Giới thiệu về robot scorbot er9 trong phòng thí nghiệm bài 2 tính toán Động học cho robot scorbot er9

Optional: Dây cắm dự phòng khẩn cấp được trang bị khi TP không được kết nối, các driver bổ sung để điều khiển tới 12 hệ trục, bảng mạch đa cổng RS232 phụ trợ, cáp và đầu nối Tay cầm dạy

MỤC LỤC

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

BÀI 1: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT SCORBOT-ER9 TRONG PHÒNG

THÍ NGHIỆM 4

1.1 Scorbot-ER9 6

1.2 CONTROLLER B hệ thống điều khiển robot 10

BÀI 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT SCORBOT-ER9 15

2.1 Khung tọa độ Robot Scorbot-ER9 15

2.2 Lập bảng thông số D-H và tính toán các ma trận chuyển vị 16

BÀI 3: SCORBOT-ER9 LÀM VIỆC TRONG KỸ THUẬT HÀN 18

3.1 Mục tiêu 18

3.2 Công tác chuẩn bị của sinh viên 18

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các khớp của Robot Scorbot-ER9 6

Hình 1.2 Cấu trúc Robot SCORBOT-ER9 8

Hình 1.3 Động cơ cho hệ trục 1,2,3 và cho hệ trục 4, 5 8

Hình 1.4 Vị trí đĩa Encoder trên động cơ 9

Hình 1.5 Vị trí công tắc tới hạn 9

Hình 1.6 Hình ảnh bên ngoài của Controller-B 10

Hình 1.7 Mặt trước Controller-B 11

Hình 1.8 Mặt sau Controller-B 14

Hình 2.1 Khung toạ độ Robot Scorbot-ER9 15

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các phần tử của Robot Scorbot-ER9 4

Bảng 1.2 Thông số kĩ thuật cánh tay Robot 5

Bảng 1.3 Tên và chức năng các khớp robot 6

Bảng 1.4 Hệ thống truyền động của Scorbot-ER9 7

Bảng 2.1 Bảng thông số D-H 16

BÀI 1: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT SCORBOT-ER9 TRONG PHÒNG

THÍ NGHIỆM

Bảng 1.1 Các phần tử của Robot Scorbot-ER9

SCORBOT-ER IX

Cánh tay Robot

Gồm: Cáp với đầu khí nén; Phần cứng gắn với robot: 3 bulong M8x60; 8 vòng đệm M8; 8 đai ốc M8x60

Bàn kẹp: 2 tùy chọn

Bàn kẹp khí nén gồm: Van điện từ khí

nén; Phần cứng gắn với robot: 6 ốc vít 4Mx8

Bàn kẹp điện với encoder gồm: Phần cứng

gắn với robot: 4 ốc vít 4Mx10

ACL Controller-B

Gồm: Cáp nguồn 100/110/220/240V AC; cáp RS232; 3 driver cho 6 trục

Optional:

Dây cắm dự phòng khẩn cấp (được trang bị khi TP không được kết nối), các driver bổ sung để điều khiển tới 12 hệ trục, bảng mạch đa cổng RS232 phụ trợ, cáp và đầu nối

Tay cầm dạy học: Tùy chọn

Gồm: bộ phận gắn liền; dây cắm kết nối bộ nạp; hướng dẫn sử dụng tay cầm dạy học cho Controller-B

Tay cầm dạy học cho điều khiển bằng tay

Phần mềm

Đĩa ATS (Advanced Terminal Software);

bao gồm phần mềm ACLoff-line SCOBASE đĩa phần mềm Level 5 Tài liệu Hướng dẫn sử dụng SCORBOT-ER IX

Hướng dẫn sử dụng ACL Controller-B

Hướng dẫn tham khảo ACL cho

Controller-B

Hướng dẫn tham khảo ACL cho

Controller-B

Hướng dẫn sử dụng ACLoff-line Hướng dẫn tham khảo SCORBASE Level

5 cho Controller-B

Bảng 1.2 Thông số kĩ thuật cánh tay Robot

Thông số cánh tay Robot Kết cấu cơ khí Khớp dọc, đúc kín

Trục chuyển động

Trục 1: Đế

Trục 2: Vai

Trục 3: Khuỷu

Trục 4: Cổ tay

Trục 5: Quay cổ tay

Độ rộng trục

270o

145o

210o

196o

737o

Tốc độ làm việc hiệu quả

79o/giây 112o/giây

68o/giây 99o/giây

76o/giây 112o/giây

87o/giây 133o/giây

166o/giây Bán kính vận hành tối đa 691mm (27.2”) không kể bàn kẹp

Điểm tác động cuối: Tùy chọn Bàn kẹp khí nén

Bàn kẹp điện Điểm Home Vị trí cố định trên tất cả các trục

Phản hồi Encoder quang tương đối với xung chuẩn Thiết bị truyền động Động cơ Servo một chiều

Hệ thống truyền động Hộp truyền động, dây cu roa và puly Trọng tải tối đa 2 kg (4,4 lb.), bao gồm bàn kẹp

Nhiệt độ môi trường làm việc 2o - 40oC (36o - 104oF)

1.1 Scorbot-ER9

Scorbot-ER9 là loại robot dạng cánh tay người, bộ phận thân cơ khí của robot được kết nnoois bằng các khớp thẳng đứng, có 5 khớp quay Với bàn kẹp được gắn vào thì robot có 6 bậc tự do

Hình 1.1 Các khớp của Robot Scorbot-ER9

Mỗi khớp của robot được điều khiển bởi một động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu qua hộp truyền động bánh răng và dây cu roa Sự chuyển động của các khớp được mô tả theo bảng sau:

Bảng 1.3 Tên và chức năng các khớp robot

a, Bàn kẹp

Bàn kẹp là một phần tử được gắn vào robot để thực hiện một công việc nào đó Hoạt động của bàn kẹp khác hoạt động của các trụ, nhưng ngược lại người ta có thể đưa ra một lệnh để xác định lượng chuyển động

của các trục, từ đó chỉ dẫn bàn kẹp đóng hay mở hoàn toàn Tuy nhiên nếu bàn kẹp kẹp vật thể thì nó sẽ dừng chuyển động của nó Bàn kẹp trong robot này có thể là bàn kẹp chạy bằng khí nén hoặc động cơ điện servo 1 chiều

b, Điều khiển Scorbot-ER9

- Điều khiển bằng phần mềm điều khiển thông qua máy tính điều khiển hệ thống Chủ yếu dùng phần mềm chuyên dụng SCORBASE trên nền Windows 98 có thể sử dụng trên bất kì hệ thống PC và thông tin với ACL, ngôn ngữ bên trong của bộ điều khiển bởi kênh RS232

- Qua thiết bị cầm tay Teach Pendant: Là thiết bị đầu cuối điều khiển bằng tay Scorbot-ER9 và các thiết bị ngoại vi

c, Hệ thống truyền động của Scorot-ER9

Chuyển động của Scorbot-ER9 được thực hiện nhờ 3 phần tử chính:

- Động cơ điện một chiều

- Hộp truyền động

- Dây cu roa và puly

Bảng 1.4 Hệ thống truyền động của Scorbot-ER9

Hình trên là hệ thống truyền động của Scorbot-ER9 cho các hệ trục

từ 1-4 Riêng hệ trục 5 hệ truyền động không bao gồm dây cu roa và puly

mà chỉ có hộp truyền động

* Động cơ: Cánh tay robot được truyền động bởi động cơ điện 1 chiều Các

bộ tác động biến tín hiệu từ bộ điều khiển (Điện năng) thành sự quay của trục động cơ (Cơ năng)

Hình 1.2 Cấu trúc Robot SCORBOT-ER9

Scorbot-ER9 sử dụng động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu để chuyển động ác trục Các chuyển động của robot được thực hiện thông qua động cơ như hình dưới:

Hình 1.3 Động cơ cho hệ trục 1,2,3 và cho hệ trục 4, 5

* Dây cu roa và puly: Có tác dụng liên kết các chuyển động, đảm bảo cá khớp hoạt dộng một cách chắc chắn và an toàn

d, Các phần tử định vị và giới hạn vị trí

Scorot-ER9 luôn bố trí các phần tử định vị và giới hạn trên cánh tay robot để đảm bảo các chuyển động diễn ra chính xác và an toàn Các phần tử này bao gồm:

- Encoder

- Ngắt cuối và công tắc hành trình

- Dừng phần cứng

* Encoder

Encoder biến chuyển động quay của động cơ thành tín hiệu số bằng

bộ điều khiển để xác định vị trí và chuyển động của mỗi trục

Hình 1.4 Vị trí đĩa Encoder trên động cơ

* Ngắt cuối và công tắc giới hạn

SCORBOT-ER9 sử dụng các công tắc giới hạn để giới hạn các khớp chuyển động ra ngoài chứ năng giới hạn của chúng Khi có một lỗi điều khiển sẽ dừng hệ trục ở cuối hành trình làm việc, công tắc hành trình

sẽ tác động để tạm dừng các hành trình đó Công tắc hành trình là một bộ phận trên cánh tay robot độc lập với bộ điều khiển

Mỗi trục từ 1 đến 4 có 2 công tắc giới hạn, vị trí của nó ở cuối phạm vi làm việc của mỗi trục Trục 5 không có công tắc giới hạn, khi bàn kẹp được gắn vào trục 5 chuyển động của nó được điều khiển và giới hạn bằng phần mềm

Công tắc giới hạn được gắn trên các đĩa, các đĩa này được gắn với khung của robot Đĩa cho trục 3 được chỉ như hình sau:

Trục ra của hộp truyền động liên kết với đĩa được gắn với công tắc nhỏ Ở vị trí chuyển động các khớp, mấu cam trên đầu ra của các trục chuyển động di chuyển đến một điểm, ở điểm đó nó sinh ra một lực trên nút kích thích của công tắc tới hạn vào vị trí mà nó làm hoạt động công tắc

* Công tắc cơ sở

Scorbot-ER9 sử dụng công tắc quang cơ sở trên mỗi hệ trục để nhận dạng vị trí gốc, hoặc các vị trí cố định khác Công tắc cơ sở được đặt trên đĩa giống như công tắc tới hạn và một cái cờ được gắn trên đầu ra của trục chuyển dộng Trong suốt quá trình đưa về vị trí gốc, các biến khớp của robot được chuyển động ở mỗi một thời điểm Mỗi một trục được di chuyển cho đến khi cờ cắt tia sáng Khi đó bộ thu sáng trên mỗi hệ trục gửi tín hiệu tới bộ điều khiển Lần đầu tiên vị trí mà công tắc cơ sở phát triển, động cơ tiếp tục quay cho đến khi encoder sinh ra xung kim Tại thời điểm

đó chính là vị trí gốc của hệ trục

1.2 CONTROLLER B hệ thống điều khiển robot

Là thiết bị trung gian kết nối giữa máy tính và robot để thực hiện việc điều khiển robot Việc truyền thông giữa máy tính và bộ điều khiển thông qua cổng COM hoặc RS 232 cho phép chương trình được viết trên

PC để điều khiển ROBOT Ngoài ra thông qua thiết bị Teach pendant cho phép thực hện điều khiển robot độc lập với máy tính

Hình 1.6 Hình ảnh bên ngoài của Controller-B

Các đặc điểm của bộ điều khiển:

+ Loại điều khiển: Bao gồm điều khiển độc lập, thời gian thực, đa nhiệm, PID ( Tỉ lệ , tích phân và vi phân ), PWM điều khiển độ rộng xung

+ Điều khiển đường: gồm CP ( đường liên tục ), đường nối, đường thẳng, đường tròn, đường hình sin, đường được định nghĩa bởi người sử dụng toạ

độ của thiết bị

+ Điều khiển quỹ đạo: Bao gồm điều khiển quỹ đạo kiểu Parabonoit, quỹ đạo đường hình sin

+ Các tham số điều khiển: Điều khiển servo, tốc độ, vận tốc trượt, sai lệch

vị trí trục, hoạt động của bàn kẹp, bảo vệ nhiệt, va chạm, giới hạn, dẫn đường, giao diện encorder, và các phép tính Ngoài ra còn nhiều các thông

số khác như: Cấp nguồn vi phân, trọng lượng kích thước, dải nhiệt độ hoạt động, chíp, bộ nhớ card vào ra

* Mặt trước của bộ điều khiển controller

Hình 1.7 Mặt trước Controller-B

Gồm các thành phần và chức năng như sau:

- Công tắc nguồn: Công tắc này ở vị trí sau của bộ điều khiển Công tắc nguồn có thể nối với nguồn 100/110/220/240 VAC tới bộ điều khiển Khi công tắc nguồn bật hệ thống bắt đầu hoạt động

- Đèn nguồn: Đèn LED màu vàng sáng lên khi công tắc nguồn bật

Nó chỉ ra rằng nguồn đã bật

- Công tắc cấp nguồn cho động cơ truyền động: Công tắc này cho phép đóng hoặc cắt nguồn cấp điện áp một chiều tới tất cả các động cơ đã nối Đèn LED màu xanh gắn vào công tắc sáng lên khi công tắc bật CPU giữ các trạng thái on/off của công tắc trên bộ điều khiển và gây ra thông báo “ Công tắc nguồn động cơ bị tắt ” xuất hiện khi công tắc không bị ấn

Công tắc nguồn động cơ chỉ trong trạng thái nghỉ trong các trường hợp sau:

+ Không cấp nguồn cho động cơ vì không cấp nguồn cho bộ điều khiển

+ Ngăn cản sự chuyển động của các hệ trục

Khi công tắc động cơ được tác động, bất kì hệ trục chuyển động nào sẽ được dừng mềm Đầu tiên công tắc các động cơ sẽ ở trạng thái off, các động cơ của robot và tất cả các hệ trục được nối không cho phép hoạt động Nếu công tắc ở vị trí ON các hệ thống bao gồm như encorder, các card vào/ra liên tục chức năng, chương trình cũng sẽ tiếp tục thực hiện, mặc

dù các lỗi được thông báo trên màn hình

- Nút dừng sự cố và đèn báo ( Emergecy ): Khi nút dừng sự cố được ấn thì xảy ra các trường hợp:

+ Nguồn động cơ bị ngắt, tất cả các chuyển động của các động cơ dừng lại, đèn Led màu xanh trên động cơ tắt

+ Trạng thái điều khiển tắt Control off đuợc kích hoạt

+ Đèn Led sự cố màu đỏ sáng lên, một thông báo dừng khẩn cấp xuất hiện trên màn hình, tất cả các chương trình đang chạy bị huỷ bỏ.Các đầu vào đầu ra bị treo ở trạng thái hiện tại Nguồn cung cấp cho người sử dụng vẫn được duy trì bình thường

+ Chế độ HOME và CON không thể hoạt động

Để giải phóng nút dừng sự cố bằng cách quay nó theo chiều kim đồng hồ theo chiều mũi tên đã chỉ ra trên đó Khi nút dừng sự cố được giải phóng thì xảy ra các khả năng như sau:

+ Thông báo thoát khỏi dừng sự cố được xuất hiện trên máy tính

+ Đèn Led dừng sự cố màu đỏ tắt

+ Đèn Led cấp nguồn cho động cơ (màu xanh) sáng

+ Nếu tồn tại thì chương trình sử dụng bắt đầu chạy

+ Hoạt động CON

- Công tắc khởi động lại: Giống như nút ấn khởi động lại trên PC, khi ấn nút này thì sẽ khởi động lại bộ điều khiển, nếu nó đang được cấp nguồn Khi ấn nút này sẽ xuất hiện:

+ Tất cả các chương trình đang chạy sẽ bị treo

+ Vị trí gốc HOME sẽ bị xoá đi từ bộ nhớ trong suốt quá trình khởi động lại

- Cấp nguồn cho các ngắt cuối: Sử dụng cấp nguồn cho các phần

tử bên ngoài trong ứng dụng của người sử dụng để nhận được nguồn từ bộ điều khiển Sử dụng cấp nguồn của bộ điều khiển có 4 điểm cuối là + 24VDC 2A, 12 VDC 2A, cấp nguồn di động chung, nối đất an toàn

- Các điểm đầu ra: Có tất cả 16 đầu ra trong hệ thống robot để chuyển các tín hiệu đến các phần tử bên ngoài trong môi trường của robot Controller- B có 2 loại đầu ra, 4 rơle đầu ra và 12 tiếp điểm thường mở

- Các tiếp điểm đầu vào: Có 16 đầu vào trong hệ thống robot để nhận các tín hiệu từ các phần tử bên ngoài trong môi trường hoạt động của robot

- Các đèn LED vào ra: Có 16 led màu xanh tương ứng với đầu ra

từ 1 đến 16, Đèn Led này sáng lên khi đầu ra được kích hoạt Có 16 đèn Led đầu vào tương ứng với 16 đầu vào từ 1 đến 16 đèn này sáng lên khi đầu vào được kích hoạt

* Mặt sau bộ điều khiển

Hình 1.8 Mặt sau Controller-B

Trong đó : 1 Công tắc nguồn ON/OFF

2 Chân cắm nguồn 100/110/220/240VAC

3 Thiết bị tiếp đất

4 Cổng RS 232

5 Đầu nối Teach Pendant

6 Đầu nối cổng song song

7 Đầu nối nguồn robot

8 Đầu nối Encoder

9 Đầu nối trục chuyển động

10.Đầu nối Scorbot – ER9

11.Đầu nối các khối vào/ra

12.Công tắc điều khiển sự cố từ xa

13.Đầu nối ra để điều khiển từ xa cho động cơ servo 14.Cổng đa chức năng RS 232

BÀI 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT SCORBOT-ER9

2.1 Khung tọa độ Robot Scorbot-ER9

Hình 2.9 Khung toạ độ Robot Scorbot-ER9

2.2 Lập bảng thông số D-H và tính toán các ma trận chuyển vị

Bảng 2.5 Bảng thông số D-H

- Tính toán các ma trận chuyển vị:

A1=[c θ1 0 s θ1 0

s θ1 0 −c θ1 0

A2=[c θ2 sθ2 0 a2c θ2

s θ2 − c θ2 0 a2s θ2

A3=[c θ3 sθ3 0 a3c θ3

s θ3 − c θ3 0 a3s θ3

A4=[c θ4 0 sθ4 0

s θ4 0 −c θ4 0

A5=[c θ5 − s θ5 0 0

s θ5 c θ5 0 0

Ma trận của bàn kẹp:

R T H = A1 A2 A3 A4 A5

R T H= ¿

s θ1 0 − c θ1 0

0 0 0 1].[c θ2 s θ2 0 a2c θ2

s θ2 − c θ2 0 a2s θ2

3

A4 A5

R T H= ¿

[c θ1c θ2 c θ1s θ2 − sθ1 a2c θ1c θ2

s θ1c θ2 s θ1s θ2 c θ1 a2s θ1c θ2

sθ2 −c θ2 0 a2s θ2

s θ3 −c θ3 0 a3sθ3

R T H= ¿

[c θ1c (θ2−θ3) c θ1s (θ3−θ¿¿ 2) ¿s θ1 a3c θ1c (θ2−θ3)+a2c θ1c θ2

s θ1c (θ2− θ3) sθ1s (θ3−θ¿¿ 2 ) ¿−c θ1 a3sθ1c (θ2−θ3)+a2s θ1c θ2

s (θ2− θ3) c (θ2−θ3) ¿

a3s (θ2− θ3)+a2sθ2¿0¿0¿0¿1¿] A4 A5

R T H= ¿

[c1c23 − c1s23 s1 a3c1c23+a2c1c2

s1c23 − s1s23 − c1 a3s1c23+a2s1c2

s23 c23 0 a3s23+a2s2

s4 0 − c4 0

0 0 0 1] A5

R T

H= ¿

[c1c234 s1 c1s234 d4s1+a3c1c23+a2c1c2

s1c234 − c1 s1s234 −d4c1+a3s1c23+a2s1c2

s234 0 − c234 a3s23+a2s2

s5 c5 0 0

R T H= ¿

[c1c234c5+s1s5 s1c5−c1c234s5 c1s234 d4s1+a3c1c23+a2c1c2

s1c234c5− c1s5 − c1c5− s1c234s5 s1s234 − d4c1+a3s1c23+a2s1c2

s234c5 − s234s5 − c234 a3s23+a2s2

Trong đó: c23=c(θ2−θ3) ; s23=s(θ2− θ3)

c234=c(θ2−θ3+θ4 ) ; s234=s(θ2− θ3+θ4 )

BÀI 3: SCORBOT-ER9 LÀM VIỆC TRONG KỸ THUẬT HÀN

3.1 Mục tiêu

- Giúp sinh viên thực hành được các thao tác điều khiển Robot Scorbot ER9 thông qua dụng cụ Teach Pendant và phần mềm điều khiển Robot Scobase - Phần mềm cung cấp công cụ cần thiết cho người sử dụng trong quá trình vận hành và lập trình cho Robot

- Giúp sinh viên hiểu sâu hơn phần lý thuyết điều khiển Robot đã học trên lớp

3.2 Công tác chuẩn bị của sinh viên

- Sinh viên phải nắm rõ được quá trình tính toán động học thuận và động học ngược cho Robot để đưa ra được các tọa độ mà Robot sẽ làm việc theo

- Hiểu và lập trình được với ngôn ngữ SCOBASE (phần mềm chuyên dụng) cho Robot