Theo viện nghiên cứu Robot của Mỹ đề xuất định nghĩa: “Robot công nghiệp là tay máy vạn năng hoạt động theo chương trình và có thể lập trình lại để hoàn thành và nâng cao hiệu quả hoàn t
lOMoARcPSD|39270902 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do Giáo viên hướng dẫn: Ths LÊ NGỌC DUY 2017600781 2017600874 Nhóm sinh viên thực hiện: VŨ MINH ĐỨC 2017601597 ĐỖ ĐỨC HIẾU NGUYỄN HUY HOÀNG Hà Nội – 2021 1 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀNỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên sinh viên: MSSV: 2017600781 Lớp: CĐT1 Khóa: 12 MSSV: 2017600874 Lớp: CĐT1 Khóa: 12 1 Vũ Minh Đức MSSV: 2017601597 Lớp: CĐT1 Khóa: 12 2 Đỗ Đức Hiếu 3 Nguyễn Huy Hoàng Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do Mục tiêu đề tài : Phân tích, tổng hợp và đề xuất giải được pháp cho các vấn đề kỹ thuật liên quan đến quá trình điều khiển rô bốt Scara Vận dụng được các kiến thức về cơ khí, điện, điện tử, điều khiển và tích hợp để thiết kế, chế tạo một hệ thống tự động, hệ thống cơ điện tử Sử dụng được các phần mềm chuyên dụng để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ điện tử Lựa được chọn linh kiện, thiết bị và lắp ráp hoàn chỉnh một sản phẩm cơ điện tử Có khả năng tổng hợp, viết báo cáo, trình bày và phản biện khoa học Kết quả dự kiến (Phần này liệt kê các nội dung, kết quả chính cần đạt được của ĐA/KLTN và phải bám sát mục tiêu đề tài) Thiết kế, chế tạo mô hình rô bốt Scara Lập trình thuật toán điều khiển theo điều khiển Thời gian thực hiện: từ 22/03/2021 đến 09/05/2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) TS Nguyễn Văn Thiện 2 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 NỘI DUNG THỰC HIỆN SV thực hiện 1 Bố cục thuyết minh đề tài: Vũ Minh Đức Nội dung nghiên cứu Đỗ Đức Hiếu Nguyễn Huy Hoàng Chương 1: Tổng quan về rô bốt Scara 1.1 Lịch sử nghiên cứu Vũ Minh Đức 1.2 Mục tiêu của đề tài Nguyễn Huy Hoàng 1.3 Phương pháp thực hiện đề tài Chương 2: Mô hình toán học rô bốt Scara Đỗ Đức Hiếu 2.1 Tính toán lựa chọn phương pháp điều khiển Nguyễn Huy Hoàng 2.3 Mô hình toán học hệ thống điều khiển Vũ Minh Đức Chương 3: Tính toán, thiết kế rô bốt Scara Đỗ Đức Hiếu 3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí 3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống điện, điện tử SV thực hiện 3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển Đỗ Đức Hiếu Kết luận Nguyễn Huy Hoàng Vũ Minh Đức 2 Bản vẽ: TT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 Bản vẽ lắp hệ thống cơ khí A0 1 A1 1 2 Bản vẽ hệ thống điều khiển A1 1 3 Lưu đồ thuật toán điều khiển 3 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 3 Mô hình/ sản phẩm (nếu có) Trình bày ngắn gọn thông số kỹ thuật cơ bản của mô hình/ sản phẩm Nội dung công việc SV thực hiện Chế tạo, lắp ráp hệ thống cơ khí Đỗ Đức Hiếu Lắp ráp mạch điều khiển Nguyễn Huy Hoàng Lập trình hệ thống điều khiển Vũ Minh Đức * Ghi chú: Nhiệm vụ của sinh viên trong đề tài có thể phân công theo chương hoặc theo các nội dung công việc 4 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 MỤC LỤC MỤC LỤC .5 DANH MỤC HÌNH ẢNH 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU 9 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 11 1.1 Lịch sử nghiên cứu .11 1.1.1 Sơ lược lịch sử quá trình phát triển của robot công nghiệp .11 1.1.2 Giới thiệu chung về cánh tay robot 14 1.2 Mục tiêu của đề tài .16 1.3 Phương pháp thực hiện đề tài .17 CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ROBOT SCARA 19 2.1 Tính toán, lựa chọ phương pháp điều khiển .19 2.1.1 Phương pháp Denavit – Hartenberg(D-H) 19 2.1.2 Ma trận thuần nhất của các hệ trục tọa độ theo quy tắc D-H .20 2.2 Mô hình toán học hệ thống điều khiển .21 2.2.1 Phương trình động học thuận .21 2.2.2 Phương trình động học nghịch 23 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT SCARA 26 3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí .26 3.1.1 Yêu cầu thiết kế 26 3.1.2 Mô hình thiết kế tay máy 3 bậc tự do .26 3.1.3 Tính toán lực tác động, công suất cần thiết 27 3.1.4 Tính toán bộ truyền đai 30 3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống điện, điện tử 33 3.2.1 Tính toán lựa chọn vi điều khiển 33 3.2.2 Chọn động cơ điều khiển 34 3.2.3 Driver điều khiển động cơ 36 3.2.4 Công tắc hành trình 37 3.3 Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển 38 3.3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển 38 3.3.2 Mô hình hóa mô phỏng 40 5 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 3.3.3 Phần mềm lập trình 43 3.4 Tổng hợp và tích hợp hệ thống 45 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 6 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Robot tay máy 11 Hình 1.2 Robot Scara 12 Hình 1.3 Robot công nghiệp của hãng Tosy Robotics, Việt Nam 13 Hình 1.4 Xưởng hàn thân xe của hãng xe VinFast .14 Hình 1.5 Robot tay máy 6 bậc tự do .15 Hình 1.6 Robot tay máy hàn ứng dụng trong công nghiệp 16 Hình 2.1 Quy tắc đặt các trục tọa độ 19 Hình 2.2 Đặt hệ trục tọa độ lên các khâu của robot 21 Hình 2.3 Bài toán động học nghịch 23 Hình 3.1 Mô hình Robot tay máy Scara .27 Hình 3.2 Mô hình thiết kế 27 Hình 3.3 Lực tác dụng khâu 2 .28 Hình 3.4 Biểu đồ momen khâu 2 29 Hình 3.5 Puli chủ động 32 Hình 3.6 Puli bị động 32 Hình 3.7 Dây đai truyền động .33 Hình 3.8 Vi điều khiển STM32F103C8T6 33 Hình 3.9 Động cơ bước điều khiển .35 Hình 3.10 Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước A4988 36 Hình 3.11 Công tắc hành trình 37 Hình 3.12 Tiếp điểm thường mở 38 Hình 3.13 Tiếp điểm thường đóng 38 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm .38 Hình 3.15 Lưu đồ thuật toán điều khiển .39 Hình 3.16 Mô hình thiết kế sơ bộ 40 Hình 3.17 Mô hình Simulink của robot 41 Hình 3.18 Khối điều khiển chuyển động 41 Hình 3.19 Mô hình Simulink tổng quát 42 Hình 3.20 Đồ thị quy luật chuyển động, vận tốc, gia tốc của q0 43 Hình 3.21 Đồ thị quy luật chuyển động, vận tốc, gia tốc của q2 43 7 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Hình 3.22 Phần mềm STM32CubeMX 44 Hình 3.23 Phần mềm Keil C .45 8 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng thông số Denavit – Hartenberg 21 Bảng 3.1 Bảng tra mô đun chọn số răng cho bánh răng .31 9 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 LỜI MỞ ĐẦU Robot xuất hiện đã thực sự thay đổi cuộc sống của con người nói chung và nền công nghiệp nói riêng Với hầu hết mọi người, hiểu biết về robot chỉ dừng lại ở hình ảnh: những chú robot với trí thông minh nhân tạo, có thể giao tiếp, giúp đỡ việc nhà, bán hàng trong siêu thị, chăm sóc các cụ già hay trông trẻ… Nhưng họ không để ý đến vai trò đặc biệt quan trọng và sự xuất hiện ngày một nhiều của robot trong những ngành công nghiệp, chế tạo, lắp ráp và sản xuất hiện đại ở khắp các nhà máy, công xưởng trên thế giới Một trong những robot phổ biến nhất trong thế giới sản xuất là cánh tay robot Scara Cánh tay robot Scara trong hầu hết các trường hợp được lập trình và sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể, phổ biến nhất cho sản xuất, chế tạo và các ứng dụng công nghiệp Cánh tay robot công nghiệp, có thể bạn không phải là một người biết về kỹ thuật, nhưng chỉ cần nghe qua tên của nó, bạn cũng đoán được rằng để hoạt động được, nó sẽ phải tuân thủ các cấu tạo và nguyên tắc cử động giống như cánh tay của con người Thật vậy, đây là một thiết bị hoạt động theo cách tương tự như cánh tay người, với một số khớp có thể di chuyển dọc theo trục hoặc có thể xoay theo một số hướng nhất định Trên thực tế, một số cánh tay robot được cấu tạo và lập trình hoạt động với cách bắt chước các chuyển động chính xác của cánh tay con người Trong suốt quá trình nghiên cứu và thiết kế được sự hướng dẫn, góp ý tận tình của giảng viên, Ths Lê Ngọc Duy cùng với sự nỗ lực của cả nhóm, đến nay chúng em cơ bản đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế rô bốt Scara 3 bậc tự do” Do khả năng và tầm nhận thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, với khối lượng công việc đòi hỏi có sự tổng hợp cao nên thiết kế của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em mong các thầy tiếp tục chỉ bảo và giúp đỡ để chúng em chỉnh sửa thêm và vận dụng vào công việc thực tế Chúng em xin chân thành cảm ơn! 10 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com)