Ứng dụng cánh tay robot phân loại sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Trọng Hải Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Đặng Minh Ngọc 1711030338 17DCTA3 Lê Minh Tân 1711040194 17DCTA3 Huỳnh Thanh Phong 1711040190 17DCTA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng /2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Trọng Hải Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Đặng Minh Ngọc 1711030338 17DCTA3 Lê Minh Tân 1711040194 17DCTA3 Huỳnh Thanh Phong 1711040190 17DCTA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng /2021 BM01/QT05/ĐT-KT VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: Đại học quy (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm ): (1) Đặng Minh Ngọc MSSV: 1711030338 Điện thoại: 0975568634 Email: minhngoc190799@gmail.com (2) Lê Minh Tân MSSV:1711040194 Điện thoại: 0963666855 Email: leagueoflegend2212@gmail.com (3) Huỳnh Thanh Phong MSSV: 1711040190 Điện thoại: 0793897152 Email: thanhphong290699@gmail.com Ngành : Cơ điện tử Chuyên ngành : Cơ điện tử Lớp: 17DCTA3 Lớp: 17DCTA3 Lớp: 17DCTA3 Tên đề tài đăng ký : Ứng dụng cánh tay robot phân loại sản phẩm Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn Viện Kỹ thuật Hutech Mã đề tài:133 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài Họ tên Điện thoại Ngành : Đặng Minh Ngọc : 0975568634 MSSV: 1711030338 Lớp: 17DCTA3 Email:minhngoc190799@gmail.com : Cơ điện tử Tên đề tài: Ứng dụng cánh tay Robot phân loại sản phẩm Nhiệm vụ thực đề tài: - Tìm hiểu nguyên lý chung ứng dụng cánh tay Robot phân loại sản phẩm - Tìm hiểu xử lý trung tâm - Thiết kế vẽ 2D, 3D, viết báo cáo Sinh viên thực TP HCM, ngày 17 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Viện Kỹ thuật Hutech Mã đề tài:133 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài Họ tên : Lê Minh Tân MSSV: 1711040194 Điện thoại : 0963666855 Email: leagueoflegend2212@gmail.com Ngành Lớp: 17DCTA3 : Cơ điện tử Tên đề tài: Ứng dụng cánh tay Robot phân loại sản phẩm Nhiệm vụ thực đề tài: - Tìm hiểu nguyên lý chung ứng dụng cánh tay Robot phân loại sản phẩm - Tìm hiểu xử lý trung tâm - Thiết kế sơ đồ nguyên lý, hỗ trợ phần cứng Sinh viên thực TP HCM, ngày 17 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Viện Kỹ thuật Hutech Mã đề tài:133 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực đề tài Họ tên : Huỳnh Thanh Phong Điện thoại Ngành : 0793897152 MSSV: 1711040190 Lớp: 17DCTA3 Email:thanhphong290699@gmail.com : Cơ điện tử Tên đề tài: Ứng dụng cánh tay Robot phân loại sản phẩm Nhiệm vụ thực đề tài: - Tìm hiểu nguyên lý chung ứng dụng cánh tay Robot phân loại sản phẩm - Tìm hiểu xử lý trung tâm - Thi cơng phần cứng, mô hỗ trợ chung Sinh viên thực TP HCM, ngày 17 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài “ Ứng dụng cánh tay robot phân loại sản phẩm” cơng trình nghiên cức nhóm chúng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2021 (Ký tên ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại Học Cơng Nghệ TP.HCM nói chung, thầy khoa Cơ – Điện Tử nói riêng dạy dỗ cho chúng em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp chúng em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt trình học tập Chúng em xin gửi lời tri ân biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Trọng Hải người tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt q trình làm khố luận Cuối kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế, khả tiếp thu vấn đề giới hạn nên khơng thể trách sai sót, chúng em mong nhận quan tâm giúp đỡ thầy để đồ án đầy đủ hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG x LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1-Lịch sử phát triển robot công nghiệp 1.2- Ứng dụng robot công nghiệp 1.3- Các vấn đề đặt 1.3.1- Cơ khí: 1.3.2- Mạch điều khiển: 1.3.3- Phương pháp điều khiển: 1.4- Phương pháp nghiên cứu đề tài 1.4.1- Lý thuyết 1.4.2- Thực nghiệm 1.5- Phạm vi nghiên cứu đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1- Tổng quát hệ thống sản xuất thông minh 2.2- Định nghĩa phân loại robot 11 2.2.1- Định nghĩa 11 2.2.2- Phân loại robot 12 2.3- Các phương án điều khiển hệ thống 17 iii 2.3.1- Điều khiển PLC 17 2.3.2- Điều khiển IC số 17 2.3.3- Điều khiển vi điều khiển 17 2.3.4- Điều khiển vi xử lý 18 CHƯƠNG 19 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 19 3.1- Lựa chọn phương án thiết kế cánh tay robot 19 3.1.1- Đánh giá loại mơ hình có sẵn thị trường 19 3.1.2- Lựa chọn mơ hình robot 20 3.2- Lựa chọn phương án điều khiển 24 CHƯƠNG 26 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH 26 4.1- Băng tải 26 4.1.1- Giới thiệu chung băng tải 26 4.1.2- Cấu tạo chung băng tải 26 4.2- Cảm biến 27 4.2.1- Giới thiệu chung cảm biến hồng ngoại 27 4.2.2- Phân loại cảm biến hồng ngoại 27 4.2.3- Nguyên lý hoạt động cảm biến hồng ngoại 28 4.2.4- Vai trò cảm biến hồng ngoại công nghiệp 29 4.2.5- Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng mơ hình hệ thống 29 4.3- Công tắc hành trình 30 4.4- Nút nhấn 31 4.4.1- Định nghĩa 31 4.4.2- Nguyên lý làm việc 31 4.4.3- Ứng dụng 31 4.5- Tính tốn, thiết kế khâu 33 iv 𝑛 𝑛 𝑛 𝑛 𝑚𝑖𝑘 (𝑞) 𝑚𝑖𝑘 (𝑞) 𝛿𝑚𝑘𝑙 (𝑞) ∑∑ 𝑞̇ 𝑘 𝑞̇ 𝑙 = ∑ ∑ ( + ) 𝑞̇ 𝑘 𝑞̇ 𝑙 𝜕𝑞𝑙 𝜕𝑞𝑙 𝛿𝑞𝑖 𝑘=1 𝑙=1 𝑘=1 𝑙=1 Nên phương trình (2.48) viết lại là: 𝑛 𝑛 𝑛 𝑚𝑖𝑘 (𝑞) 𝛿𝑚𝑖𝑙 (𝑞) 𝛿𝑚𝑘𝑙 (𝑞) 𝛿Π ∑ 𝑚𝑖𝑘 (𝑞)𝑞̈ 𝑘 + ∑ ∑ ( + − ) 𝑞̇ 𝑘 𝑞̇ 𝑙 = − + 𝑄𝑖∗ 𝜕𝑞𝑙 𝛿𝑞𝑘 𝛿𝑞𝑖 𝛿𝑞𝑖 𝑘=1 𝑘=1 𝑙=1 Đặt: 𝑛 𝑛 𝑚𝑖𝑘 (𝑞) 𝛿𝑚𝑖𝑙 (𝑞) 𝛿𝑚𝑘𝑙 (𝑞) 𝑐𝑖𝑘 = ∑ ∑ ( + − ) 𝑞̇ 𝑙 𝜕𝑞𝑙 𝛿𝑞𝑘 𝛿𝑞𝑖 𝑘=1 𝑙=1 𝐶 (𝑞, 𝑞̇ ) = [𝑐𝑖𝑘 ]𝑛×𝑚 Ta kí hiệu moomen động bằng: 𝜏𝑖 = 𝑄𝑖∗ Phương trình Lagrange dạng ma trận: 𝑀(𝑞)𝑞̈ + 𝐶 (𝑞, 𝑞̇ )𝑞̇ + 𝜕Π =𝜏 𝜕𝑞 5.4 Động lực học thuận Cho biết: - Kích thước, khối lượng khâu - Các mô men tạo từ động Tìm: - Phương trình vi phân chuyển động khâu Ý nghĩa: 88 - Dễ dàng việc mô chuyển động khâu nói riêng robot nói chung biết momen tạo từ động khớp a- Thiết lập giải phương trình động lực học a.1- Ma trận Jacobi tịnh tiến Ma trận Jacobi tịnh tiến tính đạo hàm vị trí tọa độ khối tâm khâu theo biến khớp: 𝜕𝑟𝐶𝑖 𝐽𝑇𝑖 = 𝜕𝑞 𝑟𝐶1 𝑙1 𝑐1 𝑙 𝑠 = [ 1] 𝑑1 Suy ma trận Jacobi tịnh tiến khâu 1: −𝑙1 𝑠1 0 0 𝜕𝑟𝐶1 𝐽𝑇1 = = [ 𝑙1 𝑐1 0 0] 𝜕𝑞 0 0 𝑟𝐶2 𝑙2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 = [𝑙2 𝑠12 + 𝑎1 𝑠1 ] Suy ma trận Jacobi tịnh tiến khâu 2: −𝑙2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 −𝑙2 𝑠12 𝜕𝑟𝐶2 𝐽𝑇2 = = [ 𝑙2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 𝑙2 𝑐12 𝜕𝑞 0 𝑟𝐶3 0 0] 0 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 𝑎 𝑠 + 𝑎1 𝑠1 ] = [ 12 𝑑3 Suy ma trận Jacobi tịnh tiến khâu 3: −𝑎2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 −𝑎2 𝑠12 𝜕𝑟𝐶3 𝐽𝑇3 = = [ 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 𝑎2 𝑐12 𝜕𝑞 0 0 0] 89 𝑟𝐶4 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 𝑎 𝑠 + 𝑎1 𝑠1 ] = [ 12 𝑑3 + 𝑑4 Suy ma trận Jacobi tịnh tiến khâu 4: −𝑎2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 −𝑎2 𝑠12 𝜕𝑟𝐶4 𝐽𝑇4 = = [ 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 𝑎2 𝑐12 𝜕𝑞 0 0 0] a.2- Ma trận Jacobi quay Ma trận Jacobi quay tính đạo hàm vận tốc góc khâu theo đạo hàm biến khớp: 𝐽𝑅𝑖 = 𝜕𝜔𝑖 𝜕𝑞̇ [ = 0 0 0 0] 0 = [0 0 0 0] 0 Suy ma trận Jacobi quay khâu 3: 𝐽𝑅3 = [0 0 0 0] 0 𝜔 =[ 0 𝜃̇1 ]𝑇 Suy ma trận Jacobi quay khâu 1: 𝐽𝑅1 𝜔 =[ 0 𝜃̇1 + 𝜃̇2 ]𝑇 Suy ma trận Jacobi quay khâu 2: 𝐽𝑅2 𝜔 =[ 0 𝜔 =[ 0 0 𝜃̇1 + 𝜃̇2 ]𝑇 𝜃̇1 + 𝜃̇2 − 𝜃̇4 ]𝑇 90 Suy ma trận Jacobi quay khâu 4: 𝐽𝑅4 = [0 0 0 0] −1 a.3- Tính ma trận khối lượng M(q) Các phần tử ma trận M(q) tính tích khối lượng khâu nhân với ma trận Jacobi tịnh tiến khâu ma trận Jacobi nghịch đảo Áp dụng vào khâu 1,2,3,4: 𝑚1 𝐽𝑇1 𝑇 𝐽𝑇1 𝑇 𝑚2 𝐽𝑇2 𝐽𝑇2 −𝑙1 𝑠1 = 𝑚1 [ 0 𝑙1 𝑐1 0 0 −𝑙1 𝑠1 ] [ 𝑙1 𝑐1 0 0 0 𝑚1 𝑙12 0 0 0] = [ 0 0 0 0 0 0 −𝑙2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 𝑙2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 −𝑙2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 −𝑙2 𝑠12 𝑙2 𝑐12 ] [ 𝑙2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 = 𝑚2 [ 0 0 0 𝑎12 + 𝑙22 + 2𝑎1 𝑙2 𝑐2 𝑙22 + 𝑎1 𝑙2 𝑐2 0 𝑙22 0] = 𝑚2 [ 𝑎1 𝑙2 𝑐2 + 𝑙2 0 0 0 0 𝑚3 𝐽𝑇3 𝑇 𝐽𝑇3 −𝑎2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 −𝑎2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 −𝑎2 𝑠12 𝑎2 𝑐12 ] [ 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 = 𝑚3 [ 0 −1 0 0 𝑎12 + 𝑎22 + 2𝑎1 𝑎2 𝑐2 𝑎22 + 𝑎1 𝑎2 𝑐2 0 𝑎22 0] = 𝑚3 [ 𝑎1 𝑎2 𝑐2 + 𝑎2 0 0 0 91 −𝑎2 𝑠12 𝑎2 𝑐12 0 0] 0 −𝑙2 𝑠12 𝑙2 𝑐12 0 0 0] 0 0 0] −1 𝑚4 𝐽𝑇4 𝑇 𝐽𝑇4 −𝑎2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 −𝑎2 𝑠12 − 𝑎1 𝑠1 −𝑎2 𝑠12 𝑎2 𝑐12 ] [ 𝑎2 𝑐12 + 𝑎1 𝑐1 = 𝑚4 [ 0 −1 0 0 𝑎12 + 𝑎22 + 2𝑎1 𝑎2 𝑐2 𝑎22 + 𝑎1 𝑎2 𝑐2 0 𝑎22 0] = 𝑚4 [ 𝑎1 𝑎2 𝑐2 + 𝑎2 0 0 0 −𝑎2 𝑠12 𝑎2 𝑐12 0 0 0] −1 Thực phép nhận tích ma trận Jacobi nghịch đảo khâu nhân với biến khớp ma trận Jacobi tịnh tiến khâu Áp dụng vào khâu 1,2,3: 𝑇 𝐽𝑅1 𝜃1 𝐽𝑅1 0 =[ 0 0 0 𝐼 1𝑥 0 ][ 0 0 𝐼1𝑦 0 0 ] [0 𝐼1𝑧 0 𝐼1𝑧 0 0 0] = [ 0 0 0 0 𝑇 𝐽𝑅2 𝜃2 𝐽𝑅2 0 =[ 0 0 0 𝐼 2𝑥 ][ 0 0 𝐼2𝑦 0 0 ] [0 𝐼2𝑧 0 𝐼2𝑧 0 𝐼 0] = [ 2𝑧 0 0 𝐼2𝑧 𝐼2𝑧 0 0 0 0 ] 0 𝑇 𝐽𝑅3 𝜃3 𝐽𝑅3 0 =[ 0 0 0 𝐼 3𝑥 ][ 0 0 𝐼3𝑦 0 0 ] [0 𝐼3𝑧 0 𝐼3𝑧 0 𝐼 0] = [ 3𝑧 0 0 𝐼3𝑧 𝐼3𝑧 0 0 0 0 ] 0 𝑇 𝐽𝑅4 𝜃4 𝐽𝑅4 0 =[ 0 0 0 𝐼 4𝑥 ][ 0 0 𝐼4𝑦 0 0 ] [0 𝐼4𝑧 0 𝐼4𝑍 0 𝐼 0 ] = [ 4𝑍 0 −1 −𝐼4𝑍 92 0 0 0 ] 0 𝐼4𝑍 𝐼4𝑍 −𝐼4𝑍 0 0 0 ] 𝐼4𝑍 Ta có 𝑚𝑖𝑘 sau: 𝑚11 = 𝑚1 𝑙12 + 𝑚2 (𝑎12 + 𝑙22 + 2𝑎1 𝑙2 𝑐2 ) + (𝑚3 + 𝑚4 )(𝑎12 + 𝑎22 + 2𝑎1 𝑎2 𝑐2 ) + 𝐼1𝑧 + 𝐼2𝑧 + 𝐼3𝑧 +𝐼4𝑍 𝑚12 = 𝑚21 = 𝑚2 (𝑎1 𝑙2 𝑐2 + 𝑙22 ) + 𝑚3 (𝑎22 + 𝑎1 𝑎2 𝑐2 ) + 𝐼2𝑧 + 𝐼3𝑧 +𝐼4𝑍 𝑚13 = 𝑚31 = 𝑚23 = 𝑚32 = 𝑚34 = 𝑚43 = 𝑚22 = 𝑚2 𝑙22 + (𝑚3 + 𝑚4 )𝑎22 + 𝐼2𝑧 + 𝐼3𝑧 + 𝐼4𝑍 ; 𝑚33 = 𝑚4 ; 𝑚14 = 𝑚41 = 𝑚24 = 𝑚42 = 𝑚44 = 𝐼4𝑍 Thay vào, tính 𝑐𝑖𝑘 Vì có 𝑚11 ; 𝑚12 ; 𝑚21 chứa 𝜃2 nên ta xét với 𝑙 = 𝑐11 = −𝑠2 (2𝑚2 𝑎1 𝑙2 + 2𝑚3 𝑎1 𝑎2 )𝑞2̇ 𝑐12 = −𝑠2 (𝑚2 𝑎1 𝑙2 + 𝑚3 𝑎1 𝑎2 )𝑞2̇ 𝑐21 = Các 𝑐𝑖𝑘 = Biểu thức năng: Π = 𝑚1 𝑔𝑑1 + 𝑚2 𝑔(𝑑1 ) + 𝑚3 𝑔(𝑑1 + 𝑑2 + 𝑑3 + 𝑙3 ) + 𝑚4 𝑔(𝑑1 + 𝑑3 + 𝑑4 + 𝑙3 − 𝑙4 ) Vậy phương trình vi phân chuyển động là: 𝜏1 = 𝑚11 𝑞̈ + 𝑚12 𝑞̈ − 𝑎1 𝑠2 (𝑚2 𝑙2 + (𝑚3 + 𝑚4 )𝑎2 )(𝑞1 ̇ + 𝑞2̇ )𝑞2̇ 𝜏2 = 𝑚21 𝑞̈ + 𝑚22 𝑞̈ { 𝜏3 = 𝑚33 𝑞̈ − 𝑔(𝑚3 + 𝑚4 ) 𝜏4 = 𝑚41 𝑞̈ + 𝑚42 𝑞̈ + 𝑚44 𝑞̈ 93 5.5 Động lực học ngược Cho biết: - Phương trình vi phân chuyển động robot; - Kích thước khối lượng khâu robot Tìm: - Momen động khớp nhàm đạt chuyển động mong muốn Ý nghĩa: - Từ toán động lực học ngược, biết thông số khâu phương trình chuyển động chúng; ta tìm momen cần thiết (cung cấp cho q trình điều khiển) để điều khiển robot theo quỹ đạo chuyển động mong muốn mà thực bước thử với động khớp Thiết lập phương trình lagrange loại cho robot Scara: Thiết lập phương trình Lagrange loại cho robot Scara với: 𝑞1 = 𝜃1 , 𝑞2 = 𝜃2 Hình Sơ đồ động học robot Scara 94 - Động hệ: 1 2 𝑇 = ∑( 𝐽𝑖 𝜔𝑖2 + 𝑚𝑖 𝑣𝐶𝑖2 ) Trong đó: 𝜔𝑖 = 𝜕(𝑞𝑖 ) 𝜕(𝑡) 1 12 1 => 𝑇 = 𝑚1 𝑎12 𝑞̇ 12 + ( 𝑚1 𝑞12 𝑞̇ 12 ) + ( 𝑚2 𝑞22 (𝑞̇ + 𝑞̇ )2 ) + 12 1 𝑚2 (𝑎12 𝑞̇ 12 + 𝑎22 (𝑞̇ + 𝑞̇ )2 + 𝑎1 𝑎2 𝑞̇ (𝑞̇ + 𝑞̇ )𝑐𝑜𝑠𝑞2 ) + 𝑚3 (𝑎12 𝑞̇ 12 + 𝑎22 (𝑞̇ + 𝑞̇ )2 + 𝑎1 𝑎2 𝑞̇ (𝑞̇ + 𝑞̇ )𝑐𝑜𝑠𝑞2 + 𝑞̇ 32 ) - Thế hệ: 𝜋 = ∑ 𝑚𝑖 𝑔ℎ𝐶𝑖 = 𝑚1 𝑔𝑑1 + 𝑚2 𝑔𝑑1 + 𝑚3 𝑔(𝑑1 + 𝑑3 − 𝑞3 ) Lực suy rộng: 𝑄𝑖 = 𝑇𝑖 − 𝜕(𝜋) 𝜕(𝑞𝑖 ) 𝑄1 = 𝜏1 = 𝑇1 ; 𝑄2 = 𝜏2 = 𝑇2 ; 𝑄3 = 𝜏3 = 𝑀3 Từ phương trình Lagrange cho hệ cấu có dạng: 𝑑 𝜕𝑇 𝜕𝑇 − − 𝑄𝑖 = 𝑑𝑡 𝜕𝑞̇ 𝑖 𝜕𝑞𝑖 Ta có: 1 𝑇1 = [( 𝑚1 + 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎12 + (𝑚2 + 2𝑚3 )𝑎1 𝑎2 𝐶2 + ( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎22 ] 𝜀1 + 3 1 [( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎1 𝑎2 𝐶2 + ( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎22 ] 𝜀2 − 𝑎1 𝑎2 𝑆2 [(𝑚2 + 2𝑚3 )𝜔1 𝜔2 3 − ( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝜔22 ] 1 𝑇2 = − [( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎1 𝑎2 𝐶2 + ( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎22 ] 𝜀1 + ( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎22 𝜀2 + 3 ( 𝑚2 + 𝑚3 ) 𝑎1 𝑎2 𝑆2 𝜔12 Từ đó, ta tính momen cần thiết T1, T2 lên trục khâu biết thông số chiều dài, khối lượng khâu 95 5.6 Xác định không gian hoạt động robot Scara Không gian làm việc robot tồn thể tích qt khâu chấp hành cuối robot thực tất chuyển động Trường cơng tác bị ràng buộc thơng số hình học robot ràng buộc học khớp Ví dụ, khớp quay chuyển động 360o.Người ta thường dùng hai hình chiếu để mơ tả khơng gian làm việc robot Hình 5 Biểu diễn vùng làm việc robot Bằng phần mềm Matlab, ta biểu diễn vùng làm việc robot scara cách mô ta tập hợp điểm nằm tâm bàn tay kẹp Dưới đoạn code biểu diễn tạo độ điểm E (tâm bàn tay kẹp) tọa độ khơng gian chiều Oxyz 96 Hình Tọa độ điểm tác động cuối E cấu Scara Tính tốn ma trận nhân biểu thức tọa độ điểm tác động cuối E: Hình Khơng gian làm việc robot scara hệ O0x0y0z0 97 Hình Hình chiếu không gian làm việc mặt phẳng O0x0y0 5.7 Mô thực nghiệm Để mô robot bậc tự do, em chọn sử dụng phần mềm Solidworks Phần mềm Solidworks cung cấp cho người dùng tính tuyệt vời về: - Thiết kế chi tiết khối 3D, lắp ráp chi tiết để hình thành nên phận máy móc; xuất vẽ 2D chi tiết tính phổ biến phần mềm Solidworks; cịn có tính khác như: phân tích động học, phân tích động lực học; bên cạnh phần mềm cịn tích hợp modul Solidcam để phục vụ cho việc gia cơng CNC nhờ có phay Solidcam tiện Solidcam; nữa, gia cơng nhiều trục Solidcam, modul 3Dquickmold phục vụ cho việc thiết kế khn - Phân tích động lực học: Solidworks Simulation cung cấp công cụ mô để kiểm tra cải thiện chất lượng thiết kế bạn Các thuộc tính vật liệu, mối ghép, quan hệ hình học định nghĩa suốt trình thiết kế cập nhật đầy đủ mô phỏng; - Tính gia cơng: giải pháp gia cơng CAD CAM kết hợp, giải pháp có tên Solidworks CAM, tách để bán riêng Giài pháp đơn giản dễ dùng Các modul đơn giản thân thiện 98 - Thiết kế mơ hình 3D: phần mềm Solidworks coi tính bật với việc thiết kế các biên dạng 2D bạn dựng khối 3D theo yêu cầu - Lắp ráp chi tiết: chi tiết 3D sau thiết kế xong tính thiết kế lắp ráp lại với tạo thành phận máy máy hoàn chỉnh - Xuất vẽ dễ dàng: phần mềm Solidworks cho phép ta tạo hình chiếu vng góc chi tiết lắp với tỉ lệ vị trí người sử dụng quy định mà không ảnh hưởng đến kích thước Cơng cụ tạo kích thước tự động kích thước theo quy định người sử dụng Sau nhanh chóng tạo thích cho lỗ cách nhanh chóng Chức ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước hình học sử dụng dễ dàng; - Các tiện ích cải tiến khác: Online Licensing giúp cho việc sử dụng license nhiều máy tính tiện lợi trước nhiều Solidworks Login chuyển nội dung cài đặt tùy chỉnh đến máy tính cài Solidworks, Admin Portal cho phép quản lý sản phẩm dịch vụ Solidworks dễ dàng Hình Chạy mơ thực nghiệm 99 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 6.1 Kết Trên báo cáo đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm cánh tay robot nhóm chúng em Đây đề tài có tính thực tế cao, thời đời cơng nghiệp ngày phát triển cạnh tranh không ngừng đòi 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 tốn động học robot • Xây dựng kết cấu 2D cho robot • 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 6.2 Đánh giá Ưu điểm: • • • • Thiết kế phù hợp với yêu cầu đề tài Đơn giản vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng Hệ thống điều khiển hồn tồn tự động Độ xác hệ thống vận hành cao Nhược điểm: 100 • Giá thành cao • Tính thực tế ứng dụng chưa cao • Tốc độ hoạt động chưa nhanh 6.2 Biện pháp khắc phục phương hướng phát triển a) Biện pháp khắc phục • Tối ưu hệ thống khí gắn kết với cách chặt chẽ • Lựa chọn vật liệu cách xác • Nâng cấp hệ thống điều khiển b) Phương hướng phát triển • Hệ thống phân loại nhiều sản phẩm với điều kiện khác nhiều mục đích • Mơ hình nghiên cức chuyên sâu để đưa hệ thống vào ứng dụng công nghiệp thực tế, đặc biệt tự động hóa Qua đề tài nhóm chúng em biết cách vận dụng kiến thức chuyên môn đào tạo trường Đại học Công nghệ Thành phố 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 Nguyễn Trọng Hải thầy cô môn giúp em hoàn 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 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! 101 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 102