Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP KHOA CƠ KHÍ Bộ mơn: CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MƠN HỌC MƠN HỌC :THIẾT KẾ ROBOT CÔNG NGHIỆP Sinh viên :Nguyễn Văn Phiệt MSSV : K195520114120 Lớp: K55CĐT.01 Trần Văn Minh MSSV : K195520114116 Lớp: K55CĐT.01 Chuyên Ngành : Cơ Điện Tử Giáo viên hướng dẫn : THS NGUYỄN NGỌC HÀ Thái Nguyên 4– 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN HỌC: THIẾT KẾ RÔ BỐT CÔNG NGHIỆP BỘ MÔN: CƠ ĐIỆN TỬ Sinh viên: Nguyễn Văn Phiệt MSSV : K195520114120 Lớp: 55CĐT.01 Trần Văn Minh MSSV : K195520114116 Lớp 55CĐT.01 Chuyên ngành: Cơ điện tử Ngày giao đề : 5/4/2022 Ngày hoàn thành : 19/6/2022 1.Tên đề tài: Tính tốn thiết kế rơ bốt Scara có khâu thao tác tịnh tiến RRRT (Mã số: HS-1540-054S) Nội dung thuyết minh tính tốn: Nhiệm vụ đồ án bao gồm: Tổng quan đối tượng thiết kế Giải toán động học thuận, động học ngược Giải toán lập trình quỹ đạo làm việc Mơ động học trình làm việc Các vẽ, chương trình đồ thị Thuyết minh, chương trình đồ thị mơ TRƯỞNG BỘ MƠN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Ngọc Hà NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 20 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, ngày….tháng… năm 20 GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian tìm hiểu thi cơng đồ án môn học, giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ thầy Nguyễn Ngọc Hà thầy cô môn điện tử học giúp chúng em hoàn thành đồ án thiết kế robot công nghiệp Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn đến thầy Nguyễn Ngọc Hà thầy môn điện tử truyền thụ cho chúng em kiến thức bổ ích khơng cần thiết cho đồ án mà cịn cần thiết cho cơng việc sau MỤC LỤC Contents MỤC LỤC L Ờ I NÓI ĐẦẦU CH ƯƠ NG 1:GI Ớ I THI U Ệ VỀẦ ROBOT CÔNG NGHI ỆP 1.1 T ổ ng quan vềề Robot công nghiệp 1.2 Các khái ni m ệ vềề robot 1.3 Phân loại robot công nghiệp 1.4 Ứng dụng Robot 1.5 Tổng quan robot scara : CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT 2.1 Bài toán động học thuận 2.2 Bài toán động học nghịch robot…………………………………………………………… 2.2 Kếết luận CHƯƠNG : THIỀẾT KỀẾ QUỸỸ ĐẠO TRONG KHÔNG GIAN KHỚP 3.1 Cơ sở nội suy quyỹ đạo không gian khớp 3.2 M ộ t sôế câu lệnh matlab 3.2.1Tính cho biềến khớp q1 3.2.2 Đôề thị thay đổi biềến khớp vị trí theo thời gian 3.3 Kếết luận CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HOAT ĐỘNG CỦA ROBOT SCARA BẬC TỰ DO… 4.1 Mô kết cấu robot Scara bậc tự do……………………………………… 4.1.1 Khâu thứ nhâết……………………………………………………………………… 4.1.2 Khâu thứ hai………………………………………………………………………… 4.1.3 Khâu thứ ba………………………………………………………………………… 4.1.4 Khâu thứ tư………………………………………………………………………… 4.1.2 Hoàn thiện robot …… …………………………………………………………… 4.2 Mô chuyển động robot……………………………………………………… 4.3 Kếết luận chương…………………………………………………………………………… CHƯƠNG : KỀẾT LUẬN…………………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………………… LỜI NÓI ĐẦU Ngày robot dùng rộng rãi nhà máy, ứng dụng nhiều ngành khoa học cơng nghệ ví dụ kỹ thuật hàn, kỹ thuật gia công khí, khoa học vũ trụ, đại dương nhiều ngành khoa học khác Robot thay người làm việc điều kiện khắc nhiệt cơng việc địi hỏi độ xác cao Trong tương lai robot ứng dụng rộng rãi đời sống hàng ngày Ở nước ta lĩnh vực robot nghiên cứu trường đại học viện nghiên cứu đặt nên móng cho phát triển ngành khoa học non trẻ Việt Nam.Trong công nghiệp việt nam, robot ứng dụng dây chuyền sản xuất nhà máy nhằm nâng cao suất, hiệu lao động chế tạo sản phẩm có độ xác cao Cùng với phát triển khoa học, tin học ứng dụng robot ngày trở nên quan trọng Máy tính sử dụng công cụ thay người việc tính tốn tốn phức tạp Nó giúp đưa kết nhanh xác Chương trình Maple phần mềm tính tốn mạnh phổ biến giúp giải nhiều loại tốn như: Bài tốn phân tích, thống kê, toán học, toán nhiệt, toán điện kỹ thuật…Ngồi cịn ngơn ngữ lập trình thơng dịch mạnh giúp cho người kỹ sư tính tốn tốn học quen thuộc nhanh chóng dễ dàng Được hướng dẫn bảo tận tình thầy NGUYỄN NGỌC HÀ em chọn đề tài: “TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ RƠ BƠT SCARA CÓ KHÂU THAO TÁC TỊNH TIẾN “ CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP I Tổng quan Robot công nghiệp 1.1 Lịch sử phát triển CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP I Tổng quan Robot công nghiệp 1.1 Lịch sử phát triển Thuật ngữ robot xuất vào năm 1920 tác phẩm văn học nhà văn Tiệp Khắc tên Karel Capek Thuật ngữ Inducstrial Robot (IR) xuất Mỹ công ty AMF (Americal Machine and Foundry Company) quảng cáo mô thiết bị mang dáng dấp có số chức tay người điều khiển tự động thực số thao tác để sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran Quá trình phát triển IR tóm tắt sau: Từ năm 1950 Mỹ xuất viện nghiên cứu Vào đầu năm 1960 xuất sản phẩm có tên gọi Versatran công ty AMF Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu chế tạo IR theo quyền Mỹ từ năm 1967 Ở nước Tây Âu khác như: Đức, Pháp, Ý, Thụy Điển bắt đầu chế tạo IR từ năm 1970 Châu Á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968 Đến nay, giới có 600 cơng ty sản xuất IR số có 400 công ty Nhật Bản, 130 công ty Tây Âu,70 công ty Mỹ số công ty Nga, Tiệp Khắc … Trong cơng ty sản xuất Robot lớn giới kể là: ABB, FANUC, YASKAWA… 1.2 Các khái niệm Robot Định nghĩa robot công nghiệp: Hiện có nhiều định nghĩa Robot, điểm qua số định nghĩa sau: Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR ( Pháp ): Robot công nghiệp cấu chuyển động tự động lập trình, lặp lại chuoưng trình, tổng hợp chương trình đặt trục toạ độ, có khả định vị, định hướng, di chuyển đối tượng vật chất: chi tiết, đạo cụ, gá lắp,… theo hành trình thay đổi chương trình hố nhằm thực nhiệm vụ công nghệ khác Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) : Robot tay máy vạn lặp lại chương trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ thiết bị chuyên dùng thơng qua chương trình chuyển động thay đổi để hoàn thành nhiệm vụ khác Định nghĩa theo FOCT 25686-85( Nga): Robot công nghiệp tay máy tự động, đặt cố định di động ngược, liên kết tay máy hệ thống điều khiển theo chương trình, lập trình lại để hồn thành chức vận động điều khiển q trình sản xuất Có thể nói Robot cơng nghiệp máy tự động linh hoạt thay phần toàn hoạt động bắp hoặt động trí tuệ người nhiều khả thích nghi khác Robot cơng nghiệp có khả chương trình hố linh hoạt nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự chúng Robot công nghiệp trang bị bàn tay máy cấu chấp hành, giải nhiệm vụ xác định trình công nghệ trực tiếp tham gia nguyên công ( sơn, hàn , phun phủ, rót, kim loại vào khuôn đúc, lắp ráp máy,…) phục vụ trình cơng nghệ ( tháo lắp chi tiết gia cơng, dao cụ, đồ gá,…) với thao tác cầm nắm, vận chuyển trao đổi đối tượng với trạm công nghệ hệ thống máy tự động linh hoạt, gọi “Hệ thống tự động linh hoạt robot hố” cho phép thích ứng nhanh thao tác đơn giản nhiệm vụ sản xuất thay đổi 1.3 Cấu trúc chung Robot công nghiệp Một RBCN cấu thành hệ thống sau: Tay máy (Manipulator) cấu khí gồm khâu, khớp Chúng hình thành cánh tay để tạo chuyển động bản, cổ tay tạo lên khéo léo, linh hoạt vá bàn tay (End Effector) để trực tiếp hoàn thành thao tác đối tượng Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho khâu tay máy Nguồn động lực cấu chấp hành động loại: điện, thủy lực, khí nén kết hợp chúng Hệ thống cảm biến gồm sensor thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác Các robot cần hệ thống sensor để nhận biết trạng thái thân cấu robot sensor để nhận biết trạng thái môi trường Hệ thống điều khiển (controller) thường máy tính để giám sát vá điều khiển hoạt động robot Hình 1.1 1.4 Phân loại robot Trong coong nghiệp robot phong phú đa dạng, phân loại theo cách sau: - Phân loại theo kết cấu : Theo kết cấu tay máy người ta phân thành robot kiểu toạ độ Đề cá, kiểu toạ độ trụ, kiểu toạ độ cầu, kiểu toạ độ góc, robot kiểu SCARA trình bày - Phân loại theo hệ thống truyền động : có dạng truyền động phổ biến : Hệ truyền động điện: Thường dùng động điện chiều (DC : Direct Current) động bước( step motor) Loại truyền động dễ điều khiển, kết cấu thu gọn Hệ truyền động thuỷ lực: đạt cơng suất cao, đáp ứng điều kiện làm việc nặng Tuy nhiên hệ thống thuỷ lực thường có kết cấu cồng kềnh, tồn độ phi tuyến lớn khó xử lí điều khiển Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ không cần dẫn ngược nhưung lại phải gắn liền với trung tâm tạo khí nén Hệ làm việc với cơng suất trung bình nhỏ, xác, thường thích hợp với robot hoạt động theo chương trình định sẵn với thao tác đơn giản “nhấc lên-đặt xuống” ( Pick and Place or PTP: Point To Point) - Phân loại theo ứng dụng: Dựa vào ứng dụng robot sản xuất có Robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot chuyển phôi,… - Phân loại theo cách thức đặc trưng phương pháp điều khiển Có robot điều khiển hở ( mạch điều khiển khơng có quan hệ phản hồi), Robot điều khiển kín( hay điều khiển servo) : sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ xác mức độ linh hoạt điều khiển Ngồi cịn có cách phân loại khác tuỳ theo quan điểm mục đích nghiên cứu 1.5 Ứng dụng Robot Ngày nay, thấy ứng dụng robot có mặt lĩnh vực, lĩnh vực cơng nghiệp chiếm đại đa số Ngồi cịn nhiều lĩnh vực khác quốc phòng, dân sinh, y tế quan tâm Ứng dụng robot cơng nghiệp có từ lâu với đa dạng chủng loại công việc không nâng, kéo, thả, mang vật nặng phân loại, xếp sản phẩm mà đảm nhận công việc phức tạp như: - Phục vụ máy CNC hệ thống tự động linh hoạt - Đúc - Lắp ráp, đóng gói - Phun, phủ - Tự động hàn - Đảm nhận thực cấp phôi phục vụ nguyên công dây chuyền sản xuất tự động - Chế tạo máy - Kiểm tra - Sơn Các loại động servo sử dụng ngành cơng nghiệp Video cấu hình loại AC Servo 4.1.3 Nguyên lý hoạt động motor servo Rotor động servo motor nam châm vĩnh cửu Động có từ trường mạnh, đồng thời stator động vào cuộn dây riêng biệt, cấp nguồn điện để hoạt động theo trình tự thích hợp, từ làm quay rotor Nếu thời điểm mà dòng điện cấp tới cho cuộn dây chuẩn xác chuyển động quay roto phụ thuộc vào tần số pha dòng điện, mặt khác, phân cực dòng điện chạy cuộn dây stator Động servo tạo nên hệ thống hồi tiếp vịng khép kín tín hiệu đầu động cơ, chúng nối với mạch điều khiển Khi động quay vận tốc vị trí chúng hồi tiếp mạch điều khiển Khi đó, cho dù tác nhân muốn ngăn cản chuyển động quay động cấu hồi tiếp nhận tín hiệu cho thấy chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch, điều khiến cho động đạt vị trí xác điều khiển servo 4.1.4 Ứng dụng động servo Trên thị trường nay, người thường sử dụng loại động AC Servo, ứng dụng phổ biến lĩnh vực điện điện tử Khi máy móc lắp ráp dây chuyền sản xuất địi hỏi phải có tốc độ cao động Servo đáp ứng tốt yêu cầu Cụ thể: Ứng dụng động Servo điều khiển vận chuyển: Thiết bị vận chuyển vốn linh kiện quan trọng nhiều lĩnh vực, ngành cơng nghiệp trở nên tinh vi, đại tự động hóa Chẳng hạn, việc di chuyển thiết bị, máy móc nhà kho thơng qua hệ thống băng tải Động servo giúp điều khiển tốc độ nhanh hay chậm tùy theo mục đích sử dụng Ứng dụng động Servo khuôn mẫu đùn lĩnh vực sản xuất nhựa: Khuôn mẫu đùn chế tạo phương pháp ép đùn Đây thiết bị gia công tạo nên phận nhựa Vật liệu nhựa tạo nhiệt tan chảy, sau đùn vào khuôn để gia công phận cịn lại Các khn mẫu thơng thường sử dụng thiết bị điều khiển thủy lực, nhiên ngày có nhiều khn mẫu chuyển sang sử dụng hệ thống điều khiển servo để tiết kiệm điện Ứng dụng động Servo khuôn mẫu đùn lĩnh vực sản xuất nhựa Ứng dụng động Servo ngành điện – điện tử: Máy lắp thiết bị lắp linh kiện điện tử, chẳng hạn chip LSI lên bảng mạch, cần đạt đené tốc độ cao độ xác tuyệt đối Và servo AC thỏa mãn yêu cầu Ứng dụng động Servo ngành sản xuất thực phẩm: Nhu cầu thực phẩm sạch, chất lượng cao an toàn cho người tiêu dùng ngày tăng Vì vậy, động servo thường xem giải pháp tối ưu cho nhiều lĩnh vực, quy trình sản xuất thực phẩm 4.1.5 Các loại động servo phổ biến thị trường Hiện nay, có loại động servo phổ biến DC Servo motor AC Servo motor Cụ thể: AC servo motor loại động đặc biệt, cho phép xử lý dịng điện cao thế, thường sử dụng việc sản xuất máy móc cơng nghiệp, đặc biệt loại máy cắt CNC, máy phay, máy mài, máy tiện khí hay loại máy thủy lực,… DC servo motor thiết kế dành cho ứng dụng động có dịng điện nhỏ hơn, chẳng máy bơm nước, máy nén khí,… Động DC servo chia làm loại nhỏ hơn, động chiều có dùng chổi than động chiều không sử dụng chổi than Nhờ phát triển vượt bậc ngành công nghệ điều khiển điện Cho nên sản xuất, hầu hết người ta tin tưởng sử dụng loại động AC Servo Motor 4.1.6 Ưu nhược điểm động servo a) Động servo AC có ưu, nhược điểm Ưu điểm: Điều khiển tốc độ cực tốt, điều khiển cách trơn tru tồn vùng tốc độ, đặc biệt chúng khơng dao động, hiệu suất hoạt động cao 90% Hơn nữa, loại động sản sinh nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí có độ xác cao (tùy vào độ xác tuyệt đối mã hóa) Hơn nữa, động dùng mơ men xoắn, qn tính thấp, đồng thời tiếng ồn thấp, khơng có bàn chải mặc, với chế độ bảo trì miễn phí áp dụng cho mơi trường khơng có khói bụi, chất dễ gây nổ Nhược điểm: Điều khiển động AC phức tạp hơn, lẽ thông số ổ đĩa cần phải điều chỉnh theo thơng số PID xác để xác định nhu cầu kết nối nhiều b) Ưu nhược điểm động servo DC Ưu điểm: Kiểm sốt tốc độ xác cho máy móc, đặc điểm tốc độ mơ men xoắn khó, đồng thời, nguyên tắc điều khiển đơn tương đối giản, dễ sử dụng giá lại rẻ loại khác Nhược điểm: Chổi than động giới hạn tốc độ, sức đề kháng bổ sung, dẫn đến hạt bị mài mịn (do mơi trường khơng có bụi bẩn khơng thích hợp) So sánh động bước động servo Động bước động servo hai loại động thông dụng để điều khiển xác góc quay máy Hai động thường sử dụng cho máy CNC, máy cắt plasma CNC hay máy cắt laser fiber, Cả hai loại động có ưu - khuyết điểm riêng Yếu tố Động bước Mạch Driver Mạch đơn giản, người dùng Mạch phức tạp, người dùng thường phải đặt mua tự chế tạo chúng mạch Driver từ hãng sản xuất Độ nhiễu rung Có độ rung đáng kể Động servo motor Rung Tốc độ Chậm (tối đa khoảng 1000 - 2000 Nhanh (tối đa khoảng 3000 -5000 RPM) RPM) Hiện tượng trượt bước Có thể xảy (Trong trường hợp tải lớn) Khó xảy trượt bước (Nếu tải đặt vào tăng) Phương pháp điều Vịng hở (khơng có encoder) khiển Vịng kín (có encoder) Giá thành (Động + driver) Giá thành đắt Giá rẻ Độ phân giải pha PM: 7.5° (48 PPR) pha HB: 1.8° (200 PPR) Phụ thuộc vào độ phân giải encoder 0.9° (400 PPR) Thông thường, độ phân giải vào khoảng 0.36° pha HB: 0.72° (500 PPR) (1000 PPR) – 0.036° (10000 PPR) 0.36° (1000 PPR) Việc lựa chọn sử dụng loại động tùy thuộc vào lĩnh vực cụ thể Dưới bảng so sánh chi tiết, cụ thể loại động cơ: 4.2 Cảm biến robot 4.2.1 Cảm biến robot gì? Cảm biến sử dụng để ước tính điều kiện môi trường xung quanh robot gọi cảm biến robot Cảm biến có chức giống quan cảm giác người Robot cần nhiều loại liệu môi trường xung quanh để hoạt động hiệu vị trí, khoảng cách, vận tốc, kích thước, định hướng, gia tốc, lực, nhiệt độ, thời điểm, trọng lượng, độ sáng, v.v Một cảm biến robot cho phép đáp ứng với môi trường xung quanh để thực nhiệm vụ phức tạp Mỗi robot sử dụng cảm biến khác để tự điều khiển cách biết thông tin vị trí, chuyển động thể phận 4.2.2 Cảm biến robot hoạt động nào? Hoạt động cảm biến chủ yếu phụ thuộc vào nguyên tắc truyền dẫn có nghĩa chuyển đổi lượng Các cảm biến bên robot cho phép chúng phản hồi thông qua môi trường theo kỹ thuật linh hoạt Bằng cách sử dụng cảm biến khác mà robot có khả quan sát cảm nhận để thực nhiệm vụ phức tạp khác Cảm biến robot theo dõi điều kiện môi trường xung quanh robot sau thơng báo cho điều khiển robot dạng tín hiệu điện tử Vì vậy, robot cần cảm biến khác để điều khiển hoạt động chúng 4.2.3 Các đặc điểm cảm biến robot Các đặc điểm cảm biến robot chủ yếu hỗ trợ việc xác định cảm biến phù hợp cho robot tình khác Dưới số đặc điểm cần thiết cảm biến robot Độ xác Dải chết & Độ trễ Sự hiệu chỉnh Khả lập lại Độ phân giải Độ tuyến tính Độ lệch Nhiệt độ Công suất Nhiệt độ làm việc Mẫu đầu Nhiệt độ bảo quản Kích thước điểm Độ tin cậy 4.2.4 Các loại cảm biến robot Cảm biến robot có nhiều loại khác thảo luận bên Cảm biến ánh sáng (Light Sensor) Cảm biến ánh sáng sử dụng để phát ánh sáng tạo chênh lệch điện áp Cảm biến ánh sáng thường sử dụng robot hai loại tế bào quang điện quang trở Tế bào quang điện sử dụng để chuyển đổi lượng xạ mặt trời thành lượng điện cảm biến sử dụng sản xuất robot lượng mặt trời Các quang trở sử dụng để thay đổi điện trở chúng cách điều chỉnh cường độ ánh sáng Khi ánh sáng chiếu vào nhiều điện trở quang trở nhỏ ngược lại Các cảm biến ánh sáng không đắt tiền nên sử dụng nhiều robot Cảm biến âm (Sound Sensor) Cảm biến âm chủ yếu sử dụng để phát âm thay đổi thành tín hiệu điện Các cảm biến sử dụng robot để điều hướng thông qua âm Bằng cách sử dụng cảm biến này, robot điều khiển thông qua âm thực Vì vậy, robot di chuyển sang bên phải vỗ tay quay bên trái hai vỗ tay Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor) Cảm biến nhiệt độ sử dụng để phát thay đổi nhiệt độ xung quanh robot Cảm biến chủ yếu hoạt động dựa nguyên lý thay đổi điện áp thay đổi nhiệt độ để tạo giá trị nhiệt độ tương đương môi trường xung quanh Các cảm biến sử dụng robot để làm việc điều kiện thời tiết khắc nghiệt sông băng sa mạc Có nhiều loại IC cảm biến nhiệt độ khác có sẵn để phát nhiệt độ LM34, TMP37, TMP35, TMP36, LM35, v.v Cảm biến tiếp xúc (Contact Sensor) Cảm biến tiếp xúc gọi cảm biến cảm ứng sử dụng chế tạo người máy Chức cảm biến tiếp xúc phát thay đổi vận tốc, vị trí, gia tốc, mơ-men xoắn lực khớp điều khiển & tác động cuối Các cảm biến cần tiếp xúc vật lý để robot hoạt động bình thường xác Cảm biến sử dụng công tắc khác cơng tắc hành trình, cơng tắc nút cơng tắc cản xúc giác Các cảm biến sử dụng rộng rãi robot tránh chướng ngại vật Khi cảm biến phát chướng ngại vật truyền tín hiệu đến robot để robot thực nhiệm vụ khác đảo chiều, quay đầu, dừng lại Cảm biến tiệm cận (proximity sensor) Cảm biến tiệm cận robot sử dụng để phát đối tượng gần robot đo khoảng cách từ robot đến đối tượng mà không cần tiếp xúc vật lý chúng sử dụng từ trường để cảm nhận vật thể Các cảm biến có sẵn hai loại thu phát hồng ngoại, cảm biến quang cảm biến siêu âm Cảm biến áp suất (Pressure Sensor) Cảm biến áp suất sử dụng để phát áp suất Những cảm biến sử dụng robot chúng phản ứng với cảm ứng, áp suất lực Cảm biến sử dụng để thiết kế bàn tay robot nhằm tính tốn lực bám lực cần thiết để li hợp đối tượng Cảm biến điều hướng (Navigation Sensor) Các cảm biến gọi cảm biến định vị sử dụng robot để phát vị trí Các cảm biến điều hướng thường sử dụng GPS, định vị & la bàn Hệ thống GPS hệ thống định vị tồn cầu hữu ích cho robot bên ngồi đơn giản phân tích đồ nhận từ vệ tinh GPS Cảm biến định vị hỗ trợ robot nhận dạng yếu tố bên địa danh tự nhiên, địa danh nhân tạo xử lý liệu để xác định vị trí chúng La bàn từ sử dụng để cung cấp phép đo định hướng với từ trường trái đất để hướng dẫn robot hướng để đạt điểm đến So với GPS, cảm biến rẻ Cảm biến gia tốc (Acceleration Sensor) Các cảm biến sử dụng để đo gia tốc độ nghiêng Hai lực ảnh hưởng đến hoạt động gia tốc kế lực tĩnh lực động Lực ma sát hai vật thể gọi lực tĩnh sử dụng để biết độ nghiêng xác robot Lực cần thiết để di chuyển vật gọi lực động sử dụng để ước tính gia tốc cần thiết Cảm biến quay hồi chuyển (Gyroscope Sensor) Cảm biến quay hồi chuyển hay quay hồi chuyển loại cảm biến sử dụng để đo giúp trì định hướng thơng qua nguyên lý mô men động lượng quay hồi chuyển sử dụng để tính tốn tốc độ quay vùng trục cụ thể Cảm biến hữu ích bạn muốn robot không phụ thuộc vào lực hấp dẫn trái đất để trì định hướng Cảm biến IMU IMU viết tắt “Inertial Measurement Unit – Đơn vị đo lường quán tính” kết hợp hai nhiều thuộc tính cảm biến quay hồi chuyển, gia tốc kế từ kế để tính tốn vận tốc, lực hấp dẫn định hướng Cảm biến điện áp (Voltage Sensor) Cảm biến điện áp sử dụng để thay đổi dải điện áp từ thấp đến cao Ví dụ, khuếch đại thuật tốn (Op-Amp) sử dụng để khuếch đại điện áp có giá trị nhỏ đầu vào cung cấp điện áp lớn đầu Một đèn LED đơn giản hoạt động cảm biến điện áp để cảm nhận khác biệt điện áp sáng lên Cảm biến dòng điện (Current Sensor) Cảm biến dòng điện sử dụng để theo dõi dòng điện chạy mạch đưa đầu dòng điện điện áp tỷ lệ Đầu hầu hết cảm biến điện áp tương tự nằm khoảng từ 0V- 5V, xử lý thêm với trợ giúp vi điều khiển Robot lau sàn nhà sử dụng cảm biến siêu âm Arduino Mục tiêu dự án thiết kế robot lau sàn nhà tự động để làm tồn phịng cách phát chướng ngại vật, tránh di chuyển liên tục tồn phịng làm Các thành phần bắt buộc để xây dựng dự án là: Arduino UNO R3, bàn chải sau sàn nhà, cảm biến siêu âm, module điều khiển động cơ, pin để cấp điện cho Arduino, máy tính, khung robot dẫn động bánh xe Sơ đồ mạch điện Sơ đồ mạch điện robot lau sàn nhà tự động hiển thị bên Mạch thiết kế đơn giản cách kết nối cảm biến siêu âm với board Arduino module điều khiển động Cảm biến siêu âm sử dụng mạch HC-SR04 để đo khoảng cách với kết đọc ổn định độ xác cao Cảm biến đo khoảng cách từ cm đến 400 cm Nó tạo tín hiệu siêu âm tần số 40 kHz khơng khí Khoảng cách đối tượng đo tùy thuộc vào thời gian cần thiết sóng siêu âm để quay trở lại cảm biến Nếu biết thời gian tốc độ âm xác định khoảng cách thơng qua cơng thức sau Khoảng cách = (Thời gian x Tốc độ âm khơng khí)/2 Các kết nối mạch sau: Chân Trig Echo cảm biến siêu âm kết nối với chân thứ 12 chân 13 Arduino Hai chân Echo Trig cho phép truyền nhận liệu thông qua board Arduino Các chân cấp nguồn cho cảm biến nối với chân 5V chân GND Arduino Module điều khiển động phải bao gồm tối thiểu hai đầu chúng phải kết nối với hai động Thông thường, hai đầu gắn nhãn M1 & M2 4.2.5 Ưu điểm nhược điểm cảm biến robot Ưu điểm Những ưu điểm cảm biến robot bao gồm: Nâng cao chất lượng sản phẩm Nâng cao độ xác ứng dụng Mở rộng phạm vi ứng dụng robot Nâng cao an toàn cho người lao động Thời gian phản hồi nhanh chóng Phạm vi cảm biến rộng Giá thành thấp Chịu môi trường khắc nghiệt Cài đặt dễ dàng Cực kỳ dễ đoán Nhược điểm Những nhược điểm cảm biến robot bao gồm: Cần tiếp xúc vật lý thông qua mục tiêu Có tượng dội cơng tắc Phạm vi phát bị ảnh hưởng thông qua màu sắc độ phản xạ vật thể Rất nhanh nhạy với thay đổi lớn môi trường Phản ứng nhanh với thay đổi nhiệt độ 4.2.6 Ứng dụng cảm biến robot Các ứng dụng cảm biến robot bao gồm: Cảm biến robot chủ yếu sử dụng để ước tính tình trạng môi trường xung quanh robot Các cảm biến đảm bảo hoạt động trơn tru robot Cảm biến robot hỗ trợ robot phản hồi lệnh nhận Các cảm biến cung cấp khả hoàn thành nhiệm vụ khác cách dễ dàng Việc hiểu môi trường xung quanh giúp robot định vị trí, nhiệt độ, phản ứng hóa học, âm đối tượng thực hoạt động tương ứng Các cảm biến robot cần thiết để đạt giải pháp đáng tin cậy với chất lượng hiệu quả, phản ứng nhanh, đảm bảo độ xác hiệu chi phí Chương 5: Kết Luận Chung I Nội dung đồ án Đồ án môn học: Thiết kế robot công nghiệp nội dung thiếu chương tình đào tạo kỹ sư điện tử nhằm củng cố cung cấp thêm kiến thức sở robot công nghiệp Nội dung đồ án bao gồm vấn đề sau: tổng quan robot công nghiệp robot Scara ( sơ lược trình phát triển, ứng dụng robot); động học robot ( giải toán thuận, tốn ngược); quỹ đạo chuyển động robot ( tính quỹ đạo mô quỹ đạo thành phần khớp), mơ q trình làm việc robot II Kếết Có thể tóm tắt kết làm sau : - Tính tốn động học robot : giải toán động học thuận, động học ngược robot - Sử dụng phần mềm Excel Matlab để tính tốn hàm nội suy quỹ đạo vẽ đồ thị cho biến khớp robot - Tìm hiểu số loại động cảm biến dùng cho robot Những việc tồn : -Sử dụng phần mềm 3d để mô thiết kến robot Scara - Chưa tính tốn hết động lực học robot (momen, lực tác động, sai số động trình chuyển động) - Chưa lập trình điều khiển khiển cho robot III- Hướng phát triển Robot ứng dụng tương đối rộng rãi nghành công nghiệp đại Như nghành công nghiệp lớn Đóng tàu, hầm mỏ, khí … thay người chất lượng làm việc tốt người Chúng ta lập trình cho robot thơng minh hơn, cách chi tiết khí động cơ, dùng tính tốn cụ thể để tăng cường độ xác cho robot có khả làm việc hiệu Cải tiến kỹ thuật xây dựng dây truyền tự động phục vụ cầu phát triển người tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thành Long, Giáo trình robot cơng nghiệp, Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên [2] Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Trần Quanh Khánh, Giáo trình sở Matlab ứng dụng, NXB KHKT [4] Đào Văn Hiệp, Kỹ thuật robot, Nxb khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5] http://codientu.org/forums/106/
Ngày đăng: 18/07/2023, 18:04
Xem thêm:
