Thiết kế hệ thống điều khiển robot gắp hàng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGUYỄN TÍNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT GẮP HÀNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đà nẵng, tháng 12/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT GẮP HÀNG CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG GVHD : ThS LÊ PHƯỢNG QUYÊN SVTH : NGUYỄN TÍNH LỚP : K25-EDT2 MSSV : 25211709993 Đà Nẵng, 12/2023 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp 4.0 đang phát triển mạnh mẽ, ngành công nghiệp tự động hóa và robot hóa đang trở thành xu hướng quan trọng để nâng cao hiệu suất và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực Trong tương lai gần, cánh tay robot gắp hàng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc tự động hóa quy trình đóng gói và vận chuyển hàng hóa Đặc biệt, khả năng của cánh tay robot gắp các đối tượng có hình dáng và kích thước đa dạng của các đối tượng cần xử lý Mục tiêu của luận án này là khám phá cách để cải thiện hiệu suất và khả năng linh hoạt của cánh tay robot trong việc xử lí hàng hóa Trong thực tế, việc gắp các đối tượng có kích thước, hình dáng, và vị trí khác nhau đòi hỏi sự kết hợp của nhiều kỹ thuật và thuật toán phức tạp Đồ án sẽ bao gồm việc thiết kế, triển khai, và đánh giá hiệu suất của một hệ thống tự động tích hợp, bao gồm một cánh tay robot và đầu tool Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và robot hóa, hy vọng rằng nghiên cứu này sẽ đóng góp một phần nhỏ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và vận hành trong nhiều lĩnh vực và đồng thời giảm thiểu công sức lao động, làm cho tương lai tự động hóa trở nên phát triển hơn Và cuối cùng em mong nhận được sự đánh giá và góp ý của thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan với Ban giám hiệu nhà trường đây là đề tài do em nghiên cứu và thực hiện thành đồ án hoàn toàn Tất cả các dữ liệu thử nghiệm và kết quả trong luận án này là trung thực và chưa từng bị biến đổi hay làm sai lệch mục đích nghiên cứu Em đã tuân thủ tất cả các nguyên tắc nghiên cứu và quy trình thí nghiệm để đảm bảo tính khách quan và đáng tin cậy của thông tin được trình bày trong luận án Cuối cùng, em cam đoan rằng luận án này đã được hoàn thành với tinh thần nghiêm túc và tận tâm, với mong muốn mang lại đóng góp ý nghĩa cho lĩnh vực robot hóa Đây cũng là nghiên cứu đầu tiên không tránh được những sai sót Vì thế hi vọng rằng nhận đước các đánh giá từ các thầy cô để cải thiện và phát triển hệ thống này hơn Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2023 SVTH : Nguyễn Tính LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của đồng nghiệp, gia đình và bạn bè Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô, giảng viên, và đặc biệt là người hướng dẫn em cô Lê Phuợng Quyên đã dành thời gian và kiến thức của mình để giúp em phát triển kiến thức và kỹ năng Sự dẫn dắt và sự khích lệ của cô đã giúp em vượt qua những khó khăn và hoàn thành đồ án như kì vọng Ngoài ra, biết ơn ngôi trường Đại Học Duy Tân đã cho em rất nhiều kiến thức trong chuyên nghành mà mình đang theo đuổi và những kiến thức cuộc sống bên lề Tạo ra một môi trường cho em và tất cả các bạn có chung niềm đam mê kĩ thuật được sống với những ước mơ Những lời cảm ơn này không đủ lớn để thể hiện lòng biết ơn thật sự của em đối với tất cả những người đã ảnh hưởng tích cực đến cuộc đời và sự phát triển của em Nhưng một lần nữa em muốn nói là : Xin chân thành cảm ơn mọi người! Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2023 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1 1.1 :Lí do chọn đề tài .2 1.2 :Ý tưởng và mục tiêu 3 1.2.1 :Ý tưởng .3 1.2.2 :Mục tiêu 3 1.3 :Vấn đề cần đặt ra .4 1.4 :Phương pháp nghiên cứu 5 1.4.1 :Khảo sát một số ứng dụng của cánh tay robot trong thực tế 5 1.4.2 :Thiết kế mô hình thử nghiệm 5 1.4.3 :Thiết kế sơ đồ và lắp ráp mô hình .6 1.5 :Xây dựng hệ thống điều khiển 6 1.5.1 :Khắc phục các lỗi mắc phải trong quá trình làm .6 1.5.2 :Kết luận .6 1.6 :Kết quả dự kiến .6 CHƯƠNG 2: Tính toán và lựa chọn thiết bị cho máy nâng cấp giấy 8 2.1 :Cấu trúc cơ bản .8 2.2 :Tính toán lựa chọn thiết bị 8 2.2.1 :Giới thiệu Board PLC FX3U-32MT 8 2.2.2 :Động cơ step 11 2.2.3 :Driver step .13 2.2.4 :Trục vít me 17 2.2.5 :Cảm biến quang 21 2.2.6 :Linh kiện hỗ trợ .22 2.2.7 :Ngôn ngữ lập trình 25 CHƯƠNG 3: Giới thiệu thiết bị cho cơ cấu hệ thống robot .26 3.1 :Cánh tay robot FR5 .26 3.1.1 :Giới thiệu về robot FR5 26 3.1.2 :Giới thiệu về họp điều khiển robot 29 3.2 :Van điện từ 30 3.3 :Cảm biến áp suất 31 CHƯƠNG 4: Thiết kế thuật toán điều khiển 32 4.1 : Thuật toán điều khiển cho bàn nâng .32 4.1.1 :Sơ đồ khối .32 4.1.2 :Lưu đồ thuật toán 32 4.1.3 : Sơ đồ nguyên lý .33 4.2 :Thuật toán điều khiển Robot 34 4.2.1 :Sơ đồ khối .34 4.2.2 :Lưu đồ thuật toán 35 4.2.3 : Sơ đồ nguyên lý .36 CHƯƠNG 5: Thiết kế và thi công mô hình 37 5.1 :Mô hình trên solidword 37 5.2 : Cài đặt và lập trình robot 38 CHƯƠNG 6: Đánh giá kết quả và cải tiến .41 6.1 :Đánh giá kết quả 41 6.2 : Cải tiến 42 6.2.1 : Sơ đồ khối 43 6.2.2 :Lưu đồ thuật toán 2 máy 44 CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT 45 7.1 :Kết quả thử nghiệm .45 Thử nghiệm lần 1: .45 Thử nghiệm lần 2: .45 7.2 : Kết quả đạt được 46 7.2.1 : Ưu điểm: 47 7.2.2 :Nhược điểm: 47 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 1: Cánh tay robot .1 Hình 1 2: máy cắt laser 2 Hình 1 3: Hình ảnh robot đang bốc và xếp hàng hóa 4 Hình 1 4: robot đang thực hiện công việc cấp giấy cho máy laser 4 YHình 2 1: board PLC FX3U-32MT 8 Hình 2 2: Hình ảnh cổng kết nối 10 Hình 2 3: Hình ảnh sơ đồ chân board FX3U-32MT 10 Hình 2 4: Hình ảnh động cơ step 57 BYGH 13 Hình 2 5: Hình ảnh driver ZD-2HA860 .14 Hình 2 6: Hình ảnh cài chế độ cho driver 16 Hình 2 7: Hình ảnh trục vit me đã được lắp đặt 18 Hình 2 8 :Hình ảnh gối đỡ trục 19 Hình 2 9: Hình ảnh đai ốc được gắn vào trục vít me 20 Hình 2 10: Hình ảnh cảm biến tiệm cận PL05N 20 Hình 2 11: Hình ảnh cảm biến BRQM100-DDTA Autonics .21 Hình 2 12: Hình ảnh cảm biến quang OMRON E3JK-DR12 22 Hình 2 13: Hình ảnh nguồn tổ ong .22 Hình 2 14: Hình ảnh nút nhấn 23 Hình 2 15: Hình ảnh nút dừng khẩn cấp 24 Hình 2 16: Hình ảnh công tắc 24 Hình 2 17: Ứng dụng GXWorks2 25 Hình 2 18: Giao diện ứng dụng GXWorks2 25 Y Hình 3 1: Robot FR5 26 Hình 3 2: Phạm vi di chuyển của robot cộng tác mô hình FR5 28 Hình 3 3: Hệ tọa độ tham số Robot DH .28 Hình 3 4: Sơ đồ chân I/O hộp điều khiển 29 Hình 3 5: Giao diện với người dung của robot 29 Hình 3 6: Van điện từ khí nén 30 Hình 3 7: Cảm biến áp suất SMC 31 YHình 4 1: Hình ảnh lắp đặt 34 YHình 5 1: Sơ đồ bó trí cơ cấu 37 Hình 5 2 :Máy nâng giấy 37 Hình 5 3: Lắp đặt robot với box 38 Hình 5 4: Giao diện đăng nhập 38 Hình 5 5 :Sơ đồ giao diện ban đầu của hệ thống 39 Hình 5 6: Giao diện chương trình lập trình 40 YHình 6 1: Hình máy robot và máy lazer 41 Hình 6 2: Sơ đồ bố trí cho 2 máy lazer (solid work) 42 Hình 6 3: Sơ đồ bố trí Thực tế 43 Y DANH MỤC CÁC B Bảng 2 1 :Thông số FX3U-32MT 11 Bảng 2 2 :Nguồn cho driver và đầu ra cho động cơ 15 Bảng 2 3 :Các chân điều khiển động cơ của driver 15 Bảng 2 4 :Cài đặt dòng điện hoạt động 16 Bảng 2 5 :Cài đặt phân giải vi bước 17 Y Bảng 3 1 :Thông tin cơ bản .26 Bảng 3 2 :Thông số các khớp 27 Bảng 3 3 :Thông số kỹ thuật van điện từ 30 Bảng 7 1 :Thử nghiệm lần 1 45 Bảng 7 2 :Thử nghiệm lần 2 46