Ứng dụng cánh tay robot 6 bậc tự do gắp thả sản phẩm vào vị trí không cố định

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 ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẮP THẢ SẢN PHẨM VÀO VỊ TRÍ KHƠNG CỐ ĐỊNH GVHD: ThS LÊ HOÀNG LÂM SVTH: NGUYỄN NHẬT TRƯỜNG NGUYỄN THÀNH VĂN SKL009760 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẮP THẢ SẢN PHẨM VÀO VỊ TRÍ KHƠNG CỐ ĐỊNH GVHD: ThS Lê Hoàng Lâm SVTH: 1) Nguyễn Nhật Trường 18151140 2) Nguyễn Thành Văn 18151147 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN _ Tp HCM, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Nhật Trường MSSV: 18151140 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thành Văn MSSV: 18151147 Chuyên ngành: CN Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã ngành: 151 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: 18 Khóa: 2018 Lớp: 18151CL2A I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẮP THẢ SẢN PHẨM VÀO VỊ TRÍ KHƠNG CỐ ĐỊNH II NHIỆM VỤ  Các số liệu ban đầu:  Thơng số (điện áp, dịng điện,…) động Servo Driver MR-J4  Thông số Q04UDHCPU, motion Q173DSCPU  Tỉ số Gear trục robot bậc tự do, bàn xoay  Tài liệu tính tốn động học cho robot bậc tự  Nội dung thực hiện:  Xây dựng hệ robot bậc tự gắp sản phẩm  Kết nối Servo với Driver MR-J4, kết nối CPU motion với Driver MR-J4  Tính tốn động học cho robot bậc tự do, xác định không gian làm việc quy hoạch quỹ đạo, kiểm nghiệm động học  Tính tốn, thi cơng lắp khí (tủ điện, bàn xoay)  Điều khiển cánh tay robot di chuyển đồng theo bàn xoay  Lập trình điều khiển robot gắp thả sản phẩm theo yêu cầu  Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống  Viết báo cáo  Sản phẩm dự kiến:  Hệ robot bậc tự gắp sản phẩm (bao gồm: cánh tay robot bậc, tủ điều khiển, bàn xoay, giá để sản phẩm)  Chương trình, giao diện điều khiển  Quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp  Poster giới thiệu đồ án III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/09/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/2022 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ThS Lê Hoàng Lâm GVHD (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN _ Tp HCM, ngày tháng năm 2023 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS.Lê Hoàng Lâm Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Nhật Trường MSSV:18151140 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thành Văn MSSV:18151147 Tên đề tài: Ứng dụng cánh tay Robot bậc tự công nghiệp Tuần/ngày 08/09/2022 (1 tuần) 15/09/2022 (1 tuần) 22/09/2022 (1 tuần) 29/09/2022 (1 tuần) 06/10/2022 (1 tuần) 13/10/2022 (1 tuần) 20/10/2022 (1 tuần) 27/10/2022 (2 tuần) 10/11/2022 (1 tuần) 17/11/2022 (1 tuần) Nội dung Thiết kế, gia cơng khí cịn thiếu Lắp đặt phần cứng, dây thiết bị Đi dây động lực encoder robot Tìm tỉ số Gear, jog test trục servo gắn Kiểm tra lại thiết bị, kiểm tra hộp số Tìm hiểu phần mềm MT developer2, cài lại thơng số servo Tìm hiểu, giao tiếp CPU Q04UDHCPU với CPU motion Q173DSCPU Tính tốn động học thuận, nghịch kiểm chứng kết Thiết kế robot chạy điểm điểm dựa động học Thiết kế robot chạy đồng với bàn xoay Xác nhận GVHD 24/11/2022 (1 tuần) 01/12/2022 (1 tuần) 08/12/2022 (2 tuần) 22/12/2022 -30/12/2022 (1 tuần) Thiết kế robot gắp vật xác cố định Thiết kế robot gắp vật cố định sang bàn xoay cố định Thiết kế robot gắp vật cố định sang bàn xoay chuyển động Kiểm tra lại phần cứng Kiểm tra vận hành lại hệ thống GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN _ Tp HCM, ngày tháng năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Giảng viên hướng dẫn: ThS.Lê Hoàng Lâm Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Nhật Trường MSSV:18151140 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thành Văn MSSV:18151147 Tên đề tài: Ứng dụng cánh tay Robot bậc tự công nghiệp Ý KIẾN NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: …………………………………………………………………………………….…… ……………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………….…………………… ……………………………………………………………….………………………… ………………………………………………………….……………………………… Ưu điểm …………………………………………………………………………………….…… ……………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………….……………… Nhược điểm: …………………………………………………………………………………….…… ……………………………………………………………………………….………… ………………………………………………………………………….……………… Đề nghị cho bảo vệ: Có, Khơng Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Giáo viên 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 Nguyễn Thành Văn Nguyễn Nhật Trường LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa Đào tạo chất lượng cao, khoa Điện-Điện tử môn Tự động điều khiển trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức bổ ích suốt thời gian học lớp Nhóm em xin chân thành cám ơn ThS Lê Hồng Lâm tận tình hướng dẫn nhóm để nhóm hồn thành Đồ án tốt nghiệp Từ góp ý đến ý tưởng, lời động viên từ thầy giúp đỡ chúng em nhiều suốt q trình hồn thiện Đồ án tốt nghiệp Và chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến với gia đình bạn bè Những người động viên, lo lắng suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Đấy động lực giúp phấn đấu, nỗ lực khơng ngừng hồn thiện đường tri thức Chúng em xin chân thành cảm ơn! Mục lục LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii Mục lục iii Danh sách hình ảnh vi Danh sách bảng viii CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 GIỚI THIỆU VỀ DENSO VS-6556 2.2 KHÁI QUÁT VỀ PLC 2.2.1 Tổng quan PLC 2.2.2 Đặc điểm PLC 2.2.3 Vai trò PLC .7 2.3 CÁC DÒNG Q CỦA HÃNG MITSUBISHI .8 2.3.1 Tổng quan dòng Q series .8 2.3.2 Cấu trúc PLC dòng Q .10 2.3.3 Nguyên lý hoạt động PLC 11 2.4 ĐỘNG CƠ 12 2.4.1 Động bước 12 2.4.2 Động servo 12 2.4.2.1 Tổng quan servo 12 2.4.2.2 Phân loại servo 13 2.4.2.3 Cấu tạo 13 2.4.2.4 Chức .14 2.4.2.5 Ưu nhược điểm động AC servo 14 2.5 ENCODER 15 2.5.1 Khái niệm 15 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 4.11 Giao diện hình động học (Kinematic) Hình 4.12 mơ tả hình Auto robot chế độ Auto Màn hình bao gồm phần điều khiển chế độ Auto điểu khiển bàn xoay Khi ta nhấn nút AUTO robot di chuyển đến điểm bắt đầu cho phép chế độ Auto, sau để chạy robot ta nhấn nút RUN lúc đền trạng thái sáng lên Ta cịn tạm dừng chế độ Auto cách nhấn nút STOP Khi sản phẩm đặt bàn xoay đèn biểu vị trí theo sản phẩm sáng lên Ngồi cịn phần điều khiển bàn xoay cho phép điều khiển bàn xoay di chuyển với tốc độ tùy chọn thể giá trị góc quay bàn xoay, để bàn xoay di chuyển ta nhấn nút BÀN XOAY để ngừng ta nhấn nút BÀN XOAY thêm lần Nút HOME RETURN HOME lân lượt cho phép người dùng cài đặt vị trí ban đầu bàn xoay quay điểm ban đầu xét BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 75 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 4.12 Màn hình điều khiển Auto 4.2.5 Điều khiển robot 4.2.5.1 Điều khiển tay (Manual) Sau nhấn nút chọn chế độ Manual nhấn nút POS robot chạy tới vị trí an tồn mà nhóm nghiên cứu đề Ngồi ra, ta điều khiển bàn xoay riệng biệt không ảnh hưởng đến chế độ khác Hình 4.13 Cấu hình robot nhấn nút POS BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 76 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 4.13 cho thấy vị trí an tồn sau nhấn nút POS giao diện phần JOG Các chức hoạt động chế độ Position Kinematic Dưới đây, nhóm nghiên cứu lấy ví dụ với góc θ1 =45, θ2 =270, θ3 =0, θ4 =270, θ5 =0, θ6 =0 Hình 4.14 Nhập số liệu vị trí khớp hình ABS Sau nhập vào góc theo ý muốn người dùng cột Input, sau nhập tốc độ, nhóm nhập tốc độ 500 degree/min, sau nhấn nút ABS để chạy độc lập trục tới vụ trí Hình 4.15 Cấu hình robot sau chạy ABS BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 77 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình4.15 hình ảnh thực tế sau chạy tới góc 1  45,2  270,3  0 ,  45,5  0,6  Hình 4.16 Nhập tọa độ điểm hình KINEMATIC Chuyển sang chế độ chạy động học nghịch, nhóm chọn tọa độ hình 4.16 Sau nhập xong nhấn nút IK (Inverse Kinematic), hệ thống hiển thị thơng số góc cần tới để đạt tọa độ đề cột Kinematic, nhập giá trị vận tốc cần chạy, sau nhấn nút RUN để robot tiến hành chạy tới điểm yêu cầu Hình 4.17 Cấu hình robot sau chạy Inverse Kinematic BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 78 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 4.17 hình ảnh thực tế cấu hình robot theo góc tính từ điểm điểm A(150; 320;60) mm Hình 4.18 Nhập tọa độ điểm hình KINEMATIC Sau nhập toạ độ điểm hình, Robot di chuyển đến cần xét theo thông số hình 4.18 Hình 4.19 Cấu hình robot sau chạy chế độ Inverse Kinematic BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 79 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG 4.2.5.2Chế độ tự động (Auto) Sau chọn chế độ Auto, robot chạy xuống vị trí bắt đầu cài đặt sẵn để sẵn sàng cho việc gắp vật thể hình 4.20 Hình 4.20 Cấu hình robot bắt đầu chế độ AUTO Hình 4.21 Robot gắp vật bàn Hình 4.21 mơ tả cánh tay robot gắp vật sau nhấn nút RUN để chạy chế độ AUTO BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 80 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Hình 4.22 Cánh tay robot di chuyển để thả vật vào bàn xoay Hình 4.22 mô tả robot di chuyển gần bàn xoay để đặt vật lên bàn xoay vị trí đặt sẵn Robot bắt vị trí cần đặt sản phẩm bàn xoay Sau gắp thả vật vào vị trí khác bàn xoay ta kết hình 4.19 Hình 4.23 Sau gắp thả vật vào bàn xoay BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 81 CHƯƠNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG Chương KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 5.1 Kết Sau 15 tuần nghiên cứu thực đề tài “Ứng dụng robot bậc tự gắp thả sản phẩm vào vị trí khơng cố định”, nhóm em hồn thành đồ án tốt nghiệp với tiến độ đề Sau đánh giá kết đề tài: Bảng 5.1 Bảng đánh giá mục tiêu đề Mục tiêu Yêu cầu đề Gắp vật vị trí định Hồn thành Thả vật vị trí tính tốn bàn Hồn thành xoay Gắp thả vật đặt lên bàn xoay di Hoàn thành chuyển với tốc độ sau: - Tốc độ 2000 độ/phút - Tốc độ 2500 độ/phút - Tốc độ 3000 độ/phút Để kiểm chứng thuật toán, ta tiến hành cho robot chạy gắp thả sản phẩm 100 lần liên tục với tốc độ khác bàn xoay, đo đạc lấy sai lệch vị trí robot bàn xoay ô màu cố định với vị trí sau chạy 100 lần vị trí Sau tiến hành, ta thu kết sai số vị trí đầu cuối robot lệch so với lúc ban đầu bảng 5.2 Bảng 5.2 Bảng đánh giá kết thuật toán Tốc độ bàn xoay Số lần thử Sai số cộng dồn 2000 độ/phút 100 ~1mm 2500 độ/phút 100 ~2mm 3000 độ/phút 100 ~2.5mm BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 82 CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.2 Nhận xét Về lý thuyết:  Hiểu nắm bắt tổng thể nguyên lý hoạt động động AC Servo loại encoder để điều khiển xác vị trí vận tốc động module điều khiển Q173DSCPU  Tính tốn động học cho robot bậc tự áp dụng vào giải thuật gắp thả vật công nghiệp Về phần cứng:  Được kế thừa từ khoá trước gia cơng, xây dựng lại khí để phù hợp với mục đích đề tài  Tương đối chắn, cấu dễ dàng tháo lắp, dễ thay hay sửa chữa có cố Về phần mềm:  Giao diện người dùng: xây dựng cách dễ hiểu, dễ sử dụng, dễ dàng tuỳ chỉnh điều khiển  Chương trình: Robot gắp tương đối xác vào tâm vật (sai số 0.51mm), gắp thả vật vào bàn xoay chuyển động BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 83 CHƯƠNG KẾT LUẬN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế lập trình điều khiển giám sát cho mơ hình, nhóm thu kết định Mơ hình có ưu nhược điểm sau  Ưu điểm - Mơ hình hoạt động xác, ổn định hai chế độ - Nhờ sử dụng pin chuyên dụng, mơ hình có khả chạy tiếp sau điện mà hoạt động lại từ đầu - Chế độ manual hoạt động độc lập, linh động tương đối xác, tăng lựa chọn cho người dùng  Nhược điểm - Quy hoạch quỹ đạo đường tròn chưa tối ưu - Giao diện người dùng chưa bảo mật cao, sử dụng hình nên bất tiện việc điều khiển giao tiếp - Sai số gắp vật khoảng chấp nhậnS (