TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, kỹ thuật robot đã trở nên quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày Robot hiện diện trong hầu hết các lĩnh vực, từ sản xuất đến dịch vụ, và sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tương lai.
Mục tiêu ứng dụng robot trong công nghiệp là nâng cao năng suất và chất lượng dây chuyền công nghệ, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt, việc sản xuất và vận hành nhanh chóng, chính xác trở nên cần thiết Robot công nghiệp đáp ứng đầy đủ các nhu cầu này, trở thành một phần thiết yếu trong hệ thống sản xuất hiện đại.
Hình 1.1 Ứng dụng cánh tay robot trong công nghiệp
Việc sử dụng cánh tay robot có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu thời gian làm việc, gia tăng năng suất cũng như chất lượng sản phẩm
Hiện nay, robot cánh tay được sử dụng đa dạng cho nhiều mục đích như vẽ, khoan và phân loại sản phẩm Trong đề tài tốt nghiệp này, nhóm nghiên cứu đã chọn robot SCARA để thực hiện nghiên cứu.
Hình 1.2 Robot Scara hãng HiWin
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu là thực hiện việc gắp vật trên bàn xoay một chiều và xếp thành hai tầng lên bàn chứa vật cố định, với việc phân loại màu sắc của vật để đặt vào vị trí tương ứng Tuy nhiên, do sự đa dạng của vật thể về trọng lượng, yêu cầu về độ chính xác và tốc độ làm việc cũng khác nhau Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã chia đề tài thành hai hướng thực hiện tương ứng với hai chế độ vận hành khác nhau.
Chế độ 1 của robot được thiết kế để xử lý các vật nặng với yêu cầu độ chính xác cao nhưng tốc độ không cần quá nhanh Trong chế độ này, robot sẽ đứng chờ tại một vị trí cố định trên bàn xoay Khi vật thể đến đúng vị trí, robot sẽ thực hiện việc bám theo và gắp vật, sau đó đặt nó vào vị trí chính xác trên bàn chứa.
Chế độ 2 yêu cầu thực hiện với tốc độ cao, trong đó robot hoạt động nhanh chóng để bắt vật thể trên bàn xoay Khi bàn xoay, robot sẽ nhanh chóng đưa vật đến vị trí xếp trên bàn chứa.
Nội dung nghiên cứu
3 Ở chương này đưa ra các vấn đề, lý do chọn đề tài, đưa ra mục tiêu nghiên cứu cũng như giới hạn đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày lý thuyết về PLC, giới thiệu các dòng Q PLC, Servo Driver, ngôn ngữ lập trình SFC
Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống
Bài viết này trình bày chi tiết các bước thi công phần cơ và phần điện, bao gồm sơ đồ đấu nối và giới thiệu các thiết bị sử dụng Ngoài ra, chúng tôi còn thực hiện tính toán động học, phát triển thuật toán gắp vật và giải thuật điều khiển để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình thi công.
Chương 4: Giải thuật và vận hành hệ thống
Kiểm chứng động học của Robot, giới thiệu giao diện điều khiển và chế độ điều khiển
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Đánh giá kết quả sau khi thực hiện đồ án, đưa ra những vấn đề còn tồn đọng và hướng phát triển Robot.
Giới hạn đề tài
Gắp vật bằng nam châm điện nên chỉ gắp vật làm từ kim loại
Vì không sử dụng camera để phát hiện vật nên sản phẩm sẽ được đặt ở các vị trí được quy định sẵn trên bàn xoay
Robot chỉ đang hoạt động trong môi trường lí tưởng, ít nhiễu, chưa đem vào môi trường công nghiệp để sử dụng
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về PLC
PLC (Bộ điều khiển lập trình) là thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Nó sử dụng bộ nhớ khả trình để lưu trữ chương trình và thực hiện yêu cầu điều khiển PLC được thiết kế như một máy tính hoạt động tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Cấu tạo của PLC bao gồm các thành phần chính như bộ xử lý trung tâm (CPU), khối ngõ vào (Module input, Analog input) và khối ngõ ra (Module output, Analog output), tạo nên một hệ thống điều khiển tự động hóa hiện đại và linh hoạt.
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC
Bộ xử lý (CPU: Central Processing Unit)
Bộ não của PLC quyết định tốc độ xử lý và khả năng điều khiển chuyên biệt của hệ thống Nó thực hiện việc đọc các tín hiệu từ ngõ vào, đồng thời xử lý và xuất tín hiệu ra ngõ ra.
Khối ngõ vào (Module Input): gồm hai loại: ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI (Analog Input)
Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng xung như: nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến tiệm cận…
Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: cảm biến nhiệt độ, khoảng cách, độ ẩm
Khối ra (Module Output): gồm hai loại: ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO (Analog Output)
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Off như: đèn báo, chuông, van điện…
Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục: biến tần, van tuyến tính…
Hình 2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống PLC
2.1.2 Đặc điểm của PLC Ưu điểm: PLC có rất nhiều ưu điểm nổi bật so với các mạch điều khiển dạng tiếp điểm truyền thống, cụ thể là:
Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt Muốn thay đổi yêu cầu hoạt động, đối tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình bằng việc lập trình
PLC được trang bị sẵn Timer và Counter, đồng thời hỗ trợ các khối hàm chuyên dụng như bộ phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao và bộ điều khiển PID.
PLC có thể thay thế toàn bộ mạch điều khiển truyền thống sử dụng dây dẫn
Cấu trúc PLC dạng Module cho phép người dùng dễ dàng thay thế và mở rộng các đầu vào/ra cũng như chức năng khác Người dùng có thể lựa chọn các loại Module phù hợp với yêu cầu của mình, từ đó tiết kiệm chi phí hiệu quả.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác
Khả năng chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp, tuổi thọ cao
Nhược điểm lớn nhất của PLC là giá thành cao so với mạch điều khiển tiếp điểm truyền thống, điều này gây khó khăn trong việc áp dụng cho các hệ thống đơn giản với yêu cầu điều khiển không cao Sự cạnh tranh với mạch điều khiển truyền thống trở nên khó khăn hơn, đồng thời người sử dụng cũng cần có kiến thức cơ bản về lập trình PLC để có thể điều khiển hiệu quả.
PLC, với khả năng đa nhiệm, nâng cao năng suất và sản lượng cho các ngành công nghiệp, đóng vai trò thiết yếu trong tự động hóa và cải thiện hiệu quả dây chuyền sản xuất Hiện nay, PLC đã thay thế hầu hết các hệ thống điều khiển truyền thống trong các nhà máy, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nhân công và giảm thiểu sai sót từ người vận hành.
Tổng quan PLC dòng Q của Mitsubishi
2.2.1 Giới thiệu các sản phầm thuộc Q-Series:
Hệ thống Q PLC Mitsubishi phát triển từ dòng sản phẩm AnSH cho phép người dùng tùy chỉnh và lựa chọn sự kết hợp tối ưu giữa CPU, công cụ truyền tin, module điều khiển chuyên biệt và I/O trên cùng một nền tảng Điều này mang lại khả năng cấu hình hệ thống linh hoạt, đáp ứng đúng nhu cầu và thời điểm của người sử dụng.
Hệ thống điều khiển hiện đại cho phép tích hợp nhiều loại CPU, bao gồm PLC CPU (cơ bản và nâng cao), Motion CPU, Process Controllers và cả PC, lên đến 4 CPU khác nhau trong một hệ thống duy nhất Điều này mang lại cho người sử dụng sự linh hoạt trong việc lựa chọn phương pháp điều khiển và ngôn ngữ lập trình, tất cả đều trên một nền tảng đồng nhất.
Tên thiết bị Mô tả Mẫu CPU
Các tính năng, phương pháp, thiết bị cho lập trình
Mã CPU ứng dụng tổng quát
Các tính năng, phương pháp, thiết bị cho lập trình
Mẫu QCPU cơ bản/ hiệu năng cao/ điều khiển quy trình/ dự phòng
Thông tin cho cấu hình hệ thống đa CPU (cấu hình hệ thống, thông số I/O, liên kết thiết bị vào/ra và tính năng thiết bị thông minh
Mẫu QCPU cơ bản/ hiệu năng cao/ điều khiển quy trình/ ứng dụng tổng quan
Cấu hình hệ thống dự phòng, tính năng, kết nối với các thiết bị bên ngoài và xử lý sự cố
Tính năng liên kết thông qua cổng Ethernet gắn trong
Mã CPU ứng dụng tổng quát
Bảng 2.1 Một số bộ điều khiển dòng Q series
Hình 2.3 Các module và CPU dòng Q series
Các loại Module nguồn và thẻ nhớ:
Module Đầu vào Đầu ra
Bảng 2.2 Một số bộ nguồn cung cấp cho CPU
Hình 2.4 Các loại module nguồn và thẻ nhớ
16 QX10 QX40,QX40-S1 QX70 QX80
Bảng 2.3 Một số loại module ngõ vào
Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện ngõ ra của PLC
PLC bao gồm một bộ nhớ chương trình RAM bên trong, có khả năng mở rộng với bộ nhớ ngoài EPROM Nó cũng được trang bị một bộ vi xử lý với cổng giao tiếp, cho phép kết nối với các modul vào/ra.
Nguyên lý hoạt động của PLC bắt đầu từ việc nhận tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến và công tắc qua module đầu vào Sau khi tiếp nhận tín hiệu, CPU sẽ xử lý và gửi tín hiệu điều khiển qua module đầu ra đến các thiết bị bên ngoài theo chương trình đã lập trình Một chu kỳ quét, hay vòng quét, bao gồm các bước đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi và cập nhật tín hiệu đầu ra Thời gian thực hiện một vòng quét thường rất ngắn, từ 1ms đến 100ms, và phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài chương trình và tốc độ giao tiếp với thiết bị ngoại vi.
Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc đọc tín hiệu đầu vào, sau đó thực hiện chương trình theo thứ tự từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc Quá trình này bao gồm việc truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và cuối cùng là cập nhật trạng thái tới đầu ra Output.
Tổng quan về động cơ AC Servo
2.3.1 Giới thiệu về AC Servo
Máy móc chuyên dụng như động cơ Servo đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp cơ năng cho các thiết bị Để động cơ Servo hoạt động chính xác, Driver Servo là bộ phận không thể thiếu, cung cấp lực cần thiết cho các thiết bị máy móc trong quá trình vận hành.
Hình 2.6 Động cơ Servo AC
2.3.2 Phân loại động cơ Servo Động cơ servo thông thường dựa trên dòng điện mà phân thành 2 loại: Động cơ DC Servo: nguồn cấp cho động cơ là nguồn điện 1 chiều, được thiết kế để ứng dụng vào những hệ thống sử dụng dòng điện nhỏ hơn Nó được phân thành hai loại: động cơ DC servo 1 chiều có chổi than và không có chổi than Động cơ DC servo thường có thế mạnh về điều khiển tốc độ với khả năng duy trì tốc độ cao một cách cực kì ổn định kiểm soát bởi bộ điều khiển PWM tích hợp Động cơ AC Servo: là loại motor xoay chạy bằng dòng điện xoay chiều 3 pha Nó hoạt động dựa trên nguyên lý nam châm vĩnh cửu Hệ thống encoder hồi tiếp giúp điều khiển và cảnh báo vị trí của rotor để trình tự dòng điện cấp qua các cuộn dây một cách chính xác So với DC servo, quán tính của rôto rất thấp, hệ thống điều khiển phức tạp, và dòng điện, tần số và pha của stato được điều phối bởi driver để đạt được vị trí mong muốn Tốc độ quay của AC servo có thể đạt tới 6000 vòng / phút hoặc cao hơn trong servo chuyên dụng Đối với hãng Mitsubishi, động cơ AC Servo của hãng sẽ phân theo ứng dụng của động cơ và sẽ được phân biệt dựa vào Seri kí hiệu
Động cơ quán tính trung bình (Series HF) đảm bảo độ chính xác cao, phù hợp cho các máy cần tăng tốc nhanh Trong khi đó, động cơ quán tính thấp (Series HF-KP) lý tưởng cho các trục phụ trợ yêu cầu định vị tốc độ cao.
2.3.3 Cấu tạo động cơ Servo
Về mặt cấu tạo, động cơ servo AC được tạo nên từ 3 thành phần:
Bộ điều khiển là một hệ thống bao gồm màn hình, nút bấm và các thiết bị tiếp nhận, phát đi thông tin Chức năng chính của nó là tiếp nhận thông tin về tốc độ, vị trí và momen, sau đó hiển thị kết quả trên màn hình.
Bộ khuếch đại Servo nhận thông tin mã hóa từ bộ mã hoá và truyền dữ liệu này đến bộ điều khiển để hiển thị trên màn hình.
Thiết bị dò và dẫn điện bao gồm hai thành phần chính: động cơ và bộ mã hoá sản phẩm Động cơ được cấu tạo từ Rotor và Stator, với cuộn dây dẫn thứ cấp làm từ đồng hoặc nhôm Ngoài ra, thiết bị còn sử dụng nam châm và phanh điện từ, hoạt động dựa trên hiện tượng từ trường của nam châm vĩnh cửu.
2.3.4 Chức năng Động cơ servo nhỏ nhưng rất quan trọng để sử dụng các ứng dụng yêu cầu điều khiển vị trí chính xác
AC Servo có khả năng thực hiện ba loại điều khiển chính: điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ và điều khiển momen Với điều khiển vị trí, AC Servo có thể đạt độ chính xác đến từng micromet, vượt xa khả năng phát hiện của mắt người Điều khiển tốc độ thường được áp dụng cho các thiết bị như máy xi mạ quay, đặc biệt trong sản xuất mạch bán dẫn Cuối cùng, điều khiển momen liên quan đến lực xoay trục, được sử dụng trong các máy in công nghiệp.
2.3.5 Ưu điểm và nhược điểm động cơ AC Servo Ưu điểm:
13 Điều khiển tốc độ chính xác, điều khiển trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ Hầu như không dao động
Mô tơ với hiệu suất vượt trội trên 90% mang lại khả năng hoạt động ổn định, ít tỏa nhiệt và điều khiển tốc độ cao Đặc biệt, mô tơ này cung cấp khả năng điều khiển vị trí chính xác, tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa Với mô men xoắn lớn, quán tính thấp và tiếng ồn tối thiểu, sản phẩm không sử dụng bàn chải, giúp giảm thiểu nhu cầu bảo trì.
Nhược điểm: Điều khiển tương đối phức tạp, các thông số ổ đĩa cần phải điều chỉnh các thông số PID để xác định nhu cầu kết nối nhiều hơn.
Encoder
Encoder (Rotary Encoder) là một cảm biến chuyển động cơ học, có khả năng tạo ra tín hiệu analog hoặc kỹ thuật số khi nhận diện chuyển động Thiết bị cơ điện này chuyển đổi các dạng chuyển động như chuyển động tịnh tiến và quay của trục thành tín hiệu đầu ra số hoặc xung.
Encoder được sử dụng chủ yếu để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc độ,…của động cơ bằng cách đếm số vòng mà trục quay được
Encoder thường phân thành hai loại: encoder tuyệt đối (Adsolute encoder) và encoder tương đối (Incremental encoder)
Encoder tuyệt đối có khả năng cung cấp tín hiệu chính xác về vị trí mà không cần xử lý thêm Nó sử dụng đĩa mã nhị phân hoặc mã Gray, với thiết kế đĩa trong suốt, chia thành các góc đều và các đường tròn đồng tâm.
Encoder tương đối là thiết bị phát tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ, sử dụng đĩa mã hóa với dãy băng tạo xung Đĩa này thường được chia thành nhiều lỗ bằng nhau, cách đều nhau, và có thể làm từ vật liệu trong suốt để ánh sáng chiếu qua Thông thường, thiết bị này có 1, 2 hoặc tối đa 3 vòng lỗ, kèm theo một lỗ định vị.
2.4.3 Bộ điều khiển động cơ servo
Bộ điều khiển servo là thành phần quan trọng trong hệ thống servo, có chức năng nhận tín hiệu lệnh điều khiển dạng xung hoặc analog từ PLC và truyền lệnh đến động cơ.
14 cơ servo được sử dụng để điều khiển động cơ servo theo lệnh, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại từ encoder.
Khi nhận xung điều khiển, bộ điều khiển tính toán phát xung PWM cho động cơ, trong khi vị trí và tốc độ được phản hồi qua encoder Bộ điều khiển sử dụng tín hiệu gửi về để so sánh, tính toán độ lệch và điều chỉnh xung xuất ra, giúp động cơ đạt vị trí và tốc độ mong muốn Cảm biến dòng phản hồi dòng điện tiêu thụ của động cơ, từ đó xác định tải thực tế và điều chỉnh dòng ra cho phù hợp với giá trị đặt.
AC servo driver phân loại theo phương thức điều khiển:
Phương pháp điều khiển bằng xung sử dụng PLC để phát xung tốc độ cao cho servo driver, giúp động cơ hoạt động chính xác theo số lượng và tần số xung mà PLC cung cấp.
Hình 2.7 Một số loại driver Mitsubishi
Phương pháp này được áp dụng cho các bài toán điều khiển servo với số trục ít Sử dụng mạng truyền thông SSCNET, các tín hiệu điều khiển từ PLC đến driver được thực hiện qua mạng, kết nối với module điều khiển servo Tất cả các thông số của hệ thống được truyền về PLC để theo dõi và điều chỉnh.
Việc giám sát hệ thống động cơ servo sẽ trở nên dễ dàng hơn nhờ vào sự đa dạng trong các hãng sản xuất Mỗi hãng có thể có hệ thống khác nhau, đặc biệt là trong các bài toán liên quan đến nhiều trục servo Mặc dù nhiều động cơ servo yêu cầu một driver cụ thể cho từng thương hiệu hoặc kiểu động cơ, nhưng hiện nay, nhiều driver đã được phát triển để tương thích với nhiều loại động cơ khác nhau.
Dòng Servo MR-J4 thế hệ mới mang công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới, được trang bị tính năng chống rung chuyên dụng cho máy móc và autotuning thời gian thực, giúp đạt độ chính xác cao nhất trong chuyển động, thời gian đáp ứng nhanh và dễ dàng lắp đặt Để phục vụ nhu cầu và ứng dụng điều khiển, Servo MR-J4 được cung cấp dưới hai dạng khác nhau.
Dòng MR-J4-A phù hợp với những điều khiển về tốc độ, momen xoắn, vị trí
Dòng MR-J4-B chuyền dùng trong điều khiển nhiều trục chuyển động nội suy
2.4.4 Phương pháp điều khiển vị trí động cơ servo
Thiết lập bộ truyền động:
Số xung trên mỗi vòng quay là số xung cần thiết để động cơ hoàn thành một vòng quay Số xung này phụ thuộc vào số xung cố định của Encoder và hộp số gắn trực tiếp vào động cơ.
Khoảng di chuyển trên mỗi vòng quay là cài đặt quan trọng cho cơ cấu cơ khí liên kết với trục động cơ, bao gồm các thiết bị như vít me, hệ thống tuyến tính và bàn xoay Việc điều chỉnh khoảng di chuyển này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của máy móc và đảm bảo tính chính xác trong quá trình vận hành.
Chế độ phát xung là cài đặt phương pháp truyền tín hiệu xung lệnh và xác định hướng quay để tương thích với bộ điều khiển servo được kết nối.
Pulse/sign (xung/tín hiệu)
Số vòng quay cũng như tốc độ quay phụ thuộc vào tín hiệu xung
Tín hiệu thuận nghịch độc lập với xung lệnh để điều khiển hướng quay
CW/CCW (clockwise/ counter clock wise)
Việc quay thuận nghịch không phải cố định mà thường quy ước theo chiều kim đồng hồ
Chiều quay của servo có thể được điều khiển thông qua hai ngõ nhận xung Khi ngõ A nhận xung, động cơ sẽ quay theo chiều kim đồng hồ; ngược lại, khi ngõ B nhận xung, động cơ sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ.
Việc ngõ nào quay theo chiều nào có thể cài đặt trong parameter hoặc truyền lệnh từ bộ điều khiển xuống driver servo
Hướng quay điều khiển bởi độ lệch pha giữa hai ngõ phát xung
Quay thuận khi pha B trễ hơn so với A một góc 90 độ
Quay nghịch khi pha A trễ hơn so với pha
Bảng 2.4 Chế độ điều khiển Servo AC
Tín hiệu logic đầu ra có hai chế độ lựa chọn: logic dương (Positive logic) nhận lệnh ở mức cao (High) và logic âm (Negative logic) nhận lệnh ở mức thấp (Low).
Mô hình hoá và tính toán phương trình động học cho robot scara
Phương trình động học là công cụ quan trọng để mô tả sự thay đổi hướng và vị trí của khâu tác động cuối trong không gian làm việc, dựa trên giá trị biến khớp Để xây dựng phương trình động học, quy tắc Denavit-Hartenberg (D-H) được áp dụng Quy trình lập phương trình động học bắt đầu bằng việc đặt các hệ trục tọa độ lên các khớp.
Bước 2: Xác định các thông số và lập bảng D-H
Bước 3: Tính toán các ma trận biến đổi toạ độ thuần nhất giữa các hệ trục toạ độ
Bước 4: Xây dụng phương trình động học
2.5.1 Đặt hệ trục toạ độ cho robot
Robot thực chất là một chuỗi các khâu và khớp nối tiếp nhau Đối với robot Scara, nó bao gồm trục 1 và trục 2 là khớp xoay, trục 3 là khớp trượt (tịnh tiến), và trục 4 là khớp xoay Việc thiết lập hệ trục tọa độ cho robot cần tuân theo một số quy tắc nhất định.
1 Đánh số thứ tự từ 0 dến n (n là số khâu robot) Đáy thường là khâu thứ 0
2 Khâu thứ i được gắn với liên kết thứ i
3 Đặt trục 𝑧 𝑖 được trọn dọc theo trục khớp i
4 Trục 𝑥 𝑖 được chọn theo đường vuông góc chung của trục 𝑧 𝑖 và 𝑧 𝑖+1
5 Khâu thứ 0 thường được chọn chung với khâu thứ 1 khi biến khớp đầu bằng 0
6 Khâu thứ n được chọn tự do, đảm bảo càng nhiều số liên kết càng tốt
Hình 2.8 Đặt hệ trục tọa độ cho robot scara
2.5.2 Lập bảng DH (Denavit – Hartenberg)
Sau khi đặt hệ trục toạ độ cho robot theo các quy tắc nêu trên Ta tiến hành xây dựng bảng D-H và xác định các thông số: i 𝛼 𝑖−1 𝜎 𝑖−1 𝑑 𝑖 𝜃 𝑖
𝛼 𝑖−1 : khoảng cách từ trục 𝑧 𝑖−1 đến trục zi đo dọc theo trục 𝑥 𝑖−1
𝜎 𝑖−1 : góc lệch từ trục 𝑧 𝑖−1 đến trục zi đo dọc theo trục 𝑥 𝑖−1
𝑑 𝑖 : khoảng cách từ trục 𝑥 𝑖−1 đến trục xi đo dọc theo trục 𝑧 𝑖
𝜃 𝑖 : góc quay từ trục 𝑥 𝑖−1 đến trục xi đo dọc theo trục 𝑧 𝑖
𝑙 1 : khoảng cách gốc toạ độ và trục 1 với trục 2
𝑙 2 : khoảng cách trục 2 với trục 3 và 4
2.5.3 Xây dựng phương trình động học cho robot
Sử dụng phương pháp đại số để tính toán động học thuận cho robot scara
Ta có, công thức tổng quát của ma trận chuyển vị thuần nhất:
𝑖−1 : ma trận chuyển vị thuần nhất, biểu diễn hướng và vị trí của khâu 𝑖 so với khâu 𝑖 − 1
𝜃 𝑖 : góc quay quanh trục z của khâu 𝑖 so với khâu 𝑖 − 1
𝛼 𝑖−1 : góc quay quanh trục x cảu khâu 𝑖 so với khâu 𝑖 − 1
Còn được viết dưới dạng:
] là ma trận tịnh tiến
Thay thế các thông số trong bảng D-H vào công thức tổng quát (2.1), ta được các ma trận chuyển vị
Ma trận chuyển đổi giữa khớp 0 và 1:
Ma trận chuyển đổi giữa khớp 1 và 2:
Ma trận chuyển đổi giữa khớp 2 và 3:
Ma trận chuyển đổi giữa khớp 3 và 4:
Ma trận chuyển vị từ hệ trục số 0 đến hệ trục số 4:
Toạ độ vị trí điểm đầu cuối:
Tính toán động học nghịch là quá trình xác định các giá trị không gian khớp của robot từ các vị trí tọa độ trong không gian xyz Trong đề tài này, do không sử dụng chức năng xoay của trục 4, chúng tôi chỉ tập trung vào việc xác định vị trí điểm đầu cuối mà không xem xét hướng Phương trình động học nghịch có thể được tính toán bằng hai phương pháp: đại số và hình học, và trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ áp dụng phương pháp đại số.
Chiều chuyển động của vật được quy ước như hình, với góc tăng dần từ 0.00000 đến 359.99999 khi quay theo chiều dương, và giảm từ 359.99999 về 0.00000 khi quay ngược lại Đơn vị điều khiển được sử dụng là “độ” trong quy ước của bộ điều khiển chuyển động Q172DSCPU.
Từ công thức, ta có
Từ công thức (2.9), ta có:
Từ công thức (2.12), ta có:
Sau khi tính toán, ta có được 2 bộ nghiệm tương ứng với mỗi cấu hình của robot:
2.5.4 Mô phỏng và kiểm chứng kết quả tính toán trên Matlab
Kiểm chứng tính toán động học nghịch
Trong hình 2.9, chúng ta thấy động học nghịch trên Matlab, nơi đầu vào là vị trí tọa độ điểm mà robot cần di chuyển đến Sau quá trình tính toán, kết quả thu được là hai bộ nghiệm, đại diện cho góc quay của các khớp robot.
Hình 2.10 Kiểm chứng động học nghịch trên Matlab
Kết quả từ hai bộ nghiệm khi tính toán theo phương pháp ngược lại động học thuận cho thấy sự gần đúng với vị trí ban đầu, với sai số rất nhỏ.
Hình 2.11 Cấu hình robot trên Matlab
Cấu hình robot tương ứng với kết quả tính toán
Hình 2.12 Động học nghịch trên Matlab
Hình 2.13 Kiểm chứng kết quả động học nghịch trên Matlab
Cách kiểm chứng tương đương ở vị trí 1, kết quả tính toán gần chính xác với sai số rất ít
Hình 2.14 Cấu hình robot trên Matlab
Qua kiểm chứng, tính toán động học cho robot cho thấy độ tin cậy cao Mô phỏng cấu hình cho thấy cả hai bộ nghiệm đều hoạt động hiệu quả mà không gặp phải giới hạn vật lý Với cấu hình robot SCARA đơn giản và linh hoạt, sự khác biệt giữa hai bộ nghiệm là không đáng kể Vì vậy, cả hai bộ nghiệm đều có thể được lựa chọn cho các tính toán tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể.
2.5.5 Không gian làm việc của robot
Không gian làm việc của robot là khu vực mà robot có thể di chuyển mà không gặp phải va chạm cơ khí Điều này phụ thuộc vào cấu trúc cơ khí và chiều dài các thanh liên kết Mỗi loại robot sẽ có không gian làm việc riêng, và việc bố trí robot hoặc các thiết bị khác cần phải phù hợp với mục đích sử dụng Dưới đây là giới hạn các khớp và không gian làm việc của robot SCARA G6-551S Epson do hãng cung cấp.
Góc xoay (độ) Min Max
Bảng 2.5 Không gian làm việc theo cơ khí
Giới hạn không gian làm việc của Robot được hiệu chỉnh phù hợp với đề tài và cài đặt trong phần mềm điều khiển.
Góc xoay (độ) Upper Limit Lower Limit
Bảng 2.6 Giới hạn các khớp của robot
THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG
Thiết kế phần cứng
Hệ thống robot SCARA bao gồm hai phần chính: cơ khí và điện Để đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định, phần cơ khí cần được thiết kế chắc chắn với đế vững chãi, có khối lượng đủ để chịu tải trọng và lực trong quá trình vận hành, nhằm tránh rung lắc Phần điện cần thiết kế gọn gàng, thẩm mỹ và khoa học để thuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa.
Dựa vào không gian làm việc của robot và yêu cầu bài toán, các thiết bị như robot SCARA, bàn xoay, đế đặt sản phẩm và tủ điều khiển được sắp xếp một cách hợp lý để tối ưu hóa hiệu suất làm việc.
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí các thiết bị của hệ thống
Hình 3.2 Mô phỏng 3D hệ thống trên Solidworks
Hình 3.3 Mô phỏng 3D hệ thống trên Solidworks
Hình 3.4 Hình ảnh bố trí thực tế hệ thống.
Thiết bị phần cứng
Hình 3.5 Kích thước mặt cắt trên robot scara G6-551S EPSON
Hình 3.6 Kích thước mặt cắt ngang robot scara G6-551S EPSON
Robot SCARA được thiết kế với bộ khung từ hãng Epson, kết hợp với động cơ servo AC của Mitsubishi, tạo nên một cấu trúc cơ khí chắc chắn và ổn định Điều này giúp tối ưu hóa tốc độ hoạt động của robot SCARA, phát huy tối đa hiệu suất trong các ứng dụng công nghiệp.
3.2.2 Khung giá đỡ Để chịu được tải trọng nặng của robot, tủ điện cũng như các thiết bị khác, đảm bảo được tính chắc chắn khi vận hành robot, hạn chế tối đa rung lắc Nhóm sử dụng 1 bàn sắt kích thước 70x70x51 cm làm khung giá đỡ Trên khung sắt sẽ đặt một tấm nhôm kích thước 100x55x1 cm làm phần đế bắt cho robot, bàn xoay và bàn đặt sản phẩm Các thiết bị được bắt bu lông một cách chắc chắn
Hình 3.7 Khung kệ sắt kích thước 70x70x51 cm
Tủ điện sắt kích thước thước 46x37x30 cm chứa PLC và các thiết bị điện
Hình 3.8 Tủ điện kích thước 46x37x30 cm
Hình 3.9 Tủ điện kích thước 46x37x30 cm
Phần bàn xoay được thiết kế với động cơ servo AC Mitsubishi HC-KFS053B 50W có lắp thắng điện, kết hợp với hộp số vuông góc tỷ lệ 1/8 Mặt bàn bao gồm 2 tấm mica có bán kính 120 mm, trong đó một tấm dày 5mm và một tấm dày 2mm, được khoét 12 lỗ để đặt vật.
Hình 3.10 Kích thước mặt bàn xoay mica bán kính 120 mm
Hình 3.11 Thiết kế 3D phần bàn xoay trên Solidworks
Hình 3.12 Hình ảnh thực tế bàn xoay
Bàn đặt vật được thiết kế với hai tấm mica trong suốt có kích thước 220x140 mm, bao gồm một tấm dày 10mm và một tấm dày 2mm, với 6 lỗ khoét đường kính 29 mm để đặt vật Phần chân chống của bàn sử dụng một thanh nhôm đồng chất lục giác dài 70 mm.
Hình 3.13 Kích thước mặt bàn đặt vật 220x140 mm
Hình 3.14 Thiết kế 3D phần bàn đặt vật trên Solidworks
Hình 3.15 Hình ảnh thực tế của bàn đặt vật
Thiết kế tủ điều khiển
3.3.1 Sơ đồ phân bố thiết bị tủ điện
Hình 3.16 Mặt trước tủ điện điều khiển
Hình 3.17 Mặt bên tủ điện điều khiển
Hình 3.18 Phân bố thiết bị bên trong tủ điện
Hình 3.19 Phân bố thiết bị bên trong tủ điện
Bộ điều khiển chính Q04UDHCPU Mitsubishi
Q04UDHCPU là bộ điều khiển lập trình mạnh mẽ nhất của Mitsubishi, thuộc dòng PLC Q Với kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và tốc độ xử lý nhanh, nó tích hợp các kỹ thuật tiên tiến Dòng PLC Q có hiệu năng cao, phù hợp cho các ứng dụng điều khiển cao cấp và điều khiển chuyển động đồng bộ phức tạp Vì vậy, Q04UDHCPU là sự lựa chọn hợp lý cho bài toán Robot Scara gắp vật chuyển động trên bàn xoay.
Số I/O tối đa có thể mở rộng 8192
Bộ nhớ chương trình 180 KB
Tốc độ xử lý 0.0095 us
Cổng truyền thông RS232, USB
Bộ điều khiển chuyển động Q172DSCPU là lựa chọn tối ưu để điều khiển 4 trục Robot Scara với độ chính xác cao, tận dụng tối đa tốc độ và đồng bộ hóa chuyển động với bàn xoay Với khả năng điều khiển đồng thời lên đến 16 trục, bộ điều khiển này có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt.
Số trục tối đa điều khiển 16 Điểm định vị 3200
Công suất chương trình servo 40K
Bộ nhớ chương trình 16k bước
Cổng kết nối USB, SSCNET
Module ngõ ra QY42P được sử dụng để điều khiển các cơ cấu chấp hành như nam châm, đèn, relay, trong đó đặc biệt là nam châm điện Module này đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các chức năng điều khiển trong đồ án.
Thời gian chuyển trạng thái 1ms
Led hiển thị Từ 0 đến F
Bảng 3.3 Thông số module ngõ ra QY42P
3.3.2.2 Driver điều khiển động cơ servo
Driver MR-J4W3-222B Đặc điểm Hình ảnh
Cấp nguồn mạch chính Điện áp 3 pha hoặc 1 pha
Cấp nguồn mạch điều khiển Điện áp 3 pha hoặc 1 pha
Ngõ ra Điện áp 3 pha 170 VAC
Bảng 3.4 Thông số driver MR-J4W3-222B
Driver MR-J3-10B Đặc điểm Hình ảnh
Ngõ vào Điện áp 3 pha hoặc 1 pha 220
Ngõ ra Điện áp 3 pha 170 VAC
Bảng 3.5 Thông số driver MR-J3-10B
Để đảm bảo động cơ Servo hoạt động ổn định và tránh tình trạng quá tải, việc sử dụng bộ driver là rất cần thiết Lựa chọn loại driver phù hợp phụ thuộc vào công suất của động cơ Trong bài viết này, chúng tôi sử dụng các dòng driver MR-J3 và MR-J4 với các thông số đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
Ngõ vào Điện áp 3 pha hoặc 1 pha
Ngõ ra Điện áp 3 pha 170 VAC
Bảng 3.6 Thông số driver MR-J3W-22B
Base Q35DB Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị Main base Q35DB
Số lượng khe cắm 5 slot
Bảng 3.7 Thông số main base Q35DB
3.1.2.3 Động cơ servo AC Động cơ Servo mã HF-KP23G1 Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị HF-KP23G1 Điện áp cấp 100 VAC, 200 VAC
Tốc độ vòng quay 3000 vòng/phút
Encoder 18 bit Độ phân giải 262144 xung/vòng
Cấp độ bảo vệ IP44
Bảng 3.8 Thông số động cơ servo HF-KP23G1 Động cơ Servo mã HF-KP43 Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị HF-KP43 Điện áp cấp 100 VAC, 200 VAC
Tốc độ vòng quay 3000 vòng/phút
Encoder 18 bit Độ phân giải 262144 xung/vòng
Cấp độ bảo vệ IP44
Bảng 3.9 Thông số servo HF-KP43
45 Động cơ Servo mã HF-KP73 Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị HF-KP73 Điện áp cấp 100 VAC, 200
Tốc độ vòng quay 3000 vòng/phút
Encoder 18 bit Độ phân giải 262144 xung/vòng
Cấp độ bảo vệ IP44
Bảng 3.10 Thông số servo HF-KP73
Bộ nguồn Q61P Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị Module nguồn
Q61P Điện áp ngõ vào 100-240 VAC
Lực hút 8 kg Đường kính ngoài 25 mm
Bảng 3 11 Thông số bộ nguồn Q61P
Bộ nguồn Meanwell 24V DC Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị Nguồn tổ ong
Meanwell Điện áp ngõ vào 220 VAC Điện áp ngõ ra 24 VDC
Nam châm điện ELE-P25/20 24V Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị Nam châm ELE-
Lực hút 8 kg Đường kính ngoài 25 mm
Bảng 3.13 Thông số nam châm điện
CB-30BA -2P 10,20A Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị CP-30BA
Bảng 3.14 Thông số CP-30BA-10A
Tên thiết bị CP-30BA
Bảng 3.15 Thông số CP-30BA-20A
MCCB FUJI EA52AC 40A Đặc điểm Hình ảnh
Tên thiết bị EA52AC
Bảng 3.16 Thông số MCCB Fuji 40A
3.3.3 Sơ đồ nối dây thiết bị
Hình 3.20 Sơ đồ 3D nối dây tổng quát thiết bị
Hình 3.21 Sơ đồ kết nối bộ điều khiển với các driver dùng mạng
Hình 3.22 Sơ đồ nối dây hệ thống.
Thiết kế phần mềm, giải thuật điều khiển
3.4.1 Mô tả yêu cầu hệ thống:
Bài viết mô tả quá trình hoạt động của một bàn xoay với 12 vật cố định ở 12 vị trí khác nhau, mỗi vật có 6 màu khác nhau Khi bàn xoay hoạt động, tốc độ di chuyển sẽ làm thay đổi vị trí của các vật, và robot sẽ thực hiện việc gắp những vật đang chuyển động để sắp xếp chúng lên bàn theo thứ tự quy định, với 2 màu giống nhau được xếp chồng lên nhau Sau khi hoàn tất việc gắp 12 vật, robot sẽ trở về vị trí ban đầu và bàn xoay sẽ dừng lại.
Trong bài toán này, robot có 2 chế độ gắp vật:
Chế độ 1 (Auto 1) cho phép bàn xoay di chuyển với tốc độ đã định sẵn Robot sẽ di chuyển đến vị trí trung gian và chờ đợi vật theo màu sắc quy ước đến vị trí gắp Khi vật đến, robot sẽ bám theo và gắp vật về phía bàn đặt Quy trình này lặp lại cho đến khi hoàn thành, sau đó robot trở về vị trí ban đầu và bàn xoay dừng lại Chế độ này hỗ trợ khối lượng vật tối đa lên đến 8kg, dựa trên datasheet của nam châm được lựa chọn.
Hình 3.23 Lưu đồ giải thuật chế độ 1
Chế độ 2 (Auto 2) cho phép bàn xoay di chuyển với tốc độ đã được đặt sẵn, trong khi robot giữ nguyên vị trí cho đến khi nhận tín hiệu Robot sẽ xác định vị trí của vật thể trên bàn xoay, thực hiện gắp trực tiếp và xếp lên bàn đặt Quy trình này lặp lại cho đến khi hoàn tất, sau đó robot sẽ trở về vị trí ban đầu và bàn xoay sẽ dừng lại.
Hình 3.24 Lưu đồ giải thuật chế độ 2
3.4.2 Giải thuật bám và gắp vật đang chuyển động trên bàn xoay Để có thể bám và gắp vật đang chuyển động cần xác định toạ độ của vật trên bàn xoay
Hình 3.25 Toạ độ đường tròn so với gốc toạ độ
Ta có phường trình đường tròn:
Trong phương trình này, giá trị góc 𝜃 của bàn xoay giúp xác định tọa độ x và y Từ x và y, thông qua khối động học nghịch, có thể tính được góc quay của các khớp robot để đạt được vị trí mong muốn Để robot theo dõi vật, nó cần di chuyển theo quỹ đạo đường tròn với vận tốc gốc của điểm đầu cuối tương đương với vận tốc gốc của bàn xoay Nhóm nghiên cứu sử dụng quy hoạch điểm tức, chia nhỏ góc 𝜃 và thế vào phương trình đường tròn để suy ra nhiều đoạn thẳng với tọa độ điểm đầu và điểm cuối Robot sẽ di chuyển qua tất cả các điểm này, và góc 𝜃 càng nhỏ thì đường tròn càng chính xác và chuẩn xác hơn.
Vận tốc gốc của điểm đầu cuối không thể bằng vận tốc gốc của bàn xoay, vì bàn xoay hoạt động với tốc độ cố định Robot di chuyển theo đường tròn qua các đoạn thẳng đã được quy hoạch và phải giảm tốc, dừng lại, rồi tăng tốc tại các điểm quy hoạch, dẫn đến việc robot luôn chậm hơn so với bàn xoay Để khắc phục vấn đề này, cần quy hoạch điểm cho bàn xoay, giúp robot bám sát chính xác vật đang di chuyển.
Hình 3.26 Lưu đồ giải thuật
3.4.3 Điều khiển tốc độ từng trục robot
Sau khi xác định quỹ đạo di chuyển phù hợp với môi trường làm việc của robot, chúng ta tiến hành tính toán vận tốc di chuyển cho từng khớp robot theo từng quỹ đạo.
Để điều khiển đồng thời vận tốc từng khớp của robot, chúng ta sử dụng các phương pháp điều khiển nội suy trong PLC Motion Có ba cách điều khiển nội suy chính để thực hiện điều này.
Nội suy theo vector tốc độ: dựa vào tốc độ cho trước, bộ điều khiển
CPU chuyển động sẽ tính toán tốc độ cho từng trục dựa trên quãng đường di chuyển của chúng, đảm bảo rằng các trục khởi đầu và kết thúc đồng thời.
Nội suy theo trục với quãng đường di chuyển lớn nhất là phương pháp mà Motion CPU sử dụng để xác định trục có quãng đường dài nhất và thời gian dịch chuyển tương ứng Từ đó, dữ liệu này được dùng để suy ra vận tốc cho các trục còn lại dựa trên quãng đường di chuyển độc lập của chúng, đảm bảo rằng tất cả các trục sẽ bắt đầu và kết thúc đồng thời.
Nội suy theo trục tham chiếu là quá trình chọn tốc độ và trục làm tham chiếu Bộ điều khiển CPU Motion sẽ tính toán thời gian chuyển động của trục tham chiếu, từ đó suy ra vận tốc của các trục còn lại dựa trên quãng đường di chuyển độc lập của chúng Điều này đảm bảo rằng các trục sẽ bắt đầu và kết thúc đồng thời, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Ta có phương trình chuyển động:
Bỏ qua thời gian tăng tốc giảm tốc ta được công thức vận tốc như sau:
𝜃 𝑓 : góc xoay dự đoán của khớp robot
𝜃 𝑓 : góc xoay dự đoán của khớp robot
𝑡 𝑟𝑜𝑏𝑜𝑡 : thời gian khớp robot di chuyển Để bắt kịp tốc độ của bàn xoay khi đang di chuyển ta cần biết vận tốc ω
56 của bàn xoay Từ đó suy ra được thời gian di chuyển của bàn xoay khi bàn xoay di chuyển một góc 𝜃
Thời gian robot di chuyển sẽ bằng với thời gian mà bàn xoay di chuyển một góc 𝜃
VẬN HÀNH HỆ THỐNG
Kiểm chứng tính toán động học
4.1.1 Kiểm chứng động học thuận
Tiến hành chạy robot scara với các cấu hình góc đặc biệt để kiểm chứng tính đúng đắn của phương trình động học
Hình 4.1 Cấu hình robot tại các góc 𝜃 1 = 90 ° , 𝜃 2 = 270 ° , 𝑑 3 = 0, 𝜃 4 = 0
Hình 4.2 Cấu hình robot tại các góc 𝜃 1 = 0 ° , 𝜃 2 = 90 ° , 𝑑 3 = 0, 𝜃 4 = 0 Trường hợp 3: 𝜃 1 = 270 ° , 𝜃 2 = 90 ° , 𝑑 3 = 0, 𝜃 4 = 0
Hình 4.3 Cấu hình robot tại các góc 𝜃 1 = 270 ° , 𝜃 2 = 0 ° , 𝑑 3 = 0, 𝜃 4 = 0
Hình 4.4 Cấu hình robot tại các góc 𝜃 1 = 45 ° , 𝜃 2 = 315 ° , 𝑑 3 = 0, 𝜃 4 = 0
4.1.2 So sánh sai số giữa mô phỏng hệ thống với thực tế Để điều khiển robot, động học nghịch được sử dụng rất nhiều trong thuật toán của đề tài Cho nên cần kiểm tra đảm bảo tính chính xác của phương trình, sai số giữa mô phỏng và thực tế Để kiểm tra tính chính xác của phương trình, ta dùng phần mềm Matlab như đã trình bày ở mục (2.5.4) Sau khi mô phỏng, ta tiến hành chạy động học nghịch robot ở mô hình thực tế Từ đó, so sánh các giá trị góc của các khớp từ Matlab với giá trị góc trả về từ Encoder của động cơ
Ta có bảng so sánh sau:
Vị trí điểm đầu cuối
Giá trị góc từ Encoder (độ)
Giá trị góc từ Matlab (độ) Sai số
Bảng 4.1 Bảng sai số giữa mô phỏng và thực tế
Nhận xét: Sai số giữa mô phỏng từ Matlab và Encoder trả về cho sai số rất nhỏ
4.1.3.1 Chế độ điều khiển thủ công (Manual) Để vận hành chế độ Manual, sau khi nhấn On servo, nhấn chọn chế độ Manual Ở chế độ Manual gồm các chức năng sau:
Chế độ Jog: Điều khiển robot quay thuận nghịch theo tốc độ cố định để xác định toạ độ theo mong muốn
Chế độ Home: Cài đặt lại giá trị ban đầu cho robot
Chế độ Động học thuận: Nhập góc từng khớp, robot sẽ di chuyển theo góc mong muốn
Chế độ Động học nghịch: Nhập toạ độ điểm (x, y, z), robot sẽ di chuyển đến điểm đã nhập
4.1.3.2 Chế độ điều khiển thủ công (Auto) Để vận hành chế độ Auto, sau khi nhấn On servo, nhấn chọn chế độ Auto Ở chế độ Auto gồm:
Chế độ Auto 1 cho phép nhập tốc độ cho bàn xoay, giúp bàn xoay hoạt động đồng thời với robot Robot sẽ di chuyển đến vị trí trung gian và chờ cho bàn xoay đạt đúng vị trí của vật cần gắp Sau đó, robot sẽ bám theo một đoạn và thực hiện gắp vật, đưa về phía bàn đặt cố định.
Chế độ Auto 2: Chế độ gắp vật trực tiếp, nhập tốc độ cho bàn xoay, nhấn
Khi nhấn nút Run Robot, bàn xoay sẽ bắt đầu quay và vật đặt trên đó sẽ di chuyển Robot sẽ tính toán vị trí của vật trong quá trình hoạt động.
Sau khi hoàn thành 12 sản phẩm, robot sẽ tự động quay về vị trí Home và dừng lại, đồng thời bàn xoay cũng sẽ dừng lại và chờ tín hiệu vận hành tiếp theo để tiếp tục thực hiện quy trình.
Giao diện điều khiển
Nhóm sử dụng giao diện SoftGOT2000, một giao diện hiển thị trên thiết bị giám sát, với phần mềm tiên tiến hơn so với thiết bị điều khiển HMI Giao diện này không chỉ trực quan hơn mà còn tích hợp hình ảnh để dễ dàng nhận diện.
4.2.2.1 Màn hình giới thiệu và đăng nhập Ở màn hình này, giới thiệu một số thông tin cơ bản, tên đề tài, họ tên giảng viên, sinh viên Để điều khiển hệ thống, nhấn nút LOGIN và nhập mật khẩu
Hình 4.5 Màn hình giới thiệu và đăng nhập
Hình 4.6 Màn hình đăng nhập hệ thống
4.2.2.2 Màn hình Home Đây là trang đầu tiên dùng để On, Off servo, reset lỗi, chọn chế độ, có thể chọ ngôn ngữ tiếng anh hoặc tiếng việc, có phần hiển thị ngày, giờ, lỗi, có hệ thống đèn báo tình trạng
Chức năng Jog cho phép điều khiển từng trục với tốc độ đã đặt Sau khi nhập tốc độ vào cột Jog Speed, người dùng có thể chọn hướng di chuyển cho trục ở cột Jog (chiều dương là ngược chiều kim đồng hồ và ngược lại) Khi đã đến vị trí mong muốn, người dùng có thể nhấn nút Home ở từng trục để thiết lập lại vị trí Home cho trục đó.
Hình 4.8 Màn hình Jog Operation
Màn hình này cho phép điều khiển vị trí của robot bằng chế độ vị trí tuyệt đối (abs) hoặc điều khiển động học thuận Người dùng cần nhập tốc độ tại cột Set Speed và nhấn Forward Robot sẽ di chuyển theo các góc đã nhập và tính toán tọa độ điểm đầu cuối.
Hình 4.9 Màn hình Forward Kinematic
Màn hình kiểm tra động học nghịch cho phép người dùng nhập tọa độ x, y, z để tính toán các giá trị góc Để di chuyển đến tọa độ đã nhập, người dùng cần thiết lập tốc độ trong cột Set Speed và nhấn nút Inverse Sau khi hoàn tất quá trình di chuyển, cần kiểm tra xem giá trị trong cột Current Angle có khớp với cột Inverse Angle hay không; nếu khớp, robot đã di chuyển đến đúng vị trí.
Hình 4.10 Màn hình Inverse Kinematic
Màn hình Auto 1 cho phép vận hành và giám sát chế độ 1 bằng cách nhập tốc độ bàn xoay vào ô Set Speed và nhấn Run để khởi động, với đèn xanh sáng lên báo hiệu hoạt động Để dừng hệ thống, người dùng có thể nhấn nút Stop hoặc khẩn cấp EMG Hệ thống cũng hiển thị mô phỏng vật trên bàn xoay và bàn chứa vật; khi vật được gắp khỏi bàn xoay, đèn hiển thị sẽ tắt, và khi vật được đặt vào bàn chứa, đèn tại vị trí đó sẽ sáng lên Dưới mỗi đèn trên bàn chứa vật còn hiển thị số lượng vật đã được xếp vào vị trí.
Màn hình Auto 2 tương tự như màn hình Auto 1, cho phép điều khiển và giám sát chế độ 2 Để vận hành, người dùng cần nhập tốc độ cho bàn xoay tại ô Set Speed và nhấn nút Run Rotary Table Để robot tiến hành gắp vật, nhấn Run Robot; để dừng robot, sử dụng nút Stop Robot, và để dừng bàn xoay, nhấn Stop Rotary Table Trong trường hợp khẩn cấp, hãy nhấn nút EMG màu đỏ.