Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động cho máy tán đinh tán

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động cho máy tán đinh tán BÙI TRUNG HIẾU Hieu.BT211063M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: Khoa: PGS.TS Hoàng Hồng Hải Cơ điện tử HÀ NỘI, 4/2023 Chữ ký GVHD ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Họ tên học viên: Bùi Trung Hiếu Lớp: Khóa: 2021A Chuyên ngành: Kỹ thuật khí MSHV: 20211063M Hệ: Thạc sĩ Tên đề tài Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động cho máy tán đinh tán Nội dung thuyết minh Chương Tổng quan đinh tán máy tán đinh Chương Hệ thống cấp phôi cho máy tán đinh tán Chương Hệ điều hành ROS xử lý ảnh cho robot Chương Tính tốn thiết kế robot cấp phôi kết thực nghiệm Kết luận Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn PSG.TS Hoàng Hồng Hải LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn thạc sĩ, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội thầy Trường Cơ Khí, nhiệt tình truyền đạt cho em nhiều kiến thức mới, nhiều góc nhìn giúp cho em trang bị thêm cho kiến thức mới, thực tiễn cơng việc sống Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Hoàng Hồng Hải, người thầy ân cần, tận tụy hướng dẫn em suốt thời gian thực luận văn Trong trình làm, với hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Hoàng Hồng Hải nỗ lực thân, đến đồ án em hoàn thành Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, quan bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành luận văn thạc sĩ Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Học viên cao học Bùi Trung Hiếu LỜI MỞ ĐẦU Trong sản xuất cơng nghiệp quốc phịng nay, vấn đề tự động hóa sản xuất có vai trị đặc biệt quan trọng Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật robot công nghiệp nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Sự cạnh tranh hàng hóa đặt vấn đề để hệ thống vận hành linh hoạt Robot cơng nghiệp phấn cấu thành thiếu hệ thống Để đạt trình độ tự động hóa nay, robot nói chung robot cơng nghiệp nói riêng phát triển qua bao giai đoạn viện nghiên cứu trường đại học hàng đầu giới Để ngày hôm nay, họ cho đời hệ điều hành ROS (Robot Operating System), điều hành thúc đẩy trình tự động hóa robot cực mạnh mẽ Trong thời gian ngắn kể từ xuất hiện, ROS phát triển nhanh chóng trở thành công cụ phổ biến, chuẩn mực sử dụng rộng rãi đơn vị nghiên cứu chế tạo robot Cùng với phát triển ROS, công nghệ xử lý ảnh ngày áp dụng nhiều nhiều lĩnh vực Việc kết hợp ROS xử lý ảnh đưa xa đường nghiên cứu, ứng dụng robot Và mục đích đồ án “Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động cho máy tán đinh tán” Phạm vi nghiên cứu luận văn bao gồm: tính tốn, thiết kế robot gắp lề thực nghiệm kết gắp nhằm tự động hóa quy trình lắp ráp nhà máy Z113 Mục lục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐINH TÁN VÀ MÁY TÁN ĐINH TÁN 1.1 Giới thiệu mối ghép đinh tán .1 1.1.1 Tổng quan mối ghép đinh tán 1.1.2 Các loại đinh tán vật liệu làm đinh tán a 1.1.3 1.2 Các loại đinh tán mối ghép Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng a Ưu điểm: c Phạm vi sử dụng: Tình hình nghiên cứu thị trường máy tán rivet giới .4 1.2.1 Tình hình giới .4 1.2.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ máy tán rivet Việt Nam .4 1.3 1.3.3 1.4 Tổng quan sản phẩm lề hòm gỗ bảo quản đạn pháo .5 1.3.1 Công dụng .5 1.3.2 Cấu tạo Giới thiệu quy trình sản xuất lề Giới thiệu thiết bị sử dụng để tán chốt nguội sản xuất 1.4.1 Máy tán kiểu đứng 1.4.2 Máy tán kiểu nằm ngang CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CẤP PHÔI CHO CÁC MÁY TÁN ĐINH 11 2.2.1 Phương pháp cấp phôi kiểu giá nâng .11 2.2.2 Phễu cấp phôi định hướng khe rãnh .12 2.3.1 Cấu tạo hệ thống 13 2.3.2 Nguyên lý làm việc phễu rung 14 2.4.1 Cấu tạo hệ thống 14 2.4.2 Nguyên lý làm việc hệ thống robot gắp 15 2.5 Kết luận 15 CHƯƠNG HỆ ĐIỀU HÀNH ROS VÀ XỬ LÝ ẢNH CHO ROBOT 16 3.1 Giới thiệu tổng quan hệ điều hành ROS 16 3.1.1 Hệ điều hành ROS 16 3.1.2 Tại lại chọn ROS 16 3.2 ROS điều khiển robot 20 3.2.1 MoveIt 20 3.2.2 3.3 Tổng quan xử lý ảnh 23 3.4 3.4.1 3.5 Giao tiếp ROS Arduino 22 Các trình xử lý ảnh 24 Phạm vi ứng dụng xử lý ảnh 25 Xử lý ảnh phát vật thể 25 3.5.1 Thông số camera 26 3.5.2 Hiệu chuẩn camera 26 3.5.3 Thuật toán Canny 27 3.5.4 Thuật toán lấy mẫu đường biên 28 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 33 4.1 4.2 4.3 Động học 33 4.1.1 Các tham số động học DH (Denavit Hartenberg) 33 4.1.2 Thiết lập ma trận trạng thái khâu thao tác 36 Tĩnh học 37 4.2.1 Cơ sở lý thuyết 38 4.2.2 Xây dựng mơ hình Solidworks 39 Chọn tay gắp 43 4.4.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển 44 4.4.2 Mạch điều khiển 45 4.5 Sơ đồ nối mạch 46 4.6 Kết thực nghiệm………………………………………………………………46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu tạo mối ghép đinh tán Hình 1.2: Các loại đinh tán Hình 1.3: Máy tán rivet Nhật Hình 1.4: Kết cấu lề lắp vào hòm gỗ bảo quản đạn pháo Hình 1.5: Cấu tạo lề hịm gỗ bảo quản đạn pháo Hình 1.6: Phơi thép Hình 1.7: Phơi cắt tạo hình Hình 1.8: Phơi dập tạo hình Hình 1.9: Vát mép lỗ lề Hình 1.10: Quy trình sản xuất lề Hình 1.11: Máy tán đinh thủy lực Đài Loan LF168 Hình 12: Hình ảnh máy tán đinh thủy lực Đài Loan LF162 Hình 2.1: Phễu cấp phơi kiểu giá nâng Hình 2.2: Phễu cấp phơi định hướng khe rãnh Hình 2.3: Phễu cấp phơi rung động Hình 2.4: Hệ thống robot gắp Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống cấp phơi sử dụng tay gắp robot Hình 3.1: Cấu trúc MoveIt Hình 3.2: Giao diện Move It Hình 3.3: Mơ robot Rviz Hình 3.4: Giao diện phần mềm Arduino IDE Hình 3.5: Các giai đoạn xử lý Hình 3.6: Các bước thực thi xử lý ảnh Hình 3.7: Hiệu chỉnh camera Hình 3.8: Non-maximum Suppression Hình 3.9: Lọc ngưỡng Hình 3.10: Phát hiên đường trịn Hình 3.11: Xoay hệ tọa độ Hình 3.12: Hệ tọa độ ảnh Hình 3.13: Hệ tọa độ robot Hình 4.1: Chiều dài góc xoắn khâu Hình 4.2: Các thơng số khâu Hình 4.3: Hệ tọa độ robot Hình 4.4: Mơ hình 3D SolidWorks Hình 4.5: Khâu Hình 4.6: Khâu Hình 4.7: Khâu Hình 4.8: Khâu Hình 4.9: Khâu Hình 4.10: Khơng gian làm việc XOY Hình 4.11: Khơng gian làm việc XOZ Hình 4.12: Khơng gian làm việc ZOY Hình 4.13: Khơng gian làm việc OXYZ Hình 4.14: Các loại tay gắp Hình 4.15: Cơ cấu tay kẹp Hình 4.16: Động servo Hình 4.17: Mơ in 3D Hình 4.18: Quá trình in 3D Hình 4.19: Robot sau lắp ráp hồn chỉnh Hình 4.20: Sơ đồ kết nối TB6560, mạch điều khiển động bước Hình 4.21: Sơ đồ nối mạch điều khiển cánh tay robot Hình 4.22: Mạch điều khiển sau nối hồn chỉnh Hình 4.23: Sai số vị trí theo phương X Hình 4.24: Sai số vị trí theo phương Y Hình 4.25: Sai số vị trí theo phương Z DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số camera Bảng 4.1: Bảng Denavit Hartenberg tham số động học robot Bảng 4.2: Các tham số động học Bảng 4.3: Vị trí thực tế theo phương X Bảng 4.4: Vị trí thực tế theo phương Y Bảng 4.5: Vị trí thực tế theo phương Z CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐINH TÁN VÀ MÁY TÁN ĐINH TÁN 1.1 Giới thiệu mối ghép đinh tán 1.1.1 Tổng quan mối ghép đinh tán Mối ghép đinh tán loại mối ghép tháo được, sử dụng để ghép kim loại đinh tán (rivet) Đinh tán hình trụ trịn có mũ hai đầu, đầu chế tạo lúc với đinh tán gọi mũ sẵn, đầu cịn lại tạo q trình tán đinh vào mối ghép gọi mũ tán Hình 1.1: Cấu tạo mối ghép đinh tán Nguyên tắc liên kết mối ghép đinh tán: - Thân đinh tán tiếp xúc với lỗ ghép, lỗ đệm, đinh tán có tác dụng chốt cản trở trượt tương đối ghép với nhau, ghép với tâm đệm - Để tạo mối ghép đinh tán, người ta gia cơng lỗ ghép gia công khoan hay đột, dập Lỗ ghép có đường kính lớn đường kính thân đinh tán Khi tán đường kính thân chèn tra khít vào đường kính lỗ - Tấm ghép không dày 25 mm: Mối ghép đinh tán sử dụng mối ghép quan trọng, chịu tải trọng va đập lặp lại tải trọng dao động với cường độ lớn: kết cấu máy bay, kết cấu cầu, cần trục, mối ghép đốt nóng bị vênh giảm chất lượng, mối ghép làm vật liệu chưa hàn ngành chế tạo ô tô cho khung ô tô tải 1.1.2 Các loại đinh tán vật liệu làm đinh tán a Các loại đinh tán mối ghép -Theo hình dạng đầu đinh tán Hình dạng đinh tán chủ yếu tiêu chuẩn Tùy theo hình dạng mũ đinh ta chia loại hình 1.2: đỉnh mũ chỏm cầu, mũ cơn, mũ chìm, mũ nửa chìm, Đinh tán mũ chỏm cầu sử dụng phổ biến Ngoài