đồ án điều khiển tự động cánh tay robot

1. Lý do chọn đề tài Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng suất lao động. Đặt biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân tay của người lao động Đối với nước ngoài thì Robot đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào sản suất đả có từ trước. Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẽ. Tuy có sự đầu tư để nghiên cứu nhưng còn hạn chế ,có thể dùng mô hình cánh tay máy để phục vụ trực tiếp cho công việc giảng dạy tại trường nhằm giúp cho sinh viên hiểu rỏ hơn về lý thuyết, tạo điều kiện cho việc dạy và học được sinh động hơn . Bức xúc trước nhu cầu tìm hiểu về tay máy công nghiệp từ chính bản thân và của những người yêu thích về lĩnh vực này, nhóm đã bắt tay vào việc thực hiện nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO GẤP SẢN

MỤC LỤC ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU PHẦN Ý TƯỞNG/ MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài KẾT LUẬN 60 KIẾN NGHỊ 60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Giáo trình Ngôn Ngữ Lập Trình c 60 ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887 Mô tả sản phẩm dự kiến: PHẦN Ý TƯỞNG/ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày nhanh góp phần nâng cao suất lao động Đặt biệt đời phát triển công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo tự động hóa trình sản xuất giảm sức lao động chân tay người lao động Đối với nước Robot nghiên cứu chế tạo để ứng dụng vào sản suất đả có từ trước Riêng nước ta lĩnh vực mẽ Tuy có đầu tư để nghiên cứu hạn chế ,có thể dùng mô hình cánh tay máy để phục vụ trực tiếp cho công việc giảng dạy trường nhằm giúp cho sinh viên hiểu rỏ lý thuyết, tạo điều kiện cho việc dạy học sinh động Bức xúc trước nhu cầu tìm hiểu tay máy công nghiệp từ thân người yêu thích lĩnh vực này, nhóm bắt tay vào việc thực nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887” Tầm quan trọng đề tài Ở Việt Nam nói chung công nghệ chế tạo tay máy chậm phát triển, vẩn chưa có nhà máy có khả chế tạo phận cấu thành tay máy đạt tiêu chuẩn quốc tế Tận dụng vật liệu có sẳn để gia công chi tiết khí linh kiện , thiết bị điện có sẳn nước ngòai sản suất để thiết kế thành sản phẩm cụ thể trước hết ứng dụng làm phương tiện giảng dạy trường học từ phát triển cao để ứng dụng vào sản suất hướng đắng kỹ sư Việt Nam Đề tài : “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887” không nằm nhận định Điều quan trọng hết vấn đề liên quan đến cấu tạo, nguyên lý hoạt động tay máy phần lý thuyết hoạt động xảy bên vi xử lí giới thiệu đề tài Nó nguồn thông tin hửu ích cho muốn tìm hiểu lĩnh vực giới hạn đề tài Tay máy đa dạng nguồn gốc chủng loại lần đầu thực nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887” điều kiện: • Thời gian thực đề tài tuần • Kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều • Tài liệu vi xử lí tay máy Vì nhóm thực nghiên cứu đề tài với đặc điểm sau đây: • Thiết kế mạch cánh tay robot bậc tự • Thiết kế mạch điều khiển cánh tay máy ( robot) • Lập trình ngôn ngữ C với vi xử lí microchip “PIC 16F887” • Xây dựng gải thuật chương trình tiêu biểu Mục đích nghiên cứu Thực đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM SỬ DỤNG PIC 16F887” công việc để người thực đề tài nghiên cứu kỹ khái niệm mô hình, nguyên lý làm việc tập lệnh vi xử lí Sản phẩm đề tài trước hết ứng dụng vào phương tiện giảng dạy trường phát triển rộng, sâu ứng dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp,và đặc biệt cung cấp nhìn tổng quát vi xử lí tay máy công nghiệp Tóm tắt đề tài Qua tuần thực nghiên cứu đề tài, tập đồ án hòan tất Những vấn đề nẩy sinh trình thực đề tài.Những vấn đề không động lực kích thích niềm say mê trình nghiên cứu mà thách thức khả cuả thân thành viên nhóm nghiên cứu Nội dung cuả đề tài hình thành từ vấn đề giải cách hợp lí Các vấn đề đề tài giải trình bày từ tổng quát đến cụ thể.Trong vấn đề ,các tình giải quuyết theo bước Đề tài bao gồm chương trình bày vấn đề trọng tâm cốt lõi tập trung vào chương 3,4 Trong chương khái niệm kiến thức tay máy trình bày ,và chương cấu trúc mạch điều khiển giới thiệu Mô hình cấu trúc mạch triển khai thành mạch điện cụ thể Cách sử dụng linh kiện, thiết bị cấu trúc nên mạch điều khiển đề cập bao gồm nội dung cần thiết phục vụ trực tiếp cho đề tài việc tính tốn,chọn linh kiện mạch công suất quan trọng trình thực thi đề tài Cánh tay máy không hoạt động chương trình điều khiển xây dựng chương Các bước chuẩn bị thi công mạch thao tác cần thiết để điều khiển cánh tay robot trình bày chương Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp đọc nghiên cứu tài liệu: Chủ yếu tài liệu có kiến thức liên hệ đến kỹ thuật số, kỹ thuật điện tử, ngoại vi vi xử lý microchip, cánh tay robot, ARM, phân tích công trình liên hệ  Phương pháp thực nghiệm: Thiết Kế board lập trình cho chạy thử nghiệm  Phương pháp quan sát  Phương pháp hỏi chuyên gia Kế hoạch nghiên cứu TT Nội dung công việc Thời gian 1 tuần Tham khảo tài liệu Chuẩn bị nguyên vật liệu Thi công phần cứng Thi công phần mềm Kinh phí nguồn kinh phí 3.000.000đvn tuần 200.000đvn 100.000đvn Chạy thử nghiệm ngày Khắc phục sai xót tuần 200.000đvn Viết báo cáo đề tài ngày 50.000đvn Người phối hợp Sản phẩm mong đợi Chương trình điều khiên cho toàn mạch điện Hoàn thành sản phẩm thử nghiệm Hoàn thiện sản phẩm Hoàn thành báo cáo đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Lịch sử phát triển Robot Khái niệm Robot đời vào ngày 09/10/1922 NewYork, nhà soạn kịch người Tiệp Kh Karen Kapek tưởng tượng cổ máy hoạt động cách tự động, niềm mơ ước người lúc Từ ý tưởng thiết kế, chế tạo Robot thúc người Đến năm 1948, phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Goertz chế tạo thành công tay máy đôi (master-slave manipulator) Đến năm 1954, Goertz chế tạo tay máy đôi sử dụng động servo nhận biết lực tác động lên khâu cuối Năm 1956 hãng Generall Mills chế tạo tay máy hoạt động việc thám hiểm dại dương Năm 1968 R.S Mosher, General Electric chế tạo cỗ máy biết chân Hệ thống vận hành động đốt chân vận hành hệ thống servo thủy lực Năm 1969, đại học Stanford thiết kế Robot tự hành nhờ nhận dạng hình ảnh Hình 1.1 Năm 1970 người chế tạo Robot tự hành Lunokohod,thám hiểm bề mặt mặt trăng Trong giai đoạn này, nhiều nước khác tiến hành công tác nghiên cứu tương tự, tạo Robot điều khiển máy tính có lắp đặt loại cảm biến thiết bị giao tiếp người máy Theo tiến khoa học kỹ thuật, Robot ngày chế tạo nhỏ gọn hơn, thực nhiều chức hơn, thông minh Một lĩnh vực nhiều nước quan tâm Robot tự hành, chuyển động chúng ngày đa dạng, bắt chước chuyển động chân người hay loài động vật : bò sát, động vật chân, … Và loại xe Robot (robocar) nhanh chóng ứng dụng rộng rãi hệ thống sản xuất tự động linh hoạt (FMS) Hình 1.2 Robot hàn điểm Hình 1.3 Robot phẫu thuật Từ trở người liên tục nghiên cứu phát triển Robot để ứng dụng quát trình tự động hoá sản xuất để tăng hiệu kinh doanh Ngoài Robot sử dụng thay cho người công việc môi trường độc hại, khắc nghiệt, … Hiện nay, phân biệt loại Robot hai mảng : Các loại robot công nghiệp (cánh tay máy) loại robot di động (mobile robot) Mỗi loại có ứng dụng đặc tính khác Ngoài ra, loại robot công nghiệp phân chia dựa vào cấu tạo động học : Robot nối tiếp (series robot) robot song song (parallel robot) Hình 1.3.robot song song (parallel robot) 1.2 Các ứng dụng Robot Các loại Robot tham gia vào qui trình sản xuất đời sống sinh hoạt người, nhằm nâng cao suất lao động dây chuyền công nghệ, giảm giá thành sản phẩm, cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm tạo Robot thay người làm việc ổn định thao tác đơn giản hợp lý, đồng thời có khả thay đổi công việc để thích nghi với thay đổi qui trình công nghệ Sự thay hợp lý robot góp phần giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm nhân công nước mà nguồn nhân công chi phí cao : Nhật Bản, nước Tây Âu, Hoa Kỳ… Tất nhiên nguồn lượng từ robot lớn, có nhu cầu tăng suất cần có hỗ trợ chúng thay sức lao động người Chúng làm công việc đơn giản dễ nhầm lẫn nhàm chán Robot có khả nghe siêu âm, cảm nhận từ trường Bên cạnh đó, ưu điểm bậc robot môi trường làm việc Chúng thay người làm việc môi trường độc hại, ẩm ướt, bụi bặm hay nguy hiểm Ở nơi nhà máy hoá chất, nhà máy phóng xạ, lòng đại dương, hay hành tinh khác … việc ứng dụng robot để cải thiện điều kiện làm việc hữu dụng 1.3 Mộ số lĩnh vực ứng dụng a Ứng dụng lĩnh vực sản xuất khí Trong lĩnh vực khí, robot ứng dụng phổ biến nhờ khả hoạt động xác tính linh hoạt cao Các loại robot hàn ứng dụng quan trọng nhà máy sản xuất ôtô, sản xuất loại vỏ bọc khí… Hình 1.4 Robot hàn công nghệ sản xuất khí Ngoài người ta sử dụng robot phục vụ cho công nghệ đúc, môi trường nóng bức, bụi bặm thao tác đồi hỏi độ tin cậy b Ứng dụng lĩnh vực gia công lắp ráp Các thao tác thường tự động hoá robot gia công xác mức độ tin cậy cao Hình 1.5 Robot sử dụng công đoạn lắp ráp ôtô 1.4 Các khái niệm Robot – Robot công nghiệp Lĩnh vực nghiên cứu Robot đa dạng phong phú Trong tài liệu này, trình bày kiến thức chủ yếu loại Robot công nghiệp tức cánh tay máy Các toán cân lực,các phương trình động học động lực học tảng để bạn học viên tiếp cận với chuyên nghành kĩ thuật Robot a Định nghĩa robot công nghiệp ( Industrial Robot ) Tuỳ thuộc quốc gia, tổ chức mục đích sử dụng, có nhiều định nghĩa robot công nghiệp Vì nhiều tài liệu khác nhau, định nghĩa robot công nghiệp khác Theo từ điển Webster định nghĩa robot máy tự động thực số chức người Theo ISO ( International Standards Organization) : Robot công nghiệp tay máy đa mục tiêu, có số bậc tự do, dễ dàng lập trình điều khiển trợ động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ vật dụng khác Do chương trình thao tác thay đổi nên thực nhiều nhiệm vụ đa dạng Tuy nhiên Robot công nghiệp định nghĩa chưa hoàn toàn thoả đáng Theo tiêu chuẩn Mỹ RIA ( Robot Institute of America ) định nghĩa robot loại tay máy vạn lặp lại chương trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hay thiết bị chuyên dùng, thông qua chương trình chuyển động thay đổi để hoàn thành nhiệm vụ khác Hình 1.6 Biểu diễn không gian cánh tay robot Chức khối : (1) Bảo vệ nguồn tải bị sét đánh, điện áp vào tăng đột ngột Lọc, loại bỏ giảm thiểu xung nhiễu công nghiệp thông qua nguồn AC vào mạch nguồn ATX, nhiễu không loại bỏ gây cháy nổ mạch nguồn, tải, giảm độ ổn định tải làm việc (2) Ngắt mở theo xung kích thích, nhằm tạo dòng điện không liên tục biến áp để lợi dụng tượng cảm ứng điện từ tạo điện áp cảm ứng thứ cấp (3) Là tải công suất chính, tạo điện áp thứ cấp, đồng thời cách ly khối sơ/thứ cấp để loại bỏ mass (điện áp cao) sơ cấp bảo vệ tải người sử dụng (4) Là mạch nghịch lưu công suất nhỏ, dùng dao động riêng blocking (5) Là tải công suất cấp trước, nhằm tạo điện áp cấp trước gồm mức : 5V, 1216V cung cấp cho dao động, PS-ON, STB khuyếch đại kích thích (6) Nắn, lọc, ổn áp đưa điện áp chiều standby (7) Là mạch dao động RC nhằm tạo xung vuông có tần số cố định (các nguồn đời cũ có tần số 13KHz, nguồn đời 19KHz) Xung gửi tới điều khiển công suất đóng/mở Xung từ dao động có độ rộng xung (tx) biến đổi theo điện áp ra, điện áp cao thiết kế độ rộng xung giảm xuống Ngược lại, điện áp giảm thấp thiết kế độ rộng xung tăng lên Vì IC thực dao động có tên PWM (Pulse Wide Modulation – điều khiển độ rộng xung) (8) Khuyếch đại tăng cường biên độ xung điều khiển Đầu vào mạch xung vuông từ mạch dao động (9) Là tải mạch khuyếch đại dao động kích thích với mục đích ghép xung kích thích sang công suất chính, đồng thời không làm cách ly phần sơ cấp, thứ cấp (10) Bao gồm mạch nắn, lọc, ổn áp Đầu vào điện áp xoay chiều lấy từ biến áp công suất chính, đầu mức áp chiều ỏn định đưa đến jack ATX (11) Mạch hồi tiếp ổn định điện áp ngắt dao động điện áp lớn, ngắt dao động có chập tải để bảo vệ mạch nguồn bảo vệ tải (12) Mạch khuyếch đại thuật toán, hoạt động sau máy bật, tạo điện áp PG, thời điểm xuất PG trễ điện áp khoảng 0.2-0.5 giây, nhằm chờ cho điện áp ổn định PG đưa vào main kích thích tất mạch main bắt đầu hoạt động thời điểm (đồng thời điểm gốc) 46 Giá trị áp tương ứng với màu dây: Bộ nguồn nhóm chế lại thành nguồn cấp cho board mạch cpu động RC SERVO Lưu ý : “Hướng dẩn cách chế lại nguồn hướng dẩn cụ thể đĩa kèm theo đề tài này” 47 Chương LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1) Giải thuật chip master START KHỞI TẠO I/O KHỞI TẠO TIMER KHỞI TẠO NGẮT NHẬN TÍN HIỆU TỪ CẢM BIẾN MASTER XỬ LÝ RC0=1 XUẤT TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN KHỚP CỔ TAY DELAY 20MS 48 RC0=0 XUẤT TÍN HIỆU CHO SLAVE KHỚP GẤP DELAY 15MS XUẤT TÍN HIỆU CHO SLAVE KHỚP VAI DELAY 15MS RESET VỀ CENTER 49 2) Giải thuật chip SLAVE START KHỞI TẠO I/O KHỞI TẠO TIMER KHỞI TẠO NGẮT NHẬN TÍN HIỆU TỪ CHIP MASTER RC0=0 SLAVE XỬ LÝ RC0=1 XUẤT TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN KHỚP DELAY 15MS 50 3) Chương trình điều khiển a chương trình cho chip master #include CONFIG (INTIO & WDTDIS & PWRTEN & MCLREN & UNPROTECT & DUNPROTECT& BORDIS & IESODIS & FCMDIS & LVPDIS); #define _XTAL_FREQ 20000000 /* Hardware number*/ #define CENTER 17 #define c_sp RA0 // Prototype declaration unsigned char TURN =0; unsigned int n = 0; void main() { /* initialize */ //I/O PORT ANSEL=ANSELH=0; TRISA=0X01; TRISC=0X0; //initialize TM0 T0CS=0; PSA=0; PS2=0; PS1=0; PS0=0; TMR0=245; T0IE=1; T0IF=0; GIE=1; //initialize VAL START TURN=CENTER-6;//DC servo (0 do) RA1=0; 51 RA2=0; delay_ms(10); while(1) { if(c_sp ==1) { delay_ms(15); // B1 TURN=CENTER+1; RA1=0; RA2=0; delay_ms(15); // B2 -RA2=1; delay_ms(20); // B3 -TURN=CENTER-6; delay_ms(20); //B4 -RA1=1; delay_ms(35); //B5 TURN=CENTER-1; delay_ms(20); //B6 -RA2=0; delay_ms(10); //B7 -TURN=CENTER-6; delay_ms(15); //B8 RA1=0; 52 delay_ms(20); } else if(c_sp ==0) { TURN=CENTER-6; RA1=0; RA2=0; } } } /* control RC Servo */ void interrupt isr() { if(T0IE&T0IF) { n++; if(n==300) { n=0; } if(n