TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH
Đặt vấn đề và phương pháp nghiên cứu
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trên toàn cầu và tại Việt Nam hiện nay đã dẫn đến việc ứng dụng công nghệ mới và máy móc vào dây chuyền sản xuất, đây là một tiêu chí quan trọng để đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia.
Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, robot ngày càng trở thành phần thiết yếu trong cuộc sống, không chỉ thay thế con người trong các công việc lặp lại mà còn thực hiện các tác vụ thông minh Với tốc độ nhanh và trí thông minh nhân tạo, robot có khả năng hoàn thành nhiệm vụ trong thăm dò, làm việc ở nơi nguy hiểm, cứu người trong tai nạn và hỗ trợ trong lĩnh vực y tế Tại Việt Nam, thị trường robot công nghiệp dự kiến sẽ phát triển mạnh, đặc biệt trong ngành sản xuất ô tô với sự tham gia của các nhà máy như Vinfast và Thaco Để thực hiện các nhiệm vụ này, robot cần có bộ điều khiển chất lượng cao để đảm bảo độ chính xác và tốc độ phản ứng Tuy nhiên, điều kiện hoạt động phức tạp là thách thức lớn trong việc thiết kế các bộ điều khiển chính xác cho hệ thống robot.
Robot ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống, đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển nguyên vật liệu và các dụng cụ Chúng là những cơ cấu đa chức năng có khả năng lập trình, hoạt động dựa trên các phép toán đại số ma trận Với khả năng thao tác giống như con người, robot có thể hợp tác thông minh và thực hiện các chuyển động linh hoạt nhờ vào cánh tay nhiều bậc tự do Điều khiển robot có thể được thực hiện thông qua máy tính hoặc chương trình nạp sẵn trong chip bo mạch.
The SCARA robot design offers efficient and precise automation solutions, ideal for various applications in manufacturing and assembly With its unique configuration, the SCARA robot excels in tasks that require high-speed operations and accuracy, making it a preferred choice for industries aiming to enhance productivity Its versatility allows for easy integration into existing systems, streamlining workflows and reducing operational costs By leveraging the capabilities of SCARA robots, businesses can achieve significant improvements in efficiency and output quality.
Trong dây chuyền công nghiệp, kiểm tra bề ngoài sản phẩm là rất quan trọng để nâng cao năng suất và giảm sai sót do con người Việc tự động hóa quá trình này là cần thiết, dẫn đến việc phát triển mô hình cánh tay robot 2 bậc tự do, có khả năng thực hiện các chuyển động giống như con người Robot có thể được điều khiển qua máy tính hoặc chương trình nạp sẵn trong chip bo mạch Hệ thống điều khiển của robot đảm bảo tính ổn định cả động và tĩnh, chống nhiễu từ bên trong và bên ngoài, đồng thời không gây hại cho môi trường.
Mục tiêu đề tài
Trong đề tài trên nhóm đặt ra các mục tiêu như sau:
- Tìm hiều sơ bộ về mô hình cánh tay robot.
- Xây dựng mô hình trên phần mềm mô phỏng Solidworks.
- Tính toán thiết kế mô hình thực tế.
- Tìm hiểu và lựa chọn thiết bị có thông số phù hợp để tiến hành áp dụng.
- Thi công mô hình thực tế.
Nội dung đề tài
Chương 1: Tổng quan về robot.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT
Yêu cầu
− Thiết kế 1 robot có 3 bậc tự do.
− Một khớp tịnh tiến và 2 khớp xoay điểm đầu cuối có thể dung để vẽ.
− Các thiết bị, linh kiện có thông số phù hợp với mô hình sản phẩm. b Yêu cầu phần mềm:
− Tính toán chính xác được động học robot.
− Tính toán chính xác được động học robot.
− Điều khiển được cánh tay robot hoạt động theo mong muốn.
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT
Tính toán động học thuận
Bài toán động học của robot bao gồm các vấn đề về vị trí, vận tốc và gia tốc Trong đó, xác định vị trí và hướng của điểm tác động cuối tại các thời điểm khác nhau là vấn đề cốt lõi Để giải quyết bài toán này, cần hiểu rằng robot là một hệ thống nhiều vật rắn được kết nối qua các khớp, chủ yếu là khớp quay và khớp tịnh tiến, do đó việc xác định các hệ tọa độ gắn với các khâu của robot là rất quan trọng.
Hai loại khớp phổ biến trong kỹ thuật tay máy là khớp trượt và khớp quay, cả hai đều có một bậc tự do Mỗi khớp, thực chất là cặp khâu – khớp, được đặc trưng bởi hai loại thông số.
Các thông số không thay đổi giá trị trong quá trình làm việc của tay máy được gọi là tham số.
Các thông số thay đổi khi tay máy làm việc được gọi là các biến khớp Bộ thông số D-H chuẩn bao gồm 4 thông số:
- Độ dài pháp tuyến chung an (đường vuông góc chung 2 trục z).
- Góc giữa trục khớp trong mặt phẳng vuông góc với pháp tuyến.
- Góc quay quanh trục z một góc 𝜃.
Độ dài tiếp tuyến chung d, hay đường vuông góc chung của hai trục ox, là yếu tố quan trọng trong việc xác định vị trí và hướng của một khâu so với khâu trước đó Bộ thông số D-H cung cấp thông tin cần thiết để xác định mối quan hệ không gian giữa các khâu trong hệ thống, giúp tối ưu hóa quá trình phân tích và thiết kế robot.
The SCARA robot design focuses on creating efficient and precise robotic arms suitable for various applications This innovative design enhances automation processes, providing improved speed and accuracy in tasks By integrating advanced technology, SCARA robots are capable of performing intricate movements, making them ideal for assembly, packaging, and material handling Their versatility and reliability contribute significantly to increasing productivity in manufacturing environments.
Hình 3- 1: Hệ trục tọa độ của mô hình robot
Từ hệ trục tọa độ trên ta có được bảng D-H cho mô hình robot Scara. a α d θ
Bảng 3- 1: Bảng D-H của mô hình robot
The SCARA robot design process involves meticulous planning and engineering to create efficient robotic systems These robots are specifically tailored for tasks that require precision and speed, making them ideal for various industrial applications By focusing on the unique capabilities of SCARA robots, designers can enhance productivity and streamline operations The integration of advanced technologies in SCARA robot design ensures they meet the evolving demands of automation in modern manufacturing environments.
Từ đó ta có vị trí điểm đầu cuối:
THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOT SCARA
Phần cứng
Các thiết bị và linh kiện được sử dụng trong mô hình như sau:
Hình 4- 1: Puly GT2 30 răng trục 5mm
The SCARA robot design is essential for various applications, providing precision and efficiency in tasks such as assembly and packaging Its unique structure allows for a wide range of motion, making it ideal for tasks that require both speed and accuracy By integrating advanced technology, SCARA robots enhance productivity in manufacturing environments Understanding the design and functionality of SCARA robots is crucial for optimizing their use in industrial settings.
Hình 4- 4: Con trượt tròn LM8UU
The SCARA robot design is essential for various applications due to its precision and efficiency Its unique structure allows for a wide range of motion, making it ideal for tasks such as assembly and packaging By integrating advanced technology, SCARA robots enhance productivity and reduce operational costs These robots are increasingly popular in manufacturing environments, where their speed and accuracy significantly improve workflow Implementing SCARA robots can lead to better resource management and streamlined processes in various industries.
Hình 4- 5: Kẹp trục ngang SHF8
The SCARA robot is designed for precise and efficient tasks in various applications Its unique structure allows for optimal movement and flexibility, making it ideal for assembly, packaging, and material handling By incorporating advanced technology, SCARA robots enhance productivity and reduce operational costs Their reliability and speed contribute to streamlined processes in manufacturing environments Adopting SCARA robots can significantly improve workflow efficiency and accuracy in industrial settings.
Hình 4- 7: Puly GT2 60 răng trục 8mm
The SCARA robot design is a crucial aspect of modern automation, offering precision and efficiency in various applications Its unique structure allows for a wide range of movements, making it ideal for tasks requiring high accuracy The SCARA robot's capabilities enhance productivity in manufacturing and assembly lines, streamlining operations and reducing labor costs By incorporating advanced technology, SCARA robots are revolutionizing industries, ensuring optimal performance and reliability in complex tasks Embracing SCARA robot design can significantly improve workflow and operational efficiency in today's competitive market.
Hình 4- 9: Công tắt hành trình
The SCARA robot design focuses on enhancing efficiency in automated tasks Its unique structure allows for precise movements, making it ideal for assembly and manufacturing applications By integrating advanced technology, SCARA robots optimize production processes and reduce operational costs Their versatility enables them to perform a variety of functions, from packaging to quality control As industries increasingly adopt automation, the demand for SCARA robots continues to grow, highlighting their importance in modern manufacturing environments.
Tên linh kiện Số lượng Động cơ 3
Puly GT2 30 răng trục 5mm 3
Vít me + Khớp nối 1 Đai ốc 2
Con trượt tròn LM8UU 8
Puly GT2 60 răng trục 8mm 2
Bu lông + Đai ốc M8 40mm 1
Bu lông + Đai ốc M8 100mm 1
Bảng 4- 1: Danh sách thiết bị
The SCARA robot is designed for efficient and precise operations in various industries Its unique structure allows for a wide range of movements, making it ideal for tasks such as assembly, packaging, and material handling The SCARA robot's capabilities enhance productivity and accuracy, contributing to streamlined workflows in manufacturing environments With its advanced design, the SCARA robot is a valuable asset for businesses seeking to improve automation and operational efficiency.
KẾT QUẢ
Kết quả phần cứng
Từ những linh kiện ở trên, nhóm đã lắp rắp hoàn chỉnh được mô hình như ảnh bên dưới.
Hình 5-1 Ảnh chụp đối diện Hình 5-2 Ảnh chụp từ đằng sau
Hình 5-3 Mô hình hoàn chỉnh của robot SCARA
The SCARA robot is designed for precise and efficient operations in various industrial applications Its unique structure allows for optimal movement and flexibility, making it ideal for tasks such as assembly, packaging, and material handling With its advanced design, the SCARA robot enhances productivity while reducing operational costs, making it a valuable asset in modern manufacturing environments.
Kết quả trên phần mềm
Đầu tiên ta mở Arduino IDE, chọn Sketch > Include Library > Add ZIP Library…
Tiếp theo, chọn thư mục đã giải nén grbl-master, chọn thư mục grbl và mở thư mục Bây giờ chúng ta đã có GRBL trong thư viện Arduino
Tiếp theo, chọn thư mục đã giải nén grbl-master, chọn thư mục grbl và mở thư mục để thêm thư viện GRBL vào trong thư viện Arduino.
Mở phần mềm GRBL Controller và chọn cổng kết nối cùng với tốc độ truyền Sau khi nhấn nút Open, bạn sẽ kết nối thành công với vi điều khiển và có thể tùy chỉnh các thông số theo nhu cầu.
The SCARA robot design focuses on precision and efficiency, making it ideal for various applications in automation and manufacturing With its unique arm configuration, the SCARA robot excels in tasks that require high-speed operation and accuracy, such as assembly and packaging Its versatility allows it to integrate seamlessly into existing production lines, enhancing productivity while minimizing downtime As industries increasingly adopt automation solutions, the SCARA robot stands out as a reliable choice for optimizing workflows and improving overall operational performance.
Hình 5-5 Phần mềm Grbl Controller
Với lệnh điều khiển đầu tiên, $100%0.000 (x, step/mm), chúng ta có thể điều chỉnh bước di chuyển theo đơn vị mm của máy, cho phép xác định rõ số bước cần thiết để động cơ di chuyển 1mm trên trục X.
The SCARA robot is designed for precise and efficient tasks in various industries Its unique design allows for a wide range of applications, including assembly, packaging, and material handling SCARA robots excel in speed and accuracy, making them ideal for repetitive tasks Their compact structure enables easy integration into existing systems, enhancing productivity As automation continues to evolve, SCARA robots play a crucial role in streamlining operations and improving overall efficiency in manufacturing processes.