thiết kế điều khiển cánh tay robot 4 bậc gấp bia

111Equation Chapter 1 Section 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆTNAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNGKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬONG BẢO VINHTHIẾT KẾ & ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT 4 BẬC GẤP BIAĐỒ ÁN THIẾT KẾ

Trang 1

111Equation Chapter 1 Section 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT

NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ONG BẢO VINH

THIẾT KẾ & ĐIỀU KHIỂN

CÁNH TAY ROBOT 4 BẬC GẤP BIA

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ NÂNG CAO

KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Trang 2

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023

Trang 3

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ONG BẢO VINH

THIẾT KẾ &ĐIỀU KHIỂN

CÁNH TAY ROBOT 4 BẬC GẤP BIA

KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn

TS Nguyễn Hoàng Nam

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành môn học đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử này em xin gửi lờicảm ơn chân thành đến: Ban giám hiệu trường Đại học Tôn Đức Thắng vì đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất với hệ thống thư viện hiện đại, đa dạng các loại sách, tài liệu thuận lợi cho việc tìm kiếm và nghiên cứu thông tin

Xin cảm ơn giảng viên hướng dẫn-thầy Nguyễn Hoàng Nam đã đồng hành, hướng nhiệt tình, chi tiết để em có thể hoàn thành môn học đồ án thiết kế hệ thống

cơ điện tử này suôn sẻ

Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đồ án, viết báo cáo cũng như hạn chế về kiến thức nên trong đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và phê bình từ phía thầy để môn học đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử của em được hoàn thiện hơn

TP Hồ Chí Minh, ngày 8 tháng 1 năm 2024

Tác giả

Trang 5

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Tôn Đức Thắng

(Ghi rõ học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

Đồ án thiết kế nâng cao được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá Đồ án thiết kế nâng

cao của Trường Đại học Tôn Đức Thắng vào ngày 08 /01/2024

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Đồ án thiết kế nâng cao và Trưởng khoaquản lý chuyên ngành sau khi nhận Đồ án thiết kế nâng cao đã được sửa chữa

Trang 6

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH

TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sựhướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Hoàng Nam Các nội dung nghiên cứu, kếtquả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trướcđây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánhgiá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệutham khảo

Ngoài ra, trong Đồ án tốt nghiệp/ tổng hợp còn sử dụng một số nhận xét,đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có tríchdẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung Đồ án thiết kế nâng cao của mình Trường Đại học Tôn Đức

Thắng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trongquá trình thực hiện

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên)

Trang 7

(Trang này dùng để đính kèm Nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp có chữ ký củaGiảng viên hướng dẫn)

Trang 8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

-CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc -

LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Ong Bảo Vinh

Lớp: 20040401 MSSV: 42000625

Tên đề tài: THIẾT KẾ & ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT 4 BẬC GẤP BIA

Đã thực hiện Tiếp tục thực hiện

03 Phác thảo được bản

vẽ và hình dung biên

dạng

Thực hiện vẽ trênphần mềm solidwork

Đánh giá khối lượng hoàn thành 50%

được tiếp tục thực hiện Đồ án thiết kế nângcao

09

Trang 9

thiết kế nâng

cao

Đã hoàn thành 100% Đồ án thiết kế nâng cao

được bảo vệ Đồ Án

Trang 10

THIẾT KẾ & ĐIỀU KHIỂN

CÁNH TAY ROBOT GẮP BIA 4 BẬC TỰ DO

Trang 11

DESIGN & CONTROLL

FOUR- FREEDOM JOINT ROBOT ARMS TO

PICK UP BEER CAN

Trang 12

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ XII DANH MỤC BẢNG BIỂU XIV DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT XV

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 16

1.1 MỤC ĐÍCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 16

1.2 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI 17

1.3 Ý TƯỞNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 17

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG 18

2.1 BẬC TỰ DO – DEGREES OF FREEDOM 18

2.2 CHUYỂN DỊCH VỊ TRÍ CÁC KHỚP TRÊN CÁNH TAY ROBOT 19

2.2.1 Các hệ tọa độ 19

2.2.2 Phương trình động học của Robot 21

2.3 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU BÁNH RĂNG 23

2.3.1 Thiết kế bánh răng 23

2.3.2 Cơ cấu bánh răng và thanh răng 24

2.4 ĐỘNG CƠ ERVO S 26

2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 27

2.4.2 Ứng dụng của động cơ Servo trong công nghiệp 28

2.5 ARDUINO NANO 28

CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ HỌC ỨNG DỤNG 33

3.1 SỨC BỀN VẬT LIỆU 33

3.2 TÍNH TOÁN GIỚI HẠN NÂNG CỦA CÁNH TAY ROBOT 36

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH 38

4.1 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 38 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

Trang 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Trang 14

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình_ 2-1 Ví dụ về khớp với 1 DOFs 18

Hình_ 2-4 Hệ tọa độ trong các khớp chuyển động của Robot 19

Hình_ 2-5 Các khớp và góc lệch trên robot với 6 DOFs 21

Hình_ 2-6 Giản đồ các thông số DH đối với robot 3 khâu xoay RRR 22

Hình_ 2-7 Các thông số cơ bản của bánh răng 23

Hình_ 2-8 Cơ cấu bánh răng thanh răng 25

Hình_ 2-9 Cấu tạo động cơ Servo 26

Hình_ 2-10 Cấu tạo của động cơ Servo 27

Hình_ 2-11 Arduino nano 28

Hình_ 2-12 Sơ đồ chân của Arduino Nano 30

Hình_ 3-1 Cánh tay robot trong hệ tục Oxy 33

Hình_ 3-2 Khung nền AB trong mô hình 34

Hình_ 3-3 Động cơ MG996 36

Hình_ 4-1 38

Hình_ 4-2 39

Hình_ 4-3 39

Hình_ 4-4 40

Hình_ 4-5 40

Hình_ 4-6 41

Hình_ 4-7 41

Hình_ 4-8 42

Hình_ 4-9 43

Hình_ 4-10 43

Hình_ 4-11 44

Hình_ 4-12 45

Trang 15

Hình_ 4-13 Phần thiết kế bánh răng trên Solidwork 45Hình_ 4-14 Thiết kế thanh răng cho đầu gắp 46Hình_ 4-15 46

Trang 30

Trang 28

- Bộ mã hóa có nhiệm vụ cảm biến gần đúng để xác định tốc độ quay và vị tríquay của động cơ

2.4.2 Ứng dụng của động cơ Servo trong công nghiệp

- Trong máy bay điều khiển bằng sóng vô tuyến: điều khiển vị trí và chuyểnđộng của thang máy

- Trong rô bốt: điều khiển chuyển động của robot vì khả năng bật tắt mượt mà

THIẾT KẾ ROBOT 4 BẬC TỰ DO SVTH : ONG BẢO VINH

Trang 31

Trang 29

PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trongTQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân Trong khi UNO có 6 cổng ADCthì Nano có 8 cổng ADC Bảng Nano không có giắc nguồn DC như các bomạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini-USB Cổng này được sửdụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp Tính năng hấp dẫn củaarduino Nano là nó sẽ chọn công xuất lớn nhất với hiệu điện thế của nó

- Đặc điểm kỹ thuật của Arduino Nano

Số chân analog I/O 8

Cấu trúc AVR

Tốc đô ² xung 16 MHz

Dòng tiêu thụ I/O 40mA

Số chân Digital I/O 22

Bô ² nhớ EEPROM 1 KB

Bô ² nhớ Flash 32 KB hoặc 2 KB phụ thuộc

vào BoardleaderĐiê ²n áp ngõ vào (7-12) Volts

Vi điều khiển ATmega328P

Điê ²n áp hoạt đô ²ng 5V

- Cấu trúc và chức năng của các chân trong bảng mạch

Trang 32

Chân Rx-nhâ ²n dữ liê ²u

3 RESET Đầu vào Chân reset, hoạt đô ²ng ở mức thấp

Trang 33

Tham chiếu ADC

19 A0 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 0

Trang 34

Trang 32

Đầu ra hoặcđầu vào

+ Đầu ra 5V (từ bộ điều chỉnh On-board)

hoặc + 5V (đầu vào từ nguồn điện bên ngoài)

28 RESET Đầu vào Chân đă ²t lại, hoạt đô ²ng ở mức thấp

Bảng_ 2-3 Chức năng các chân của vi điều khiển

Trang 35

- Bằng phần mềm Autocad 2021 ta, có thể minh họa hệ trục tọa độ của cánhtay robot thông qua hình mô phòng dưới đây

Hình_ 3-13 Cánh tay robot trong hệ tục Oxy

Cx

DDy

Dx

Ey

Exα

β

Trang 36

Trang 37

Trang 35

Hình_ 3-14 Khung nền AB trong mô hình

- Ứng suất chịu tải của khung nền AB được tính thông qua độ bền cơ học của vật liệu , với vật liệu chính là nhựa Mica ,thành phần hóa học là ¿¿ , tên gọi theo khoa học là Poly Methyl Methacrylate - thủy tinh hữu cơ

- Các đặc tính của tấm Mica như sau :

Chiết suất (nD) 1,4905 tại 589,3 nm

Bảng_ 3-4 Các thông số của tấm Mica

- Xét chuyển vị tại điểm C, ta có :

- Xét sơ đồ khâu rắn tự do tại D :

FDC

FDE

D

Trang 38

3.2 Tính toán giới hạn nâng của cánh tay robot

- Mẫu động cơ được dùng cho cánh tay robot lần này chính là động cơ Servo

RC MG996

Trang 39

o 0.17sec / 60 degrees (4.8V no load)

o 0.13sec / 60 degrees (6.0V no load)

Trang 40

Trang 38

- Do đó , ta có : Lực kéo của khâu DE để nâng một vật có khối lượng m lên 1

độ cao nhất định thông qua công thức

τ =F.r

F=τ

r=

0,0550,15 .(kg.m

m ).9,81(m

s2)=3,6 kg.m

s2=35,3 N

- Xét sơ đồ vector sau :

- Ta thấy để di chuyển vật từ điểm E1 đến điểm E2 khâu DE sẽ đi qua một góc

α với α là góc chiếu chiều dài L khoảng cách mà ta cần nâng vật có khốilượng m

- Do lực của khâu DE bảo toàn trong quá trình di chuyển do đó

Trang 41

Trang 39

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH

4.1 Mô hình các chi tiết khớp tay

- Với các chi tiết ở cánh tay bao gồm các hình từ 4-1 đến 4-10

- Trong đó có 2 chi tiết 4-4 được lắp hai bên thành cánh tay robot để gắn haiđộng cơ servo cho khớp số 2 và 3 (Khớp C và D), được chia thành 2 vị trí là4-4 trái và 4-4 phải, có 2 khung 4-7 để làm khung gắn động cơ servo và đầuđộng cơ servo sẽ được gắn vào khung 4-4

- Hình 4-5 làm khâu truyền gắn vào khung 4-4 bên trái, để khi di chuyển servo

ở 4-4 trái sẽ làm khớp C bắt đầu di chuyển

- Hình 4-7 sẽ được đặt trên mặt nền ở giữa hai hình 4-4 trái và 4-4 phải, để kếthợp với 4-4 phải tạo khớp nối với khâu hình 4-5 , sau đó đầu còn lại của hình4-5 sẽ nối với khung tam giác hình 4-1 tại khớp 4-1 sẽ là khớp D, và đầu cònlại của hình 4-1 sẽ nối với hình 4-2 tạo nên chuyển động của khớp D

- Và sau cùng cả hai đầu sẽ được nối với phần đầu kẹp để thực hiện kẹp chitiết

Hình_ 4-16

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Trang 45

Trang 43

Hình_ 4-23

4.2 Mô hình các chi tiết chân đế

- Chân đế được thiết kế với mục đích làm chịu tải trọng cục bộ của cánh tay do

đó chân nền hình 4-11 dduojc thiết kế để phân tán lực chia đều cho năm chân

- Chân đế 4-11 sẽ được nối với chân nền 4-10 thông qua khung trụ 4-8 vớimục đích chia đều tải trong cho từng chân

- Tại khung hình chữ nhật ở giữa chân nền 4-10 sẽ là khung thân của động cơservo và đầu còn lại của động cơ sẽ được nối với khung nền 4-9 mục đíchcủa động cơ Servo tại vị trí này nhằm giúp robot di chuyển qua lại và khớpnày là khớp số 1 trong 4 khớp tự do của cánh tay robot

Trang 46

Trang 47

Trang 45

Hình_ 4-26

4.3 Mô hình các chi tiết đầu kẹp

- Cơ chế kẹp lon của đầu kẹp đã được miêu tả ở phần 2.3.2 Cơ cấu bánh răng

và thanh răng

- Theo đó khung 4-12 có 3 lỗ và sẽ được bắt vít trùng với 3 lỗ tương tự trênkhung 4-15 nhằm kết nối đầu kẹp với cánh tay robot, một đầu của động cơServo sẽ được nối với bánh răng và xuyên qua lỗ tròn trên khung 4-15, nhằmtạo chuyển động quay , và tại khớp này chính là khớp tự do thứ tư tạo nênchuyển động kẹp của robot

Trang 48

Trang 46

Hình_ 4-27

Hình_ 4-28 Phần thiết kế bánh răng trên Solidwork

Trang 49

Trang 50

pp 23850-23862, 2021

Trang 51

Trang 52

Trang 50

};

std::vector<RecordedStep> recordedSteps;

bool recordSteps = false;

bool playRecordedSteps = false;

unsigned long previousTimeInMilli = millis();

const char* ssid

supported by Chrome and Opera */

}

.slidecontainer {

Trang 53

Trang 54

Trang 52

</style>

</head>

<h1 style="color: teal;text-align:center;">Hash Include Electronics</h1>

<h2 style="color: teal;text-align:center;">Robot Arm Control</h2>

<table id="mainTable" style="width:400px;margin:auto;table

Trang 55

Trang 56

var keyValue = event.data.split(",");

var button = document.getElementById(keyValue[0]);

Trang 57

button.value = (button.value == "ON") ? "OFF" : "ON" ;

button.style.backgroundColor = (button.value == "ON" ? "green" :

document.getElementById("Record").style.pointerEvents = disabled;

}

Trang 58

Trang 59

Serial.printf("Key [%s] Value[%s]\n", key.c_str(), value.c_str());

int valueInt = atoi(value.c_str());

Trang 60

Trang 61

Trang 62

Trang 63

delay(50);

}

delay(2000); // Delay before starting the actual steps

for (int i = 4; i < recordedSteps.size() && playRecordedSteps ; i++)

Trang 64

Trang 65

Trang 63

Trang 66

Mô Phỏng Hệ Thống MIMO

Tiêu đề	Thiết Kế & Điều Khiển Cánh Tay Robot 4 Bậc Gấp Bia
Tác giả	Ong Bảo Vinh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Hoàng Nam
Trường học	Trường Đại Học Tôn Đức Thắng
Thể loại	Đồ án thiết kế nâng cao
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	66
Dung lượng	1,22 MB