Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHS09CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN Trang 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 Đề tài nghiên cứu khoa học S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2020-160 S KC 0 3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 SV2020-160 Đề tài nghiên cứu khoa học Chủ nhiệm đề tài: VÕ MINH TÀI TP Hồ Chí Minh, 08/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 SV2020-160 Thuộc nhóm ngành khoa học: Điều khiển học kỹ thuật Đề tài nghiên cứu khoa học SV thực hiện: Võ Minh Tài Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16151CL3 - Đào tạo Chất Lượng Cao Năm thứ:4/Số năm đào tạo: Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Trần Minh Nguyệt TP Hồ Chí Minh, 08/2020 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT Tính cấp thiết đề tài Tổng quan nghiên cứu 2.1 Tình hình nghiên cứu nước 2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Mục tiêu Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu 4.1 Đối tượng, địa điểm thời gian nghiên cứu 4.2 Quy mô nghiên cứu 4.3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 10 1.1 Giới thiệu robot công nghiệp 10 1.2 Phân loại robot công nghiệp 12 1.3 Một số ứng dụng robot 15 ĐềBài toán tàiđộngnghiên cứu khoa học 18 học nghịch tay máy 1.4 Bài toán động học thuận tay máy 16 1.5 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 20 2.1 Giới thiệu vi xử lý Arduino Uno R3 20 2.1.1 Khái niệm vi điều khiển 20 2.1.2 Giới thiệu board Arduino 20 2.1.3 Board Arduino Uno R3 21 2.1.4 Cấu trúc thông số 22 2.2 Phần mềm lập trình cho board Arduino 26 2.4 Động Servo MG966 29 2.5 Bạc đạn đế xoay 30 2.6 Mạch giảm áp DC LM2596 3A 31 2.7 Tổng quan Matlab 31 2.7.1 Giới thiệu Matlab 31 2.7.2 Tổng quan cấu trúc liệu Matlab, ứng dụng: 33 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 42 CHƯƠNG 4: ĐÁP ỨNG THỰC TẾ KHI ĐIỀU KHIỂN 53 4.1 Thiết lế mơ hình phần mềm SolidWorks 53 4.2 Thiết kế giao diện Matlab GUI để điều khiển cánh tay robot 56 4.3 Kết điều khiển thực tế 56 4.4 Kết luận 58 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 60 6.1 Kết đạt 60 6.2 Hướng phát triển 60 Đề tài nghiên cứu khoa học DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng Trang số Bảng 1.1 Bảng D – H hệ cánh tay robot 18 Bảng 2.1 Một vài thông số Board Arduino Uno R3 24 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Tên biểu đồ, sơ đồ, hình ảnh Trang số Hình 1.1 Tay máy kiểu tọa độ Descartes 13 Hình 1.2 Cấu trúc tay máy kiểu tọa độ trụ 13 Hình 1.3 Tay máy kiểu cầu 13 Hình 1.4 Tay máy kiểu SCADA 14 Hình 1.5 Tay máy kiểu tay người 14 Hình 1.6 Khớp cổ tay 14 Hình 1.7 Một số loại robot ứng dụng thực tế 15 Hình 1.8 Hình 2D hệ cánh tay robot nhóm đề xuất 18 Hình 2.1 Những phiên Arduino 22 Đề tài nghiên cứu khoa học 24 Hình 2.2 Board Arduino Uno R3 23 Hình 2.3 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn Hình 2.4 Sơ đồ chân board Uno R3 26 Hình 2.5 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 27 Hình 2.6 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 27 Hình 2.7 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 28 Hình 2.8 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 28 Hình 2.9 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 28 Hình 2.10 Khối nguồn xung 12VDC 29 Hình 2.11 Sơ đồ khối nguồn 30 Hình 2.12 Động MG966 30 Hình 2.13 Bạc đạn đế xoay 31 Hình 2.14 Module mạch giảm áp DC LM2596 3A 32 Hình 2.15 Sơ đồ mạch giảm áp DC dùng IC LM2596 32 Hình 2.16 Giao diện Matlab 34 Hình 2.17 Giao diện lập trình Matlab/Simulink 36 Hình 2.18 Guide quick start 36 Hình 2.19 Giao diện Matlab/GUI 37 Hình 2.20 Ví dụ số đối tượng GUI 37 Hình 2.21 Sử dụng thơng số cho đối tượng sử dụng 38 Hình 2.22 Chạy kết set up 39 Hình 2.23 Logo phần mềm SolidWorks 39 Hình 3.1 Các thành phần có robot 44 Hình 3.2 Ví dụ robot đơn giản 45 Hình 3.3 Quan hệ cấu 46 Hình 3.4 Vận tốc của điểm hệ tọa độ 52 Hình 3.5 Véc tơ vận tốc cho trục liền 52 Hình 3.6 Lan truyền lực trục liền 54 Hình 4.1 Hướng nhìn ngang hệ cánh tay robot 55 Hình 4.2 Hướng nhìn từ sau hệ cánh tay robot 55 Hình 4.3 Hướng nhìn ngang hệ cánh tay robot 56 Đề tài nghiên cứu khoa học 56 Hình 4.4 Hướng nhìn từ sau hệ cánh tay robot 56 Hình 4.5 Hướng nhìn chéo hệ cánh tay robot Hình 4.6 Hướng nhìn từ xuống hệ cánh tay robot 57 Hình 4.7 Hướng nhìn hệ cánh tay robot 57 Hình 4.8 Hướng nhìn cánh tay robot từ mặt đối diện 57 Hình 4.9 Giao diện Matlab/GUI thiết kế để điều khiển 58 cánh tay robot Hình 4.10 Mơ hình thực hệ cánh tay robot 59 Hình 4.11 Chương trình tính tốn động học thuận – nghịch 60 cho hệ cánh tay robot Hình 4.12 Hoạt động hệ cánh tay robot 60 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Nguyên nghĩa Từ viết tắt AC Alternating Current ADC Analog-to-digital converter DC Direct Current DAC Digital-to-analog converter EEPROM Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory FET Field-Effect Transistor GND Ground I/O Input/Output IC Integrated Circuit IDE integrated development environment GUI Guide MIMO Multiple input Mulptiple output PBVS position-based visual servoing IBVS image-based visual servoing Đề tài nghiên cứu khoa học BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 - SV thực hiện: VÕ MINH TÀI - Lớp: 16151CL3 Mã số SV: 16151313 Năm thứ: Khoa: CLC Số năm đào tạo: - Thành viên đề tài: Họ tên Stt MSSV Lớp Khoa LƯ MINH TRIẾT 16151093 16151CL3 CLC NGUYỄN VĂN HIỂN 16151021 16151CL3 CLC NGUYỄN MINH TIẾN 16151087 16151CL3 CLC - Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Trần Minh Nguyệt Mục tiêu đề tài: Đề tài nghiên cứu khoa học Xây dựng mơ hình thực hệ thống giúp sinh viên tìm hiểu học tập áp dụng môn Lý thuyết điều khiển tự động, Lý thuyết kỹ thuật Robot Tìm hiểu ứng dụng lý thuyết môn Hệ thống điều khiển tự động, lý thuyết môn Kỹ thuật Robot điều khiển động cánh tay Robot bậc tự Điều khiển cánh tay robot thông qua phần mềm Matlab GUI Tìm hiểu cách vẽ, xây dựng mơ hình phần mềm SoidWorks Tính sáng tạo: Chương trình điều khiển hệ thống nhúng phần mềm Matlab với thư viện Arduino hỗ trợ phần mềm Kết nghiên cứu: Nghiên cứu áp dụng thư viện Arduino để điều khiển hệ thống cánh tay robot bậc tự thông qua phần mềm Matlab/Simulink Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý Arduino Uno R3 vào điều khiển hệ cánh tay robot bậc tự Tác giả xây dựng thành cơng mơ hình hệ cánh tay robot bậc tự hoạt động ổn định, thẫm mỹ Nghiên cứu lý thuyết kỹ thuật robot tính tốn động học thuận động học nghịch robot, lập trình động học phần mềm để điều khiển cách tay robot Tìm hiểu thiết kết chương trình tương tác người dùng với phần mềm Matlab/Simulink thông qua Matlab GUI Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đề tài “THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2” hỗ trợ đắc lực trình giảng dạy, học tập nghiên cứu khoa học cho giảng viên sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Việc áp dụng mơ hình hệ cánh tay robot bậc tự giúp người học kiểm chứng lại giải thuật khác, phương pháp điều khiển khác nhằm tìm giải thuật tối ưu cho ứng dụng cụ thể Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài: Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài Đề tài nghiên cứu khoa học (kí, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài: Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên)