Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành cơ điện tử đề tài nghiên cứu, thiết kế rô bốt scara 3 bậc tự do

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara bậc tự Giáo viên hướng dẫn: Ths LÊ NGỌC DUY Nhóm sinh viên thực hiện: VŨ MINH ĐỨC 2017600781 ĐỖ ĐỨC HIẾU 2017600874 NGUYỄN HUY HỒNG 2017601597 Hà Nội – 2021 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNGHỒXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆTNAM TRƯỜNGĐẠIHỌCCƠNG NGHIỆP HÀNỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên sinh viên: Vũ Minh Đức MSSV: 2017600781 Lớp: CĐT1 Khóa: 12 Đỗ Đức Hiếu MSSV: 2017600874 Lớp: CĐT1 Khóa: 12 Nguyễn Huy Hồng MSSV: 2017601597 Lớp: CĐT1 Khóa: 12 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara bậc tự Mục tiêu đề tài: Phân tích, tổng hợp đề xuất giải pháp cho vấn đề kỹ thuật liên quan đến q trình điều khiển rơ bốt Scara Vận dụng kiến thức khí, điện, điện tử, điều khiển tích hợp để thiết kế, chế tạo hệ thống tự động, hệ thống điện tử Sử dụng phần mềm chuyên dụng để thiết kế mô hệ thống điện tử Lựa chọn linh kiện, thiết bị lắp ráp hoàn chỉnh sản phẩm điện tử Có khả tổng hợp, viết báo cáo, trình bày phản biện khoa học Kết dự kiến (Phần liệt kê nội dung, kết cần đạt ĐA/KLTN phải bám sát mục tiêu đề tài) Thiết kế, chế tạo mơ hình rơ bốt Scara Lập trình thuật toán điều khiển theo điều khiển Thời gian thực hiện: từ 22/03/2021 đến 09/05/2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA (Ký ghi rõ họ tên) TS Nguyễn Văn Thiện NỘI DUNG THỰC HIỆN Bố cục thuyết minh đề tài: Nội dung nghiên cứu SV thực Chương 1: Tổng quan rô bốt Scara 1.1 Lịch sử nghiên cứu Vũ Minh Đức 1.2 Mục tiêu đề tài Đỗ Đức Hiếu 1.3 Phương pháp thực đề tài Nguyễn Huy Hồng Chương 2: Mơ hình tốn học rơ bốt Scara 2.1 Tính tốn lựa chọn phương pháp điều khiển Vũ Minh Đức 2.3 Mơ hình tốn học hệ thống điều khiển Nguyễn Huy Hồng Chương 3: Tính tốn, thiết kế rơ bốt Scara 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí Đỗ Đức Hiếu 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điện, điện tử Nguyễn Huy Hồng 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển Vũ Minh Đức Kết luận Đỗ Đức Hiếu Bản vẽ: TT Tên vẽ Khổ giấy Số lượng SV thực Bản vẽ lắp hệ thống khí A0 Đỗ Đức Hiếu Bản vẽ hệ thống điều khiển A1 Nguyễn Huy Hoàng Lưu đồ thuật toán điều khiển A1 Vũ Minh Đức Mơ hình/ sản phẩm (nếu có) Trình bày ngắn gọn thông số kỹ thuật mơ hình/ sản phẩm Nội dung cơng việc SV thực Chế tạo, lắp ráp hệ thống khí Vũ Minh Đức Lắp ráp mạch điều khiển Đỗ Đức Hiếu Lập trình hệ thống điều khiển Nguyễn Huy Hồng * Ghi chú: Nhiệm vụ sinh viên đề tài phân cơng theo chương theo nội dung công việc MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 11 1.1 Lịch sử nghiên cứu 11 1.1.1 Sơ lược lịch sử trình phát triển robot công nghiệp 11 1.1.2 Giới thiệu chung cánh tay robot 15 1.2 Mục tiêu đề tài 19 1.3 Phương pháp thực đề tài 20 CHƯƠNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ROBOT SCARA 21 2.1 Tính tốn, lựa chọ phương pháp điều khiển 21 2.1.1 Phương pháp Denavit – Hartenberg(D-H) 21 2.1.2 Ma trận hệ trục tọa độ theo quy tắc D-H 22 2.2 Mơ hình tốn học hệ thống điều khiển 23 2.2.1 Phương trình động học thuận 23 2.2.2 Phương trình động học nghịch 25 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ROBOT SCARA 28 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 28 3.1.1 Yêu cầu thiết kế 28 3.1.2 Mơ hình thiết kế tay máy bậc tự 28 3.1.3 Tính tốn lực tác động, công suất cần thiết 29 3.1.4 Tính tốn truyền đai 32 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điện, điện tử 35 3.2.1 Tính tốn lựa chọn vi điều khiển 35 3.2.2 Chọn động điều khiển 36 3.2.3 Driver điều khiển động 38 3.2.4 Cơng tắc hành trình 39 3.3 Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển 40 3.3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển 40 3.3.2 Mơ hình hóa mô 43 3.4 Tổng hợp tích hợp hệ thống 47 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Robot tay máy 11 Hình 1.2 Robot Scara 12 Hình 1.3 Robot cơng nghiệp hãng Tosy Robotics, Việt Nam 13 Hình 1.4 Xưởng hàn thân xe hãng xe VinFast 14 Hình 1.5 Robot tay máy bậc tự 16 Hình 1.6 Robot tay máy hàn ứng dụng công nghiệp 17 Hình 1.7 Cơ cấu hệ tọa độ trụ 18 Hình 1.8 Tay máy robot tọa độ cầu 18 Hình 1.9 Tay máy robot dạng Scara 18 Hình 1.10 Tay máy robot tọa độ Đề Các 19 Hình 2.1 Quy tắc đặt trục tọa độ 21 Hình 2.2 Đặt hệ trục tọa độ lên khâu cảu robot 23 Hình 2.3 Bài toán động học nghịch 25 Hình 3.1 Mơ hình Robot tay máy Scara 29 Hình 3.2 Mơ hình thiết kế 29 Hình 3.3 Lực tác dụng khâu 30 Hình 3.4 Biểu đồ momen khâu 31 Hình 3.5 Puli chủ động 34 Hình 3.6 Puli bị động 34 Hình 3.7 Dây đai truyền động 35 Hình 3.5 Vi điều khiển STM32F103C8T6 35 Hình 3.6 Động bước điều khiển 37 Hình 3.7 Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước A4988 38 Hình 3.8 Cơng tắc hành trình 39 Hình 3.9 Tiếp điểm thường mở 40 Hình 3.10 Tiếp điểm thường đóng 40 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm 40 Hình 3.12 Lưu đồ thuật tốn điều khiển 42 Hình 3.13 Mơ hình thiết kế sơ 43 Hình 3.14 Mơ hình Simulink robot 44 Hình 3.15 Khối điều khiển chuyển động 44 Hình 3.16 Mơ hình Simulink tổng qt 45 Hình 3.17 Đồ thị quy luật chuyển động, vận tốc, gia tốc q0 46 Hình 3.18 Đồ thị quy luật chuyển động, vận tốc, gia tốc q2 46 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng thông số Denavit – Hartenberg 23 Bảng 3.1 Bảng tra mô đun chọn số cho bánh 33 10