Đồ án môn học kỹ thuật robot đề tài fanuc robot 01 (khớp 1 2 3

LỜI NÓI ĐẦUĐể hoàn thành tiểu luận này, nhóm xin gư뀉i lời c#m ơn chân thành đến:Ban giám hiệu trường Đại Học Sư phạm kỹ thuật Thành ph Ā Hồ Chí Minh v8 đã tạo điều kiện về cơ sơꄉ vật chấ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -⸙∆⸙ -

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Nhận xét của giáo viên

Bằng chữ:

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Để hoàn thành tiểu luận này, nhóm xin gư뀉i lời c#m ơn chân thành đến:

Ban giám hiệu trường Đại Học Sư phạm kỹ thuật Thành ph Ā Hồ Chí Minh v8 đãtạo điều kiện về cơ sơꄉ vật chất c>ng như hệ th Āng giáo dục, giúp cho chúng em tiếp thu

t Āt những kiến thức nền t#ng và cCn thiết để vận dụng vào đồ án, đồng thời làm hànhtrang cho chă Eng đường sau này

Xin c#m ơn giáo viên hướng dẫn - ThCy Đă Eng Xuân Ba đã chH dạy tận t8nh, chi tiết

và động viên tinh thCn giúp chúng em có đủ kh# năng hoàn thành đồ án này Xin c#m ơncác anh trợ gi#ng đã nhiệt t8nh hỗ trợ và giúp nhóm có thể thêm những kiến thức cCn thiếttrong quá tr8nh thực hiện đề tài

Một lCn nữa, chúng em xin kính chúc qu礃Ā thCy cô dồi dào sức khỏe và thành công

Kết n Āi giao diện điều khiển, điều khiển hoạt động robot.

Chạy thực nghiệm robot thực tế

TuCn 16 Hoàn thiện thực nghiệm mô h8nh Viết báo cáo (word và

(13/12 – 19/12) powerpoint).

MỤC LỤC

CHƯƠNG 01 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực cánh tay robot 1

1.3 Ứng dụng tiêu biểu 3

1.4 Tổng quan về robot Fanuc và ứng dụng 4

1.5 Giới hạn đề tài 6

1.6 Phương pháp nghiên cứu 6

1.7 Tóm tắt nội dung đề tài 7

CHƯƠNG 02 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 Nguyên lý hoạt động 8

2.2 Tính toán động học robot 8

2.2.1 Bảng DH 8

2.2.2 Động học thuận, nghịch 10

2.2.3 Phương trình động học robot 11

2.2.4 Thiết kế bộ điều khiển 14

2.3 Phần mềm hỗ trợ 23

2.3.1 Phần mềm Matlab-simulink 23

2.3.2 Phần mềm Solidworks 25

2.3.3 Phần mềm Arduino IDE 26

2.3.4 Phần mềm Visual Studio Code (VS Code) 27

2.3.5 Phần mềm QT Designer 28

CHƯƠNG 03 THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT 30

3.1 Thiết kế mô hình 3D dùng Solidworks 30

3.1.1 Thiết kế đế robot 30

3.1.2 Thiết kế khâu 1 32

3.1.3 Thiết kế khâu 2 34

3.1.4 Thiết kế khâu 3 36

3.2 Lựa chọn thiết bị 37

3.2.1 Vi xử lý trung tâm (Arduino) 37

3.2.2 Động cơ bước khớp 1 37

3.2.3 Động cơ bước khớp 2 39

3.2.4 Driver điều khiển động cơ bước khớp 1,2 40

3.2.5 Động cơ DC khớp 3 41

3.2.6 Các thiết bị khác 43

CHƯƠNG 04 THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOT 46

4.1 Thi công phần cứng 46

4.2 Xây dựng giao diện điều khiển 48

4.2.1 Xây dựng giao diện kết nối Arduino 49

4.2.2 Xây dựng giao diện điều khiển chế độ Manual 51

4.2.3 Xây dựng giao diện điều khiển chế độ Auto 52

CHƯƠNG 05 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 53

5.1 Mô phỏng bằng Matlab 53

5.1.1 Kiểm chứng động học thuận, động học nghịch 53

5.1.2 Kiểm chứng phương trình động lực học 54

5.1.3 Kiểm chứng PID 55

5.1.4 Kiểm chứng Fuzzy 58

5.2 Chạy mô hình thực tế 61

5.2.1 Thực nghiệm PID cho khớp 3 61

5.2.2 Chạy chế độ Manual 62

5.2.3 Chạy chế độ Auto 64

CHƯƠNG 06 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68

6.1 Kết luận 68

6.2 Hướng phát triển 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 70

MỤC LỤC HÌNH ẢNH Chương 01 Tổng quan

Hình 1.1 Cánh tay robot gấp s#n phẩm 2

Hình 1.2 Robot di động-máy bay không người lái UAV 2

Hình 1.3 Robot mô phỏng hành vi con người 3

Hình 1.4 Ứng dụng robot trong lắp ráp ô tô 3

Hình 1.5 Ứng dụng robot trong gia công cơ khí 4

Hình 1.6 Ứng dụng robot trong b Āc xếp háng hóa 4

Hình 1.7 Robot hàn Fanuc Robot Arcmate 100i M6i RJ3 5

Hình 1.8 Robot Gắp Fanuc R-2000iD 5

Hình 1.9 Robot Fanuc Collaborative Robot CR-4iA 6

Chương 02 Cơ sở lý thuyết Hình 2.1 Mô h8nh robot và đặt trục t Āi ưu 9

Hình 2.2 Sơ đồ kh Āi bộ điều khiển PID 17

Hình 2.3 Bộ điều khiển PID cho 3 khớp của robot 18

Hình 2.4 Kh Āi DYNAMIC VECTOR 18

Hình 2.5 Bộ điều khiển Fuzzy cho 3 khớp robot 20

Hình 2.6 Kh Āi Fuzzy logic 2 ngõ vào 21

Hình 2.7 Hai ngõ vào e và e_dot 22

Hình 2.8 Ngõ ra kh Āi Fuzzy logic 22

Hình 2.9 Các luật mờ trong kh Āi Fuzzy logic 23

Hình 2.10 Giao diện phCn mềm Matlab 24

Hình 2.11 Giao diện và thư viện công cụ Simulink 25

Hình 2.12 Giao diện phCn mềm Solidworks 26

Hình 2.13 Giao diện phCn mềm Arduino IDE 27

Hình 2.14 Giao diện phCn mềm Visual Studio Code 28

Hình 2.15 Giao diện phCn mềm QT Designer 29

Hình 2.16 Driver điều khiển động cơ bước Microstep 3.5A 40VDC 40

Chương 03 Thiết kế mô hình robot Hình 3.1 Thiết kế đế robot 30

Hình 3.2 PhCn đế khi được lắp các thiết bị khác vào 31

Hình 3.3 Khâu một robot 32

Hình 3.4 Các thiết kế Khâu môt 33

Hình 3.5 Các kích thước khâu một 34

Hình 3.6 Thiết kế khâu hai robot 35

Hình 3.7 Khâu hai được tạo thêm ngôi sao để tăng tính thẩm mỹ 36

Hình 3.8 Khâu ba của robot 36

Hình 3.9 Arduino Mega 2560 R3 37

Hình 3.10 Động cơ bước gi#m t Āc Nema 17 tH s Ā 3969/289 38

Hình 3.11 Động cơ bước gi#m t Āc Nema 17 tH s Ā 57/11 39

Hình 3.12 Driver điều khiển động cơ bước Microstep 3.5A 40VDC 40

Hình 3.13 Động Cơ DC Servo GM25-370 DC Geared Motor 41

Hình 3.14 Mạch cCu H 42

Hình 3.15 Mạch cCu H dùng BJT 42

Hình 3.16 Mạch điều khiển động cơ DC L298N 43

Chương 04 Thi công mô hình robot Hình 4.1 PhCn đế robot sau khi in 3d và sơn màu 46

Hình 4.2 Khâu 1 robot sau khi in 3D và sơn màu 47

Hình 4.3 Khâu 2 robot sau khi in 3D và sơn màu 47

Hình 4.4 Khâu 3 robot sau khi in 3D và sơn màu 48

Hình 4.5 Mô h8nh robot sau khi lắp ráp hoàn thiện 48

Hình 4.6 Màn h8nh bắt đCu giao diện điều khiển 49

Hình 4.7 Màn h8nh Setting Connection khi chưa kết n Āi Arduino 50

Hình 4.8 Màn h8nh Setting Connection khi đã kết n Āi với Arduino 50

Hình 4.9 Màn h8nh Manual Mode 51

Hình 4.10 Màn h8nh Auto Mode 52

Hình 4.11 Màn h8nh Drawing 53

Chương 05 Kết quả thực nghiệm Hình 5.1 Kiểm chứng động học nghịch 53

Hình 5.2 Kiểm chứng động học thuận 54

Hình 5.3 Kiểm chứng động học robot theo phương y (không điều khiển) 55

Hình 5.4 Kiểm chứng động học robot theo phương z (không điều khiển) 55

Hình 5.5 Đáp ứng PID khớp 1 56

Hình 5.6 Đáp ứng PID khớp 2 57

Hình 5.7 Đáp ứng PID khớp 3 57

Hình 5.8 Hành vi robot với bộ điều khiển PID 58

Hình 5.9 Đáp ứng Fuzzy khớp 1 59

Hình 5.10 Đáp ứng Fuzzy khớp 2 59

Hình 5.11 Đáp ứng Fuzzy khớp 3 60

Hình 5.12 Hành vi robot với bộ điều khiển Fuzzy 60

Hình 5.13 Thực nghiệm PID khớp 3 góc 450 61

Hình 5.14 Thực nghiệm PID khớp 3 góc 900 61

Hình 5.15 Giao diện điều khiển Manual - vị trí 01 62

Hình 5.16 Robot làm việc ơꄉ vị trí 01 62

Hình 5.17 Giao diện điều khiển Manual - vị trí 02 63

Hình 5.18 Robot làm việc ơꄉ vị trí 02 63

Hình 5.19 Màn h8nh lúc bắt đCu chế độ auto 64

Hình 5.20 Giao diện điều khiển Auto - vị trí P1 64

Hình 5.21 Robot di chuyển đến vị trí P1 65

Hình 5.22 Giao diện điều khiển Auto - vị trí P2 65

Hình 5.23 Robot di chuyển đến vị trí P2 66 Hình 5.24 Giao diện điều khiển Auto - vị trí P3 66 Hình 5.25 Robot di chuyển đến vị trí P3 67

Hình 5.23 Robot di chuyển đến vị trí P2

Hình 5.24 Giao diện điều khiển Auto - vị trí P3

69

Hình 5.25 Robot di chuyển đến vị trí P3

70

CHƯƠNG 06 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1 Kết luận

Nh8n chung nhóm đã gi#i quyết được các yêu cCu và mục tiêu đặt ra khi thực hiện

đề tài Nhóm tính toán và mô phỏng kiểm chứng được động học thuận và nghịch củarobot Thiết kế, tính toán và lựa chọn các thiết bị phù hợp cho robot Tiến hành thi công

và lắp ráp mô h8nh robot thực tế

Nhóm c>ng xây dựng được giao diện điều khiển và giám sát hoạt động robot dựatrên ngôn ngữ lập tr8nh Python Nghiên cứu và sư뀉 dụng board mạch Arduino c>ng nhưphCn mềm Arduino IDE để điều khiển robot làm việc Bên cạnh đó nhóm c>ng nghiên

cứu và sư뀉 dụng driver điều khiển động cơ bước điều khiển hai khớp 1,2 của robot

Tiến hành kết n Āi và chạy mô phỏng thực tế được trên mô h8nh thật Điều khiển,giám sát và thu thập dữ liệu tr# về trên màn h8nh giao diện điều khiển đã thiết kế Có thểđánh giá các bộ điều khiển và hành vi robot, từ đó rút ra các hạn chế cCn c#i thiện trongquá tr8nh thực hiện đề tài

6.2 Hướng phát triển

Trong tương lai, nhóm mu Ān phát triển thêm các phCn điều khiển nâng cao chorobot Có thể lưu 礃Ā đến một s Ā hướng phát triển như ứng dụng xư뀉 l礃Ā #nh và nhận diệngiọng nói Nhóm sẽ nghiên cứu phát triển thêm ứng dụng xư뀉 l礃Ā #nh điều khiển robot nhậndiện và đi chuyển đến các vị trí h8nh #nh theo mong mu Ān Bên cạnh đó nhóm c>ng sẽphát triển thêm phCn nhận diện giọng nói để điều khiển trực tiếp robot bằng giọng nói màkhông cCn thông qua các nút nhấn điều khiển

Song song đó, nhóm c>ng nghiên cứu và c#i thiện một s Ā chi tiết robot CCn c#ithiện kết cấu cơ khí để tăng tính thẩm mỹ và độ bền vững Cùng với đó là điều chHnh PIDcho động cơ khớp 3 để tăng độ chính xác cho robot trong lúc làm việc

71

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đinh Mạnh Hùng, Đào Tùng Linh, “Đồ án t Āt nghiệp-Thiết kế và điều khiểnlinh hoạt robot 7 bậc tự do”, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM, năm 2021.[2] Huỳnh Thái Hoàng, Nguy…n Thị Phương Hà, “L礃Ā thuyết điều khiển tự động”,NXB Đại học Qu Āc gia TP HCM, năm 2005

[3] Huỳnh Thái Hoàng, “L礃Ā thuyết điều khiển nâng cao”, NXB Đại học Qu Āc gia

TP HCM, năm 2014

[4] John J.Craig, “Introduction to Robotics”, Pearson Education International,2005

72

PHỤ LỤC Code Arduino

AccelStepper stepper1(1, pulse1, dir1);

AccelStepper stepper2(1, pulse2, dir2);

#define IN1 4

#define IN2 5

double T, xung;

double vitri, vitridat;

double E, E1, E2;

double alpha, beta, gamma, Kp, Kd, Ki;

double Output, LastOutput;

Encoder myEnc(chA, chB);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////void setup() {

Serial.setTimeout(50);

Serial.begin(9600);

while(!Serial) {;}

//////////////////////////////////STEP//////////////////////////// stepper1.setMaxSpeed(90000);

stepper1.setAcceleration(2000);

stepper2.setMaxSpeed(10000);

stepper2.setAcceleration(1500);

///////////////////////////////////// SETUP TIMER//////////////////////// Timer1.initialize(400000);

Timer1.attachInterrupt(printserial);

74

76

int lenData=data.length();

77

for (int i=0; i<lenData;i++)

{

xung=myEnc.read();

78

{

analogWrite(6, abs(Output)); digitalWrite(4, LOW);