Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo tay máy 4 bậc tự do

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo tay máy 4 bậc tự do dùng trongphân loại sản phẩm ”, tìm hiểu chi tiết các đặc điểm, đặc tính để dựa vào đóđưa vào các dây chuyền hay phục vụ cho mục đích Công Nghiệp. Đề tài này làcầu nối giữa lý thuyết được học và cái đang hoạt động ở ngoài thực tế. Đây làmột đề tài hay, kết hợp giữa kỹ thuật thu thập, tìm hiểu, phân tích và chọn lọcđể hiểu rõ về hệ thống chấp hành và vận hành một cách tự động. Mục tiêu nhằmtừng bước tạo ra một hệ thống có tính tự động hóa và xa hơn là được đưa vàosử dụng trong các dây chyền sản xuất công nghiệp.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TAY MÁY BỐN BẬC TỰ DO DÙNG TRONG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lưu Vũ Hải Nhóm sinh viên thực hiện: Lưu Văn Bình Mã sv: 1141020047 Phạm Tiến Đạt Mã sv: 1141020051 Đặng Sỹ Sơn Mã sv: 1141020147 Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo tay máy bậc tự dùng phân loại sản phẩm” công trình nghiên cứu thân Những phần sử dụng tài liệu tham khảo đồ án nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết trình bày đồ án hồn tồn trung thực, sai chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chịu kỷ luật môn nhà trường đề Hà Nội, tháng 04 năm 2020 Nhóm sinh viên thực Lưu Văn Bình Phạm Tiến Đạt Đặng Sỹ Sơn LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, nhóm nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ nhiều từ q thầy cơ, gia đình bạn bè Trước tiên nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn tri ân đến quý thầy cô trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội nói chung thầy khoa Cơ Khí nói riêng, nhiệt tình dạy dỗ truyền đạt cho nhóm nhiều kiến thức tảng để nhóm có hành trang tốt chuẩn bị bước vào đời Đặc biệt nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Vũ Hải, người thầy ân cần, tận tụy hướng dẫn nhóm suốt thời gian thực đồ án Trong trình làm việc, với hướng dẫn tận tình thầy Lưu Vũ Hải nỗ lực thân thành viên nhóm, đến cơng việc hồn thành Trong q trình tìm hiểu, tính tốn lập trình có sai sót Nhóm tác giả mong bảo thầy để đề tài hoàn thiện Nhờ hướng dẫn tận tình thầy mà nhóm hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp này, lần nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy, người lái đò sống với nghiệp giáo dục, dìu dắt hệ trẻ đường học tập nghiên cứu khoa học Sau cùng, nhóm tác giả xin kính chúc q thầy khoa Cơ Khí thầy Lưu Vũ Hải thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Xin chân thành cảm ơn ! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, Ngày … tháng … năm 20… Giáo viên hướng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, Ngày … tháng … năm 20… Giáo viên phản biện (ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH III DANH MỤC BẢNG BIỂU V LỜI MỞ ĐẦU VI CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1.2 CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 NỘI DUNG THỰC HIỆN 1.5 DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TAY MÁY BẬC TỰ DO 2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG 2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.2.1 Arduino 2.2.2 Mạch điều khiển động 2.3 HỆ THỐNG CẢM BIẾN 2.3.1 Cảm biến màu 2.3.2 Cơng tắc hành trình 10 2.3.3 Cảm biến tiệm cận 12 2.4 CƠ CẤU CHẤP HÀNH 15 2.4.1 Động DC 15 2.4.2 Động bước 17 2.4.3 Động Servo 21 2.5 CÁC KHỐI NGUỒN 22 2.5.1 Nguồn xung 23 2.6 KHÁC 26 2.6.1 Nút nhấn 26 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG 28 3.1 MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ KHÍ 28 3.1.1 Động học thuận tay máy 28 3.1.2 Bài toán động học ngược Robot 30 3.1.3 Phương trình động lực học 34 I 3.1.4 Mơ hệ thống khí 44 3.2 MÔ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 45 3.2.1 Mơ hình hóa mơ điều khiển 45 3.2.2 Phương pháp giảm giật 47 3.2.3 Xác định giá trị điều khiển 48 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 51 4.1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 51 4.1.1 Mơ hình thiết kế vẽ tay máy 51 4.1.2 Lựa chọn kích thước khâu khớp 55 4.1.3 Xây dựng mơ hình khâu khớp 57 4.1.4 Lựa chọn tính tốn truyền 61 4.1.5 Chọn vật liệu phương pháp chế tạo 63 4.1.6 Chế tạo lắp ráp 64 4.1.7 Tính momet khớp 65 4.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 67 4.2.1 Thiết kế lưu đồ thuật toán 67 4.2.2 Tính tốn chọn linh kiện 72 4.2.3 Mạch điều khiển 87 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 91 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 91 ĐỀ XUẤT 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 93 II DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Ảnh R.U.R, kịch Karel Capek Hình Vị trí hộp phôi môi trường làm việc tay máy Hình 2 Các board Arduino thực tế Hình Mạch điều khiển tốc độ động thực tế Hình Cách đấu nối mạch điển hình Hình Cảm biến màu sắc thực tế Hình Cấu tạo cơng tắc hành trình 10 Hình Bên cơng tắc hành trình 11 Hình Cảm biến tiệm cận 12 Hình Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận 13 Hình 10 Cấu tạo chi tiết động DC 15 Hình 11 Đường đặc tính động 17 Hình 12 Một số loại động bước phổ biến 18 Hình 13 Cấu tạo bên động bước 19 Hình 14 Cách cấp xung đảo chiều động bước 20 Hình 15 Động servo 21 Hình 16.Nguyên lý hoạt động động servo 22 Hình 17 Nguồn xung 23 Hình 18 Sơ đồ khối nguồn xung 24 Hình 19 Pin 9V dây nối 26 Hình 19 Các dạng nút nhấn thường gặp 26 Hình Hệ trục tọa độ gắn khâu 28 Hình Kích thước thực tế tay máy (mm) 30 Hình 3 Không gian làm việc tay máy 31 Hình Minh họa góc khâu chuyển động 33 Hình Kích thước, cấu khâu biến khớp 35 Hình Video mơ hệ thống Solidworks 44 Hình Sơ đồ khối điều khiển động bước khâu 1-2-3 45 Hình Sơ đồ điều khiển vòng hở đk động băng tải 46 Hình Bộ điều khiển động DC servo 46 Hình 10 Tín hiệu điều khiển động 47 Hình 11 Giản đồ tốc độ động theo thời gian theo 48 Hình Mơ hình tay máy hồn chỉnh môi trường làm việc SolidWorks 51 III Hình Bản vẽ lắp tay máy phân loại phôi bậc tự 52 Hình Bản vẽ lắp cụm đế 53 Hình 4 Bản vẽ lắp cụm tay gắp 54 Hình Mơi trường làm việc tay máy 55 Hình Datasheet Robot ABB IRB 460 56 Hình Phác thảo khung xương tay máy 56 Hình Mơ hình 3D tay máy SolidWorks 57 Hình Khâu 58 Hình 10 Khâu 58 Hình 13 Khâu 59 Hình 14 Khâu 60 Hình 15 Cụm tay gắp + khâu 60 Hình 16 Một số chi tiết sau in 3D 64 Hình 17 Robot sau lắp ráp hoàn chỉnh 64 Hình 18 Module Arduino Mega 2560 72 Hình 19 Arduino Uno 73 Hình 20 Động Datasheet động Nema 17 75 Hình 21 Giản đồ xung cấp theo dạng sóng 76 Hình 22 Xung cấp theo dạng chuỗi xung liên tục 76 Hình 23 Xung điều khiển full step theo phương pháp pha dấu 78 Hình 24 Giản đồ xung dạng nửa bước 78 Hình 25 Xung cấp dạng ¼ bước 79 Hình 26 Xung cấp dạng 1/8 bước 79 Hình 27 Giản đồ xung cấp theo dạng 1/16 bước 80 Hình 28 Hộp số datasheet động 82 Hình 29 Driver A4988 cách kết nối 83 Hình 30 Module L298 83 Hình 31.Cảm biến màu TCS3200 84 Hình 32 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại 85 Hình 33 Động servo SG90 85 Hình 34 Nguồn tổ ong 12V – 10A 87 Hình 35 Mạch hoạt động hệ băng tải 87 Hình 36 Hệ thống điều khiển hệ tay máy 88 Hình 37 Sơ đồ nguyên lý mạch kết nối driver 89 IV DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Số lượng sản xuất robot nước công nghiệp Bảng Các trạng thái hoạt động động 16 Bảng Bảng thông số động học D - H 28 Bảng Tọa độ điểm công tác tay máy 31 Bảng 3 Góc quay khâu để đưa tay máy đến điểm công tác 34 Bảng Các góc chuyển vị khâu vị trí cơng tác 49 Bảng Bảng tra số bước động phải quay 49 Bảng Bảng tra số bước động phải quay thực tế 50 Bảng Bảng sai số 50 Bảng Khoảng cách trục động dẫn động so với trục khâu 62 Bảng Thông số bánh dẫn động khâu 63 Bảng Bảng đặc tính sợi nhựa in phổ biến 63 Bảng 4 Khối lượng độ dài khâu 65 Bảng Moment khớp vị trí làm việc 66 V else delayMicroseconds(400); // chờ digitalWrite(5,LOW); // Output low if (x>=k1-50) delayMicroseconds(3200); else delayMicroseconds(1600); // chờ } } /***********Lấy vị trí khâu 1***************/ void ve1() { { kt1=digitalRead(13); Serial.print("**"); Serial.println(kt1); khau1(-5); }while(kt1==1); } /******************Di chuyển Khâu 2*******************/ void khau2(int k2) { digitalWrite(9,LOW); 94 if(k2>0) digitalWrite(7,HIGH); // Đặt Dir trạng thái HIGH if(k2