Đang tải... (xem toàn văn)
Mơ hình tốn học cùngvới các thơng số động họccủa robot đượcđượcdẫn ra và hiệuchỉnh nhằmtăngđộchính xácđịnh vị của cơcấu tácđộng cuối.. Experimental results show thatthe improvedmanipulat
Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH YSC5.F127 THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ ĐIÈU KHIỂN TAY MÁY SONG SONG HAI BẠC Tự DO CẢI TIẾN ĐẺ BÓC TÁCH VÀ SẮP XẾP HÀNG HOÁ TRONG QUẢN LÝ CHUỖI CƯNG ỨNG TRẦN QUỐC THỊNH1, NGUYỄN MINH CƯỜNG1, BÙI THÀNH ĐẠT1, NGUYỄN THANH TÙNG1, NGUYỄN VĂN THỌ1* }Khoa Công nghệ Điện, Trường Đại học Công nghiệp Thành phổ Hồ Chỉ Minh * nguyenvantho@iuh.edu.vn Tóm tăt Bài báo này đề xuất và thiết kế robot song song 2 bậc tự do cho các ứng dụng gắp thả vật như bốc xếp hàng hóa trong quản lý chuỗi cung ứng Mô hình toán học cùng với các thông số động học của robot được được dẫn ra và hiệu chỉnh nhằm tăng độ chính xác định vị của cơ cấu tác động cuối Bên cạnh việc thiết kế cơ khí, hệ thống điện, bộ điều khiển dùng PLC Q02UCPU và module QD75MH4 thuộc dòng Q của hãng Mitsubishi và giao diện điều khiển hực quan cũng được thiết kế và thực hiện để cho phép người dùng dễ dàng thao tác và vận hành Quỹ đạo của robot cũng được thiết kế nhằm tối ưu không gian làm việc và hoạt động hay độ hiệu quả của hệ thống Các kết quả thực nghiệm cho thấy tay máy cải tiến có tính ổn định cao, khả năng hoạt động hiệu quả trong thời gian dài, đáng tin cậy trong thực hiện các nhiệm vụ cần sự chính xác Từ khóa Robot song song, robot SCARA hai bậc tự do, PLC, động học, điểm kỳ dị DESIGN, CONSTRUCTION AND CONTROL OF AN ADVANCED 2-DOF PARALLEL ROBOT FOR sORTING/PICKING GOODS IN THE SUPPLY CHAIN AND LOGISTICS Abstract This paper proposes and designs 2-DOF parallel robot for pick-and-place applications such as picking and dropping goods in supply chain management The mathematical model along with the kinematic parameters of the robot are derived and adjusted to increase the positioning accuracy of die end effector Besides mechanical design, electrical system, controller using PLC Q02UCPU and QD75MH4 module of Mitsubishi's Q series and intuitive control interface are also designed and implemented to allow users to easily operate The trajectory of the robot is also designed to optimize the working space and operation or efficiency of the system Experimental results show that the improved manipulator has high stability, the ability to operate effectively for a long time, and is reliable in performing tasks requữing accuracy Keywords, parallel robot, 2-DOF SCARA robot, PLC, kinematic, singularity 1 GIỚI THIEL Robot gắp thả sản phẩm (Pick-and-Place Robot) là loại robot được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền sản xuất, chế tạo Việc gắp thả sản phẩm của robot này có cơ chế lặp đi lặp lại liên tục rất nhiều lần với tốc độ nhanh vì thế loại robot này đã và đang là một công cụ vô cùng cần thiết trong các dây chuyền đóng gói sản phẩm Robot gắp thả sản phẩm có rất nhiều loại, tuy nhiên nếu chúng ta sử dụng loại robot nối tiếp có cơ cấu mở rộng cánh tay ra băng tải thì sẽ chiếm diện tích lớn và chi phí gia công sẽ cao hơn Vì vậy, robot song song sẽ là giải pháp phù hợp và thiết thực nhất Robot này được lắp đặt ngược lên trên để các khâu rơi xuống dưới, qua đó chúng ta sẽ tiết kiệm không gian hơn và tốc độ di chuyển của các tay máy cũng được cải thiện hơn Quá hình nghiên cứu sẽ tìm hiểu và xây dựng cơ cấu cơ khí phù hợp cho mô hình, kế đến sẽ tiến hành lập trình và điều khiển cho robot này, cuối cùng sẽ phân tích và điều chỉnh nhằm áp dụng mô hình này vào thực tế Qua đó giúp loại robot này có thể ứng dụng tốt hơn vào lĩnh vực quản lý chuỗi cung ứng © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 289 Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH Bài báo này tập trung nghiên cứu và cải tiến loại robot có 2 khớp xoay với hệ thống dẫn động bên ngoài lấy ý tưởng dựa hên robot Delta được nghiên cứu bởi giáo sư Reymond Clavel [1] Với thiết kế hình bình hành cho các cánh tay máy, robot loại này có cơ cấu tác động cuối (End - Effector) được thiết kế phục vụ cho mục đích gắp thả sản phẩm trên các băng chuyền một cách nhẹ nhàng và linh động nhất Thực tế theo các nghiên cứu đã và đang được triển khai hên thế giới, loại robot đề tài đang nghiên cứu có tên là Diamond [2] Robot Diamond có hai hoặc một cơ cấu hình bình hành tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu sử dụng Ngoài ra, Hermes Giberti và các cộng sự đã sử dụng các xi-lanh khí nén cho loại robot này [3] Tuy nhiên, nếu chúng ta áp dụng cơ cấu khí nén trên robot thì cơ cấu này không thực sự tối ưu về không gian và khối lượng của robot, ngoài ra cơ cấu này cũng không mang tính thẩm mỹ cao Qua đó, khớp xoay được điều khiển bằng động cơ là sự lựa chọn hoàn hảo được nhiều chuyên gia đồng thuận Trên cơ sở lý thuyết này, nhiều nghiên cứu trên thế giới đã được công bố để hiệu chỉnh, tối ưu cho hệ thống 2 trục song song này Tuy nhiên các nghiên cứu trên chỉ đều là loại robot phang, không gian làm việc của robot chỉ có hai chiều Chính vì lý do đó, hướng phát hiển đề xuất là thiết kế thêm 1 bậc tự do ở phần hên của mô hình để robot có thể di chuyển theo đầy đủ 3 trục hong không gian dựa theo chế độ làm việc (-+) mà Alexandre Figielski và các cộng sự đã đề cập trong bài viết của mình [4] Hướng phát hiển này sẽ giúp robot có thể vận hành thoải mái để ứng dụng vào mục đích bóc tách và sắp xếp hàng hóa trong quản lý chuỗi cung ứng Bên cạnh đó, đề tài cũng có thể áp dụng thêm một số phương pháp hiệu chỉnh, tối ưu dựa trên các loại robot khác như robot SCARA 2 bậc tự do của Nguyễn Hoàng Dũng và các cộng sự [5], hiệu chỉnh PID bằng hệ mờ [6] hay tính toán động học của robot song song bất đối xứng nhóm 3URS [7] Nghiên cứu này sẽ là một cải tiến đáng được công nhận để nâng cấp cánh tay từ hai bậc tự do lên ba bậc tự do từ đó sẽ tăng phạm vi hoạt động phù hợp cho môi hường sản xuất yêu cầu vùng làm việc lớn hơn Hơn thế nữa, đề tài nghiên cứu này sẽ là một tư liệu tham khảo đáng giá cho các nghiên cứu chi tiết, cụ thể hơn sau này Các thiết kế này sẽ bổ sung cho các nghiên cứu về hiệu chỉnh, tối ưu hệ thống và giảm thiểu chi phí gia công sản xuất sau này Bố cục của bài báo được trình bày như sau: Phần 2 giới thiệu về mô hình toán của robot; Phần 3 sẽ trình bày về quá trình thiết kế và thi công cho robot; Phần 4 là quá trình thiết kế và lập trình điều khiển cho robot; Phần 5 là quá trình kiểm tra và đánh giá mô hình robot đã thiết kế; và Phần 6 là kết luận 2 MÔ HÌNH TOÁN ROBOT Mô hình toán robot mô tả mối quan hệ đầu vào và đầu ra đặc tả các thành phần của robot Trong bài báo này, mô hình toán sẽ bao gồm phân tích động học, hoạch định quỹ đạo và tối ưu không gian làm việc 2.1 Phân tích động học Quá hình phân tích động học sẽ phân tích chuyển động của robot hong hệ tọa độ cố định khi không xét đến các lực và moment gây ra chuyển động Cụ thể, động học mô tả mỗi quan hệ giữa các vị trí khớp với vị hí và hướng của khâu tác động cuối Động học bao gồm động học thuận và động học ngược Ngoài ra, phần này cũng sẽ phân tích động học kỳ dị để quá trình thiết kế được tối ưu hơn 2.1.1 Động học thuận Bài toán động học thuận cho phép mô tả vị trí và hướng đi của khâu tác động cuối khi biết tat cả các biến khớp của tay máy 290 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023 (YSC202 3)- ỈUH Hình 2 Động học nghịch Bài toán động học thuận cho biêt vị trí của E(x,y) trong hệ tọa độ Oxy khi biêt trước các góc qal và qa2 Dựa vào Hình 1 và các nghiên cứu của Lê Tiên Dũng và các cộng sự [8], ta xác định được: Ex = -lo + 11 cosqai + l2 cosạP1 (1) Ex = lo + 11cos