đồ án cánh tay robot MK2 sử dụng động cơ bước 28BYJ48

đồ án cánh tay robot MK2 in 3d cho bạn nào muốn thực hiện điều khiển cánh tay cơ bản, sau này còn phát triển thêm về kích thước, về khối lượng nâng và thẩm mỹ,các linh kiện sử dụng trong đồ án hoàn toàn có thể kiếm dược ở các trang web mua bán linh kiện.bài có sẵn form báo cáo, định dạng sẵn

MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC i MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .2 Mục tiêu Hướng giải Phạm vi nghiên cứu .3 CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 TÌM HIỂU VỀ CÁNH TAY ROBOT 1.1.1 Bậc tự robot 1.1.2 Khớp robot 1.1.3 Cổ tay robot 1.1.4 Bàn tay robot 1.1.4.1 Cơ cấu kẹp .6 1.1.4.2 Bàn tay dạng cấu dụng cụ 1.1.5 Năng lượng cung cấp cho robot 1.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ TÍNH KHẢ QUAN CỦA SẢN PHẨM 1.3 DANH SÁCH LINH KIỆN CHƯƠNG : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Vi điều khiển arduino MEGA2560 .9 2.1.1.1 Sơ khảo vi điều khiển 2.1.1.2 Sheild arduino 10 2.1.1.3 Khả ứng dụng vi điều khiển vào sản phẩm 12 2.1.2 Động bước 28BYJ-48 – 5V 12 2.1.2.1 Sơ khảo động bước .12 2.1.2.2 Động bước 28BYJ-48 .12 2.1.2.3 Mạch đệm ULN2003 [4] 14 2.1.2 Servo SG90 .15 2.1.3.1 Thông số kỹ thuật [3] 15 2.1.3.2 Điều khiển 16 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương MỤC LỤC 3.1 KẾT QUẢ 20 3.1.1 Phần cứng 20 3.1.1.1 Tổng quan hệ thống 20 3.1.1.2 Một số hình ảnh thực tế cánh tay robot 21 3.1.2 Phần mềm 25 3.1.3.1 Nguyên lý hoạt động 25 3.1.3.2 Thiết kế điều khiển động bước servo 25 3.1.4 Code thư viện 26 3.1.4.1 Code test stepper motor thông qua biến trở .26 3.1.4.2 Code test biến trở 27 3.1.4.3 Code test tín hiệu nút ấn .29 3.2 THẢO LUẬN 31 KẾT LUẬN 32 KIẾN NGHỊ .33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 PHỤ LỤC 35 Phần mềm Proteus 35 Phần mềm Fritzing 37 SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương MỤC LỤC MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Arduino board mạch vi xử lý phổ biến có số lượng thư viện lớn người dùng khám phá, tìm tòi khơng ngừng nghiên cứu thêm, có nhiều loại arduino với nhiều chức riêng biệt khác nhau, ngày ứng dụng rộng rãi dân dụng đặc biệt công nghiệp Thời đại robot đến gần Những máy tự động ngày ảnh hưởng đến sống người, không dừng lại nhiệm vụ đơn giản mà thực công việc phức tạp Điều khiển ô tô, thực nhiệm vụ giao, chí viết đoạn văn yêu cầu cách mạch lạc, tất khả trở thành thực tiếp tục phát triển, hồn thiện nhanh chóng Ngày có nhiều robot có khả hoạt động cách xác hơn, hiệu hơn, giống người giới thiệu thay đổi sống, công việc Các ô tô tự hành hàng ngàn kilomet máy bay khơng người lái (drone) hồn thành nhiều nhiệm vụ hơn, hồn tồn tự động, khơng cần điều khiển từ bên Cơ bản, phát triển khoa học máy tính, cơng nghệ thơng tin, mạng lưới thông tin Wi-Fi, Bluetooth, cảm biến (sensor), camera mini hệ thống định vị laser dẫn đến hàng loạt cải tiến đổi lĩnh vực robot, tự động hóa Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật robot đặc biệt lĩnh vực công nghiệp nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Sự cạnh tranh hàng hóa đặt vấn đề thời để hệ thống tự động hóa sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáo ứng với biến động thường xuyên thị trường hàng hóa cạnh tranh Robot cơng nghiệp phận cấu thành thiếu việc tạo hệ thống tự động sản xuất linh hoạt Gần nửa kỷ có mặt sản xuất, robot cơng nghiệp có lịch sử phát triển hấp dẫn Ngày robot công nghiệp dùng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản xuất Điều xuất phát từ ưu điểm loại robot chọn lựa đúc kết lại qua năm ứng dụng nhiều nước Ở giai đoạn trước năm 1990 nước ta hoàn tồn chưa du nhập kỹ thuật robot, chí chưa nhận nhiều thơng tin kỹ thuật lĩnh vực Từ năm 1990 nhiều sở công nghiệp bắt đầu nhập ngoại nhiều loại robot phục vụ việc tháo lắp dụng cụ cho trung tâm gia công CNC, lắp ráp linh kiện điện tử, thao tác máy ép nhựa, hàn vỏ xe hơi, xe máy phun phủ bề mặt v.v có nơi bắt đầu thiết kế, chế tạo lắp ráp robot “Robot cơng nghiệp hiểu thiết bị tự động linh hoạt, bắt chước chức lao động công nghiệp người” [5] Nói đến thiết bị tự động linh hoạt nhấn mạnh đến khả thao tác với nhiều bậc tự do, điều khiển trợ động lập trình thay đổi SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương MỤC LỤC Còn nói đến bắt chước chức lao động chân tay đơn giản đến trí khơn nhân tạo, tùy theo loại hình cơng việc lao động cần đến chức hay khơng Đồng thời nói đến mức độ cần thiết bắt chước người hay không Tự động hóa (Automation) kỹ thuật robot (Robotics) hai lĩnh vực có liên quan mật thiết với Về phương diện cơng nghiệp, tự động hóa cơng nghệ liên kết với sử dụng hệ thống khí, điện tử hệ thống máy tính vận hành điều khiển q trình sản xuất Ví dụ, dây chuyền vận chuyển, máy lắp ráp khí, hệ thống điều khiển phản hồi, máy lắp ráp khí, máy cơng cụ diều khiển chương trình số robot Như vậy, coi robot dạng thiết bị tự động hóa cơng nghiệp Các nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy tốc độ robot hóa linh hoạt hệ thống sản xuất đại : - Sự ảnh hưởng tiến kỹ thuật – tin – điện tử ( mechatronics ) Tốc độ giảm giá nhanh hàng vi điện tử Tốc độ tăng chi phí cho người lao động Cánh tay robot phần phát triển ấy, nhằm nâng cao hiểu biết, làm chủ công nghệ ứng dụng nhiều nhằm hỗ trợ công việc, thao tác hiệu Những ưu điểm robot: - - Robot thực quy trình thao tác hợp lý người thợ lành nghề cách ổn định suốt thời gian làm việc Vì robot góp phần nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm Hơn thế, robot nhanh chóng thay đổi cơng việc để thích nghi với biến đổi mẫu mà, kích cỡ sản phẩm theo yêu cầu thị trường Khả giảm giá thành sản phẩm dứng dụng robot giảm đáng kể chi phí cho người lao động, nước có mức cao tiền lương lao động, cộng khản phụ cấp bảo hiểm xã hội Ứng dụng robot cải thiện điều kiện lao động Đó ưu điểm bật mà cần lưu tâm Trong thực tế sản xuất có nhiều nơi lao động phải làm việc suốt buổi môi trường bụi bặm, ẩm ướt, nóng nực ồn áo mức cho phép nhiều lần Thậm chí nhiều nơi người lao động phải làm việc với mơi trường độc hại nguy hiểm đến sức khỏe người, dễ bị cụt chân tay, dễ bị nhiễm hóa chất độc hai, nhiễm sóng điện từ phóng xạ v.v… MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Mục tiêu - Tạo cánh tay robot điều khiển lập trình - Kiểm tra độ ổn định sản phẩm sau hoàn thành Hướng giải - Dựa hiểu biết linh kiện điện tử, thơng tin cụ thể - thông số cách thức hoạt động loại linh kiện Giải vấn đề người trước, qua q trình quan sát, học hỏi, tích lũy kinh nghiệm bắt tay vào làm thực tế Tỉ mỉ, cẩn thận chăm khâu lắp ghép điều khiển SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương MỤC LỤC Phạm vi nghiên cứu Với đồ án thiết bị cần tập trung nghiên cứu bao gồm : Arduino mega; servo gs90; Động bước 28BYJ-48 – 5V kèm mạch điều khiển ULN2003, cách điều chỉnh biến trở 10K ohm nút ấn Các chi tiết in 3D – kiểm soát chất lượng mảnh ghép (độ chi tiết,chất lượng nhựa, độ cứng cáp, ) Ngoài số dụng cụ thiết bị phụ trợ cần nắm vững để hỗ trợ tốt cho đồ án SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - TỔNG QUAN CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 TÌM HIỂU VỀ CÁNH TAY ROBOT Với phát triển vũ bão công nghiệp nay, theo tiến vượt bậc công nghệ, ngày nhiều robot ứng dụng nhà máy, đặc biệt nhà máy sản xuất lớn, với ưu điểm vượt trội, tiết kiệm, hiệu xác đến milimet khiến cho cánh tay robot sử dụng phổ biến ngày tinh vi xác Như biết, sai sót bất lợi lớn người so với máy móc, theo kết khảo sát thời gian lâu, người hoạt động thiếu xác hẳn, máy móc lúc đầu hoạt động chưa trơn tru vào hoạt động hồn tồn xác ổn định, máy móc thay người việc đòi hỏi xác ổn định Cánh tay robot tạo với vô số ứng dụng nhiều lĩnh vực, từ y tế , công nghiệp, nghiên cứu , sản xuất, nhằm mục đích thay cánh tay người [5] Ngày , việc học tập chế tạo cánh tay robot trở nên phổ biến đơn giản nhiều nhờ phần mềm hỗ trợ giá thành vi điều khiển, loại motor Giá thành cao, công nghệ đa số giữ bí mật kích thước dùng công nghiệp lớn dẫn đến chiếm dụng diện tích phòng học tập, nghiên cứu, thí nghiệm, nên việc chế tạo robot mô chức robot công nghiệp việc cần thiết cho việc nghiên cứu làm chủ cơng nghệ thời đại phát triển Với kích thước nhỏ, chi tiết, nguồn tiêu thụ ít, thực lệnh robot công nghiệp bản, thuận tiện cho mục đích nghiên cứu phát triển cho học sinh, sinh viên 1.1.1 Bậc tự robot Bậc tự robot số tạo độ cần thiết để biểu diễn vị trí hướng vt thể tay robot không gian làm việc, để biểu diễn hoàn chỉnh đối tượng không gian cần tham số : tọa độ xác định vị trí đối tượng khơng gian tọa độ biểu diễn hướng vật thể Như vật robot công nghiệp ( cánh tay robot) tương ứng với số khớp số nối robot Nếu số bậc tự nhỏ 6, không gian chuyển động tay robot bị hạn chế Với robot bậc tự do., tay robot chuyển động theo trục x,y,z hướng tay không xác định Tương tự robot có trục mặt phẳng Ngược lại số bậc tự lớn 6, có nhiều lời giải biểu diễn vị trí hướng robot khơng gian có nhiều phương án điều khiển chuyển động SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - TỔNG QUAN Hình 1.1 Hình dạng điển hình phận robot công nghiệp [6] 1.1.2 Khớp robot Khớp khâu liên kết hai nối có chức truyền chuyển động để thực di chuyển robot Thanh nối gần với thân robot nối vào, nối chuyển động so với nối vào Khớp robot gồm loại: Khớp Tịnh tiến khớp quay - Khớp tịnh tiến thực chuyển động tịnh tiến trượt nối đầu Các dạng cấu khớp tịnh tiến cấu xi lanh- piston, cấu kính viễn vọng… Khớp quay có dạng : R,T,V Khớp quay dạng R có trục xoay vng góc với trục hai nối Dạng khớp quay T có trục xoay trình với trục hai nối Dạng khớp quay V có trục xoay trình với trục nối vào vng góc với trục nối 1.1.3 Cổ tay robot Cổ tay Robot có nhiệm vụ định hướng xác bàn tay robot (Cơ cấu tác động cuối) không gian làm việc Ở đây, cấu robot đề tài sử dụng cấu cổ tay bậc tự (lên xuống) SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1.4 Bàn tay robot Bàn tay gắn lên cổ tay robot nhằm đảm bảo cho robot thực nhiệm vụ khác khơng gian làm việc Cơ cấu bàn tay có hai dạng khác tùy theo chức robot dây chuyền sản xuất : cấu bàn tay kẹp (gripper) cấu dụng cụ ( tool) 1.1.4.1 Cơ cấu kẹp Cơ cấu kẹp sử dụng để cầm giữ vật thể chi tiết robot làm việc dây chuyền lắp ráp gắp chi tiết lắp ráp phận máy; robot dây chuyền đóng gói robot có chức vận chuyển gắp chi tiết đặt lên băng tải vận chuyển chí tiết từ vị trí sang vị trí khác… Các chi tiết có loại hình dạng khác nhau: chai, hộp, vật liệu thô dụng cụ… Cơ cấu kẹp thơng thường gốm hai hay nhiều ngón tay Các ngón tay có chức biến đổi dạng lượng (cơ khi, khí nén, thủy lực điện) nhờ cấu chấp hành thành lực để năm giữ vật thể Cơ cấu có khả mở nắm lại ngón tay sinh lực đủ lớn để giữ vật thể tay Có hai dạng cấu ngón tay để giữ vật thể: - Dạng thứ nhất, ngón tay có hình dạng gần giống hình dạng vật giữ, nhờ diện tích tiếp xúc ngón tay mà vật thể giữ chắn tay robot Dạng thứ hai, vật giữ nhờ lực ma sát ngón tay chi tiết Trong trường hợp này, ngón tay cần phải sinh lực đủ lớn để đảm bảo sinh lực ma sát đủ lớn Để tăng lực ma sát ngón tay giữ vật thể, thơng thường ngón tay phận gắn ngón tay chế tạo vật liệu mềm Đồng thời có tác dụng bảo vệ ngón tay khỏi bị hư hỏng va chạm Trong hai dạng cấu ngón tay trên, dạng thứ hai có ưu điểm đơn giản, dễ thiết kế chế tạo, nhiên có nhược điểm so với dạng thứ cần lực đủ lớn đặt lên vật theo hướng song sóng với bề mặt ma sát ngón tat, làm cho vật dễ bị trượt khỏi ngón tay Để chống lại tượng đó, cấu kẹp cần thiết kế để đảm bảo sinh lực cần thiết phụ thuộc vào trọng lực vật thể, hệ số ma sát vật thể ngón tay, hệ số gia tốc giảm tốc vật hướng vật thể di chuyển SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1.4.2 Bàn tay dạng cấu dụng cụ Trong nhiều dây chuyền sản xuất, robot thực nhiệm vụ dụng cụ để gia công kim loại công nghệ đặc biệt sơn, hàn Để thực cơng nghệ đó, dụng cụ kẹp bàn tay robot ( cấu kẹp ) dụng cụ gắn cố định cổ tay robot Các dạng dụng cụ là: Mũi khoan, dụng cụ cắt, đá mài, bình sơn, cấu hàn điểm, hàn hồ quang, Khi bàn tay robot dụng cụ, robot cần điều khiển chuyển động dụng cụ tương tự điều khiển cấu bàn tay kiểu kẹp Với chức bản, sản phẩm sử dụng bàn tay dạng kẹp sử dụng servo để đóng mở Hình 1.2 Cơ cấu bàn tay kẹp sử dụng servo 1.1.5 Năng lượng cung cấp cho robot Bàn tay robot cần lượng để thực nhiệm vụ dây chuyền công nghệ tín hiệu điều khiển để điều chỉnh hoạt động cấu bàn tay Các phương pháp chủ yếu truyền lượng tín hiệu tới bàn tay : Khí nén, điện, thủy lực khí, phương pháp truyền khí nén điện sử dụng rộng rãi Phương pháp truyền lượng tới bàn tay robot phải tương thích phù hợp với hệ thống khí Ví dụ, sử dụng khí nén để truyền động cấu bàn tay giải pháp hợp lý khớp robot truyền động với thiết bị khí nén Tín hiệu điều khiển điều khiển cấu bàn tay thông qua điều chỉnh truyền lượng tới bàn tay 1.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ TÍNH KHẢ QUAN CỦA SẢN PHẨM Dự án mang tới cho nhiều hội thách thức mới, để tạo sản phẩm, kiến thức linh kiện khả đọc hiểu tài liệu tiếng anh datasheet tài liệu khác, với giá thành hợp lý cấu đơn giản so với cánh tay công nghiệp tại, sản phẩm có nhiều tính ứng dụng thực tiễn SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - TỔNG QUAN Khả điều khiển làm chủ cánh tay máy, kỹ lập trình cần thiết sản phẩm dựa arduino, đặc biệt thành thạo đoạn code dùng để điều khiển servo steeper () phần mềm Arduino IDE Sản phẩm hoàn thành mang khả mở rộng cao, làm phần nhỏ sản phẩm lớn nữa, có tính ứng dụng nhà xưởng, cơng trường dùng để di chuyển loại vật liệu, thùng hàng kích thước lớn với vị trí lập trình sẵn cách xác, cửa hàng, kho hàng dùng để vận chuyển hàng hóa tới nơi cao, giảm thiểu tỉ lệ tai nạn lao động công nhân 1.3 DANH SÁCH LINH KIỆN Một số linh kiện cần thiết sau :       Vi điều khiển: arduino MEGA2560 Servo GS90 Động bước 28BYJ-48 – 5V Mạch điều khiển động bước ULN2003 Nút ấn Biến trở 10k Ohm Ngoài số dụng cụ điện tử SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3.2 Một số hình ảnh thực tế sản phẩm SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.2 Phần mềm Q trình thực đề tài, ngồi phần mềm thơng dụng để lập trình Arduino IDE, C++, số phần mềm mơ tả, giả lập để dễ dàng dự đoàn trước kết Proteus, Fritzing ( mô arduino), Việc sử dụng thục phần mềm giúp đề tài hoàn thành nhanh hiệu hơn, tránh sai sót khơng đáng có thực ghép nối 3.1.3 Quá trình lắp ghép cánh tay thiết kế điều khiển 3.1.3.1 Nguyên lý hoạt động - Stepper : Gắn đáy, với nhiệm vụ tác động bánh đáy để di chuyển cánh tay từ trái sang phải ngược lại - Stepper : Gắn bên trái, với nhiệm vụ tác động bánh bên trái nhằm di chuyển trục lên xuống để di chuyển lùi tiến cánh tay - Stepper 3: Gắn bên phải , với nhiệm vụ tác động bánh bên phải nhằm di chuyển trục phụ lên xuống để di chuyển cần gắp lên xuống 3.1.3.2 Thiết kế điều khiển động bước servo Bảng điều khiển : Hình 3.3 Bảng điều khiển sản phẩm SVTH – Bùi Thế Trọng, Huỳnh Phước Khương CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.4 Code thư viện 3.1.4.1 Code test stepper motor thông qua biến trở : #include #include Servo myservo; const int stepsPerMotorRevolution = 32; const int stepsPerOutputRevolution = 32*64; const int motorpin1 = 8; const int motorpin2 = 9; const int motorpin3 = 10; const int motorpin4 = 11; Stepper myStepper(stepsPerMotorRevolution,motorpin1,motorpin3,motorpin2,motorpin4); int val ; void setup() { myservo.attach(27); myStepper.setSpeed(512); Serial.begin(9600); pinMode(0,INPUT); pinMode(22,INPUT); } void loop() { // TEST val=analogRead(0); if (val>650){ myStepper.step(200);} if (val650){ my.step(200);} if (val650){ mymy.step(200);} if (val2650){ mymymy.step(200);} if (val3