(Đồ án hcmute) điều khiển robot 5 trục kết hợp bàn xoay phân loại sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN ROBOT BẬC TỰ DO KẾT HỢP BÀN XOAY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM GVHD: ThS LÊ HOÀNG LÂM SVTH: PHẠM VĂN HÙNG NGUYỄN SƠN NAM S K L0 Tp Hồ Chí Minh, 2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ROBOT BẬC TỰ DO KẾT HỢP BÀN XOAY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM GVHD: ThS Lê Hoàng Lâm SVTH: Phạm Văn Hùng 18151184 Nguyễn Sơn Nam 18151204 Tp Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ROBOT BẬC TỰ DO KẾT HỢP BÀN XOAY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM GVHD: ThS Lê Hoàng Lâm SVTH: Phạm Văn Hùng 18151184 Nguyễn Sơn Nam 18151204 Tp Hồ Chí Minh tháng 12 năm 2022 TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP -TỰ DO- HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o -Tp HCM, ngày… tháng … năm … o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phạm Văn Hùng MSSV: 18151184 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Sơn Nam MSSV: 18151204 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: K18 Lớp: 181511 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ROBOT TRỤC KẾT HỢP BÀN XOAY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Các tài liệu, số liệu ban đầu: - Tìm hiểu nguyên lý cách điều khiển động Servo - Tài liệu Drive Servo MR-J3, MR-J4 - Tài liêu, thơng số kỹ thuật PLC dịng Q – Q04UDEHCPU - Tài liệu, thông số kỹ thuật Motion CPU QD172DSCPU - Tài liệu, thông số kỹ thuật Cognex Insight 5110 Nội dung thực hiện: - Bố trí, lắp đặt thiết bị - Thi cơng tủ điện - Tính tốn động học cho robot - Điều khiển robot - Phân loại sản phẩm mã QR code - Hiển thị rõ ràng, xác giao diện điều khiển Ngày giao đồ án: 06/09/2022 Ngày nộp đồ án: 30/12/2022 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh: Tiếng Việt: X Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh: Tiếng Việt: X TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP -TỰ DO- HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o o0o Tp HCM, ngày… tháng…… năm 20…… PHIẾU NHẬN XÉT TỐT NGHIỆP (Dành cho giáo viên hướng dẫn) Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Nhược điểm: Đề nghị giảng viên hướng dẫn cho bảo vệ:  Có,  Khơng Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) TP HCM, ngày …… tháng … năm… Giáo viên hướng dẫn ( Ký ghi rõ họ tên ) TRƯỜNG ĐH SPKT TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP -TỰ DO- HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o o0o Tp HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Phạm Văn Hùng MSSV:18151184 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Sơn Nam MSSV:18151204 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN ROBOT TRỤC KẾT HỢP BÀN XOAY PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Xác Tuần Nội dung thực nhận GVHD Xét duyệt đề tài đề cương Tìm hiểu sơ lược hệ thống, lựa chọn thiết bị, động cơ, Driver, camera Tìm hiểu điều khiển động Servo, điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ Tìm hiểu xử lý ảnh công nghiệp Viết chương trình điều khiển tốc độ, vị trí động Tính tốn, thiết kế phần khí Bắt đầu viết báo cáo Hồn thành phần khí Tính tốn thiết kế phần điện Hồn thành phần điện 10 Viết chương trình điều khiển hồn chỉnh cho mơ hình 11 Viết chương trình điều khiển hồn chỉnh cho mơ hình 12 Kiểm tra giải thuật, sửa lỗi, tăng tốc độ 13 Kiểm tra giải thuật, sửa lỗi, tăng tốc độ 14 15 Kiểm tra lại phần cứng Kiểm tra vận hành lại hệ thống Hoàn thành viết báo cáo GV HƯỚNG DẪN ( Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN  - - Nhóm tác giả xin cam kết đề tài nhóm tác giả tự thực vào tài liệu tham khảo trước khơng chép từ tài liệu hay từ cơng trình trước Nhóm tác giả thực Phạm Văn Hùng Nguyễn Sơn Nam CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG - Tiến hành sử dụng hình Forward kinematics Ở vị trí ban đầu 1  0,2  0,3  0,4  0,5  ta thu kết mô sau: Hình Vị trí robot góc 1  0,   0, 3  0,   0, 5  Như sau mơ với góc nhập khung màu xanh Nhấn nút CAL.FW tính tọa điểm P ấn nút Go to Pos ta thu kết hình 4.7 với góc báo trả từ giao diện (feed current) trùng khớp với điểm tính ta thấy ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 84 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG vị trí ban đầu với chiều góc ta quy định ban đầu đặt trục vị trí điểm đầu cuối hình dạng với ta quy ước trước Chọn góc khác 1  0,    ,   0,   0,   ta thu kết sau: Hình Góc nhìn ứng với góc 1  0,   ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  ,   0,   0,   85 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 4.8 kết ta kiểm chứng vị trí góc 1  0,    ,   0,   0,   thu kết với ta đặt trục ban đầu vị trí điểm đầu cuối ta tính tốn phần động học thuận Chọn góc 1  0,    ,     ,   0,   ta thu kết sau 2 Hình Góc nhìn ứng với góc 1  0,   ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  ,3    ,   0,   86 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 4.9 kết ta kiểm chứng vị trí góc 1  0,    ,     ,   0,   2 thu kết với ta đặt trục ban đầu vị trí điểm đầu cuối ta tính tốn phần động học thuận 4.4.2 Kiểm chứng động học nghịch Tiến hành sử dụng hình Inverse kinematics Nhóm nghiên cứu chọn tọa độ A mm (400; 250; 200) Sau nhập xong hệ thống hiển thị thơng số góc cần tới để đạt tọa độ đề cột Input Angle Sau nhấn nút Go to Pos để robot tiến hành chạy tới điểm yêu cầu Hình 10 Robot hoạt động tới vị trí tọa độ (400;250;200) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 87 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG Tọa độ điểm A yêu cầu (400;250;200) mm khung màu đỏ, sau ấn nút Go to pos robot di chuyển tới vị trí thực tế xấp xỉ xác với vị trí nhập hiển thị khung màu vàng Khung màu xanh cho biết góc mà robot tính tốn từ động học nghịch cột Input angle góc thực tế robot hiển thị cột current value 4.4.3 Chế độ hoạt động auto Sau chọn chế độ Auto, robot chạy xuống vị trí sẵn sàng để chờ lệnh cho việc gắp vật Người dùng việc chuẩn bị vật dụng bàn xoay đầy đủ ấn nút Run Robot tiến hành gắp quét mã vật tiến hành xếp sản phẩm vào khay với loại sản phẩm Hình 11 Vị trí robot sẵn sàng đợi lệnh gắp vật Hình 12 Bàn xoay chuẩn bị sẵn sản phẩm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 88 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG Khi hoàn thành đủ khay hàng Người dùng mang khay hàng cất làm tùy ý tiến hành chuẩn bị lại cho robot vật gắp bàn xoay Sau kết nối camera với thiết bị giám sát, sử dụng phần mềm chuyên dụng COGNEX để setup thơng số quan trọng kèm với hình ảnh trả camera Sau tiến hành tinh chỉnh thông số cài đặt vùng quét camera để tối ưu diện tích quét tốc độ quét lúc Hình 13 Hình ảnh camera chưa bắt mã vật Ở hình hình chữ nhật hiển thị màu đó, điều cho biết camera chưa bắt vật, cho dù dùng mắt người thấy mã vạch vật đẵ nằm gọn quét camera Tuy nhiên thực tế vùng đọc liệu camera lại hình chữ nhật bé nằm bên Vì thấy camera chụp tồn vật nhiên việc mã vạch chưa nằm vùng đọc liệu nên camera báo chưa có vật Hình 14 Hình ảnh camera bắt mã vật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 89 CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH HỆ THỐNG Lúc hình chữ nhật màu xanh, báo đọc giá trị vật mã vạch hế vào vùng camera báo rang quét thành công lúc camera gửi liệu cho PLC giá trị x, y theo tọa độ camera góc xoay vật Hình 15 Màn hình hiển thị số sản phẩm gắp vị trí vật gắp Hình 16 Vật xếp ngắn bàn để vật Ấn nút reset sau ấn Run Robot thực lại trình gắp thả vật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 90 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 5.1 Hệ thống robot, bàn xoay, giá đỡ vật: Sau trình thực đề tài, nhóm hồn thiện mơ hình cánh tay robot trục bao gồm không gian làm việc khí cho cánh tay robot hệ thống tủ điện cho mơ hình Hình Hệ thống robot hồn thiện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 91 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Hình Hệ thống bàn xoay, giá đỡ vật camera hoàn thiện 5.2 Điều khiển robot tiến hành gắp xếp sản phẩm Nhóm thực mục tiêu đề ban đầu điều khiển thành công robot, viết chương trình điều khiển robot ngơn ngữ lập trình Mitsubishi cho phép robot hoạt động chế độ auto manual đồng thời thiết kế giao diện điều khiển Bên cạnh đó, nhóm ứng dụng camera vào hệ thống, cho phép camera quét mã QR gửi tín hiệu điều khiển PLC sử dụng giải thuật để phân loại sản phẩm Hình Kết phân loại sản phẩm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 92 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 5.3 Ưu điểm, nhược điểm nhận xét: 5.3.1 Ưu điểm Mơ hình hoạt động ổn định, tương đối xác Mơ hình hồn thiện có tính thẩm mỹ phù hợp với tiêu chí đề Với việc sử dụng pin chuyên dụng, hệ thống hoạt động tiếp sau điện 5.3.2 Nhược điểm Trong trình vận hành, hệ thống cịn sai số gặp lỗi Robot chưa gắp vật vật tình khó hơn, lúc bàn xoay hay nhiều vị trí khác mà gắp vật bàn xoay tới vị trí cố định Giao diện có tính bảo mật chưa cao chưa có tính phân quyền cao cho người vận hành, kỹ sư, người xem,… Quỹ đạo quy hoạch chưa tối ưu 5.3.3 Nhận xét 5.3.3.1 Lý thuyết Tìm hiểu nắm bắt tổng thể nguyên lý hoạt động lý thuyết động servo loại encoder để điều khiển xác vị trí tốc độ động qua module điều khiển chuyển động Q172DSCPU Tìm hiểu cách thức giao tiếp thiết bị đại camera Cognex sử dụng module giao tiếp camera Cognex để hiển thị hình ảnh camera Biết cách tính tốn động học cho robot bậc tự áp dụng giải thuật vào tốn gắp thả vật cơng nghiệp 5.3.3.2 Phần cứng Cơ cấu dễ dàng tháo lắp, dễ thay sửa chữa có hư hỏng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 93 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ 5.3.3.3 Phần mềm Về giao diện người dùng: Giao diện xây dựng cho người dùng nhiều thông tin robot có nhiều chế độ hoạt động robot cho người dùng dễ dàng tùy chỉnh điều khiển Có phần đăng nhập để bảo mật người dùng, tránh đc tác động từ người khác làm hệ thống hoạt động sai Giao diện đơn giản dễ sử dụng Về phát vật: Mặc dù camera cố định mặt bàn khả quét camera tương đối ổn định lúc cánh tay robot di chuyển Có trường hợp khơng thể quét vật thời gian xử lý camera cao trường hợp ảnh lại bị mờ ánh sáng không tốt, mã vạch lâu ngày cũ Nhưng phương pháp sử dụng mã QR hiệu quét mã phân loại tương đối cao >95% Bảng Bảng thống kê so sánh tỉ lệ quét loại mã vật Mã Số lượng Số lần quét mã thành công Tỉ lệ S 100 97 97% P 100 100 100% K 100 99 99% T 100 94 94% Về phần tính tốn tọa độ: gắp thả vật cho robot tốt, có nhược điểm cánh tay robot gắp vật đầu nam châm khơng hít vật mà hít lệch bên sai số tương đối nhỏ 2mm Ngồi số vị trí đặt vật có phần bị lệch lạc đơi chút cho sai số nhỏ khoảng 2mm gây ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 94 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau hồn thành mơ hình hệ thống cánh tay robot trục ứng dụng giải thuật điều khiển cho robot hoạt động, nhóm em phần hiểu sơ lượt cấu tạo, nguyên lý hoạt động, kiến thức quan trọng Servo Encoder Nắm bắt cách thức điều khiển, phương thức giao tiếp thiết bị phần cứng hiểu tổng quan mạng Servo SSCNET III Sử dụng phần mềm lập trình liên quan GX Works2, MT Develop, MR configuaration, GT designer3, … Trong q trình thi cơng mơ hình phần cứng nghiên cứu ứng dụng giải thuật điều khiển việc phát sinh vấn đề khó khăn cần giải việc tránh khỏi, với nhóm cịn kinh nghiệm kiến thức chúng em thực đề tài hoàn thành tốt phần tất nhiên số phần khác đạt kết tốt mong đợi Vì sau trình nghiên cứu, thi cơng điều khiển, nhóm tổng quan ưu điểm nhược điểm mô hình, từ đút kết kinh nghiệm đánh giá lực nhóm mức 6.2 Hướng phát triển: Từ hạn chế mặt nhược điểm nêu mặt tích cực có từ sản phẩm Nhóm rút vấn đề cần giải quyết, từ vấn đề phát triển ý tưởng khác mang tính ứng dụng thực tế đồng thời phải mang tính hiệu quả, xác cao Bảo mật cho người vận hành để giảm thiểu nguy sử dụng không mục đích Tìm cách quy hoạch quỹ đạo robot không qua điểm trung gian để robot hoạt động nhanh xác hơn, Nghiên cứu tích hợp thêm tính xử lí tình gặp cố cho robot giúp thơng tự động bám theo bàn xoay gắp vật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 95 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN vị trí bàn xoay, tính tự động dừng hoạt động hệ thống gặp cố nguy hiểm thông báo máy chủ… Tạo ứng dụng điều khiển thiết bị di động, làm thêm hình HMI điều khiển hệ thống,… Đưa liệu hoạt động lên website để người dùng theo dõi nơi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình kĩ thuật robot – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM _ PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh [2] In-Sight® 5000 Series Vision System Installation Manual [3] GT Designer Screen Design Manual [4] Mitsubishi Electric, Mitsubishi Programmable Logic Controller Training Manual [5] Mitsubishi Electric (2002), Programable Logic Controller User’s Manual (Melsec System Q) [6] Mitsubishi Electric, MR-J4W3-B Servo Amplifier Instruction Manual [7] Mitsubishi Electric, MR-J4 Servo Amplifier Instruction Manual [8] Mitsubishi Electric, Mitsubishi Programmable Controller Training Manual Qseries basic course (for GX Works2) [9] I/O Module Type Building Block User's Manual [10] QCPU User's Manual (Multiple CPU System) [11] QD75MH - User's Manual (Installation) IB(NA)-0300099-C ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 97