Báo cáo bao gồm lý thuyết, thiết kế tính chọn, code... về robot scara song song.Hiện nay có rất ít tài liệu về robot scara song song bằng tiếng việt. VÌ vậy file báo cáo này sẽ giúp bạn tìm hiểu, tiếp cận nhanh hơn với đề tài mới này
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO KĨ THUẬT ROBOT SCARA Nhóm 4: GVHD: Nha Trang, Ngày……Tháng……Năm…… Chương I: Giới thiệu Robot Scara SCARA robot đời vào năm 1979 trường đại học Yasamaski (Nhật Bản) dùng việc lắp ráp Đó tay máy SCARA đặc biệt gồm hai khớp quay khớp trượt, ba khớp có trục song song với Kết cấu làm cho tay máy cứng vững theo phương thẳng đứng cứng vững theo phương ngang Loại chuyên dùng với công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ theo phương đứng Từ SCARA từ viết tắt chữ “Selective Compliant Articulated Robot Arm” – Tay máy mềm dẻo tùy ý SCARA robot nhiều hang chế tạo để phục vụ cho nhiều mục đích khác hàn, lắp ráp, vận chuyển, khoan, doa,… Các hang chuyên sản xuất Robot SCARA General motor, Hitachi, Mitsubishi, IBM, MOTOMAN, EPSON, PANASONIC, SONY,… Ngày nay, hãng tiếp tục hoàn thiện điều khiển kết cấu khí để ngày linh hoạt SCARA Robot có vùng khơng gian hoạt động có dạng hình trụ Đây loại cấu hình dễ thực ứng dụng cho Robot dạng khớp nối lề kề khớp trượt Dạng phổ biến ứng dụng công nghiệp chúng cho phép nhà sản xuất robot sử dụng cách trực tiếp dễ dàng nhờ khâu khớp hợp lại có nhiều ưu điểm Về mặt hình học, cấu hình dạng khớp nối lề với ba trục quay bố trí theo phương thẳng đứng dạng đơn giản có hiệu trường hợp yêu cầu gắp đặt chi tiết theo phương thẳng đứng Trong trường hợp toán tọa độ quỹ đạo chuyển động robot cần giải hai phương X Y lại cách phối hợp ba chuyển động quay quanh ba trục song song với trục Z Robot SCARA song song nâng cấp Robot SCARA đời đầu Được thêm vào bên cánh tay với khớp quay đầu cánh tay gắn đồng trục với nhau, tạo kết cấu vững theo phương ngang, làm cho cánh tay bị võng nâng vật nặng so với ban đầu Robot SCARA song song có vùng hoạt động theo hình thoi khơng hình trụ tròn đầu bị giới hạn trục thứ hai Cũng đời đầu Robot SCARA cần giải toán chuyển động hai phương X Y quay quanh trục Z Phân loại robot công nghiệp: Phân loại theo kết cấu: Theo kết cấu tay máy người ta phân thành robot kiểu tọa độ Đề - các, kiểu tọa độ trụ , kiểu tọa độ cầu, kiểu tọa độ góc, robot kiểu scara Phân loại theo hệ truyền động: Hệ truyền động điện: thường dùng động điện chiều (DC) động bước (stepper motor) Loại truyền động dể điều khiển, kết cấu gọn gàng Hệ truyền động thủy lực: Có thể đặt công suất cao, đáp ứng yêu cầu làm việc nặng Tuy nhiên hệ thống thường có kết cấu cồng kềnh phức tạp, khó xử lý điều khiển Hệ truyền động khí nén: Có kết cấu gọn nhẹ không cần dẫn ngược lại phải gắn liền với trung tâm tạo khí nén Hệ làm việc với cơng suất trungbình nhỏ, xác Phân loại theo ứng dụng: Dựa vào ứng dụng robot sản xuất như: robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot chuyển phôi,… Phân loại theo phương pháp điều khiển: Robot điều khiển hở (mạch điều khiển khơng có quan hệ phản hồi) Robot điều khiển kín: sử dụng cảm biến, mạch phản hồi, để tang độ xác mức độ linh hoạt điều khiển Chương II: Thiết kế, chế tạo robot I Cơ sở khoa học Robot scara song song có cấu trúc liên kết mà nhờ có qn tính thấp, độ cứng cao khả chịu tải cao Cơ chế hoạt động Robot Scara song song sử dụng để tiến hành di chuyển theo hai trục X Y Ưu điểm: thiết kế đơn giản, trọng lượng nhẹ dễ mở rộng không gian làm việc Nhược điểm: dây đai hoạt động thời gian làm cho hệ thống có số hạn chế độ cứng khả tải Các điểm dị thường Robot hoạt động Loại kỳ dị loại I xảy khi: sin(θ2 – θ1) sin(θ3- θ4)= Có thể nhận điều loại tương ứng với cấu hình chuỗi mở rộng (Hình 1a) gấp (Hình 1b) hồn tồn Do đó, tập hợp điểm kỳ dị loại I ranh giới không gian làm việc Loại kỳ dị loại II xảy : sin(θ3 – θ2)= Loại tương ứng với cấu hình hai liên kết thụ động chỉnh hình 1c Loại kỳ dị loại III trường hợp đặc biệt, đề cập đến điểm kỳ dị kiến trúc nơi có năm điểm O,A, P, C B tạo thành đường thẳng thể hình 1d a.Liên kết bên trái thẳng hồn tồn tồn c.Hai liên kết chỉnh thẳng hàng thẳng b.Liên kết bên phải thẳng hoàn d.Tất liên kết tạo thành đường Hình Thiết kế robot Thiết kế quy trình cho robot song song 2-DOF bao gồm việc xác định thông số liên kết quyền hạn thiết bị truyền động để đạt hiệu suất mong muốn Cụ thể, có bốn tiêu chí thiết kế sau: - Tiêu chí thiết kế 1: Tránh va chạm hai liên kết hoạt động Như thể hình 2, để xoay hồn tồn mà khơng va chạm, khoảng cách hai liên kết tính sau sau: lc = 2.la + k Trong k khoảng cách an tồn (> 0) Hình Hai liên kết hoạt động hoàn toàn Bảng - Tiêu chí thiết kế 2: Loại bỏ loại kỳ dị loại II loại III nêu phần số ln tồn xuất ranh giới không gian làm việc Tuy nhiên, kiểu số II loại III loại bỏ với giá trị thích hợp độ dài liên kết dựa điều kiện sau: Hình Hai liên kết hoạt động hoàn toàn - Tiêu chí thiết kế 3: Khơng gian làm việc bao quanh hình chữ nhật lw × hw Hình cho thấy khơng gian làm việc mong muốn hình chữ nhật bốn đỉnh xác định để giới hạn không gian làm việc Để thực điều kiện sau phải thỏa mãn: += hw Hình Không gian làm việc mong muốn xác lập hình chữ nhật Kết hợp tiêu chí đưa nhiều phương án thiết kế độ dài liên kết - Tiêu chí thiết kế 4: Duy trì tải trọng kg tăng tốc lên m / s giây Các liên kết phải đủ độ cứng vững để chịu tải trọng 1kg từ thiết kế Solidworks dựa theo bảng sau: Liên kết La Lb Lc Chiều dài 175mm 190mm 190mm Khối lượng Vật liệu thiết kế Nhựa Nhựa x Từ tham số trên, lựa chọn loại động với công suất phù hợp để đảm bảo hiệu suất làm việc phải chịu tải trọng robot II Thiết kế, gia cơng khí Thực yêu cầu môn học GVHD với kích thước cho trước - la : 175mm - lb: 190mm - lc: 190mm Sử dụng động bước 1.8 độ làm phận truyền động cánh tay Robot( Nema Stepper Motor ) Khái niệm: - Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt so với đa số loại động điện thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học - Là loại động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điện điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rơto có khả cố định rơto vào vị trí cần thiết Phân loại: Động bước chia làm loại: Động nam châm vĩnh cửu động biến từ trở Động bước có nhiều loại góc quay phân biệt từ 90 độ đến 0.72 độ nhỏ Ưu điểm: - Giá thành rẻ - Có điều khiển mạch hở - Duy trì mơ men tốt (khơng cần phanh, biến tốc) - Mô men xoắn cao tốc độ thấp - Chi phí bảo dưỡng thấp (khơng có chổi quét) - Định vị xác Nhược điểm: - Khi tốc độ thấp động làm việc khơng - Kích cỡ hạn chế - Khơng có tín hiệu phản hồi nên xảy nhiều sai số - Làm việc ồn Thông số làm việc: - Điện áp: 42VDC - Dòng điện: 1.3A - Kích thước : 42mmx42mmx70mm Bước 9: Tạo frame có tên nhãn “Move to Angles” Khung nhập góc J1, J2 cho động học thuận có chứa nút “Move” để gửi chuỗi Dùng v21 v22 để lưu biến Bước 10: Tạo frame kết nối với Arduino, nút nhấn chế độ học, học gắp vật Bước 11: Định dạng cho nút nhấn Chế độ học thông qua widget “chedohoc” khai báo biến lưu Xử lý biến nhận thay đổi chữ nút nhấn click Bước 12: Định dạng nút Home set cho hiển thị tọa độ góc định sẵn home Sau gửi chuỗi cho arduino xử lý Bước 13: Định dạng nút Connect cho gửi chuỗi tới arduino tác động Bước 14: Định dạng động học thuận, tạo hàm tính tốn động học thuận từ giá trị nhập từ J1 J2 Tạo biến với giá trị có sẵn la , lb lc lấy giá trị nhập từ J1, J2 vào công thức xuất giá trị góc, gắn vào chuỗi gửi tới arduino Bước 15: Định dạng động học nghịch, tạo hàm tính tốn động học nghịch từ giá trị nhập từ entry X Y Tìm nghiệm phương trình, xuất giá trị góc, gắn vào chuỗi gửi tới arduino Bước 16: Đặt trường hợp cho nút chế độ học gửi chuỗi tới arduino Bước 17: Định dạng cho nút nam châm điện hút (Z+) Bước 18: Định dạng cho nút nam châm điện nhả (Z-) Giao diện điều khiển Python Phần đệm nạp cho mạch điều khiển: #include #include #define bdongcotrai //x #define bdongcophai //y #define dieuhuongtrai //x #define dieuhuongphai 6//y #define Enable #define kich 12 int NC=0; String inputString = "",dl=""; bool stringComplete = false; float xungpervong = 200*16*3; int z = 1; int x = 1; int y = 1; int i = 0; int biennho; AccelStepper dongcotraiX(1, bdongcotrai, dieuhuongtrai); AccelStepper dongcophaiY(1, bdongcophai, dieuhuongphai); String dulieu=""; int vitri(String str, char ch) { int j; int stt; for(j = 0; j < str.length(); j++) { if(str.charAt(j) == ch) { stt = j; break; } } return stt; } String chuoi(String str, int vitri, int skt) { String rlt=""; int i; for(i = vitri; i < vitri + skt - 1; i++) { rlt = rlt + str.charAt(i); } return rlt; } void setup() { Serial.begin(115200); pinMode(bdongcotrai, OUTPUT); pinMode(bdongcophai, OUTPUT); pinMode(dieuhuongtrai, OUTPUT); pinMode(dieuhuongphai, OUTPUT); pinMode(Enable, OUTPUT); pinMode(12,OUTPUT); pinMode(11,OUTPUT); pinMode(9,INPUT_PULLUP); pinMode(10,INPUT_PULLUP); dongcotraiX.setMaxSpeed(10000); dongcotraiX.setSpeed(5000); dongcotraiX.setAcceleration(2000); dongcophaiY.setMaxSpeed(10000); dongcophaiY.setSpeed(5000); dongcophaiY.setAcceleration(2000); digitalWrite(Enable,HIGH); } void loop() { //digitalWrite(kich,LOW); digitalWrite(Enable,LOW); if (stringComplete) { dulieu = inputString; inputString = ""; stringComplete = false; } Serial.println(dulieu); int vt1 = vitri(dulieu,'X'); int vt2 = vitri(dulieu,'Y'); int vt4 = vitri(dulieu,'x'); int vt5 = vitri(dulieu,'y'); int vt3 = vitri(dulieu,'Z'); int vt = vitri(dulieu,'G'); int nc2 = vitri(dulieu,'Z'); int nc1 = vitri(dulieu,'N'); int solan = vitri(dulieu,'1'); int vt6 = vitri(dulieu,'P'); int vt7 = vitri(dulieu,'Q'); NC = chuoi(dulieu,nc1+1,nc2).toInt(); String permis = chuoi(dulieu,vt+1,vt1); int X = chuoi(dulieu,vt1+1,vt2).toInt(); int Y = chuoi(dulieu,vt2+1,vt3).toInt(); int X1 = chuoi(dulieu,vt1+1,vt2).toInt(); int Y1 = chuoi(dulieu,vt2+1,vt4).toInt(); int X2 = chuoi(dulieu,vt4+1,vt5).toInt(); int Y2 = chuoi(dulieu,vt5+1,vt3).toInt(); int solanll = chuoi(dulieu,nc1+1,vt1).toInt(); int nc5=chuoi(dulieu,vt+1,nc1).toInt(); int P = chuoi(dulieu,vt6+2,vt7).toInt(); int Q = chuoi(dulieu,vt7+1,vt).toInt(); int P1 =P; int Q1 =Q; analogWrite(11,250); if(dulieu.charAt(1)=='D') { Serial.println(X1); Serial.println(Y1); Serial.println(P1); Serial.println(Q1); Serial.println(solanll); digitalWrite(Enable,LOW); for(i=0;i