MỞ ĐẦU THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HOC

Trang i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhóm sinh viên thực đề tài: Nguyễn Duy Hiếu Nguyễn Ngọc Thơng Ngành : Cơ điện tử Khóa : 2004 MSSV: 04111019 MSSV: 04111054 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HỌC Nhiệm vụ cụ thể: - Thiết kế thi công điều khiển cho tay máy SCARA dựa phần thân tay máy có sẵn hãng SONY - Xây dựng thuật tốn lập trình điều khiển dựa toán động học tay máy - Xây dựng học cho môn thực tập robot công nghiệp tương ứng với mơ hình - Chỉnh sửa phần thân tay máy kiểm nghiệm kết đạt Ngày giao đồ án : Ngày tháng năm 2008 Ngày hoàn thành đồ án : Ngày 20 tháng 02 năm 2009 Giảng viên hướng dẫn : ThS Võ Lâm Chương Trang ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp.HCM, ngày tháng năm 2009 Giáo viên hướng dẫn ThS Võ Lâm Chương Trang iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp.HCM, ngày tháng năm 2009 Giáo viên phản biện ThS Nguyễn Xuân Quang Trang iv LỜI CẢM ƠN Qua thời gian làm đề tài, chúng em thu nhận thêm nhiều kiến thức bổ ích sách lẫn thực tế hoàn thành đề tài thời gian quy định Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: ThS Võ Lâm Chương – giáo viên hướng dẫn đề tài tận tình giúp đỡ nhóm tạo điều kiện thuận lợi trình thực đề tài ThS Trần Tiến Đức – Khoa công nghệ thông tin giúp đỡ chúng em lĩnh vực đồ họa Nhóm cảm ơn đến thầy cô bạn bè môn Cơ điện tử giúp đỡ hoàn thành đề tài Chúng em mong nhận ý kiến góp ý từ thầy cô bạn bè Tp HCM, ngày 24 tháng 02 năm 2009 Nguyễn Ngọc Thông Nguyễn Duy Hiếu Trang v TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “Thiết kế thi công điều khiển robot SCARA dùng dạy học” thực học kỳ năm 2009 hoàn thành mục tiêu đề Nội dung đề tài gồm: - Giới thiệu robot cơng nghiệp - Tìm hiểu IC điều khiển động chuyên dùng LM628/629 - Thi công điều khiển khớp tay máy - Lập trình giao diện mơ phỏng, điều khiển giám sát robot SCARA thông qua máy tính remote cầm tay - Xây dựng nội dung dạy học môn thực tập robot công nghiệp Trang vi ABSTRACT Topic: “ Designing and making robot scara controller for using in teaching” which excecuted in the first course in 2009 is finished all aim The content of topic include: - Introduce industrial robot - Study specialized IC (LM628/629) which is used in controlling motor - Excecute the controller 4joints_robot - Programme illustrator interface, control and supervise robot Scara with computer and keyboard - Establish the content for teaching practical industrial robot Trang vii MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Đối tượng nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài .1 1.5 Phương pháp nghiên cứu .2 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan Robot công nghiệp 2.2 Phân loại Robot công nghiệp 2.3 Cấu trúc robot công nghiệp CHƯƠNG III: ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN .12 3.1 Đại cương động kích từ độc lập 13 3.2 Phương trình đặc tính 14 3.3 Ảnh hưởng tham số đến đặc tính 15 3.4 Các loại encoder 17 3.5 Giới thiệu lựa chọn phương pháp điều khiển động DC 19 CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC TAY MÁY .23 4.1 Động học thuận tay máy SCARA 23 4.2 Động học nghịch tay máy .24 CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA32 26 5.1 Đặc điểm phần cứng .26 5.2 Giới thiệu chức có sử dụng đồ án 27 CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU LM628/629 34 6.1 Giới thiệu LM 628/629 34 6.2 Kiến trúc phần cứng LM628/629 .34 6.3 Chức chân LM629N-6 36 6.4 Nguyên lý hoạt động LM628/629 .37 6.5 Tập lệnh LM629 42 6.6 Bắt tay xử lý ngắt LM629 với vi điều khiển .50 CHƯƠNG VII: ĐỒ HỌA MÁY TÍNH .51 7.1 Đồ họa máy tính gì? 51 7.2 Hệ tọa độ giới thực hệ tọa độ thiết bị 51 7.3 Giới thiệu công cụ đồ họa Visua Basic 52 7.4 Mơ hình wiframe gì? 52 7.5 Các phép biến đổi Affine chiều 52 Trang viii 7.6 Quan sát không gian 3D .54 CHƯƠNG VIII: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN 55 8.1 Phần cứng .55 8.2 Phần mềm .61 CHƯƠNG IX: XÂY DỰNG BÀI HỌC THỰC TẬP ROBOT CÔNG NGHIỆP 9.1 Giới thiệu mơ hình robot SCARA 66 9.2 Cách sử dụng 66 9.3 Xây dựng thực tập robot công nghiệp mơ hình 69 CHƯƠNG X: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 70 10.1 Kết luận 70 10.2 Đề nghị .70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 Bài thực hành 1: LÀM QUEN MƠ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC KHỚP 72 Bài thực hành 2: CHUYỂN ĐỘNG ĐẦU CÔNG TÁC TỰ ĐỘNG 73 Trang ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Tay máy SCARA Đại học Bách khoa Đà Nẵng Hình 2: Robot hoạt động theo tọa độ Decac Hình 3: Robot Puma hoạt động theo tọa độ cầu Hình 4: Robot Seiko hoạt động theo tọa độ trụ Hình 5: Robot hàn hãng KUKA Hình 6: Sơ đồ khối Robot cơng nghiệp Hình 7: Bộ truyền động bánh hành tinh tay máy SCARA Hình 8: Bộ truyền động trục vít đai ốc bi truyền đai tay máy SCARA Hình 9: Bộ truyền bánh sóng tay máy SCARA Hình 1: Một số động kích từ độc lập Hình 2: Cấu tạo Roto Stato Hình 3: Động DC từ tường vĩnh cửu Hình 4: Sơ đồ nối dây động KTĐL Hình 5: Đặc tính điện động kích từ độc lập Hình 6: Đặc tính động DC kích từ độc lập Hình 7: Đặc tính động DC kích từ độc lập thay đổi điện trở phụ Hình 8: Đặc tính động DC kích từ độc lập thay đổi điện áp phần ứng Hình 9: Đặc tính điện động DC kích từ độc lập giảm từ thơng Hình 10: Một số Encoder quang Hình 11: Đĩa Encoder quang Hình 12: Thiết bị mã hố Encoder Hình 13: Các kênh tín hiệu Encoder Hình 14: Các kênh tín hiệu Encoder động quay thuận Hình 15: Các kênh tín hiệu Encoder động quay nghịch Hình 16: Điều khiển động sử dụng biến đổi DAC Hình 17: LM628 với phương pháp điều khiển động qua DAC Hình 18: Phương pháp PWM với tần số khơng đổi Hình 19: Quan hệ thời gian TON với điện áp Hình 20: Phương pháp PWM với tần số thay đổi Hình 21: LM628 với phương pháp điều khiển động PWM Hình 1: Các biến khớp tay máy SCARA Hình 2: Biễu diễn biến khớp tay máy Hình 1: Sơ đồ khối Atmega32 Hình 2: Giản đồ khung truyền giao thức RS 232 Hình 3: Sơ đồ chân cổng COM Hình 4: Chức chân cổng COM Hình 5: Trạng thái hai ghi dịch trước truyền Hình 6: Quá trình truyền nhận liệu Hình 7: Sơ đồ kết nối master slave Hình 8: Thanh ghi MCUCR Hình 9: Thanh ghi MCUCSR Hình 10: Thanh ghi GICR Hình 1: Sơ đồ khối LM629 Hình 2: Mơ tả cấu trúc phần cứng LM628/629 Hình 3: Sơ đồ khối PID số LM629 Hình 4: Sơ đồ chân LM629 Trang x Hình 5: Các trạng thái mã hóa encoder Hình 6: Sơ đồ khối giải mã encoder Hình 7: Profile hình thang điển hình Hình 8: Hoạt động đọc byte trạng thái Hình 9: Hoạt động ghi byte lệnh Hình 10: Hoạt động đọc byte liệu Hình 6.11: Hoạt động ghi byte liệu Hình 6.12: Ngõ PWM LM629 với tần số hoạt động MHz Hình Hệ tọa độ robot Scara Hình Hệ tọa độ hình Hình Mơ hình khung dây Hình Thực phép tịnh tiến mặt phẳng xy Hình Thực phép biến đổi tỷ lệ mặt phẳng xy Hình Quay đối tượng mặt phẳng xy Hình 1: Van đảo chiều 5/2 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý nguồn điều khiển Hình 3: Sơ đồ ngun lý nguồn kích cơng suất Hình 4: Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp RS232 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý mạch Master Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch Slave Hình 7: Sơ đồ khối LMD 18200 Hình 8: Sơ đồ dẫn bảng thật Hình 9: Sơ đồ nguyên lý mạch cơng suất cầu H Hình 10: Mạch điều khiển van khí nén Hình 11: Mạch RC giao tiếp ngõ encoder Hình 12: Mạch nguyên lý chuyển đổi encoder Hình 13: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot SCARA Hình 14: Lưu đồ giải thuật máy tính Hình 15: Lưu đồ giải thuật Master Hình 16: Lưu đồ giải thuật Slave Hình 1: Giao diện điều khiển máy tính Hình 2: Button cho phép Robot hoạt động Hình 3: Tick cho phép kết nối phần cứng mode điều khiển Hình 4: Sub menu chọn cấp vận tốc cách nội suy Hình 5: Button điều khiển khớp quay trái, phải Hình 6: Button lưu vị trí Hình 7: Kiểm tra lỗi chương trình Hình 8: Button cho phép chạy tự động Hình 9: Cửa sổ Option Hình 10: Cửa sổ chỉnh sửa liệu Trang xi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: So sánh loại cấu truyền động Bảng 1: Thuộc tính chân SPI Bảng 6.1: Tập lệnh LM629 Bảng 2: Che reset bit định cho ngắt Bảng 3: Các bit điều khiển lọc Bảng 4: Chọn thời gian lấy mẫu Bảng 5: Các bit điều khiển quỹ đạo Bảng 6: Các bit byte trạng thái Bảng 7: Các bit ghi tín hiệu nội Bảng 1: Đặc tính điện 6N137 Trang xii