Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc ứng dụng phân loại sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT BẬC ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS LÊ TẤN SANG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Ngọc Hưng 1711030335 17DCTA3 Trần Phương Nam 1711030351 17DCTA3 Nguyễn Hàng Nghị Truyền 1711030166 17DCTA3 Tp Hồ Chí Minh, 04 tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT BẬC ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS LÊ TẤN SANG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Ngọc Hưng 1711030335 17DCTA3 Trần Phương Nam 1711030351 17DCTA3 Nguyễn Hàng Nghị Truyền 1711030166 17DCTA3 Tp Hồ Chí Minh, 04 tháng 09 năm 2021 PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐATN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN  Nhóm em xin cam đoan kết đề tài: “Thiết kế chế tạo cánh tay Robot bậc ứng dụng phân loại sản phẩm” cơng trình nghiên cứu nhóm hướng dẫn Thầy Lê Tấn Sang Các số liệu, hình ảnh, thơng tin đồ án trung thực, chúng tơi tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu Đề tài chưa công bố cơng trình khoa học khác thời điểm Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đề tài i LỜI CẢM ƠN  Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, nhóm em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Viện Kỹ Thuật Hutech – Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Tấn Sang tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp, buổi nói chuyện, thảo luận đề tài nghiên cứu cánh tay Robot bậc tự Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy nhóm em khó hồn thiện Một lần nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Trong trình thực đồ án kiến thức chúng em hạn chế cịn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy Cơ để kiến thức chúng em hồn thiện Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô Viện Kỹ Thuật Hutech thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐATN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH v LỜI NĨI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Một số mơ hình cánh tay Robot 1.3 Các vấn đề liên quan đến thiết kế điều khiển Robot bậc tự 1.4 Mục tiêu đồ án 11 1.5 Nhiệm vụ đồ án 12 1.6 Đặt đầu 12 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 13 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cánh tay robot bậc RRRR 13 2.2 Phương án điều khiển 14 2.3 Động step 16 2.4 Bộ điều khiển Arduino Nano 16 2.5 Cơ cấu truyền động 17 2.6 Vật liệu 17 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH, THÍ NGHIỆM 3.1 Mơ tả quy trình hệ thống phân loại sản phẩm cánh tay robot bậc 18 18 3.1.1 Chia vùng chức quy trình hệ thống 18 3.1.2 Mơ tả vùng chức nhiệm vụ 18 3.2 Thiết kế khí, tính tốn chọn động 3.2.1 Sơ đồ động cánh tay robot bậc tự iii 19 19 3.2.2 3.3 Tính tốn kết cấu khí Phần thiết kế mạch điện 20 37 3.3.1 Sơ đồ khối 37 3.3.2 Các thiết bị điện cho hệ thống 37 3.3.3 Điều khiển động bước step 45 3.3.4 Điều khiển Servo RC 48 Xây dựng thuật toán điều khiển 49 3.4 3.4.1 Mơ hình hóa cánh tay robot 49 3.4.2 Động học thuận 50 3.4.3 Động học ngược 51 3.4.4 Giải thuật điều khiển 53 CHƯƠNG 4: THI CƠNG VÀ CHẠY THỬ 56 4.1 Mơ hình hồn thiện 56 4.2 Kết chạy thực nghiệm 56 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 5.1 Các yêu cầu cho thiết bị 57 5.2 Mức độ hoàn thành 57 5.3 Đánh giá 57 5.4 Kết luận 58 5.5 Hướng phát triển 58 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 iv CHƯƠNG 4: THI CÔNG VÀ CHẠY THỬ 4.1 Mơ hình hồn thiện Hình 4.1: Hệ thống phân loại sản phẩm cánh tay robot bậc 4.2 Kết chạy thực nghiệm − Đạt yêu cầu khối lượng tải mang cố định khớp cổ tay 100g − Đạt yêu cầu tối thiểu tầm với tay robot với theo phương ngang 350mm − Nhận dạng màu sắc, phân loại sản phẩm − Vận tốc: 40 vòng/phút − Năng suất: 180 sản phẩm/giờ 56 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Các yêu cầu cho thiết bị Đối với phạm vi Đồ án tốt nghiệp, nên nhóm chúng em đặt yêu cầu cho hệ thống đề tài này: Thiết kế chế tạo cánh tay Robot bậc ứng dụng phân loại sản phẩm 5.2 Mức độ hồn thành − Bộ khung nhơm thiết bị hồn thiện − Các chi tiết khí lắp đặt hoàn chỉnh − Mạch điện điều khiển lắp đặt kiểm tra − Chương trình điều khiển hoạt động tốt − Mơ hình nhận diện phơi phân loại màu cách xác 5.3 Đánh giá Trong q trình thực đồ án, nhóm gặp nhiều thuận lợi khó khăn định Thuận lợi: − Được hướng dẫn giáo viên hướng dẫn việc thiết kế thực − Phân bổ công việc hợp lý thành viên nhóm phần thiết kế chế tạo khí lắp đặt điện, lập trình Khó khăn: − Khó khăn lớn tình hình dịch bệnh diễn biến vơ phức tạp, q trình giãn cách khó khăn việc đặt mua gia công chi tiết − Việc tính tốn thiết kế thơng số cần thiết chi tiết thiết bị − Khó khăn việc tìm mua phận, linh kiện phù hợp với thiết kế 57 − Sai số chế tạo cao khơng có đầy đủ dụng cụ kinh ngiệm cần thiết − Thiết kế khí lập trình điều khiển chưa đồng tốt gây tốn thời gian để điều chỉnh, chỉnh sửa khơng cần thiết − Chưa có phận căng dây đai nên hay xảy tượng trượt đai − Khó khăn việc lập trình thiết bị đáp ứng tốt yêu cầu đề 5.4 Kết luận − Cánh tay robot di chuyển, xoay trở tốt; − Hệ thống băng tải nhận diện màu phôi đạt độ xác cao; − Chế độ Auto cần hồn thiện thêm; − Chưa khắc phục tượng trượt dây đai thiết bị xoay chuyển nhanh; − Khả phân loại tương đối trơn tru có độ xác cao Thiết kế thành cơng mơ hình cánh tay robot bậc tự phân loại sản phẩm theo màu sắc vận hành tương đối ổn định, nhiên có khuyết điểm cấu khí vận hành chưa xác nên xảy tượng trượt khiến cho thiết bị không hoạt động ổn định 5.5 Hướng phát triển − Cải tiến mô hình hoạt động với tốc độ hợp lý hơn, tải trọng vật nâng lớn đảm bảo không gian hoạt động linh hoạt di chuyển ngóc ngách; − Xây dựng giải thuật hoàn chỉnh hơn; − Đảm bảo khả sang hướng ổn định giảm bớt tiếng ồn − Đưa vào thiết bị có độ xác cao, phân loại phương pháp xử lí ảnh − Cải thiện cảm biến nhận diện màu điều kiện cường độ ánh sáng tương đối cao thay cảm biến màu xử lý ảnh 58 KẾT LUẬN Trên báo cáo đồ án tốt nghiệp Thiết kế chế tạo cánh tay Robot bậc ứng dụng phân loại sản phẩm nhóm chúng em Đây đề tài có tính thực tế cao, thời đời cơng nghiệp ngày phát triển cạnh tranh khơng ngừng địi hỏi suất chất lượng phải cải thiện nhờ dây chuyền máy móc đại thay lao động thủ công người Như đồ án mơn học em tìm hiểu cách xây dựng mơ hình robot, từ tính tốn thiết kế hệ thống khí đến lập trình, mơ hoạt động, thiết kế xây dựng mơ hình thực tế Cơng việc hồn thành bao gồm: − Tổng quan robot cơng nghiệp, giới thiệu robot; − Tính tốn toán động học robot; − Xây dựng kết cấu 2D cho robot phần mềm AutoCad; − Dựng mơ hình 3D Solidworks; − Chọn truyền, động cơ, kích thước trục độ bền khâu; − Cách bố trí ổ bi trục; − Mơ chuyển động robot Qua đề tài nhóm chúng em biết cách vận dụng kiến thức chuyên môn đào tạo trường Đại học công nghệ TP.Hồ Chí Minh thời gian qua vào với thực tế sống với công nghiệp Không qua đồ án chúng em học nhiều kĩ làm việc nhóm, giải vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo có ích cho sau Một lần nhóm xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy Lê Tấn Sang thầy cô mơn giúp em hồn thành đề tài Do giới hạn thời gian, kiến thức tình hình dịch bệnh gây nhiều khó khăng q trình thực đồ án này, nhóm em giải số vấn đề việc thiết kế robot ngồi cịn nhiều vấn đề cần phải giải 59 để có sản phẩm robot hồn thiện em mong q thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo trình, giảng Nguyễn Trọng Hiệp, “Chi tiết máy” Nhà xuất giáo dục, 2006 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển “Tính tốn, thiết kế hệ thống dẫn động khí” Nhà xuất giáo dục Việt Nam Phan Bùi Khôi, “Slide giảng Robotics” Sagar Behere, “The Design and Implementation of a Scara robot arm” Bachelor thesis, University Pune, 2002 Engineered Timing Belts of Ammeraad Beltech Nguồn Internet Ball Screw Cataloge of Rexroth Bosch Group Nguồn Internet Technical Specifications HM-40**/AA Nguồn Internet End Bearing of SKF Nguồn Internet 61 PHỤ LỤC 62 .00 32.50 20.00 R2 5.50 5.5 10.0 50.00 200.00 42.00 130.00 16.00 NGƯỜI VẼ T PHƯƠNG NAM KIỂM TRA LÊ TẤN SANG TẤM XOAY KHÂU TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG NGHỆ TPHCM VẬT LIỆU TỶ LỆ THÉP 1:2 200.00 121.43 21.00 44.00 110.63 11.00 00 20 5.5 41.00 00 R2 NGƯỜI VẼ T PHƯƠNG NAM KIỂM TRA LÊ TẤN SANG CÁNH TAY KHÂU TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG NGHỆ TPHCM VẬT LIỆU TỶ LỆ THÉP 1:1 150.00 00 7.0 R1 96.82 NGƯỜI VẼ T PHƯƠNG NAM KIỂM TRA LÊ TẤN SANG CÁNH TAY KHÂU 22.00 14.50 22.00 26.00 00 R7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG NGHỆ TPHCM VẬT LIỆU TỶ LỆ THÉP 1:1 5.50 4.0 3.00 30.50 67.50 R17.00 11.00 48.00 41.00 57.00 NGƯỜI VẼ T PHƯƠNG NAM KIỂM TRA LÊ TẤN SANG GÁ ĐỠ ĐỘNG CƠ SERVO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG NGHỆ TPHCM VẬT LIỆU NHỰA PLA TỶ LỆ 1:1 ° 53.30 45 3.40 R2 13 30.00 52.15 22.00 25.75 NGƯỜI VẼ T PHƯƠNG NAM KIỂM TRA LÊ TẤN SANG GÁ ĐỘNG CƠ NEMA TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG NGHỆ TPHCM VẬT LIỆU HỢP KIM NHÔM TỶ LỆ 1:1 400 (RD1) 10 11 12 17 16 15 14 13 200 (RD2) (R 20 D 1) 18 18 Pulley 16 Thép 17 Đai Cao su 16 Gá ổ bi P08 Thép 15 Trục Xoay Thép 14 Pulley 80 Thép 13 Bạc đạn KFL08 Thép 12 Thanh chống Nhôm 11 Khâu Thép 10 Khâu 1 Thép Gá động NEMA17 Thép Động NEMA17 Dây đai GT2 Cao su Gối đỡ P08 Thép Khâu 2 Thép Khâu Thép Gá Servo 996 Servo996 Nhựa Nhựa Mua từ thị trường Tay gắp Nhôm Mua từ thị trường STT TÊN GỌI SỐ LƯỢNG VẬT LIỆU GHI CHÚ Mua từ thị trường CÁNH TAY ROBOT BẬC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHỨC NĂNG HỌC VÀ TÊN SỐ LƯỢNG THIẾT KẾ TRẦN P NAM HƯỚNG DẪN LÊ TẤN SANG DUYỆT LÊ TẤN SANG CHỮ KÝ NGÀY BẢN VẼ LẮP VẬT LIỆU KHỐI LƯỢNG TỶ LỆ 1:1 TỜ: SỐ TỜ: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM LỚP 17DCTA3 27 416.24 26 25 24 10 134.18 11 23 226 110 12 13 14 22 21 20 19 18 17 16 15 600 500 27 26 Gá cảm biến màu Cảm biến tiệm cận 1 Nhựa 25 24 Gá cảm biến Động băng tải 1 Nhựa 2 2 5 1 2 2 Số lượng PVC Nhựa Thép Cao su Thép Nhựa Thép Thép Thép Nhựa Thép Nhôm Thép Thép Thép 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 STT Băng tải Chân băng tải Puly 16 Đai Gá ổ bi P08 Hộp phôi Trục xoay Puly 80 Bạc chặn KFL08 Chân đế Đế Thanh chống Khâu Khâu Gá động NEMA17 Động NEMA17 Dây đai GT2 Gối đỡ P08 Khâu Khâu Gá servo 996 Servo 996 Tay gắp Tên gọi Mua từ thị trường Mua từ thị trường Mua từ thị trường Cao su Thép Thép Thép Nhựa Nhựa Nhôm Vật liệu Mua từ thị trường Mua từ thị trường Ghi ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ ROBOT BẬC TỰ DO PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Nhiệm vụ Họ tên Thiết kế Trần Phương Nam Hướng dẫn Th.s Lê Tấn Sang Duyệt Th.s Lê Tấn Sang Chữ ký Ngày Tỷ lệ BẢN VẼ LẮP 1:2