nghiên cứu, điều khiển và hoạch định quỹ đạo cho robot motoman up6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6 KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA TP HỒ CHÍ MINH, 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6 KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NGUYỄN ĐỨC HỒNG TP HỒ CHÍ MINH, 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TP HCM, ngày….tháng… năm…… NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tên luận văn: NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6 Nhóm Sinh viên thực hiện: Cán hướng dẫn: ThS.Nguyễn Đức Hoàng Đánh giá Luận văn Về báo cáo: Số trang Số chương Số bảng số liệu Số hình vẽ Số tài liệu tham khảo Sản phẩm Một số nhận xét hình thức báo cáo: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Về nội dung luận văn: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Về tính ứng dụng: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Về thái độ làm việc sinh viên: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu luận văn tốt nghiệp kỹ sư, xếp loại Giỏi/ Khá/ Trung bình ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Điểm sinh viên: Lê Anh Tuấn :……… /10 Người nhận xét (Ký tên ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TP HCM, ngày….tháng… năm…… NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Tên luận văn: NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6 Nhóm Sinh viên thực hiện: Cán phản biện: Đánh giá Luận văn Về báo cáo: Số trang Số chương Số bảng số liệu Số hình vẽ Số tài liệu tham khảo Sản phẩm Một số nhận xét hình thức báo cáo: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Về nội dung luận văn: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Về tính ứng dụng: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Về thái độ làm việc sinh viên: ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu luận văn tốt nghiệp kỹ sư, xếp loại Giỏi/ Khá/ Trung bình ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Điểm sinh viên: Lê Anh Tuấn :……… /10 Người nhận xét (Ký tên ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TP HCM, ngày 10.tháng…12 năm…2017… ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT TÊN ĐỀ TÀI: Cán hướng dẫn: ThS Nguyễn Đức Hoàng Thời gian thực hiện: Từ ngày……1/8/2016………… đến ngày 12/12/2016………… Sinh viên thực hiện: Nội dung đề tài: Mục tiêu: Nghiên cứu phục chế robot cơng nghiệp Motoman UP6 , bao gồm: xây dựng hệ thống mạch động lực mạch điều khiển cho robot Nghiên cứu giải thuật điều khiển hoạch định quỹ đạo cho robot dùng tập l ệnh để th ực thi nhi ều ứng dụng thực tế công nghiệp Phương pháp thực hiện:  Nghiên cứu thơng số kết cấu khí thông số servo motor khớp Robot Motoman UP6  Nghiên cứu điều khiển servo motor Yaskawa Sigma2 Driver servo motor HIWIN D1 Series  Nghiên cứu mô hình động học thuận ,động học ngược ,hoạch định quỹ đạo cho robot UP6  Thiết kế điều khiển robot dùng ARM® Cortex®-M4-based STM32F4 MCU Và Raspberry Pi ARM Cortex-A53 CPU Kết mong đợi:  Thực thành công giải thuật hoạch định quỹ đạo cho robot  ứng dụng robot nhiệm vụ xử lý ảnh để phân loại sản phẩm  ứng dụng robot nhiệm vụ lắp đặt linh kiện công nghiệp sản xuất ô tô Kế hoạch thực hiện: Giai đoạn 1: Nghiên cứu thơng số kết cấu khí thông số servo motor Mục tiêu:  Nắm thông số kết cấu khí bao gồm kích thước khâu kh ối lượng khâu  Nắm thông số servo motor Yaskawa Sigma2 bao gồm thơng số cuộn dây, dòng điện điện áp định mức, công suất motor Thời gian thực hiện: tuần Phương pháp:  Tìm kiếm tài liệu robot thơng qua Internet đ ể tìm thơng s ố v ề c c ấu khâu robot UP6  Tìm hiểu thơng số motor thơng qua nhãn chứa thơng số motor ti ến hành đo đạc để tìm bảng thơng số thích hợp Giai đoạn 2: Nghiên cứu Driver servo motor HIWIN D1 điều khiển servo Yaskawa sử dụng diver HIWIN Mục tiêu:  Kết hợp điều khiển thành công Driver HIWIN Yaskawa motor Thời gian thực hiện: tuần Phương pháp:  Đọc nghiên cứu tài liệu từ nhà sản xuất HIWIN cài đặt thơng s ố đ ể Driver điều khiển motor xác Giai đoạn 3: Tìm hiểu lý thuyết Robot bao gồm động học robot, hoạch định quỹ đạo cho robot Mục tiêu:  Nắm vững lý thuyết robot bao gồm động học robot , hoạch định quỹ đạo cho robot Thời gian thực hiện: tuần Phương pháp:  Nghiên cứu tài liệu lý thuyết robot thông qua Thầy hướng dẫn tài liệu nguồn từ Internet Giai đoạn 4: Xây dựng giải thuật điều khiển thi công Board mạch ều khiển dựa ARM® Cortex®-M4-based STM32F4 MCU , Raspberry Pi ARM Cortex-A53 CPU Mục tiêu:  Nhúng thành công giải thuật điều khiển Robot UP6 lên ARM® Cortex®M4-based STM32F4 MCU, Raspberry Pi ARM Cortex-A53 CPU Thời gian thực hiện: tuần Phương pháp:  Nghiên cứu tìm hiểu kiến trúc ARM® Cortex®-M4-based STM32F4 MCU ,Raspberry Pi ARM Cortex-A53 CPU sử dụng ngơn ngữ l ập trình C ,C# để nhúng giải thuật điều khiển robot lên Board điều ển Giai đoạn 5: Xây dựng phần mềm giao diện người máy để tương tác điều khiển lập trình cho robot sử dụng ngơn ngữ C# Java cài đ ặt PC Android device Mục tiêu:  Xây dựng hoàn thiện giao diện người máy để ngừoi dùng có th ể tương tác lập trình điều khiển robot thơng qua PC ,Android device Thời gian thực hiện: tuần Phương pháp:  Vận dụng ngôn ngữ C# Java để xây dựng phần mềm giao di ện tương tác người máy để điều khiển Robot Kế hoạch thực hiện: Xác nhận Cán hướng dẫn TP HCM, ngày….tháng … năm… Sinh viên Chương trình làm việc mẫu /**********************************/ FOR I TO 2; TOOL CLOSE; MOVES 100; MOVE 100; DELAY 5000; INV_MOVE_STRAIGHT_DELTA -1 0.001 50; INV_MOVE_STRAIGHT_POINT 0.001 50; TOOL OPEN; MOVES 50; TOOL OFF; MOVES 50000; MOVE 100000; MOVES 50000; INV_MOVE_STRAIGHT_ABSOLUTELY 0 0.1 0.001 50; MOVE 10000; ROBOT_VISION 50; MOVE 10000; DELAY 10000; ENDFOR; END /****************************** `86 Chương Ứng Dụng Robot 7.1 Ứng dụng Robot lắp ráp chi tiết khí Robot UP6 với cứng vững độ xác cao , khả di chuyển linh hoạt với bậc tự do, tốc độ di chuyển nhanh đáp ứng nhiều ứng dụng thực tế Đặc biệt với độ xác 0.1 mm Robot ứng dụng việc lắp ráp chi tiết khí đòi hỏi độ xác cao 7.1.1 Mơ hình 3D hệ thống lắp ráp chi tiết khí `87 `88 Hình 45 Mơ hình Robot UP6 với ứng dụng lắp ráp chi tiết khí `89 7.1.2 Mơ hình thực tế ứng dụng Robot UP6 lắp rắp khí `90 Hình 46 Đầu cơng tác có chức gắp nhả vật dùng khí nén `91 Hình 47 Các chi tiết khí cần lắp đặt `92 Hình 48 Vị trí cần lắp đặt chi tiết khí vào Chương trình điều khiển Robot ứng dụng lắp ráp chi tiết khí sử dụng Phương pháp dạy điểm /******************************/ LOOP; MOVE 200000; TOOL ON; `93 FOR I TO 3; MOVES 500000; MOVE 100000; MOVE 100000; MOVE 200000; MOVES 15 500000; TOOL OFF; DELAY 2000; MOVES 15 500000; DELAY 2000; TOOL OFF; MOVES 500000; MOVE 100000; MOVE 100000; MOVE 200000; MOVES 15 500000; TOOL OFF; DELAY 2000; MOVES 15 500000; DELAY 2000; TOOL OFF; `94 MOVES 500000; MOVE 100000; MOVE 100000; MOVE 200000; MOVES 15 500000; TOOL OFF; DELAY 2000; MOVES 15 500000; DELAY 2000; TOOL OFF; MOVES 500000; MOVE 100000; MOVE 100000; MOVE 200000; MOVES 15 500000; TOOL OFF; DELAY 2000; MOVES 15 500000; DELAY 2000; TOOL OFF; MOVES 500000; MOVE 100000; `95 MOVE 100000; MOVE 200000; MOVES 15 500000; TOOL OFF; DELAY 2000; MOVES 15 500000; DELAY 2000; TOOL OFF; MOVES 500000; MOVE 100000; MOVE 100000; MOVE 200000; MOVES 15 500000; TOOL OFF; DELAY 2000; MOVES 15 500000; DELAY 2000; TOOL OFF; ENDFOR; ENDLOOP; END /******************************/ `96  Người sử dụng dùng Phương pháp dạy điểm để dạy cho Robot vị trí cần đến để lắp đặt vật vào vị trí  Dựa vào điểm có người sử dụng dùng tập lệnh điều khiển Robot bên để tiến hành lập trình Robot theo quỹ đạo mong muốn để thực thi ứng dụng mong muốn  Kết ứng dụng Robot ứng dụng lắp ráp chi tiết khí Robot đưa chi tiết khí có độ xác cao vào vị trí cần lắp đặt Tuy nhiên trình di chuyển Robot chưa liện tục cần cải thiện thêm để Robot di chuyển nhanh `97 Chương Kết Quả Đề Tài Nghiên Cứu Và Hướng Phát Triển Kết thúc trình nghiên cứu đề tài “Nghiên Cứu, Điều Khiển Hoạch định Qũy Đạo cho Robot Motoman UP6” Em xin nêu điểm đạt hạn chế chưa khắc phục trình thực đề tài 8.1 Nhiệm vụ thực  Nghiên cứu nắm thông số kết cấu khí thơng số Servo Motor Robot Motoman UP6  Nghiên cứu Driver Hiwin D1 ứng dụng việc điều khiển Servo Motor Yaskawa với độ xác đảm bảo thơng số ban đầu Robot  Tìm hiểu lý thuyết động học Robot hoạch định quỹ đạo cho Robot áp dụng vào việc lập trình điều khiển Robot  Xây dựng hệ thống điện Bộ điều khiển để điều khiển hoạt động Robot  Xây dựng giải thuật điều khiển chuyển động khớp theo quỹ đạo đường thẳng cung tròn đảm bảo độ xác ổn định  Xây dựng phần mềm giao diện người máy PC sử dụng ngôn ngữ C# để phục vụ trình vận hành điều khiển tay lập trình trình vận hành tự động Robot  Xây dựng phần mềm Smart Phone sử dụng ngôn ngữ Java để phục vu cho trình dạy điểm hoạch định quỹ đạo cho Robot  Áp dụng robot ứng dụng thực tế lắp ráp chi tiết khí đòi hỏi độ xác cao  Đã phục chế Robot thành công với độ xác 0.1mm 8.2 Những điểm hạn chế  Chưa điều khiển hoạch định hướng tác động điểm công tác cuối  Chưa điều khiển trình di chuyển mịn qua điểm trung gian quỹ đạo di chuyển  Chưa tìm hiểu tốn “Động lực học Robot” để tính tốn moment lực q trình di chuyển `98  Chưa xây dựng phần cứng phục vụ cho q trình dò Home tự động cảm biến giới hạn đảm bảo an toàn trình vận hành  Chưa xây dựng hệ thống giám sát sai số Robot  Chưa xây dựng giải thuật “Pre Reading” “Look ahead “ Để q trình di chuyển Robot khơng bị gián đoạn tính tốn  8.3 Hướng phát triển  Nghiên cứu giải thuật hoạch định hướng cho Robot  Nghiên cứu toán “Động Lực Học” để điều khiển moment lực tròn q trình di chuyển  Điều khiển di chuyển mịn cho Robot qua điểm di chuyển trung gian  Xây dựng giải thuật “Pre Reading” “Look ahead” để trình hoạch định quỹ đạo di chuyển tốt khơng bị gián đoạn tính toán  Xây dựng thêm chế độ vận hành Robot chế độ “MPG simulation” để chạy thử chương trình dòng lệnh để tránh cố chạy chế độ “Auto” `99 TÀI LIỆU THAM KH ẢO [1] Robot Modeling and Control ( First Edition) Mark W Spong, Seth Hutchinson, and M Vidyasagar [2] Robotics - Modelling, Planning and Control Bruno Siciliano • Lorenzo Sciavicco Luigi Villani • Giuseppe Oriolo [3] A fixed-distance planning algorithm for 6-DOF manipulators Mingyu Gao, Da Chen, Yuxiang Yang and Zhiwei He, College of Electronic Information, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou, China [4] UP6 Manual System Yaskawa Electrics [5] Tài liệu ARM-Cortex M4 STM32F40x: http://www.st.com/ [6] Các nguồn từ Internet `100 ... MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6 KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN... Mục tiêu: Nghiên cứu phục chế robot công nghiệp Motoman UP6 , bao gồm: xây dựng hệ thống mạch động lực mạch điều khiển cho robot Nghiên cứu giải thuật điều khiển hoạch định quỹ đạo cho robot dùng... phúc BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TP HCM, ngày….tháng… năm…… NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Tên luận văn: NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6 Nhóm