Thiết kế chế tạo và điều khiển cánh tay robot ứng dụng để bắt vít tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT ỨNG DỤNG ĐỂ BẮT VÍT TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS LÊ TẤN SANG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Đình Khơi 1811040054 18DCTB1 Trần Đắc Quân 1811032791 18DCTB1 Trần Ngọc Khánh Duy 1811032794 18DCTB1 TP Hồ Chí Minh, tháng …/2022 LỜI CAM ĐOAN Nhóm xin cam đoan cơng trình nghiên cứu nhóm với đề tài “Thiết kế chế tạo điều khiển cánh tay robot ứng dụng để bắt vít tự động” hướng dẫn ThS Lê Tấn Sang Những số liệu, kết luận trình bày đồ án hồn tồn trung thực, khơng chép Nhóm có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy Việc tham khảo nguồn tài liệu trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp Ths Lê Tấn Sang tạo điều kiện để nhóm học tập, nghiên cứu thực đề tài Trong trình thực đồ án tạo hội để chúng em ứng dụng kiến thức học nhà trường, đồng thời học hỏi thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu để giúp ích cho nghiệp sau Sự hướng dẫn chia sẻ tận tình thầy giúp chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp cách trọn vẹn Ngoài ra, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giảng viên Viện kỹ thuật HUTECH tổ chức buổi hội thảo nhằm cung cấp kiến thức cần thiết cho việc thực đồ án Chúng em xin trân trọng cảm ơn! TÓM TẮT Đề tài thực dựa cấu tay robot hãng ABB, trình điều khiển chia thành hai dạng điều khiển tay điều khiển tự động Khi vận hành dùng điều khiển tay để xác định tọa độ vị trí vít dùng toa độ để thiết lập điểm phần lập trình Khi xác định tọa độ cần phải gắp chuyển sang điều khiển tự động để xem trình hoạt động robot có ổn định khơng Các loại máy bắt vít dựa theo cấu hút vít chân khơng nên hút vít vít giữ đầu hút nên đến vị trí cần bắt vít cần hạ trục Z sát mặt để vít sâu vào lỗ sau vặn vít từ từ xuống với tốc độ chậm Đề tài chia thành chương, chương có nội dung cụ thể sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỆN CHƯƠNG 5: MƠ HÌNH HĨA VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 6: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ABSTRACT The project is based on ABB's robot arm structure, the control process will be divided into two forms: manual control and automatic control During operation, the manual control will be used to determine the position coordinates of the screw and use that coordinate to set the points in the programming section After determining the coordinates to be picked up, it will switch to automatic control to see if the robot's operation is stable Current types of screwdrivers are based on a vacuum screw suction mechanism, so when sucking the screw, the screw will be kept at the suction end, so when it comes to the position where it needs to be screwed, it is necessary to lower the Z axis close to the face so that the screw goes deep into the hole then will Turn the screw down slowly with slow speed The thesis is divided into chapters, each chapter will have specific content as follows: CHAPTER 1: OVERVIEW CHAPTER 2: CHOOSE THE OPTION CHAPTER 3: MECHANICAL DESIGN CHAPTER 4: ELECTRICAL SYSTEM CHAPTER 5: CONTROL MODEL AND ALGORITHM CHAPTER 6: EXPERIMENTAL MODELS CHAPTER 7: CONCLUSIONS AND DEVELOPMENT ORIENTATIONS MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ABSTRACT .4 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .10 DANH MỤC BẢNG BIỂU .14 LỜI MỞ ĐẦU 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Sơ lược ngành công nghiệp Robotics 1.1.2 Phân loại cánh tay robot công nghiệp a Cánh tay robot nối tiếp b Robot Cartesian (Descartes c Robot Scara d Robot Delta .10 1.1.3 Ứng dụng cánh tay robot công nghiệp 11 a Ứng dụng việc hàn công nghiệp .11 b Ứng dụng việc phun sơn công nghiệp 12 c Ứng dụng lĩnh vực lắp ráp khí 13 1.1.4 Ưu nhược điểm cánh tay robot cơng nghiệp .14 Hình 6.12: Cụm chi tiết khâu cuối phận cơng tác Hình 6.13: Robot sau lắp ráp hoàn thiện 112 6.2 Kiểm tra cấu bình hành: Sau lắp ráp mơ hình hồn chỉnh sử dụng thước thủy điện tử để đo độ phẳng cấu bình hành xem cấu có bị nghiêng hay khơng Hình 6.14: Kiểm tra độ nghiêng cấu Dựa vào hình 6.14 ta thấy cấu hình bình hành thiết kế khơng có nghiêng đảm bảo q trình di chuyển ln song song với mặt đất 6.3 Các thông số cánh tay robot Phạm vi hoạt động robot: + Phạm vi hoạt động trục 1: −135° đến +135° + Phạm vi hoạt động trục 2: 45° đến 145° + Phạm vi hoạt động trục 3: 0° đến 85° + Tầm vươn xa robot đạt được: 750mm + Tầm vươn ngắn robot đạt được: 210mm + Tầm vươn cao robot đạt được: 535mm + Tầm vươn thấp robot đạt được: -290mm 113 Hình 6.15: Khơng gian làm việc cánh tay máy Hình 6.16:Tầm vươn cao thấp mà cánh tay đạt 114 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Các kết đạt - Thiết kế mơ hình khí mơ 3D robot bậc hình bình hành - Thiết kế hệ thống điện hệ thống điều khiển cho robot - Biết cách sử dụng loại động bước lai - Ứng dụng hệ thống bắt vít tự động - Đáp ứng thông số mà đề tài đặt - Gia cơng lắp ráp thành cơng mơ hình vận hành Hình 7.1: Hình ảnh lắp ráp robot hồn chỉnh 115 7.2 Các thiếu xót hạn chế đề tài - Chưa quan tâm đến vấn đề động lực học - Robot di chuyển chậm điều khiển hạn chế - Vùng làm việc bị giới hạn lớn - Chưa sử dụng định vị chi tiết nên q trình lắp ráp cịn nhiều khó khăn sai lệch cấu trúc lắp ráp khơng mong muốn - Chương trình điều khiển cịn đơn sơ - Độ xác lắp ráp chưa cao - Mơ 3D chưa xác - Thiết kế cịn nhiều thiếu sót dẫn đến việc gia cơng chi tiết khó khăn - Kết cấu robot tương đối khó khăn việc thiết kế lắp ráp 7.3 Hướng phát triển đề tài - Thiết kế lỗ định vị chi tiết định vị để lắp chi tiết lại với sử dụng khoét lỏm bề mặt lắp chi tiết lắp để việc ráp trở nên dễ dàng xác chi phí gia cơng tăng lên cao đáng kể Ngồi nên thiết kế lại kết cấu robot để dễ dàng lắp ráp thiết kế - Ứng dụng thêm giải thuật bậc cao để tăng xác di chuyển robot - Phát triển mở rộng chương trình điều khiển robot - Ứng dụng thêm máy cấp vít tự động để hiệu hoạt động nâng cao 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình Kỹ thuật robot, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh,2014 [2] https://robotics.kawasaki.com/en1/anniversary/history/history_01.html [3] Fabienne Lang, That Time When US Army Developed Six-Legged Walking Robots in the 1980s, 2020 [4] https://stories.pinduoduo-global.com/agritech-hub/robots-in-agriculture-andfarming [5] https://new.abb.com/news/detail/37301/abb-demonstrates-concept-of-mobilelaboratory-robot-for-hospital-of-the-future [6] https://www.dobot.nu/en/product/dobot-mg400/ [7] https://new.abb.com/products/pt-PT/3HAC020536-005/irb-4400 [8] https://temas.vn/en/products/cartesian-robot-janome-jc-3-series [9] https://www.kuka.com/en-gb/company/press/news/2020/07/kr-scara [10] https://new.abb.com/news/detail/62221/robotic-picking-and-packing-portfolio [11] https://www.kuka.com/en-my/industries/metal-industry/arc-welding/kuka-arcwelding-robots [12] https://new.abb.com/news/detail/70697/abbs-compact-interior-paint-solutionsaves-space-reducing-paint-booth-costs-and-environmental-impact [13] https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0209722EN/innovativehuman-robot-cooperation-in-bmw-group-production?language=en [14] https://www.kuka.com/en-de/company/press/news/2016/03/kuka-lbr-iiwarobot-optimizes-smt-lines-for-the-electronics-industry [15] https://www.nachirobotics.com/cfd-controller/ [16] https://www.istockphoto.com/photo/manuel-workers-team-work-onproduction-line-with-screw-tool-at-factory-gm1132962793-300550048 [17] https://www.smtfactory.com/Benchtop-Robot-pl3835132.html 117 [18] https://onrobot.com/en/products/onrobot-screwdriver [19] https://www.directindustry.com/prod/sem-limited/product-55584-363435.html [20] https://deltamotor.com/ [21] https://www.omc-stepperonline.com/nema-23-stepper-motor [22] https://www.arduino.cc/pro [23] https://www.mitsubishielectric.com/fa/products/cnt/plc/index.html [24] https://www.nvidia.com/en-us/autonomous-machines/embeddedsystems/jetson-orin/ [25] https://www.meanwell.com/ [26] https://www.amazon.com/Kungber-Adjustable-Switching-RegulatedAdjustments/dp/B08DJ1LP2Y [27] https://www.motioncontroltips.com/six-common-mistakes-to-avoid-whenspecifying-and-using-step-motors/ 118 PHỤ LỤC #include #include #include //máy bắt vit int VR =5; int ZF =4; //máy hút chân không int LPWM = 5; int RPWM = 6; //motor J0 int Step1 = 10; int Dir1 = 9; int ena1 = 8; //motor J1 int Step2 = 7; int Dir2 = 6; int ena2 = 5; //motor J2 int Step3 = 4; int Dir3 = 3; int ena3 = 2; // công tắc hành trình const int limit1 = 22; const int limit2 = 23; const int limit3 = 24; const int Home = A0; // biến 119 boolean gtlimit1 = 0; boolean gtlimit2 = 0; boolean gtlimit3 = 0; int sw = 12; int SW; AccelStepper mystepper1 (1, Step1, Dir1, ena1); AccelStepper mystepper2 (1, Step2, Dir2, ena2); AccelStepper mystepper3 (1, Step3, Dir3, ena3); void setup() { Serial.begin(9600); mystepper1.setMaxSpeed(100); mystepper1.setAcceleration(200); mystepper2.setMaxSpeed(100); mystepper2.setAcceleration(200); mystepper3.setMaxSpeed(100); mystepper3.setAcceleration(200); pinMode(limit1, INPUT); pinMode(limit2, INPUT); pinMode(limit3, INPUT); pinMode(sw, INPUT_PULLUP); pinMode(VR, OUTPUT); pinMode(ZF, OUTPUT); digitalWrite(ZF, 0); pinMode(LPWM, OUTPUT); pinMode(RPWM, OUTPUT); } void loop() { 120 moveHoming(); vt1(); vt2(); vt1(); vt3(); vt4(); vt3(); vt5(); vt6(); vt5(); moveHoming(); } void ReturnHome(){ SW = digitalRead(sw); while(SW != 1){ Serial.println("đã nhấn"); moveHoming(); } } void moveHoming(){ while (digitalRead(limit1) != 1) { mystepper1.setSpeed(500); mystepper1.runSpeed(); mystepper1.setCurrentPosition(8000); // When limit switch pressed set position to steps } delay(20); mystepper1.moveTo(200); 121 while (mystepper1.currentPosition() != 200) { mystepper1.run(); } while (digitalRead(limit2) != 1) { mystepper2.setSpeed(500); mystepper2.runSpeed(); mystepper2.setCurrentPosition(200); // When limit switch pressed set position to steps } delay(20); mystepper2.moveTo(200); while (mystepper2.currentPosition() != 200) { mystepper2.run(); } while (digitalRead(limit3) != 1) { mystepper3.setSpeed(500); mystepper3.runSpeed(); mystepper3.setCurrentPosition(8000); // When limit switch pressed set position to steps } delay(20); mystepper3.moveTo(200); while (mystepper3.currentPosition() != 200) { mystepper3.run(); } } void runhut(){ analogWrite(LPWM,0); analogWrite(RPWM,255); 122 } void dunghut(){ analogWrite(LPWM,0); analogWrite(RPWM,0); } void batvit(){ analogWrite(VR,0); } void dungvit(){ analogWrite(VR,0); } void vt1(){ mystepper1.moveTo(400); mystepper2.moveTo(-200); mystepper3.moveTo(0); runhut(); } void vt2(){ mystepper1.moveTo(400); mystepper2.moveTo(-100); mystepper3.moveTo(50); runhut(); } void vt3(){ mystepper1.moveTo(-200); mystepper2.moveTo(-200); mystepper3.moveTo(0); runhut(); } 123 void vt4(){ mystepper1.moveTo(-200); mystepper2.moveTo(-200); mystepper3.moveTo(50); dunghut(); batvit(); } void vt5(){ mystepper1.moveTo(0); mystepper2.moveTo(-200); mystepper3.moveTo(0); runhut(); } void vt6(){ mystepper1.moveTo(0); mystepper2.moveTo(-100); mystepper3.moveTo(50); runhut(); } 124 H A B A E DETAIL H SCALE 2:1 G D B C SECTION B-B SCALE 1:1 DETAIL G SCALE 2:1 I J SECTION A-A SCALE 1:2 DETAIL C SCALE 2:1 DETAIL D SCALE 2:1 34 M4 Vít liên kết cụm khớp cánh tay với mặt bích Inox 304 33 M5 Vít liên kết khâu cuối với khâu cộng tác Inox 304 32 M5 Vít liên kết hộp số cánh tay với cụm khớp cánh tay Inox 304 31 Hộp số cánh tay 30 M4 Vít liên kết đế với nhơm định hình 10 Inox 304 Nhơm 2020 Đế Vít liên kết đế với nhơm định hình 10 Inox 304 27 Nhơm định hình 10 Nhơm 2020 26 Đế Nhôm 2020 29 28 M5 25 51122 Bạc đạn chà 24 M4 Vít liên kết mặt bích với khâu phụ Inox 304 23 M5 Vít liên kết máy bắt vít với khâu cộng tác Inox 304 22 M4 Vít liên kết mặt bích với hộp số đế Inox 304 21 Mặt bích Nhơm 2020 20 Hộp số đế 19 M5 Vít liên kết đế đỡ với hộp số đế 18 Đế đỡ Nhôm 2020 16 Cụm khớp nối trục với cánh tay Cơng tắc hành trình Trục liên kết cánh tay trên, tay tam giác cánh tay Khâu cộng tác 13 Cụm khớp cánh tay 12 Nhôm 2020 Nhôm 2020 Nhôm 2020 11 Cụm hộp số động cánh tay 10 Máy bắt vít Khâu cuối Nhôm 2020 Cánh tay Nhôm 2020 Khuỷa tay Nhôm 2020 Tay tam giác Nhôm 2020 Khuỷa tay Nhôm 2020 Cánh tay Nhôm 2020 Bộ phận truyền động cánh tay Nhôm 2020 Khâu phụ Nhôm 2020 Khâu đế Nhôm 2020 TÊN CHI TIẾT SỐ LƯỢNG VẬT LIỆU STT DETAIL I SCALE 2:1 Inox 304 Cụm hộp số động đế 14 DETAIL J SCALE 2:1 17 15 DETAIL E SCALE 2:1 KÝ HIỆU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT ỨNG DỤNG ĐỂ BẮT VÍT TỰ ĐỘNG Họ tên Thiết kế Chữ ký GHI CHÚ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Số lượng Ngày Khối lượng Tỉ lệ Nguyễn Đình Khơi Trần Đắc Quân BẢN VẼ LẮP 1:3 Trần Ngọc Khánh Duy Hướng dẫn Duyệt Lê Tấn Sang Tờ Số tờ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Lớp: 18DCTB1 ĐỘNG CƠ STEPER Ạ ENCODER ĐỘNG CƠ STEPER ENCODER ĐỘNG CƠ STEPER ENCODER Ả MÁY BẮT VÍT ĐỘNG CƠ BLDC MODEL: PGFQ-5000 MÁY HÚT CHÂN KHÔNG ĐỘNG CƠ DC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT ỨNG DỤNG ĐỂ BẮT VÍT TỰ ĐỘNG Họ tên Thiết kế Chữ ký ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Số lượng Ngày Khối lượng Tỉ lệ Nguyễn Đình Khơi Trần Đắc Qn BẢN VẼ ĐIỆN Trần Ngọc Khánh Duy Hướng dẫn Duyệt Lê Tấn Sang Tờ Số tờ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Lớp: 18DCTB1