Thiết kế chế tạo robot scara song song(giao diện Python và sử dụng mạch arduino mega 2560+shield ramps 1.4)

hướng dẫn thiết kế chế tạo robot scara song song điều khiển bằng arduino+ramps1.4 để điều khiển.giao diện điều khiển được lập trình bằng ngôn ngữ python.có thể sử dụng để tự thiết kế chế tạo 1 cánh tay robot scara song song cơ bản ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cuộc sống.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Nha Trang, Ngày……Tháng……Năm……

1

Mục lục

Mục lục 2

Chương I: Giới thiệu về Robot Scara 3

Chương II: Thiết kế, chế tạo Robot 4

1 Cơ sở khoa học 4

2 Bản thiết kê (solid work) 7

3 Liệt kê kinh kiện (cơ khí, điện tử, chi tiết in) 9

4 Các bước chế tạo lắp ráp 11

Chương III: Chương trình điều khiển và ứng dụng 12

1 Chương trình điều khiển bằng python 12

2 Phần đệm nạp cho mạch điều khiển 27

3 Hiệu chỉnh máy 34

4 Ứng dụng 34

Chương IV: KẾT LUẬN 35

2

Chương I: Giới thiệu về Robot Scara

đó nhiều Robot được ra đời, điển hình 1961người máy công nghiệp (IR – industrialRobot)

Năm 1979, Robot Scara ra đời Đây là 1 kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt được sửdụng nhiều trong các công việc lắp ráp các tải trọng nhỏ theo phương thẳng đứng.Robot Scara gồm 2 khớp nối và 2 cánh tay Trên 2 khớp nối được gắn 2 động cơ đểcung cấ moment ζ 1, ζ 2 để điều khiển 2 cách tay l1 l2 như hình dưới

Hình 1: Mô hình động học của Robot Scara

Phương trình động học của Robot Scara như sau:

Trong đó q1, q2 là góc quay của động

cơ DC Θ1 Θ2 là góc quay của 2 khớpxoay của Robot

Tín hiệu vào : Moment ζ 1, ζ 2 của2 động cơ DC (hoặc điện áp)

Tín hiểu ra: Góc Θ1 Θ2 của 2 cánh tay Robot Scara

3

M(q)q + (q, q)q = ζ

Chương II: Thiết kế, chế tạo Robot.

1 Cơ sở khoa học.

Có 5 kiểu thiết kế Robot Scara như sau:

Thiết kế quy trình cho robot song song bao gồm việc xác định các thông số liên kết và các quyền hạn thiết bị truyền động để đạt được hiệu suất mong muốn Cụ thể,

có bốn tiêu chí thiết kế như sau:

4

Tiêu chí thiết kế 1: Tránh nhiễu giữa hai liên kết hoạt động.

Với lc < 2la, muốn robot xoay hoàn toàn mà không va chạm, 2 cánh tay la của robot cần chênh lệch nhau về độ cao để có thể luồn qua nha

Tiêu chí thiết kế 2: Loại bỏ điểm kỳ dị loại II và loại III

Kiểu số I luôn tồn tại và xuất hiện trong các ranh giới không gian làm việc Tuy nhiên, các kiểu số II và loại III có thể được loại bỏ với các giá trị thích hợp của độ dàiliên kết

Tiêu chí thiết kế 3: Không gian làm việc bao quanh một hình chữ nhật

Không gian làm việc điển hình bao gồm hình chữ nhật mong muốn trong đó bốn đỉnh nằm trên bốn đoạn của ranh giới không gian làm việc Để thực hiện điều này, các điềukiện sau phải được thỏa mãn:

Tiêu chí thiết kế 4: Chịu được tải trọng, tăng tốc lên 2 m / s trong 1 giây

Các liên kết phải đủ cứng để duy trì tải trọng

Từ các tham số liên kết và hiệu suất mong muốn của hiệu ứng kết thúc, ta chọn thời điểm cần thiết và tính toán công suất của động cơ

*Vùng làm việc của Robot Scara:

Vùng làm việc được định nghĩa là vùng mà hiệu ứng cuối của robot có thể đạt được Robot song song này được phân tách thành hai cơ chế nối tiếp Với chiều dài của la, lb được đưa ra, mỗi chuỗi nối tiếp tạo ra một khu vực làm việc có hình dạng như sau:

5

Hinh: Không gian làm việc được tạo ra

bởi 1 chuỗi nối tiếp

Hình: Không gian làm việc của

Bộ kích thước trên phù hợp với công thức điều kiện:

Với điều kiện thiết kế trên thì cách tay Robot nhóm 6 sẽ có vùng hoạt động như sau:

Tầm hoạt động của Robot Scara

Vùng hoạt động của Robot sẽ nằm trong khu vực (R – r), với:

6

R=la + lb = 155 + 185 = 340 (mm)

r = lb – la = 185 -155 = 30 (mm)

2 Bản thiết kê (solid work).

Hình 1: Bản thiết kế Robot Scara trên solid work

Hình 2: Đế động cơ Hình 3: Đế trục truyền động

7

H ình 4: L b

Hình 5: L a

Hình 6: Puly

3 Liệt kê kinh kiện (cơ khí, điện tử, chi tiết in).

8

Chi tiết in:

Động cơ bước Nema17:

Ramp 1.4:

Driver A4988:

4 Các bước chế tạo lắp ráp

Thiêt chi tiết các chi tiết tạo mô hình trên solid work.Thiết kế các chi tiết và in sản phẩm

Mua ốc, bulong, ổ bi, ván làm đế Robot

Ráp động cơ vào đế động cơ

Khoang và ráp động cơ vào đế Robot

Chương III: Chương trình điều khiển và ứng dụng.

1 Chương trình điều khiển bằng python.

Thiết kế giao diện:

Bước 1:khai báo các thư viện

from tkinter import ttk, Tk, Menu, Frame

import tkinter.messagebox as mbox

Bước 2: viết chương trình chính

self.fnc.grid(column=0,row=2,sticky=W+N+E+S,padx=10,pady=5)

6.Di chuyển theo đơn vị

self.fmb=LabelFrame(self,text='Di chuyển theo đơn vị')

self.egtx2=Entry(self.ftd,textvariable=self.vgtx2)

self.egtx2.insert(0,'')

Bước 4 : viết chương trình cho các khung chức năng:

d2a=2*math.atan(((-F2-math.sqrt((E2*E2)+(F2*F2)-(G2*G2)))/(G2-E2))) print('nghich')

D2a=2*math.atan(((-FF2-math.sqrt((EE2*EE2)+(FF2*FF2)-(GG2*GG2)))/(GG2-EE2)))

mbox.showwarning("Lỗi", "Ngoài vùng làm việc hãy thử nhập lại!!!")

self.tdj2.set('{0:.2f}'.format(float(j2)))

goc1=float(self.eJ1.get())

goc2=float(self.eJ2.get())

G*G))/(G-E)))

GTXa=Lc+La*math.cos(J2)+Lb*math.cos(2*math.atan((-F-math.sqrt(E*E+F*F-G*G))/(G-E)))

G*G))/(G-E)))

self.varnc='Hút'

self.bnc.config(text=self.varnc)

self.arduino_port.write(bytes(str('@'+'T'+'N'+'0'+'#'),'utf-8'))

if (0.00 <= Xf<= 180.00) and (170.00<= Yf <=270.00) :

r1=str('{0:.2f}'.format(float(gocd1)))

r2=str('{0:.2f}'.format(float(gocd2a)))

self.arduino_port.write(bytes(str('@'+'T'+'A'+'X'+r1+'Y'+r2+'#'),'utf-8')) else:

mbox.showwarning("Lỗi", "Ngoài vùng làm việc hãy thử nhập lại!!!") def XR(self):

d2=2*math.atan(((-F2+math.sqrt((E2*E2)+(F2*F2)-(G2*G2)))/(G2-E2))) d1a=2*math.atan(((-f1-math.sqrt((e1*e1)+(f1*f1)-(g1*g1)))/(g1-e1))) d2a=2*math.atan(((-F2-math.sqrt((E2*E2)+(F2*F2)-(G2*G2)))/(G2-E2))) print('nghich')

mbox.showwarning("Lỗi", "Ngoài vùng làm việc hãy thử nhập lại!!!")

gocd1=math.degrees(d1)

gocd2=math.degrees(d2)

mbox.showwarning("Lỗi", "Ngoài vùng làm việc hãy thử nhập lại!!!") def YD(self):

mbox.showwarning("Lỗi", "Ngoài vùng làm việc hãy thử nhập lại!!!") def connect(self):

if self.arduino_port is None or not self.arduino_port.isOpen():

int pos_acong,pos_thang,pos_X,pos_Y,p,pos_N,pos_x1,pos_x2,pos_y1,pos_y2;float X,Y,x1,x2,y1,y2;

X_stepper.run();

Y_stepper.run();

}

Y=data_Y.toFloat();

}

else if(data.charAt(2)=='N')

- Tính toàn động học nghịch đối với góc 90 độ xem tọa độ X có bằng ½ kích thước

Lc của máy không

- Tính toán động học nghịch ở góc 0 độ và 180 độ để xem tọa độ của robot đã đúng với phép tính hay chưa Nếu chưa thì thay đổi chiều của động cơ để tọa độ robottrùng với phép toán

- Tiến hành vận hành thử robot để xem có sai số không? Nếu có thì hiệu chỉnh lạicho chính xác

5 Ứng dụng.

Hút kim loại thừ vị trí này sang vị trí khác

Đo lường 2 vị trí trên bàn làm việc

Gắp vật

Y tế

Công nghiêp

Chương IV: KẾT LUẬN

Bài báo nghiên cứu và phát triển một robot song song dựa trên liên kết 5 thanh

Có năm loại không gian làm việc và ba loại kỳ dị tồn tại trong cơ chế này Bốn tiêu

chuẩn thiết kế đã được giải quyết để đơn giản hóa việc thiết kế cấu trúc cũng như đểloại bỏ các khu biệt danh loại II trong vùng làm việc Một nguyên mẫu của robot songsong 2-DOF đã được thực hiện Từ các thí nghiệm, độ chính xác của hệ thống đãđược xác nhận xấp xỉ ± 0,244 mm Những kết quả này là cơ sở để xây dựng các ứngdụng phức tạp hơn.

Sau khoảng thời gian 6 tuần học và hoàn thiện Robot, nhóm còn nhiều thiếusót Mong thầy giúp đỡ chỉ dẫn thêm để nhóm hoàn thành môn học này