Thiết kế và chế tạo robot delta

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA Giáo viên hướng dẫn: TS LÊ HOÀI NAM Sinh viên thực hiện: PHAN HUY THÀNH Số thẻ sinh viên: 101130180 Lớp: 13CDT1 Đà Nẵng, 6/2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin chung: I Họ tên sinh viên: PHAN HUY THÀNH Lớp: 13CDT1 Số thẻ SV: 101130180 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo robot Delta Người hướng dẫn: LÊ HOÀI NAM Học hàm/ học vị: Tiến sĩ Nhận xét đồ án tốt nghiệp: II Về tính cấp thiết, sáng tạo ứng dụng đồ án: (điểm đánh giá tối đa 2đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Về kết giải nội dung nhiệm vụ yêu cầu đồ án: (điểm tối đa 4đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Về hình thức, cấu trúc, bố cục đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa 2đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… NCKH: (nếu có báo khoa học ĐATN đề tài NCKH: cộng thêm 1đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… III Tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… IV Đánh giá: Điểm đánh giá: Đề nghị: /10 Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn TS Lê Hoài Nam ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin chung: V Họ tên sinh viên: PHAN HUY THÀNH Lớp: 13CDT1 Số thẻ SV: 101130180 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo robot Delta Người phản biện: NGUYỄN DANH NGỌC Học hàm/ học vị: Tiến sĩ Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: VI Điểm Điểm tối đa trừ TT Các tiêu chí đánh giá 1a 1b 1c 1d 1e 1f 2a 2b Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải đủ nhiệm vụ đồ án giao - Hiểu vận dụng kiến thức Toán khoa học tự nhiên vấn đề nghiên cứu - Hiểu vận dụng kiến thức sở chuyên ngành vấn đề nghiên cứu - Có kỹ vận dụng thành thạo phần mềm mơ phỏng, tính tốn vấn đề nghiên cứu - Có kỹ đọc, hiểu tài liệu tiếng nước ứng dụng vấn đề nghiên cứu - Có kỹ làm việc nhóm, kỹ giải vấn đề - Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; ứng dụng thực tiễn: Kỹ viết: Điểm lại 80 15 25 10 10 10 10 - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 20 15 - Thuyết minh đồ án khơng có lỗi tả, in ấn, định dạng Tổng điểm đánh giá: theo thang 100 Quy thang 10 (lấy đến số lẻ) Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ……………………………………………………………………………………… Ý kiến khác: ……………………………………………………………………………………… Đề nghị: Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Người phản biện TS Nguyễn Danh Ngọc ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: PHAN HUY THÀNH Lớp: 13CDT1 Số thẻ SV: 101130180 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo robot Delta Người phản biện: NGUYỄN DANH NGỌC Học hàm/ học vị: Tiến sĩ II Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời ……………….……………….…… ……………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đáp án: (người phản biện ghi vào chấm nộp với hồ sơ bảo vệ) ……………….……………….…… ……………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Người phản biện TS Nguyễn Danh Ngọc TÓM TẮT Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA Họ tên sinh viên: PHAN HUYTHÀNH Số thẻ sinh viên : 101130180 Lớp : 13CDT1 Nội dung đồ án đề cập sở lý thuyết phương pháp phân tích, tính tốn động học, động học ngược điều khiển robot Delta có kết hợp xử lý ảnh Dựa phương pháp ta vào thiết kế chế tạo mẫu robot điển hình robot Delta để có nhìn tồn diện loại robot trọng phát triển công nghiệp Chương 1: Tổng quan robot Delta Chương chủ yếu cung cấp cho người đọc nhìn ban đầu robot Delta, từ lịch sử phát triển, đến lợi so với robot thơng thường khác, ứng dụng đời sống công nghiệp, đồng thời khái quát sơ đồ tổng quan hệ thống, đặt vấn đề để xây dựng robot Delta ứng dụng công nghiêp Chương 2: Thiết kế khí Chương này, ta phân tích cấu trúc lựa chọn phương án thiết kế tính tốn thiết kế dẫn động cho robot, giải vấn đề động học Robot song song Delta tính tốn động học thuận, động học ngược sở phương trình liên kết phương pháp hình học Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển Chương giải vấn đề liên quan đến việc chọn dòng vi điều khiển trung tâm modun thích hợp mạch điều khiển cho robot thiết kế mạch điện điều khiển nhằm đảm bảo chức robot Chương 4: Xây dựng chương trình điều khiển Chương giới thiệu lý thuyết xử lý ảnh nói chung bước xử lý ảnh nói riêng, xậy dựng phương trình bắt điểm băng tải để áp dụng vào chương trình điều khiển Chương xây dựng nguyên lý làm việc cho robot từ tạo sơ đồ thuật tốn áp dụng vào chương trình điều khiển cho vi diều khiển xây dựng giao diện giao tiếp máy tính vi điều khiển nhằm giúp robot thực theo theo nguyên lý, sơ đồ thuật toán hoạt động robot Delta Cuối đánh giá kết luận rút hạn chế kinh nghiệm để có hướng phát triển đề tài ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Huy Thành Số thẻ sinh viên: 101130180 Lớp: 13CDT1 Khoa: Cơ Khí Ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Tên đề tài đồ án: Thiết kế chế tạo robot Delta Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… ………………………………………………………………………………………… … ………………………………….… ……………………… ………………… Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan robot Delta Chương 2: Thiết kế khí Chương 3:Thiết kế hệ thống điều khiển Chương 4: Xây dựng chương trình điều khiển Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): … …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… … …………………………………………………………………………………… Họ tên người hướng dẫn: TS.Lê Hoài Nam Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …… /01/2018 Ngày hoàn thành đồ án: …… /06/2018 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn TS Võ Như Thành TS Lê Hồi Nam LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu Có thể nói Robot mang tới cho sống người sống mới, cách trải nghiệm sống đơi cịn người bạn Những hãng Robot từ nước tiếng giới từ Đức, Nhật Bản, Nga, Hoa Kỳ ngày khẳng định diện robot phần không thiếu sống tương lai phía trước Nó xuất tất lĩnh vực từ khoa học vĩ mô vi mô ngày đa dạng Sau thời gian học tập rèn luyện, với hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo TS Nguyễn Danh Ngọc thầy giáo TS Lê Hoài Nam, trợ giúp quý thầy cô môn tài liệu có liên quan, mà em hồn thành xong đề tài Đề tài hoàn thành xong, khơng thể tránh nhiều thiếu sót mong q thầy cô giáo thông cảm bảo thêm để đề tài phát triển ứng dụng rộng rãi thực tế Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô! Sinh viên thực Phan Huy Thành I CAM ĐOAN Kính gửi: - Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa; - Khoa Cơ Khí Tơi tên : PHAN HUY THÀNH Số thẻ sinh viên: 101130180 Lớp : 13CDT1 Khoa: Cơ Khí Đề tài: Thiết kế chế tạo Robot Delta Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp thực không chép hay trùng với đề tài thực hiện, sử dụng tài liệu tham khảo nêu báo cáo Các số liệu, kết nêu đề tài trung thực Nếu sai, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên thực Phan Huy Thành II MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu cảm ơn Lời cam đoan liêm học thuật Mục lục I II III Danh sách bảng biểu, hình vẽ sơ đồ V Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT DELTA 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ứng dụng robot delta 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.2.1 Cấu trúc 1.2.2 Đặt vấn đề CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 PHÂN TÍCH CẤU TRÚC 2.1.1 Lựa chọn cấu trúc 2.1.2 Cơ cấu dẫn động động 2.1.3 Hệ khớp dẫn động 10 2.1.4 Hệ hình bình hành 10 2.1.5 Giá động 11 2.1.6 Gá cấu chấp hành 11 2.1.7 Cơ câu tay kẹp 12 2.2 MƠ HÌNH TỔNG QUAN 12 2.3 THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG ROBOT 14 2.3.1 Tính chọn động 14 2.3.2 Thiết kế truyền bánh 15 2.3.3 Kiểm nghiệm truyền bánh 19 2.4 ĐỘNG HỌC ROBOT DELTA 23 2.4.1 Động học thuận robot: 25 2.4.2 Động học ngược robot: 27 III CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 30 3.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 30 3.2 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG 30 3.2.1 Bộ điều khiển 30 3.2.2 Driver A4988 32 3.2.3 Động bước: 33 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH 34 3.4 FILE MẠCH IN 35 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 36 4.1 LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH 36 4.1.1 Các kiểu ảnh, thao tác ảnh 36 4.1.2 Các hàm chuyển đổi kiểu ảnh 37 4.1.3 Loại bỏ nhiễu 41 4.2 LƯU ĐỒ XỬ LÝ ẢNH BẮT ĐIỂM TRONG MATLAB 45 4.3 XỬ LÝ ẢNH TRONG MATLAB 46 4.3.1 Khởi tạo video 46 4.3.2 Các bước xử lý ảnh dị tìm đối tượng 46 4.3.3 Chương Trình xử lý dõi theo đối tượng Matlab 48 4.4 THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH BẮT ĐIỂM TRÊN BĂNG TẢI 50 4.5 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 51 4.6 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 53 4.7 CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 54 4.7.1 Chương trình cho mạch điều khiển 54 4.7.2 Lập trình giao diện Matlab 55 KẾT LUẬN 58 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN 61 PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH TRONG MATLAB 65 IV Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA KẾT LUẬN Hình 5.1: Mơ hình Robot Delta Hệ điều khiển đáp ứng yêu cầu tốn điều khiển vị trí, chạy theo hành trình thiết lập, thực tất chức thiết lập, Đặt biệt tự động bắt vật thể băng tải mà không cần dừng băng tải thông qua phản hồi webcam Thông qua khảo sát cho thấy kết hợp với webcam để tạo thành hệ thống khả bắt vật thể phụ thuộc nhiều vào tốc độ robot so với tốc độ băng tải củng mật độ đối tượng băng tải SVTH: PHAN HUY THÀNH GVHD:TS LÊ HOÀI NAM 58 Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA Hạn chế khó khăn khâu lắp ráp, đồng thời kết cấu khí chưa thực xác ăn khớp bánh nhựa độ rơ ổ bi mô hình tương đối lớn nên độ xác mơ hình thấp Đây đề tài có ứng dụng thực tế nên chúng em cố gắng để hoàn thiện đề tài để phù hợp với nhu cầu thực tế Qua kết đạt ta Phát triển thêm chức dạy học tự nhận diện sản phẩm thơng qua webcam, từ đưa Sản phẩm phát triển ứng dụng khơng cơng nghiệp nhẹ, mà cịn nhiều lĩnh vực đời sống xã hội SVTH: PHAN HUY THÀNH GVHD:TS LÊ HOÀI NAM 59 Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí - tập - Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – NXB Giáo dục 2003 [2] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí - tập - Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – NXB Giáo dục 2003 [3] Giáo Trình MATLAB – Phan Thanh Tao – Năm 2004 [4] Robot công nghiệp – Phạm Đăng Phước - NXB xây dựng 2007 [5] The Delta Parallel Robot: Kinematics Solutions Robert L Williams II, Ph.D., williar4@ohio.edu Mechanical Engineering, Ohio University, October 2016 [6] Các website, forum trực tuyến www.hypertriangle.com/~alex/delta-robot-tutorial/ SVTH: PHAN HUY THÀNH www.mathworks.com, GVHD:TS LÊ HOÀI NAM 60 Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN • Chương trình void setup() { Serial.begin(BAUD); robot.arms[0].stepper.connectStep(7,6); robot.arms[1].stepper.connectStep(5,4); robot.arms[2].stepper.connectStep(3,2); pinMode(A0, INPUT); pinMode(A1, INPUT); pinMode(A2, INPUT); setup_robot(); pinMode(A3, INPUT); //pinMode(13, OUTPUT); W.attach(8); H.attach(9); W.write(90); H.write(10); cli();//stop interrupts TCCR2A = 0;// set entire TCCR2A register to TCCR2B = 0;// same for TCCR2B TCNT2 = 0;//initialize counter value to // set compare match register for 61hz increments OCR2A = 255;// = (16*10^6) / (61*1024) - (must be =20){ if(On){ digitalWrite( 13, digitalRead( 13 ) ^ ); printEEPosition(); } timer2=0; } interrupts(); }Chương trình giải mã liệu void processCommand() { if( !strncmp(buffer,"G00",3) || !strncmp(buffer,"G01",3) ) { float pp[5]; pp[0]=robot.ee.pos.x; pp[1]=robot.ee.pos.y; pp[2]=robot.ee.pos.z; pp[3]=angW_N; pp[4]=feed_rate; if(strchr(buffer,'X'))xx=atof(strchr(buffer,'X')+1); else if(strchr(buffer,'Y'))yy=atof(strchr(buffer,'Y')+1); else if(strchr(buffer,'Z'))zz=atof(strchr(buffer,'Z')+1); SVTH: PHAN HUY THÀNH GVHD:TS LÊ HOÀI NAM 63 Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA else if(strchr(buffer,'W'))angW_N=atof(strchr(buffer,'W')+1); else if(strchr(buffer,'F'))feed_rate=atof(strchr(buffer,'F')+1); else {sofar=0; return;} char *ptr=buffer; for(byte i=0;ic fprintf(s,'%c;',255); i=0; j=0; im=0; return else set(handles.list_com,'value',i); comm=char(deblank(commlist(i,:))); SVTH: PHAN HUY THÀNH GVHD:TS LÊ HOÀI NAM 69 Đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DELTA fprintf(s,'%s;',comm); end elseif data(1)=='>'&xyz==3 fprintf(s,'%s','0;'); xyz=0; if get(handles.check_Auto,'value') fprintf(s,'%s','A;'); end elseif data(1)=='