Thiết kế và điều khiển robot delta phân loại và sắp xếp sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh

Nhờ những ưu điểm này mà Delta Robot được ứng dụng trong các hoạt động gắp thả tốc độ cao với độ chính xác tuyệt đối.. Chính vì lý do đó nhóm quyết định chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ 2 / năm học 2022- 2023

Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Lâm Chương

Sinh viên thực hiện: Trương Đặng Nhật Quỳnh MSSV: 19146020 ĐT: 0903087791

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Số liệu và mô hình từ đồ án Cơ điện tử

3 Nội dung chính của đồ án:

- Tính toán và Thiết kế mô hình cơ khí Robot Delta theo các thông số mong muốn

- Thiết kế hệ thống điện điều khiển Robot Delta

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về phương pháp và các giao thức điều khiển Robot

- Điều khiến Robot Delta sử dụng PLC và các module liên quan

- Ứng dụng Xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm

4 Các sản phẩm dự kiến:

- Mô hình Robot Delta hoàn chỉnh

- Tủ điện điều khiển Robot

5 Ngày giao đồ án: 15/03/2023

6 Ngày nộp đồ án: 15/07/2023

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ………

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CAM KẾT

Tên đề tài: Thiết kế và Điều khiển Robot Delta Phân Loại Và Sắp Xếp Sản Phẩm Ứng Dụng

Xử Lý Ảnh

GVHD: ThS Võ Lâm Chương

Nhóm sinh viên thực hiện:

Họ & tên: Trương Đặng Nhật Quỳnh MSSV: 19146020

Họ & tên: Trương Văn Đức MSSV: 19146177

Họ & tên: Vũ Trọng Bằng MSSV: 19146159

Email liên hệ: nhatquynh.td.17@gmail.com

Số điện thoại liên hệ: 0903087791 (Nhật Quỳnh)

Ngày nộp đồ án tốt nghiệp:

Lời cam kết: “Tôi xin cam kết rằng đồ án tốt nghiệp này là quá trình nghiên cứu, tìm tòi và

thực hiển bởi chính nhóm chúng tôi Nhóm chung tôi không sao chép bất cứ tài liệu hay văn bản nào mà không ghi rõ nguồn gốc Nếu có những hành vi sai trái và vi phạm nào, nhóm

chúng tôi sẽ nhận hoàn toàn trách nhiệm”

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023

Ký tên

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, xin cảm ơn mái trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đã tạo điều kiện cũng như xây dựng môi trường học tập với cơ sở vật chất đầy đủ, giúp chúng em có được điều kiện tốt nhất để tiếp thu kiến thức và hoàn thành được chương trình học tập trong suốt 4 năm qua Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường một cách sâu sắc

Bên cạnh đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn to lớn tới thầy Võ Lâm Chương – thầy hướng dẫn đề tài đã luôn đồng hành với nhóm trong quãng thời gian vừa qua Thầy đã tận tình hướng

dẫn và định hịnh hướng đi cũng như là những ý tưởng cho nhóm về đề tài " Thiết kế và Điều

khiển Robot Delta sắp xếp và phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh"

Cuối cùng nhóm cũng xin cảm ơn các thầy cô bộ môn Cơ – Điện tử, khoa Đào tạo Chất Lượng Cao và khoa Cơ khí máy đã tận tình chỉ dẫn, trang bị những kiến thức cần thiết cho chúng em ngay từ khi bước vào giảng đường đại học đến nay Những kiến thức đó là nền tảng rất quý báu và hữu ích mà chúng em đã sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án này

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em sẽ không thể tránh khỏi những sai sót do thiếu kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn của mỗi cá nhân Chúng em rất mong sẽ nhận được sự góp ý thẳng thắn và kịp thời từ quý thầy cô để nhóm nhanh chóng chỉnh sửa và hoàn thiện đề tài báo cáo tốt hơn

Xin chân thành cám ơn!

TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023

Nhóm sinh viên thực hiện

Trương Đặng Nhật Quỳnh

Vũ Trọng Bằng Trương Văn Đức

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Robot Delta là một loại Robot song song có cấu trúc đặc biệt Nó thuộc loại Robot song

song lắp ráp và có hình dạng giống như một hình tam giác delta, do đó được gọi là "Robot

delta" Robot Delta thường có khung hình tam giác delta, gồm ba cánh tay đòn dài và một tấm

nền cơ sở Các cánh tay đòn được sắp xếp theo hình tam giác đều, hỗ trợ chuyển động 3 trục

Cấu trúc Robot Delta có tính chất động cơ cao, khả năng di chuyển nhanh và linh hoạt

Nó thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghiệp sản xuất, lắp ráp sản phẩm,

chế tạo, đóng gói và nhiều ứng dụng khác đòi hỏi khả năng làm việc nhanh và chính xác Nhờ

những ưu điểm này mà Delta Robot được ứng dụng trong các hoạt động gắp thả tốc độ cao

với độ chính xác tuyệt đối Điều này cũng giúp cho các công ty, doanh nghiệp tiết kiệm vật

liệu và các chi phí khác từ quá trình từ thiết kế đến chế tạo mà không hề làm ảnh hưởng đến

khả năng làm việc của Robot (như độ cứng và độ bền)

Chính vì lý do đó nhóm quyết định chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu, thiết

kế, chế tạo Robot Delta phân loại và sắp xếp sản phẩm ” ứng dụng trong các dây chuyền

sản xuất dùng để phân loại và sắp xếp các sản phẩm trong dây chuyền

Đề tài này sẽ giới thiệu một loại cấu hình Robot song song có 3 bậc tự do áp dụng nhiều

vào hoạt động gắp đặt trong dây chuyền sản xuất thực phẩm, đó chính là robot song song dạng

Delta Đề tài sẽ chia thành nhiều chương, phân tích cụ thể về hệ thống robot song song Delta

Ở Chương 1 sẽ trình bày tổng quan về robot song song, các ý nghĩa thực tiện và khoa học của

Robot Delta Tiếp theo ở Chương 2, đề tài sẽ đề cập đến việc tìm hiểu các bài toán động học,

động lực học, từ đó tìm các thông số cho việc tìm động cơ thích hợp Ở Chương 3 và Chương

4 đề tài sẽ đi sâu phân tích về thiết kế cơ khí Robot Delta và xây dựng hệ thống điện Cuối

cùng ở Chương 5, đề tài sẽ trình bày các giải thuật và thuật toán điều Robot

ABSTRACT

Parallel Robot is a structure of many closed loop mechanism with a set of actuators and shaft end parallel each other In line automaton products, such as picking system installation, assembly, requires a system can operate faster

Delta robots (also known as parallel robots) in particular and industrial robots in general are increasingly used in factories and automatic production lines to replace humans They are used for high-speed pick-and-drop applications such as assembly, product classification with absolute precision… With the need to save materials and costs in the design and manufacturing process but still ensure get the robot's working capabilities such as rigidity and durability

For that reason, the team decided to choose the topic for the graduation project: "Research,

design, develop Delta robot prototype for product classification" applied in production lines

used for transportation transferring products

This report will be divided into chapters analyze in detail the parallel Delta robot system

In Chapter 1 presents an overview of parallel robot Next referring to calculate the kinetic problem, the dynamics, which found the parameters for the search engine at the appropriate chapter 2 Chapters 3 and 4 will introduce mechanical design for delta robot and the electric system Finally, control algorithms will be introduce in Chapter 5

MỤC LỤC

TỔNG QUAN 1

Tổng quan về đề tài 1

Lý do chọn đề tài 1

Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài 2

Đối tượng nghiên cứu 2

Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài 2

Phạm vi nghiên cứu đề tài 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

Yêu cầu của hệ thống 4

Cấu tạo Robot song song Delta 4

Động học thuận Robot 4

Động học nghịch Robot 9

Chuyển động vi phân (Chuyển động Jacobi) 12

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 14

Mô hình hóa Robot 14

Các phương án thiết kế truyền động cho Robot 14

Lựa chọn phương án chuyển động 16

Cấu hình Robot 17

Mô phỏng kết cấu Robot 17

Thiết kế cơ khí Robot 19

Khung Robot 19

Thiết kế cánh tay Robot 19

Cơ cấu gắp 20

Băng tải 20

Lựa chọn cơ cấu truyền động cho Robot 20

Lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc cho Robot 21

Kiểm nghiệm bền 24

Kiểm tra độ bền của khung máy 24

Kiểm nghiệm độ bền cánh tay chính 25

Kiểm nghiệm độ bền khớp nối 26

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN 28

Sơ đồ khối hệ thống 28

Các thiết bị sử dụng cho đề tài 28

Module điều khiển vị trí QD75MH4 28

Bộ điều khiển Servo Amplifier Mitsubishi MR-J3 10B 29

Động cơ AC Servo motor HF-KP13 30

Động cơ băng tải ZGB37-3530-24V 30

Động cơ bơm hút chân không ES-3910 24VDC 31

Camera 32

XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 33

Sơ đồ khối hệ thống 33

Xây dựng hệ thống điều khiển PLC 33

Các phương thức truyền thông sử dụng 33

Quy trình cấu hình hệ thống 36

Cấu hình phần cứng 36

Phương pháp điều khiển PLC 39

Thuật toán điều khiển PLC 39

Xây dựng thuật toán gắp vật 41

Xây dựng thuật toán nhận biết vật và phân loại màu 43

Cấu trúc hệ thống 44

Thư viện OpenCV 44

Quá trình xử lý ảnh cho việc phân loại 44

KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 53

Kết quả đạt được 53

Phần cứng 53

Phần mềm tính toán, điều khiển và giám sát 53

Thực nghiệm 56

Kiểm tra quỹ đạo điểm - điểm 56

Kiểm tra quá trình xử lý ảnh 57

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59

Kết luận 59

Tính khoa học 59

Khả năng ứng dụng vào thực tế 59

Hạn chế của đề tài 59

Hướng phát triển 59

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số kích thước Robot 6

Bảng 3.1 Đặc điểm của các phương án truyền động của Robot 16

Bảng 3.2 Số liệu kích thước thiết kế 17

Bảng 3.3 Khối lượng các chi tiết của Robot 18

Bảng 3.4 Thông số động cơ AC Servo Mitshubishi 23

Bảng 5.1 Các thiết bị sử dụng điều khiển 37

Bảng 6.1 Kết quả thực nghiệm quỹ đạo 57

Bảng 6.2 Kết quả thực nghiệm hệ thống Camera 58

Bảng 6.3 Kết quả thực nghiệm khi gắp, thả sản phẩm vào vị trí 58

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản của Robot Delta 4

Hình 2.2 Mô hình Robot với các thông số cho trước 5

Hình 2.3 Bệ cố định phía trên 5

Hình 2.4 Bệ chuyển động phía dưới 6

Hình 2.5 Sơ đồ vector của Robot Delta 7

Hình 2.6 Giao điểm hình cầu 9

Hình 2.7 Mặt phẳng YZ 10

Hình 2.8 Quy đổi tọa độ 11

Hình 2.9 Mô hình cánh tay Robot 12

Hình 3.1 Mô hình Robot hoàn chỉnh 14

Hình 3.2 Phương án truyền động 1 15

Hình 3.3 Phương án truyền động 2 15

Hình 3.4 Phương án truyền động 3 15

Hình 3.5 Vùng không gian hoạt động 17

Hình 3.6 Mô hình Robot 18

Hình 3.7 Khung robot 19

Hình 3.8 Cánh tay chính 19

Hình 3.9 Cánh tay phụ 19

Hình 3.10 Các khớp cầu giúp robot linh hoạt 20

Hình 3.11 Đầu hút chân không 20

Hình 3.12 Băng tải 20

Hình 3.13 Cơ cấu bánh răng 21

Hình 3.14 Phân tích lực tác dụng trên Robot 21

Hình 3.15 Tải lớn nhất trên mỗi cánh tay 22

Hình 3.16 Không gian làm việc của Robot 23

Hình 3.17 Động cơ AC Servo Mitshubishi 24

Hình 3.18 Hộp số tỉ lệ 1:25 24

Hình 3.19 Phân tích ứng suất của khung máy 24

Hình 3.20 Phân tích chuyển vị của khung máy 25

Hình 3.21 Phân tích ứng suất cánh tay chính 25

Hình 3.22 Phân tích chuyển vị của cánh tay chính 26

Hình 3.23 Phân tích hệ số an toàn của cánh tay 26

Hình 3.24 Phân tích ứng suất khớp nối 26

Hình 3.25 Phân tích chuyển vị của khớp nối 27

Hình 3.26 Phân tích hệ số an toàn của khớp nối 27

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điện 28

Hình 4.2 Module điều khiển vị trí QD75MH4 29

Hình 4.3 Servo Amplifier Mitsubishi MR-J3 10B 30

Hình 4.4 Motor AC Servo HK-KP13 30

Hình 4.5 Băng tải thực tế 31

Hình 4.6 Động cơ ZBG37-3530-24V 31

Hình 4.7 Động cơ bơm chân không ES-3910 24VDC 32

Hình 4.8 Camera logitech C310 32

Hình 5.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển 33

Hình 5.2 Sơ đồ giao tiếp PC và PLC 33

Hình 5.3 Nguyên lý của MC Protocol 34

Hình 5.4 Cấu tạo cáp mạng SSCNET III 34

Hình 5.5 Sơ đồ mạng truyền thông SSCNET III 35

Hình 5.6 Giao thức truyền thông MQTT 36

Hình 5.7 Cấu hình phần cứng 36

Hình 5.8 Cấu hình phần cứng 37

Hình 5.9 Lựa chọn dòng Servo Amplifier và cài đặt tham số 38

Hình 5.10 Cài đặt thông số trục 1 38

Hình 5.11 Bảng ghi dữ liệu vị trí 39

Hình 5.12 Lưu đồ chương trình chính 40

Hình 5.13 Lưu đồ tính toán xung 41

Hình 5.14 Dữ liệu vị trí một chu trình hoạt động gắp và thả vật 42

Hình 5.15 Lưu đồ xây dựng bài toán bóc, thả vật 43

Hình 5.16 Cấu trúc hệ thống 44

Hình 5.17 Lưu đồ quá trình xử lý ảnh 45

Hình 5.18 Không gian màu HSV 47

Hình 5.19 Ảnh được chuyển qua hệ màu HSV 48

Hình 5.20 Ảnh phân đoạn sau khi tách ngưỡng 48

Hình 5.21 Ví dụ ma trận Gx và Gy 49

Hình 5.22 Ví dụ tìm mặt nạ nhị phân 50

Hình 5.23 Ví dụ ngưỡng 50

Hình 5.24 Minh họa vẽ đường bao của vật 51

Hình 5.25 Minh họa thuật toán xấp xỉ đường bao 51

Hình 5.26 Minh họa xác định tâm vật bằng hàm Moment 52

Hình 5.27 Tính tọa độ vật 52

Hình 6.1 Mô hình hoàn thiện 53

Hình 6.2 Tủ điện hoàn thiện 53

Hình 6.3 Trang Connect 54

Hình 6.4 Trang điều khiển manual 55

Hình 6.5 Trang điều khiển Auto 55

Hình 6.6 Trang Setting 56

Hình 6.7 Quỹ đạo điểm A – điểm B 56

Hình 6.8 Hình ảnh thực tế sau khi xử lý và phân loại màu 57

LỜI MỞ ĐẦU

Từ những ngày đầu, lĩnh vực nghiên cứu của cơ điện tử chỉ bao gồm sự kết hợp giữa cơ

khí và điện tử, vì thế tên ngành là từ ghép giữa Cơ khí và Điện tử học (hay từ Mechatronics

là sự kết hợp giữa Mechanics và Electronics) Tuy nhiên theo thời gian, định nghĩa của ngành

Cơ điện tử được mở rộng sang nhiều lĩnh vực công nghệ khác do sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống công nghệ Năm 1969, cơ điện tử là những loại máy móc cơ khí được tích hợp thêm những bộ điều khiển điện điện tử, một kỹ sư cơ điện tử đã hợp nhất các nguyên tắc của cơ học, điện tử và máy tính để tạo ra một hệ thống đơn giản Robot công nghiệp chính là

ví dụ điển hình của hệ thống cơ điện tử, nó bao gồm các khía cạnh của điện tử, cơ khí và máy tính để thực hiện các công việc hàng ngày

Ngày nay, sự phát triển của điện - điện tử đã làm nên một cuộc cách mạng công nghiệp vĩ đại, tác động mạnh mẽ vào cuộc sống và kinh tế của xã hội: công nghệ tự động hóa, quản lý, khoa học, cung cấp thông tin, y tế, Với những kỹ thuật hiện đại tiên tiến như Vi xử lý, PLC, dần được áp dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, các máy móc vận hành bằng phương pháp thủ công và chậm chạp đã được thay thế bởi các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong thời buổi kinh tế gặp khó khăn hiện nay, các nhà máy xí nghiệp đang hoạt động đã

và đang rất quan tâm đến vấn đề tiết kiệm điện năng Bên cạnh đó các ngành công nghiệp ngày càng phát triển, các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa vào sản xuất để nâng cao chất lượng cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống

Robot Delta là một trong những loại Robot công nghiệp đang rất phổ biến và được ứng dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp hiện nay Sau hơn 40 năm, Robot Delta đã chứng minh được khả năng hoạt động của chúng.Và khi được so sánh với những Robot khác, chúng được cho là thống trị về tốc độ và khả năng tăng tốc trong ứng dụng gắp thả

TỔNG QUAN Tổng quan về đề tài

Robot Delta, còn được gọi là Robot Delta Parallel, là một loại Robot công nghiệp có cấu trúc đặc biệt với ba cánh tay song song được nối với một cơ cấu gọi là cơ cấu cần Delta Cơ cấu này cho phép robot Delta di chuyển nhanh và linh hoạt trong không gian 3D

Robot Delta thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như hệ thống tự động hóa, dây chuyền sản xuất, lắp ráp sản phẩm và ứng dụng trong môi trường công nghiệp Với thiết kế cơ động và tốc độ cao, Robot Delta có khả năng thực hiện chụp ảnh, đóng gói, gắp đồ vật, và nhiều tác vụ khác một cách chính xác và hiệu quả

Ưu điểm của Robot Delta bao gồm:

Tốc độ nhanh: Robot Delta có thể di chuyển nhanh và linh hoạt, giúp tăng năng suất

và hiệu suất trong sản xuất

Khả năng hoạt động trong không gian hẹp: Do thiết kế ba cánh tay song song và cơ

cấu cần Delta, robot này có thể hoạt động trong không gian hạn chế mà không cần di chuyển toàn bộ thân robot

Độ chính xác cao: Robot Delta có khả năng điều chỉnh vị trí và hướng di chuyển một

cách chính xác, đảm bảo sự đồng nhất và độ tin cậy trong quá trình làm việc

Tính linh hoạt: Robot Delta có thể thực hiện nhiều loại tác vụ khác nhau, từ lắp ráp

sản phẩm đến kiểm tra chất lượng và đóng gói

Tuy nhiên, Robot Delta cũng có một số hạn chế, bao gồm khả năng tải trọng hạn chế

và độ phức tạp của hệ thống cơ cấu Ngoài ra, việc lập trình và điều khiển Robot Delta cũng đòi hỏi kiến thức và kỹ năng chuyên môn

Tổng quan về Robot Delta cho thấy nó là một công cụ quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa Sự linh hoạt, tốc độ và độ chính xác của Robot này đã giúp cải thiện quá trình sản xuất và tăng cường hiệu suất trong nhiều ngành công nghiệp khác

Lý do chọn đề tài

Robot Delta có cơ cấu động học song song ba bậc tự do, cấu trúc vòng kín Trong đó gồm

ba nhánh, với mỗi nhánh, một đầu được nối vào bệ di động thông qua cơ cấu hình bình hành Với cấu trúc hình học như vậy nên giá di động luôn định hướng và chỉ có thể chuyển động tịnh tiến theo 3 trục XYZ Vì các bộ truyền động đều nằm trong bệ cố định, nên các cánh tay

có thể được làm bằng vật liệu nhẹ Do đó, các bộ phận chuyển động của Robot Delta có quán tính nhỏ Điều này cho phép Robot hoạt động ở tốc độ rất cao và tăng tốc rất nhanh Các cánh tay được kết nối với nhau thông qua bộ phận đầu cuối giúp cho việc tăng độ cứng của Robot

nhưng làm giảm khối lượng làm việc của nó Với tính ưu việt cao, các Robot song song ngày càng thu hút được nhiều nhà khoa học nghiên cứu, trong giảng dạy cũng như ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

Chính vì lý do đó nhóm quyết định chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là“ Thiết kế và Điều

khiển Robot Delta phân loại và sắp xếp sản phẩm ” ứng dụng trong các dây chuyền sản

xuất dùng để phân loại sản phẩm trong dây chuyền tự động

Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

Robot Delta mang đến nhiều ý nghĩa thực tiễn và khoa học trong lĩnh vực công nghiệp và

tự động hóa

Tăng năng suất và hiệu quả: Robot Delta có tốc độ di chuyển nhanh và khả năng làm

việc chính xác, giúp tăng năng suất và hiệu quả trong quá trình sản xuất Điều này giúp giảm thời gian và công sức lao động, nâng cao khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp

Giảm sự phụ thuộc vào lao động: Robot Delta có khả năng thực hiện các tác vụ một cách

tự động và liên tục, không cần nghỉ ngơi hay sự can thiệp của con người Điều này giúp giảm

sự phụ thuộc vào lao động và tăng tính tự động hóa trong quá trình sản xuất

Nâng cao độ an toàn và chất lượng: Robot Delta có khả năng làm việc trong môi trường

nguy hiểm và khó tiếp cận Việc sử dụng Robot giúp giảm nguy cơ tai nạn lao động và tăng

độ an toàn cho nhân viên Ngoài ra, Robot Delta cũng đảm bảo độ chính xác và đồng nhất trong quá trình làm việc, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm

Nghiên cứu và phát triển công nghệ: Robot Delta mang đến nhiều thách thức và cơ hội

nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực Robot học và tự động hóa Các nhà nghiên cứu và kỹ

sư có thể tận dụng tính linh hoạt và tốc độ của Robot này để phát triển các giải pháp và ứng dụng mới

Khám phá không gian 3D: Với cấu trúc ba cánh tay song song và khả năng di chuyển

trong không gian 3D, Robot Delta mở ra cơ hội khám phá và ứng dụng trong các lĩnh vực như

in 3D, điều khiển Robot trong không gian phức tạp, và nhiều ứng dụng khác liên quan đến không gian 3D

Đối tượng nghiên cứu

Là Robot song song có 3 bậc tự do cho mục đích phân loại sản phẩm kết hợp với việc xử

lý ảnh, có khả năng đáp ứng với tốc độ cao và chính xác trong các dây chuyền đóng gói sản phẩm

Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài

Thiết kế, thi công, tính toán động học và lập trình điều khiển Robot Delta kết hợp ứng dụng xử lý ảnh xác định vị trí để gắp phân loại sản phẩm Xây dựng phần mềm điều khiển

Robot Delta Với yêu cầu đặt ra từ 20 đến 25 sản phẩm trong vòng 1 phút, mô hình có khả năng phát hiện chính xác vị trí tọa độ của sản phẩm trên băng tải, tiến hành gắp và đặt sản phẩm vào hộp định sẵn Toàn bộ quy trình thao tác sẽ dễ dàng hơn khi được hiển thị giao diện giám sát trên máy tính

Phạm vi nghiên cứu đề tài

Dựa trên mô hình và ý tưởng ứng dụng xử lý ảnh cho Robot Delta, nhóm đã kế thừa và hướng đến ứng dụng Robot Delta vào khâu phân loại gói sản phẩm theo màu sắc đồng thời cải tiến thêm phần cứng để tối ưu hóa hơn về nhiễu xạ ánh sáng trong khâu xử lý ảnh Nghiên cứu về động học Robot Delta để lập trình tối ưu hoá thuật toán giúp cho hệ thống phát hiện sản phẩm, thực thi thao tác gắp – thả ở cường độ chính xác và tốc độ ổn định hơn

Trong đề tài này, các gói sản phẩm sẽ là dạng hình hộp chữ nhật, có kích thước giống nhau

và có 3 màu khác nhau Sản phẩm được đưa lên băng tải và được nhận dạng xác định tọa độ bằng camera và gửi về máy tính (PC) Sau đó PC nhận được dữ liệu sẽ tính toán qua phương trình động học bằng ngôn ngữ C# để gửi thông tin cho PLC và tiến hành điều khiển Robot tới

vị trí tọa độ đó và gắp gói sản phẩm và thả vào hộp phân loại

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Yêu cầu của hệ thống

Đối với chế độ phân loại và sắp xếp sản phẩm dựa trên màu sắc, Đề tài sẽ hướng được tới phân loại sản phẩm theo 3 màu chính chủ đạo : màu đỏ, màu vàng và màu xanh dương Hệ thống cần phân loại một cách chính xác màu sắc của vật, do đó cần phải ứng dụng các phương pháp xử lý ảnh vào hệ thống từ đó tính toán và gửi tín hiệu về Robot Với trên thị trường rất nhiều linh kiện được sử dụng trong giáo dục lẫn công nghiệp để phân loại sản phẩm ví dụ như cần gạt ngang, cảm biến kết hợp cùng cần đẩy, máy gắp, Để đạt được đúng yêu cầu tiêu chí

đề tài đề ra hệ thống phải gắp được sản phẩm một cách chắc chắn và nhanh nhẹn với tuần suất liên tục và phù hợp với kinh tế của sinh viên thì nhóm chúng em đã lựa chọn linh kiện bơm hút chân không để gắp sản phẩm và đưa vào vị trí được xác định trước đó

Cấu tạo Robot song song Delta

Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản của Robot Delta

- Cấu tạo của Robot bao gồm các phần như sau:

Hình 2.2 Mô hình Robot với các thông số cho trước

Ta đặt hệ quy chiếu cơ sở cố định là bệ trên {B} có góc tọa độ nằm ở tâm của tam giác đều

Hệ quy chiếu chuyển động là bệ dưới {P} có góc tọa độ nằm ở tâm của tam giác đều Hướng của {P} luôn trùng với hướng {B} nên ta có ma trận quay 𝑅𝐵𝑃 = 𝐼3 là hằng số

Từ các biến khớp θ = [θ1 θ2 θ3] 𝑇 có thể tìm được các biến 𝑃𝑃𝐵 = [𝑥 𝑦 𝑧] 𝑇 là tọa

độ cần tìm trong bài toán động học thuận với chiều dài cánh tay quay ( chủ động) là L và chiều dài cánh tay hình bình hành (bị động) là l

√3

2 𝑤𝐵

1

2𝑤𝐵0

] (2.1)

Các đỉnh tam giác của bệ cố định có giá trị:

𝑏1𝐵 = [

𝑓 2

−𝑤𝐵0] 𝑏2𝐵 = [

0

𝑢𝐵0

] 𝑏3𝐵 = [ −

𝑓 2

−𝑤𝐵0] (2.2)

Hình 2.4 Bệ chuyển động phía dưới

Các điểm 𝑃𝑖 nằm trên bệ cố định là các biến khớp có giá trị là hằng số, ta có:

𝑃1𝑃 = [−

0

𝑢𝑃0] 𝑃2𝐵 = [

𝑒 2

𝑤𝑃0

] 𝑃3𝐵 = [

−𝑒

2

𝑤𝑃0

Bảng 2.1 Thông số kích thước Robot

(mm)

𝑢𝐵 Khoảng cách từ đỉnh bệ trên đến góc tọa độ bệ trên 202

𝑢𝑃 Khoảng cách từ đỉnh bệ dưới đến góc tọa độ bệ dưới 31,75

Gọi 𝐴𝑖𝑣với i = 1, 2, 3 là các tâm mặt cầu ảo Do đó, điểm P có thể xác định bởi điểm giao

của các mặt cầu ảo như hình dưới

Ta có thể tính tâm của ba mặt cầu ảo: 𝐵𝑖𝑣𝐴 = 𝐴𝑖𝐵 − 𝑃𝑖𝑃 = 𝐵𝑖𝐵+ 𝐿𝐵𝑖 − 𝑃𝑖𝑃 (2.4)

Hình 2.5 Sơ đồ vector của Robot Delta

2(𝑤𝐵 + 𝐿𝑐𝑜𝑠𝜃3) − 𝑤𝑃

(2.5)

Gọi ba mặt cầu ảo là (𝑐𝑖 , 𝑟𝑖) với tâm 𝑐𝑖 = (𝑥𝑖, 𝑦𝑖, 𝑧𝑖) Vì tất cả các chiều cao tâm mặt cầu z đều bằng nhau nên ta có 𝑧1 = 𝑧2 = 𝑧3 = 𝑧𝑛 Ta có phương trình ba mặt cầu như sau: (𝑥 − 𝑥1)2+ (𝑦 − 𝑦1)2+ (𝑧 − 𝑧1)2 = 𝑟12 (2.6)

Để hoàn thành nghiệm giao tuyến của ba mặt cầu, thay cả hai giá trị y là y+ và y- từ (2.16) vào (2.14) và (2.13)

Phương trình động học nghịch là phương trình cho biết ba góc quay cần thiết (𝛉𝟏 , 𝛉𝟐 ,

𝛉𝟑) của 3 trục động cơ để robot di chuyển tới vị trí đặt trước P = (x, y, z)

Do khớp B1A1 của Robot (Hình 2.6) chỉ có thể xoay trong mặt phẳng YZ, tạo thành hình

tròn với tâm tại điểm B1 và bán kính L

A1 và P1 gọi là khớp cầu, do đó P1A1 có thể xoay tự do tương đối với P1, tạo thành hình cầu với tâm tại điểm P1 và bán kính l

Giao điểm của hình cầu này và mặt phẳng YZ là một đường tròn có tâm tại điểm P1′ và bán kính P1′A1 (trong đó P1′ là phép chiếu của điểm P1 trên mặt phẳng YZ) Điểm A1 bây giờ như là giao điểm của các đường tròn bán kính đã biết với tâm là P1′ và B1 Và nếu ta biết A1,

ta có thể tính được góc 𝛉𝟏

Hình 2.6 Giao điểm hình cầu

Do khớp B1A1 chỉ di chuyển trong mặt phẳng YZ, vì vậy chúng ta hoàn toàn bỏ qua tọa

độ X Để tận dụng tính chất này cho các góc còn lại 𝛉𝟐 và 𝛉𝟑, chúng ta nên sử dụng tính đối

xứng của Delta Robot Đầu tiên, chúng ta hãy xoay hệ tọa độ trong mặt phẳng XY xung quanh trục Z một góc 1200 ngược chiều kim đồng hồ, như được hiển thị bên dưới:

Hình 2.8 Quy đổi tọa độ

Ta đã có một khung tham chiếu mới X'Y'Z', và với khung này ta có thể tìm thấy góc 𝛉𝟐 bằng cách sử dụng cách mà ta sử dụng để tìm 𝛉𝟏

Sự thay đổi duy nhất là chúng ta cần phải xác định tọa độ mới 𝑥′ và 𝑦′ cho điểm P, có thể thực hiện bằng cách sử dụng “ma trận xoay quanh trục z” tương ứng, ta có:

6 𝑓)

2

+ zA22 = 𝐿2(yA2 − 𝑦′ +√3

3 𝑒)

2

+ (zA2− z)2 = 𝑙2− (𝑥′)2

⇒ A2(0, yA2, zA2) (2.28)

⇒ θ2 = arctan ( zA2

yA2−yB2) (2.29)

Để tìm góc 𝛉𝟑, chúng ta xoay khung tham chiếu theo chiều kim đồng hồ, ta có:

Chuyển động vi phân (Chuyển động Jacobi)

Bài toán phân tích chuyển động Jacobi của cơ cấu Robot song song sẽ khó hơn cơ cấu của Robot nối tiếp vì Robot song song có nhiều khâu tạo thành một vòng kín Cơ cấu Robot song song bao gồm bệ cố định và bệ chuyển động và chúng được liên kết với nhau bằng nhiều cánh tay với mỗi cánh tay là một trục máy Bệ chuyển động được xem như bộ phận tác động cuối của cơ cấu song song Bởi vì cấu trúc Robot được xây dựng đã tạo thành một vòng kín, dẫn đến các khớp trong cơ cấu phải hoạt động liên kết với nhau và không được điều khiển riêng biệt từng khớp Một số khớp trong hệ thống cần được điều khiển bằng một cơ cấu tác động

𝑣𝑃 = 𝜔1𝑖 × 𝑎𝑖 + 𝜔2𝑖 × 𝑏𝑖 (2.34)

Với 𝑣𝑃 là vận tốc tuyến tính của bệ dưới, 𝜔𝑗𝑖 là vận tốc khâu j của nhánh thứ I, khâu 𝐹𝑖𝐽 𝑖

là nhánh thứ nhất, khâu 𝐽𝑖𝐵 𝑖 là nhánh thứ hai

Trong đó vector đầu vào là 𝑞̇ = [θ̇11 θ̇12 θ̇13] và vector đầu ra 𝑣𝑃 =

[𝑣𝑃𝑥 𝑣𝑃𝑦 𝑣𝑃𝑧] Tất cả các tỷ suất khớp khác đều là biến thụ động Để khử chúng, cần nhân

hai vế phương trình với 𝑏𝑖 :

𝑏𝑖 𝑣𝑃 = 𝜔1𝑖 (𝑎𝑖 + 𝑏𝑖) (2.35)

Biểu diễn các vector trên phương trình theo hệ tọa độ xyz:

Mối liên hệ biến đổi giữa vận tốc khớp trong không gian khớp và vận tốc đầu cuối trong

không gian bộ tác động cuối như sau:

𝐽𝑥𝑣𝑃 = 𝐽𝑞𝑞̇ (2.39)

Với:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

Mô hình hóa Robot

Nhóm sẽ sử dụng lại mô hình hóa Robot Delta đã được xây dựng bởi Robert L Williams [1] Robot Delta gồm có ba cánh tay dài và linh hoạt, các cánh tay được liên kết thông qua các khớp cầu, điều này giúp cho bệ di động luôn chuyển động song song với bệ cố định Mỗi cánh tay gồm một trục xoay( Revolute joint) là khớp dẫn động (đặt tại các điểm 𝐵𝑖 với 𝑖 = 1,2,3) và hai khớp các đăng (Universal joint) là hai khớp gắn với cơ cấu hình bình hành (đặt tại các điểm 𝐴𝑖 và 𝑃𝑖 với 𝑖 = 1,2,3)

Hình 3.1 Mô hình Robot hoàn chỉnh

Các phương án thiết kế truyền động cho Robot

Từ mục tiêu của đề tài đã đề ra, để có thể gắp các sản phẩm đang di chuyển trên băng tải, ta cần bệ di động của Robot phải chuyển động song phẳng so với bệ cố định, nên ta cần phải chọn phương án thiết kế cho cơ cấu có 3 bậc tự do

a Phương án 1:

Ba cánh tay chủ động sẽ trượt lên, trượt xuống trên ba thanh thẳng đứng (Hình 3.2)

Mỗi thanh thẳng đứng sẽ được đặt tại các đỉnh của bệ cố định với hình dạng tam giác đều Đối với phương án này, nhóm đã đề xuất sử dụng bộ truyền động đai ốc vít me để ba cánh tay có thể chuyển động trên các thanh thẳng đứng Khi sử dụng dụng bộ truyền động đai

ốc vít me sẽ làm Robot bị hạn chế về độ chính xác và tốc độ

Hình 3.2 Phương án truyền động 1

b Phương án 2:

Ở phương án này, ba cánh tay chủ động sẽ di chuyển dọc theo ba cạnh của hình chóp

tam giác đều như Hình 3.3 và ba cánh tay bị động sẽ được đặt tại ba đỉnh của một tam giác

đều Phương án này cũng gần giống với phương án 1 nhưng khoảng cách dịch chuyển của

ba cánh tay còn tùy thuộc vào chiều dài các cạnh của hình chóp

Hình 3.3 Phương án truyền động 2

c Phương án 3

Ở phương án 3, mỗi cánh tay chủ động của Robot sẽ có chuyển động quay bằng cách

sử dụng các khớp quay như Hình 3.4 Gối đỡ của mỗi trục q uay cánh tay sẽ được đặt tại

các đỉnh của bệ trên Với phương án 3 được đưa ra thì các cánh tay chủ động được thiết

kế dài hơn và tạo chuyển động quay chứ không phải chuyển động tịnh tiến như phương

án 1 và phương án 2

Hình 3.4 Phương án truyền động 3

Lựa chọn phương án chuyển động

Bảng 3.1 Đặc điểm của các phương án truyền động của Robot

Tốc độ chuyển động

Độ cứng vững

Không gian hoạt động Nguyên lý

Cấu trúc

bộ truyền đã làm giảm độ chính xác

Bình thường

bị hạn chế

Tương tự phương án

1 cũng là chuyển động tịnh tiến sinh

g án trên

Rất

Truyền động trực tiếp

từ động cơ đến cánh tay nên rất linh hoạt

Bình thường

Trong việc thiết kế máy nói chung và thiết kế Robot nói riêng, giảm sự rung lắc, tăng độ

chính xác và độ ổn định của Robot là điều ưu tiên Theo Bảng 3.1, với phương án 1 sẽ bị

hạn chế về độ chính xác, tính linh hoạt cũng như là phạm vi hoạt động của Robot

Tiếp theo, đối với phương án 2 thì phạm vi hoạt động của Robot đã được cải t hiện nhưng

độ chính xác và tính linh hoạt vẫn còn bị hạn chế do ma sát trượt khi chuyển động tịnh tiến Cuối cùng, sau khi xem xét yêu cầu thiết kế Robot của đề tài là ứng dụng cho việc gắp sản phẩm trên băng chuyền đang chuyển động Với mục tiêu đã đề ra, Robot cần có tính linh hoạt và độ chính xác cao mới có thể đáp ứng được nhiệm vụ đã đặt ra Nên nhóm đã

quyết định chọn phương án thiết kế mỗi cánh tay chủ động của Robot sẽ có chuyển

động quay bằng cách sử dụng các khớp quay, và đây là phương án tốt nhất trong các phương án đã đề ra

Cấu hình Robot

Nhóm giới hạn góc của 3 góc quay: -30 < 𝜃(1,2,3)< 45 (so với phương trục x).Với yêu cầu của mục tiêu đề tài đã đề ra, mô hình Delta Robot cần phải được thiết kế lựa chọn kích thước các khâu phải đảm bảo để đạt được vùng hoạt động của đầu công tác so với góc tọa

độ đã quy định: -300mm < x < 300mm, -300mm < y < 300mm và -350 < z < -550

Bảng 3.2 Số liệu kích thước thiết kế

Mô phỏng kiểm tra vùng hoạt động:

Hình 3.5 Vùng không gian hoạt động

Với vùng không gian hoạt động được vẽ bằng phần mềm mô phỏng Matlab dựa trên các kích thước đã chọn và tính toán bởi bài toán thuận với khoảng góc quay đã được giới hạn theo yêu cầu thì đã cho ra kết quả vùng không gian của Robot đạt được theo trục x và trục

y là từ -400 đến 400 và vùng hoạt động theo trục z nằm trong khoảng -350 đến -550 Với

kết quả mô phỏng, nhóm đã lựa chọn được các kích đã thiết kế ở Bảng 3.4cho mô hình của mình

Mô phỏng kết cấu Robot

Bảng 3.3 Khối lượng các chi tiết của Robot

xử lý với một thiết kế đơn giản, đáp ứng các yêu cầu để gắn khâu tác động cuối hoặc bất kỳ thành phần nào Bởi vì thực tế là Robot Delta có ba cánh tay quay giống hệt nhau, cần thiết

để thiết kế khung thích hợp cung cấp sự cố định của khớp nối đầu tiên của mỗi cánh tay theo vị trí được yêu cầu Góc giữa các mặt phẳng vuông góc với các trục của mỗi cánh tay lân cận được đặt là 120 °

Thiết kế cơ khí Robot

Khung Robot

Khung robot là thành phần quan trọng giúp nâng đỡ toàn bộ Robot và gá đặt vào vị trí làm việc Vì tính chất ứng dụng linh hoạt nên nhóm sử dụng nhôm định hình kích thước 30x30(mm) giúp robot đủ chắc chắn và có thể gá đặt thuận tiện Khung có kích thước dài x

rộng x cao lần lượt là 80 x 80 x 90 cm Thiết kế khung ở Hình 3.7

Hình 3.7 Khung robot

Thiết kế cánh tay Robot

Robot hoạt động dựa vào chuyển động của hai cánh bị động và chủ động Với cánh tay

chính (Hình 3.8) được làm từ nhôm giúp giảm khối lượng đồng thời vẫn đảm bảo độ chắc

chắn

Hình 3.8 Cánh tay chính

Với cánh tay bị động (Hình 3.9) được làm từ cacbon giúp robot nhẹ hơn, chuyển động

linh hoạt hơn

Hình 3.9 Cánh tay phụ

Các cánh tay và bệ di động được kết nối với nhau thông qua khớp chuyển động như

trong Hình 3.10

Hình 3.10 Các khớp cầu giúp robot linh hoạt

Cơ cấu gắp

Nhóm sử dụng đầu hút và động cơ hút chân không giúp gắp vật dễ dàng

Hình 3.11 Đầu hút chân không

Băng tải

Nhóm lựa chọn băng tải có tốc độ cố định 10 cm/s Qua tham khảo trên thị trường, nhóm quyết định sử dụng băng truyền có kích thước dài x rộng là 500x100 (mm)

Hình 3.12 Băng tải

Lựa chọn cơ cấu truyền động cho Robot

Với phương án thiết kế chuyển độngRobot đã được lựa chọn thì ta chỉ cần có ba động cơ

để tạo chuyển động quay bằng các khớp quay cho cánh tay chủ động

Việc truyền động từ động cơ đến các cánh tay một cách trực tiếp thì sẽ không đủ momen cho chuyển động cần thiết Do đó ta cần sử dụng hộp giảm tốc (gearbox), hộp giảm tốc có khả năng tăng momen của trục đầu ra so với trục đầu vào Điều này cho phép Robot xử lý các tải nặng hơn hoặc vận hành trong điều kiện khắc nghiệt mà không làm suy yếu hiệu suất Bên cạnh đó việc sử dụng hộp giảm tốc cũng sẽ làm Robot chuyển động chậm đi, nhưng sẽ điều khiển dễ dàng hơn, đồng thời tránh được một phản lực lớn tác động trực tiếp lên động cơ giúp cho động cơ hoạt động lâu và bền hơn

Hình 3.13 Cơ cấu bánh răng

Lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc cho Robot

Để điều khiển và giúp cho Robot vận hành được, chúng ta cần chọn động cơ cho Robot

Vì Robot nối tiếp có hệ là vòng hở nên việc chọn động cơ tương đối dễ dàng, trái lại Robot song song có hệ là vòng kín nên sẽ phức tạp hơn Vì lý do đó, nên để đơn giản cho quá trình chọn động cho Robot Delta thì nhóm đã chia ba cánh tay của Robot thành 3 cánh tay nối tiếp độc lập với nhau, mỗi cánh tay đều có dùng một hộp số giảm tốc gắn nối tiếp với động cơ Từ

đó việc lựa chọn động cơ dễ dàng hơn

Lực tử tải trọng tác dụng lên phần cánh tay 𝐵1𝐴1𝑃1 như Hình 3.14

Hình 3.14 Phân tích lực tác dụng trên Robot

Trong đó :

M là momen động cơ

𝐹𝑎, 𝐹𝑏, 𝐹𝑐 là lực tác động từ các cánh tay lên đế di động

𝐹𝑎′ là phản lực liên kết của đế di động với cánh tay robot

𝑃𝑡 là trọng lượng của tải

𝑌𝑎, 𝑋𝑎 là thành phần lực 𝐹𝑎 theo phương đứng và phương ngang

Với khối lượng tải lớn nhất mà robot có thể nâng là 0,5kg => khối lượng lớn nhất trên mỗi cánh tay là 0,5kg

Hình 3.15 Tải lớn nhất trên mỗi cánh tay

Với phân tích lực cho trường hợp cánh tay chịu lực lớn nhất như Hình 3.15, ta có thể xác

định momen động cơ M trong trường hợp tĩnh như sau:

𝑀 = (𝑚𝑡 + 𝑚𝑏𝑑+ 𝑚𝑙) 𝑔 𝐿 + 𝑚𝐿 𝑔 𝑆

= (0,5 + 0,09 + 0,35) 9,8.0,15 + 0,15 9,8.0,22 = 1,6 𝑁 𝑚 (3.1) Trong đó:

𝑚𝑡 là khối lượng tải: 𝑚𝑡 = 0,5 kg

𝑚𝑏𝑑 là khối lượng tấm đế di động: 𝑚𝑏𝑑 = 90g

𝑔 là gia tốc trọng trường 𝑔 = 10 𝑚/𝑠2

𝑚𝑙 là khối lượng cánh tay l: 𝑚𝑙 = 350g

𝑚𝐿 là khối lượng cánh tay L: 𝑚𝐿 = 150g

𝑆 là khoảng cách từ trục động cơ tới trọng tâm cánh tay L: S = 220mm

Xét trường hợp robot gắp thả sản phẩm ở vị trí biên của vùng làm việc, khi này tốc độ gắp thả là chậm nhất

Ta có thể tìm ra góc quay biến thiên của trục động cơ từ đó tìm ra tốc độ động cơ cần thiết Gọi ∆𝜃 là góc quay biến thiên khi robot gắp thả sản phẩm tại biên, dựa vào kích thước đã thiết

kế và tinh toán từ bài toán động học nghịch, ta xác định được ∆𝜃 = 45°

Với yêu cầu tốc độ gắp thả sản phẩm tối đa là 25 sản phẩm trong 1 phút, do đó 1 chu kì gắp thả sản phẩm là 2,4 s

 Tốc độ quay trung bình của động cơ là:

𝑣 = 2∆𝜃

360𝑡 60 = 2.45

360.2,4 60 = 6,25 𝑅𝑃𝑀 (3.2) Vậy Momen tối thiểu và vận tốc tối thiểu của động là 𝑀 = 1,6 𝑁 𝑚 và 𝑣 = 6.25 𝑅𝑃𝑀

Hình 3.16 Không gian làm việc của Robot

Công suất tối thiểu: 𝑃 = 𝑀.ω = M 𝑣

Nếu truyền động trực tiếp từ động cơ tới cánh tay chủ động thì momen sẽ không phù hợp nên cần 1 hộp giảm tốc để tăng momen quay đồng thời giảm vận tốc động cơ để tăng khả năng điều khiển chính xác

Với hiệu suất chung của chuyển động bánh răng ηℎ𝑠 = 0,9

Công suất cần thiết của động cơ là: 𝑃𝑐𝑡 = 𝑃

η ℎ𝑠 = 1,2𝑊 (3.4) Qua quá trình tìm hiểu về các loại động cơ AC Servo của các hãng sản xuất uy tín trên thị trường, thì nhóm chọn động cơ AC Servo của Mitshubishi có thông số như sau:

Bảng 3.4 Thông số động cơ AC Servo Mitshubishi

Hình 3.17 Động cơ AC Servo Mitshubishi

Với momen định mức của động cơ là 0,32 N.m và momen tính toán là 1,6 N.m thì ta cần hộp số có tỉ số truyền nhỏ nhất là 1,6

0,32 ≈ 5 Qua khảo sát các loại hộp số trên thị trường, ta chọn được hộp số có tỉ số truyền 1:25

Hình 3.18 Hộp số tỉ lệ 1:25

Kiểm nghiệm bền

Kiểm tra độ bền của khung máy

Chọn loại vật liệu làm khung máy là nhôm có kích thước 30x30(mm) bề dày 1,5mm Khối lượng khung : 18kg

Lực đặt lên khung: 150N

Hình 3.19 Phân tích ứng suất của khung máy

Với trọng lượng tải là 100N ứng suất lớn nhất tạo ra trên khung máy là 12,7 (Mpa) nhỏ hơn so với ứng suất cho phép của khung máy là 15 Mpa

Hình 3.20 Phân tích chuyển vị của khung máy

Với kết quả có được ta có chuyển vị lớn nhất của khung máy là 0.7 mm

=> Với kết quả phân tích trên ta kết luận được khung máy đảm bảo được an toàn khi chịu lực và có độ chuyển vị trong khoảng cho phép của chi tiết

Kiểm nghiệm độ bền cánh tay chính

Chọn loại vật liệu làm cánh tay quay là nhôm 6061

Lực đặt lên cánh tay quay: 10N

Hình 3.21 Phân tích ứng suất cánh tay chính

Với trọng lượng tải là 10N ứng suất lớn nhất tạo ra trên cánh tay quay là 6.1 (Mpa) nhỏ hơn so với ứng suất cho phép của cánh tay là 55 Mpa