điểm − Ưu điểm: + Tầm với robot lớn so với robot bậc tự RRR Do khơng gian + Với bậc tự robot linh hoạt việc di chuyển tiếp cận vật − Nhược điểm: + Thiết kế khí phức tạp so với robot bậc tự RRR + Điều khiển robot phức tạp 1.2.3 Lựa chọn phương án − Lựa chọn phương án + Ta lựa chọn phương án thiết kế robot bậc tự RRRR Vì khơng gian làm việc lớn hơn, robot linh hoạt phù hợp với yêu cầu đề tài + Robot gồm khâu ( truyền nồi khớp tay kẹp) khớp xoay − Chọn Vật Liệu: Vật liệu làm robot chủ yếu nhựa − Chọn Động Cơ + Cánh tay robot phải điều khiển cách xác nên ta chon động servo để điều khiển khớp + Động sử dụng nguồn 12V, DC + Dòng khởi động động 1.3A − Thiết Kế Thân Robot + Khớp ( Khớp đế ): Đây khớp đế xoay cánh tay, chủ yếu chịu lực uốn nén + Khớp 2, 3, 4: Trục khớp chủ yếu chịu lực cắt vị trí nối với khâu tiếp theo, sử dụng trục Ө10 Truyền động cho khớp động servo + Tay kẹp : Ứng dụng nguyên lý tay kẹp hình bình hành để đóng mở má kẹp song song, tiếp xúc tốt với vật cơng tác Truyền động cho má kẹp đóng mở c CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Arduino UNO R3 Arduino Uno R3 DIP dòng Arduino hệ thứ giống phiên trước giúp người dùng dễ dàng tiếp cận với lập trình để tạo phần cứng có tính mong muốn cách nhanh chóng với chi phí hợp lý Hình ảnh 3: Arduino Uno R3 Hình ảnh 4: Cấu tạo Arduino Uno R3 2.1.1 Thông số kỹ thuật c − Vi điều khiển: ATmega328 họ 8bit − Điện áp hoạt động: 5~12V DC − Tần số hoạt động: 16 MHz − Dòng tiêu thụ: Khoảng 30mA − Điện áp vào giới hạn: 19V DC − Số chân Digital I/O: 14 (6 chân PWM) − Số chân Analog: (độ phân giải 10bit) − Dòng tối đa chân I/O: 30 mA − Dòng tối đa (5V): 500 mA − Dòng tối đa (3.3V): 50 mA − Bộ nhớ flash: 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader − SRAM: KB (ATmega328) − EEPROM: KB (ATmega328) − Khối lượng: 25 gram 2.1.2 Nguyên lí hoạt động Arduino Uno R3 sử dụng cách gắn vào máy tính thông qua cáp USB Sau lắp đặt xong, sử dụng pin chuyển đổi AC-DC để cung cấp điện cho mạch kit Khi đấu nối thành cơng, mạch kích hoạt bắt đầu 2.1.3 Ứng dụng Arduino Uno R3 DIP bạn ứng dụng vào mạch đơn giản mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ,… cao bạn làm sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay không người lái, ứng dụng lớn khác 2.2 Module HC05 c − Chế độ hoạt động servo hình thành hệ thống hồi tiếp vịng kín Động servo nhận tín hiệu xung điện (PWM) từ điều khiển để hoạt động kiểm sốt mã hóa (encoder) − Khi động vận hành vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển thơng qua mã hóa (encoder) Khi lý ngăn cản chuyển động làm sai lệch tốc độ vị trí mong muốn, cấu hồi tiếp phản hồi tín hiệu điều khiển Từ tín hiệu phản hồi về, điều khiển servo so sánh với tín hiệu lệnh đưa điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động servo hoạt động theo yêu cầu đạt tốc độ vị trí xác 2.3.3 Ứng dụng − Động servo SG90 có kích thước nhỏ, loại sử dụng nhiều để làm mơ hình nhỏ cấu kéo khơng cần đến lực nặng − Động servo SG90 180 độ có tốc độ phản ứng nhanh, bánh làm nhựa nên cần lưu ý nâng tải nặng làm hư bánh răng, động RC Servo 9G có tích hợp sẵn Driver điều khiển động bên nên dễ dàng điều khiển góc quay phương pháp điều độ rộng xung PWM c CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH 3.1 Phần mềm hỗ trợ 3.1.1 Phần mềm Proteus Professional Phần mềm vẽ Proteus phần mềm vẽ mạch điện tử phát triển công ty Lancenter Electronics Phần mềm mơ tả hầu hết linh kiện điện tử thông dụng nay, đặc biệt hỗ trợ cho phần mềm 8051, PIC, Motorola, AVR Phần mềm bao gồm mảng ISIS cho phép mô mạnh điện tử ARES dùng để vẽ mạch in Hình ảnh 7: Phần mềm Proteus Professional Hình ảnh 8: Giao diện phần mềm Proteus 3.1.2 Easy Robot 10 c Easy Rob công cụ mô robot sử dụng đồ hoạ khơng gian chiều (3D) hình ảnh hoạt động Một hệ thống 3D-CAD đơn giản cho phép tạo khối hình học khối trụ, khối cầu, khối chữ nhật, khối tam giác, khối hình thang, để vẽ kết cấu robot Hình ảnh 9: Giao diện phần mềm Easy Robot Các Menu chính: − File: quản lý tác vụ đối tượng file: mở, lưu, xóa, sửa − Robotics: dùng để nhập thơng số động học, động lực học, xác định vị trí dụng cụ, xác định vị trí robot thơng số khác Với robotics menu dễ dàng tạo chương trình điều khiển robot tạo robot − Simulate: cho phép điều khiển tay việc di chuyển Robot đến vị trí khác (Home, Joint, Cartesian position), chạy chương trình robot, ghi lại reset tất vị trí robot, làm tăng giảm tốc độ mô robot… − 3D-CAD: Menu 3D CAD cung cấp công cụ để vẽ kết cấu robot không gian ba chiều, để thiết kế công cụ, đối tượng làm việc Để vẽ kết cấu robot, dựa vào khối hình học đơn giản lắp ghép chúng lại để tạo nên hình dáng khác robot Cũng nhóm nhiều đối tượng vẽ riêng lẻ thành đối tượng sử dụng nhiều lần thay đổi kích thước chúng Các đối tượng vẽ menu 11 c này, import từ phần mềm CAD khác AutoCad, ProEngineer , lưu vào file định dạng đuôi *.STL, liên kết trực tiếp với Easy-Rob 3.1.3 Arduino IDE Arduino IDE phần mềm soạn thảo văn hãng, giúp bạn viết code để nạp vào bo mạch Arduino cách nhanh chóng, dễ dàng hồn tồn miễn phí Bài viết cấp cho bạn chi tiết thông tin Arduino IDE Hình ảnh 10: Giao diện phần mềm  Một số tính thường xuyên sử dụng phần mềm: − Nút kiểm tra chương trình (Verify): giúp dị lỗi phần code định truyền xuống bo mạch Arduino − Nút tải đoạn code vào bo mạch Arduino (Upload): giúp nhập đoạn code vào bo mạch Arduino − Vùng lập trình: người dùng viết chương trình khu vực − Thanh Menu: gồm thẻ chức nằm File, Edit, Sketch, Tools, Help  Sử dụng ngơn ngữ lập trình C/C++ thân thiện với lập trình viên: 12 c Arduino IDE sử dụng ngơn ngữ lập trình C/C++ phổ biến giới lập trình Bất kỳ đoạn code C/C++ Arduino IDE nhận dạng, giúp lập trình viên thuận tiện việc thiết kế chương trình lập cho bo mạch Arduino  Hỗ trợ lập trình tốt cho bo mạch Arduino: Arduino có module quản lý bo mạch, nơi người dùng chọn bo mạch mà họ muốn làm việc thay đổi bo mạch thơng qua Menu Quá trình sửa đổi lựa chọn liên tục tự động cập nhật để liệu có sẵn bo mạch liệu sửa đổi đồng với Bên cạnh đó, Arduino IDE giúp bạn tìm lỗi từ code mà bạn viết, qua giúp bạn sửa lỗi kịp thời tránh tình trạng bo mạch Arduino làm việc với code lỗi lâu dẫn đến hư hỏng tốc độ xử lý bị giảm sút 3.1.4 Phần mềm Solidworks Solidworks phần mềm quan trọng để mơ hình hóa 3D Bạn sử dụng để tạo mơ hình sản phẩm dạng 3D chí phân tích sản phẩm để kiểm tra hoạt động sản phẩm giới thực Trước sản phẩm sản xuất, kiểm tra phần mềm khác Solidworks giúp bạn thực mơ hình 2D 3D, phần mềm CAD biết đến với tính dễ sử dụng trực quan Hình ảnh 11: Giao diện Solidworks Phần mềm SolidWorks cho phép bạn: - Thiết kế đối tượng 3D xác 13 c - Phát triển sản phẩm - Kiểm tra kỹ thiết kế tệp bạn - Duy trì thư viện tệp 3D bạn - Tạo vẽ 2D - Tạo hình ảnh hoạt ảnh đối tượng 3D bạn - Ước tính chi phí sản xuất đối tượng 3D bạn 3.2 Sơ đồ khối Khối cảm biến Khối điều khiển Khối nguồn Khối động Trong đó: − Khối nguồn: Cấp nguồn cho hệ thống − Khối điều khiển: Arduino Uno R3 xử lý điều khiển mạch − Khối cảm biến: Module HC05 Nhận tín hiệu từ điện thoại qua bluetooth gửi đến khối điều khiển − Khối động cơ: Servo nhận tín hiệu từ khối điều khiển sau bắt đầu hoạt động 3.3 Sơ đồ mạch − Mơ hình cánh tay robot nhóm chúng em 14 c Hình ảnh 12: Mơ hình cánh tay robot − Sơ đồ nguyên lý Hình ảnh 13: Sơ đồ nguyên lý − Bản vẽ khí 15 c Hình ảnh 14: Bản vẽ khí − Giao diện smart phone Hình ảnh 15: Giao diện Smart phone − Thiết kế Solidworks 16 c Hình ảnh 16: Thiết kế Solidworks 3.4 Code mạch #include #define servo1 #define servo2 10 #define servo3 11 #define servo4 Servo mservo1, mservo2, mservo3, mservo4; int pos = 0; char Incoming_value = 0; char usechar = "0"; void setup() { Serial.begin(9600); // put your setup code here, to run once: mservo1.attach(servo1); // 150-50 mservo2.attach(servo2); // 0-180 mservo3.attach(servo3); // 40-120 mservo4.attach(servo4); // 0-180 } //default servo position mservo1.write(100); //up-down mservo2.write(0); //left-right mservo3.write(80); //forward-back mservo4.write(0); //clamp 17 c int srv1 = 100; int srv2 = 0; int srv3 = 80; int srv4 = 0; void loop() { if(Serial.available() > 0) { Incoming_value = Serial.read(); //Serial.println(Incoming_value); usechar = Incoming_value; } if(usechar=='A') { if(srv10) { srv1 ; mservo1.write(srv1); delay(10); } } if(usechar=='C') { if(srv20) { srv2 ; mservo2.write(srv2); delay(10); } } if(usechar=='G') { if(srv30) { srv3 ; mservo3.write(srv3); delay(10); } } // { if(usechar=='F') if(srv40) { srv4 ; mservo4.write(srv4); delay(10); 19 c } } while(usechar=='1') { mservo1.write(0); delay(1000); mservo2.write(0); delay(1000); mservo3.write(0); delay(1000); mservo4.write(0); delay(1000); mservo2.write(90); delay(1000); mservo4.write(90); delay(1000); mservo3.write(120); delay(1000); mservo2.write(0); delay(1000); mservo4.write(0); delay(1000); mservo1.write(180); delay(1000); mservo2.write(90); delay(1000); mservo4.write(90); delay(1000); mservo3.write(0); delay(1000); mservo2.write(0); delay(1000); mservo4.write(0); delay(1000); mservo3.write(0); delay(1000); } { while(usechar=='0') pinMode(8, OUTPUT); 20 c } digitalWrite(8, HIGH); } 21 c KẾT LUẬN Ngày người ngày phát, suất công việc ngày nặng nâng cao hơn, lúc máy móc cơng nghệ bắt đầu thành xu hướng, lợi ích suất cơng việc mà máy móc mang lại cao người nhiều khía cạnh suất cơng việc, làm hàng mà khơng biết mệt mỏi, tỷ lệ sai sót cơng việc thấp phân xưởng cần nhân cơng làm Chúng ta cần phải bắt kịp với xu hướng phát triển nay, lý chúng em bắt tay vào làm đồ án cánh tay robot để tìm hiểu giúp hiểu thêm cách làm hoạt động cánh tay robot Qua thời gian học môn Robot cơng nghiệp nhóm chúng em học hỏi thêm nhiều kiến thức bổ ích mơn học này, kiến thức để giúp cho em học tốt môn sau sau làm Sau trình bắt tay vào thực đề tài nhóm chúng em đạt mục tiêu ban đầu đề tài đặt ra, nhóm chúng em cịn có thiếu sót nhiều mong thầy giúp đỡ để giúp nhóm cải thiện tốt Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Ngọc Bảo, tận tình bảo hướng dẫn để nhóm hồn thành đồ án mơn học Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn 22 c TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Robot cơng nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật, GS TSKH Nguyễn Thiện Phúc (2006) Giáo trình Robot công nghiệp, Trường Cao đẳng Giao Thông Vận Tải TP.HCM, Ths Nguyễn Thị Thu Lan (2017) Nghiên cứu xây dựng cánh tay robot, https://lib.hpu.edu.vn/jspui/bitstream/123456789/31150/1/Nguyen-Thai-Phong-DC 1802.pdf 23 c ... bắt tay vào làm đồ án cánh tay robot để tìm hiểu giúp hiểu thêm cách làm hoạt động cánh tay robot Qua thời gian học môn Robot công nghiệp nhóm chúng em học hỏi thêm nhiều kiến thức bổ ích mơn học. .. Mơ hình cánh tay robot nhóm chúng em 14 c Hình ảnh 12: Mơ hình cánh tay robot − Sơ đồ nguyên lý Hình ảnh 13: Sơ đồ nguyên lý − Bản vẽ khí 15 c Hình ảnh 14: Bản vẽ khí − Giao diện smart phone Hình. .. cơng tự động hóa sản xuất cần thiết cho tương lai Hình ảnh 1: Robot hàn sản xuất khí c Hình ảnh 2: Robot sử dụng cơng đoạn lắp ráp ôtô 1.1.2 Mục tiêu đề tài Thực đề tài “ MƠ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC