(Đồ án hcmute) thiết kế chế tạo máy gắn chip

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ- CHẾ TẠO MÁY GẮN CHIP GVHD: PGS.TS.NGUYỄN TRUỜNG THỊNH SVTH: MAI TRỌNG NHÂN MSSV: 12146127 LÊ QUANG NHẬT MSSV: 12146129 NGUYỄN VĂN NHỚ MSSV: 12146131 S KL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH - KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY      ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ- CHẾ TẠO MÁY GẮN CHIP” GVHD: NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: MAI TRỌNG NHÂN 12146127 LÊ QUANG NHẬT 12146129 NGUYỄN VĂN NHỚ 12146131 LỚP KHĨA: 121462 2012-2016 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 07 năm 2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ- CHẾ TẠO MÁY GẮN CHIP” GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: MAI TRỌNG NHÂN 12146127 LÊ QUANG NHẬT 12146129 NGUYỄN VĂN NHỚ 12146131 LỚP 121462 KHĨA: 2012-2016 Tp Hồ Chí Minh, Tháng 07 năm 2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện: MAI TRỌNG NHÂN MSSV: 12146127 LÊ QUANG NHẬT MSSV: 12146129 NGUYỄN VĂN NHỚ MSSV: 12146131 Tên đề tài: “Thiết kế chế tạo máy gắn chip” Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung đồ án: Nghiên cứu chế tạo máy gắn chip có khả gắn chip theo tọa độ nhập sẵn theo board mạch thiết kế sẵn Các sản phẩm dự kiến Ngày giao đồ án: 29/2/2016 Ngày nộp đồ án: 27/7/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: MÁY GẮN CHIP - GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH - Ho ̣ tên sinh viên: LÊ QUANG NHẬT MSSV: 12146129 MAI TRỌNG NHÂN MSSV: 12146127 NGUYỄN VĂN NHỚ MSSV: 12146131 - Địa sinh viên: 5/11 Đường Lê Văn Chí Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh - Số điện thoại liên lạc: 01678949753 - Email: 12146129@hcmute.edu.vn - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 27/7/2016 - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2016 Ký tên i an LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án, nhóm em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Để thực thành cơng đề tài này, nhóm em chân thành cảm ơn thầy cô nhà trường tạo điều kiện cho chúng em trình thực đồ án, tài nguyên, kiến thức hổ trợ khác Nhóm em đặc biệt cảm ơn dạy hổ trợ thầy PSG.TS Nguyễn Trường Thịnh giúp đỡ chúng em nhiều làm đề tài Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành khố luận tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2016 Nhóm sinh viên thực ii an TĨM TẮT ĐỀ TÀI Trong thời buổi cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, kinh tế, khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng, thứ ngày thay đổi nhanh, bên cạnh thay đổi công nghiệp đại điều tất yếu Những dụng cụ thô sơ dần thay máy móc đại hơn, nhằm tăng suất, đạt hiệu chất lượng tốt nhất, tiết kiệm thời gian Trong ngành cơng nghiệp nói chung ngành cơng nghiệp điện tử nói riêng, việc sử dụng máy móc phát triển mạnh mẽ, ta tạo nhiều mạch điện tử với nhiều nhiệm vụ khác cách dễ dàng, góp phần phát triển vào ngành công nghiệp sản xuất mạch điện tử cách hiệu Trong luận văn này, thực thiết kế chế tạo hệ thống khí có khả gắn chip vào board mạch có sẵn, mang lại suất cao hiệu tốt iii an ABSTRACT In the period of industrialization and modernization of the country, economy science and technology develope rapidly, so the changes in modern industry is inevitable these rudimentary instrument were replaced by more modern machinery, in order to enhance productivity as well as achieve the best quality and save time In the general industry and electronics industry in particular, the use of machinery has also been strong growth, we can create electronic circuits with many different tasks with ease , contributing to the development in manufacturing industry of electronic circuit effectively In this thesis, we design and manufacture the mechanical symtems, which inductor by magnetic field in order to bend the steel under the processing request, bring the best productivity and efficiency iv an MỤC LỤC LỜI CAM KẾT LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 1.1.1 1.2 Đối tượng nghiên cứu: Tình hình nghiên cứu nước: 1.2.1 Nước ngoài: 1.2.2 Trong nước: 1.3 Đặt vấn đề: Mục tiêu đề tài: CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ CHẾ TẠO 2.1 Các phương án di chuyển trục tọa độ: 2.1.1 Phương án board cố định: 2.1.2 Phương án board di chuyển trục: 2.1.3 Phương án board di chuyển trục: 2.1.4 Phương án board di chuyển độc lập với đầu công tác: 2.2 Lựa chọn phương án di chuyển tối ưu: 2.3 Lựa chọn cấu truyền động: 2.3.1 Vít me – đai ốc: 2.3.2 Bộ truyền động dây đai: 10 2.3.3 Bộ dẫn hướng: 12 2.3.4 Các số liệu dùng thiết kế: 14 2.4 Vẽ thiết kế khung máy: 16 v an 2.5 Lựa chọn cấu công tác: 19 2.6 Mô ứng suất chuyển vị: 21 2.7 Tính tốn thơng số truyền: 26 2.7.1 Chọn động cho trục Z: 26 2.7.2 Chọn động cho trục X: 27 2.7.3 Chọn động cho trục Y: 28 2.8 Chương 4: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA MÁY 31 3.1 Động học máy: 31 3.2 Động học vận tốc động lực học máy: 33 CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN – HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA MÁY 35 4.1 Các thiết bị điện: 35 4.1.1 Nguồn hệ thống: 35 4.1.2 Bộ điều khiển trung tâm: 35 4.1.3 Driver động bước(Motor): 35 4.1.4 Bộ điều khiển trung gian: 35 4.1.5 Bơm hút chân không SMT (Vacuums): 35 4.2 Mạch điện hệ thống: 35 4.3 Cấu trúc điều khiển: 37 4.3.1 4.4 Lựa chọn loại động cơ: 28 Phương pháp nội suy: 38 Bộ điều khiển dùng hệ thống: 44 4.4.1 Giới thiệu tổng quan: 44 4.4.2 Giới thiệu mạch điều khiển động bước A4988 48 4.5 Giải thuật nội suy: 51 4.6 Lưu đồ giải thuật hệ thống: 52 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ THỰC NGHIỆM 54 5.1 Máy gắn chip: 54 5.2 Kiểm tra sai số máy 55 5.3 Thông số công nghệ: 56 vi an Thông số kỹ thuật: Vi điều khiển Atmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (được đề nghị) 7-12V Số lượng chân I / O 54 (trong có 15 cung cấp sản lượng PWM) Số lượng chân Input Analog 16 Dòng điện DC I / O 20 mA Dòng điện DC với chân 3.3V 50 mA Bộ nhớ flash 256 KB có KB sử dụng nạp khởi động SRAM KB EEPROM KB Tốc độ đồng hồ 16 MHz Chiều dài 101,52 mm Bề rộng 53,3 mm Cân nặng 37 g Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 Các Mega 2560 có 16 đầu vào tương tự, ngõ vào tương tự có độ phân giải 10 bit (tức 1024 giá trị khác nhau).Theo mặc định đo từ đến volts, thay đổi phần phạm vi cách sử dụng chân Aref analogReference) chức Các Atmega 2560 có 256 KB nhớ flash để lưu trữ mã (trong có KB sử dụng cho nạp khởi động), KB SRAM KB EEPROM 46 an c Cấu trúc nguyên lý hoạt động Arduino Mega 2560: - Vi điều khiển Arduino Mega 2560 - Nguồn : Arduino cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB cấp nguồn với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Thường cấp nguồn pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng board Arduino o GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với o 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA o 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA o Vin (Voltage Input): để cấp nguồn cho Arduino, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND o IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn o RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ - Bộ nhớ trong: Vi điều khiển Atmega2560 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng: 32KB nhớ Flash: đoạn lệnh bạn lập trình lưu trữ nhớ Flash vi điều khiển Thường có khoảng vài KB số dùng cho bootloader đừng lo, bạn cần 20KB nhớ đâu 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị biến bạn khai báo lập trình lưu Bạn khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Tuy vậy, thực nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi điện, liệu SRAM bị 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống ổ cứng mini – nơi bạn đọc ghi liệu vào mà lo bị cúp điện giống liệu SRAM - Các cổng ra/ vào Arduino có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up từ cài đặt vi điều khiển Atmega2560 (mặc định điện trở không kết nối) 47 an Một số chân digital có chức đặc biệt sau: Chân Serial : (RX) (TX): dùng để gửi ( transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng chân không cần thiết Chân PWM: 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Nói cách đơn giản, bạn điều chỉnh điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V chân khác Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngồi chức thơng thường, chân dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác LED 13: Arduino có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó nối với chân số 13 Khi chân người dùng sử dụng, LED sáng Arduino có chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Với chân AREF board, bạn để đưa vào điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Tức bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn dùng chân analog để đo điện áp khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải 10bit Đặc biệt, Arduino có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác d Các ưu điểm Arduino Mega2560: Arduino Mega 2560 R3 sử dụng Vi điều khiển ATmega2560 cho tốc độ, ngoại vi số chân nhiều nhất, bạn có ứng dụng cần mở rộng thêm nhiều chân, nhiều ngoại vi lựa chọn đáng giá, board hồn tồn có cấu trúc chân tương thích với board Uno chạy điện áp 5VDC 4.4.2 Giới thiệu mạch điều khiển động bước A4988 4.4.2.1 Lý chọn mạch điều khiển động bước A4988: Việc lựa chọn dùng loại driver phụ thuộc vào loại động công suất động định điều khiển Mạch điều khiển động bước A4988, DRV8825 dùng để điều khiển loại động nhỏ có cơng suất bé ví dụ máy photo máy in 3D, TB6560 TB6600 lại dùng để điều khiển loại động lớn chút ví dụ loại máy cnc mini Các loại động to người ta hay dùng MA860H driver khủng 48 an Bên cạnh đó, mơ hình có tải trọng nhỏ nên việc dùng IC TB6560 TB6600 để điều khiển lãng phí Ngồi ra, mạch điều khiển động bước A4988 nhỏ, nhỏ 10 lần so với TB6560 20 lần so với MA860H Vì ta chon mạch điều khiển động bước A4988 để sử dụng làm mạch điều khiển động bước cho mơ hình Hình 4.9 Dirver điều khiển động bước A4988 A4988 driver điều khiển động bước nhỏ gọn, hổ trợ nhiều chế độ làm việc, điều chỉnh dòng cho động cơ, tự động ngắt điện nóng A4988 hỗ trợ nhiều chế độ hoạt động động bước lưỡng cực như: Full, Half, ¼, 1/8 1/16 4.4.2.2 Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động 3,3v - 5v - Điện áp điều khiển (VMOT) 8v - 35v - chế độ điều khiển động bước: full, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 - Kích thước 15(W) x 20(L) x 2(H) mm - Công suất ngõ lên tới 35V, dịng đỉnh 2A - Có chế độ: full bước, 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước, 1/16 bước - Điểu chỉnh dòng triết áp, nằm bên Current Limit = VREF × 2.5 - Tự động ngắt điện nhiệt 49 an Tuy với kích thước nhỏ gọn module điều khiển động bước cỡ lớn với dòng điện áp điều khiển cho moto (VMOT) 8v - 35v 4.4.2.3 Sơ đồ nguyên lý Hình 4.10 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển A4988 Cách sử dụng: - Lựa chọn chế độ full hay 1/2 hay 1/4 thông qua pin MS1 MS2 MS3 Mình thường nối thẳng pin với công tắc bit 3p để dễ thiết lập từ phần cứng Lưu ý: Nếu thả pin tức mode full step - Bật tắt động thơng qua pin ENABLE, mức LOW bật module, mức HIGH tắt module Điều khiển chiều quay động thông qua pin DIR Điều khiển bước động thông qua pin STEP, xung tương ứng với bước ( vi bước) Hai chân Sleep với Reset nối với Kết nối vi điều khiển nói chung với A4988 Kết nối A4899 với Board Arduino 50 an 4.5 Giải thuật nội suy: Hình 4.11 Sơ đồ giải thuật nội suy 𝐿 = √𝐴2 + 𝐵2 Với Q1,Q2 tọa độ điểm Start Hình 4.12 Quỹ đạo đầu công tác 51 an Quỹ đạo chạy đầu cơng tác theo thuật tốn nội suy: Hình 4.13 Quỹ đạo chạy đầu cơng tác theo thuật toán nội suy Lưu đồ giải thuật hệ thống: 52 an Hình 4.14 Lưu đồ giải thuật hệ thống 53 an CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ THỰC NGHIỆM Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, nhóm đạt thành định Sau kết đạt được: 5.1 Máy gắn chip: Kích thước: Chiều dài Chiều rộng Chiều cao Khối lượng 500 mm 550 mm 340 mm kg Bảng 5.1 Kích thước máy gắn chip Hình 5.1 Mặt trước máy gắn chip 54 an Hình 5.2 Mặt máy gắn chip 5.2 Kiểm tra sai số máy Yêu cầu: Do khoảng cách chân chip 0,1 inch ~ 2,54 mm mạch sử mạch đế cắm chip nên yêu cầu sai số phải mm cho trục X, Y trục Z u cầu độ xác với sai số 2mm Qua kiểm tra thực nghiệm, số lần đo thực nghiệm 20 lần, ta thu kết sau: 100,6 100,4 100,2 100 Kích thước đo Kích thước yêu cầu 99,8 99,6 99,4 99,2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Biểu đồ 5.1 Dung sai theo phương X 55 an 101 100,5 100 Kích thước đo Kích thước yêu cầu 99,5 99 98,5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Biểu đồ 5.2 Dung sai theo phương Y 5.3 Thông số công nghệ: STT Thông số kỹ thuật Không gian hoạt động Phương X : 240 mm Phương Y : 320 mm Phương Z : 30 mm Độ xác ±1 mm Tốc độ dịch chuyển lớn Phương X : 160 mm/s bàn máy Phương Y : 160 mm/s Phương Z : mm/s Bảng 5.2 Thông số công nghệ cuả máy 5.4 Giao diện máy Để giúp người sử dụng máy gắn chip tương tác với Nhóm chọn hình LCD để người sử dụng giao tiếp với máy gắn chip cài đặt thông số tọa độ, số board cần gắn chip 56 an Hình 5.3 Giao diện hình LCD Hình 5.4 Bảng điều khiển máy Chức nút nhấn bảng điều khiển: Tên Chức Chạy chương trình Thốt chương trình Cài đặt hệ thống Lựa chọn chức cho hệ thống Lựa chọn chức cho hệ thống Lựa chọn chức cho hệ thống Lựa chọn chức cho hệ thống Khởi động lại chương trình Start Stop Select Left Right Up Down Restart 57 an 5.5 Kết đạt được: Máy hoạt động tốt theo yêu cầu ban đầu đồ án, đưa board mạch vào nhấn nút START, chọn loại board mạch cần gắn chip, cài đặt gốc tọa độ, chạy thử lưu lại vị trí cần gắn chíp board mạch Năng suất máy : 360 chip/1h Hạn chế: - Chưa thể cấp board mạch tự động, phải đặt board vào khay chứa, sau máy tự đưa vào gắn chip đưa Chip phải xếp vào khay có sẵn, đặt chiều 5.6 Đề nghị hướng phát triển: Với đặc điểm phân tích trên, cần tích hợp thêm băng chuyền để cấp board liên tục giúp cho trình hoạt động cách tự động Tính tốn thiết kế thêm để cung cấp chip mà không cần phải xếp chip vào khay trước Thêm chức tự động nạp chương trình cho chip 58 an Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình: ROBOT CƠNG NGHIỆP, TS Nguyễn Trường Thịnh TP.HCM 06/2010 [2] URL: http://www.minitec.de/en//Web/produkte/Components/profile_system/syste m_components.php [3] Phạm Thị Hoa, Giáo trình vẽ kỹ thuật,Nhà xuất Hà Nội, 2005 [4] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất ĐH Quốc gia Tp.HCM, 2004 [5] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, Cty Cổ phần in Sách giáo khoa TP-Hà Nội, 2006 [6] URL: http://nguyenvanquan7826.wordpress.com/2013/12/07/school_dhmt-thuattoan-midpoint-ve-duong-thang/#thuattoan [7] Giáo trình: Robot Công Nghiệp, TS Phạm Đăng Phước Đại Học Đà Nẵng 2007 59 an S an K L 0