Thiết kế và chế tạo cánh tay robot phân loại sản phẩm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS NGÔ THANH NGHỊ TRẦN VĂN AN TRẦN KIM TẤN Đà Nẵng, 12/2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: Trần Văn An Số thẻ SV: 101150155 Trần Kim Tấn Số thẻ SV: 101150184 Lớp: 15CDT1 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo cánh tay robot phân loại sản phẩm Người hướng dẫn: Ngô Thanh Nghị Học hàm/ học vị: Tiến sĩ II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: C C Về tính cấp thiết, tính mới, khả ứng dụng đề tài: (điểm 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 tối đa 2đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đề tài có giá trị khoa học/ có báo/ giải vấn đề đặt doanh nghiệp nhà trường: (điểm tối đa 1đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… R L T U D III Tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: (điểm tối đa 1đ) ……………………………………………………………………………………… IV Đánh giá: Điểm đánh giá:…… /10 (lấy đến số lẻ thập phân) Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ Đà Nẵng, ngày ☐ Không bảo vệ tháng năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: Trần Văn An Trần Kim Tấn Số thẻ SV: 101150155 Số thẻ SV: 101150184 Lớp: 15CDT1 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo cánh tay robot phân loại sản phẩm Người phản biện: ………………………….………… Học hàm/ học vị: ………… II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: Điểm Điểm TT Các tiêu chí đánh giá tối đa đánh giá C C Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, R L T giải đủ nhiệm vụ đồ án giao 80 - Tính (nội dung ĐATN có phần 1a 1b U D so với ĐATN trước đây) - Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; ứng dụng thực tiễn - Kỹ giải vấn đề; hiểu, vận dụng kiến thức bản, sở, chuyên ngành vấn đề nghiên cứu - Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, vẽ, chương trình, mơ hình,…) 15 50 - Có kỹ vận dụng thành thạo phần mềm ứng 1c dụng vấn đề nghiên cứu; - Có kỹ đọc, hiểu tài liệu tiếng nước ứng dụng vấn đề nghiên cứu; - Có kỹ làm việc nhóm; 15 Kỹ viết: 20 2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 15 2b - 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: ……………………………………… ……………………………………………………………………………………… - Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời buổi bảo vệ: ………………………………… ……………………………………………………………………………………… - Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 201… Người phản biện C C U D R L T TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo cánh tay robot phân loại sản phẩm Sinh viên thực hiện: Trần Văn An Số thẻ SV: 101150155 Trần Kim Tấn Số thẻ SV: 101150… Lớp: 15CDT1 Giảng viên hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị Giảng viên duyệt: PGS.TS Trần Xuân Tùy Đề tài đề cập trình thiết kế chế tạo cánh tay robot bậc tự kết hợp kỹ thuật xử lí ảnh để phân loại bánh Đề tài gồm phần chính: Thiết kế, mơ phỏng, chế tạo cánh tay robot ; Xử lý ảnh phân biệt loại bánh hư khơng hư; Lắp đặt, tính tốn động học vận hành cánh tay robot bậc tự Hệ thống sau hồn thành phân loại gắp bánh băng tải chuyển động bỏ vào vị trí tương ứng thiết lập C C U D R L T CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đồ án trung thực chưa sử dụng để bảo vệ đồ án học vị khác Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc phép công bố Sinh viên thực Trần Văn An Trần Kim Tấn C C U D R L T LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, kinh tế ngồi nước đà phát triển mạnh mẽ, ngành cơng nghiệp ngày tự động hóa sản xuất, địi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật cao Nhu cầu nhà sản xuất nhà tiêu dùng tăng không ngừng Đây hội thách thức cho ngành điện tử, với việc ứng dụng thành tựu nhân loại để phục vụ nhu cầu xã hội Robot ứng dụng thiết thực nhất, từ cỗ máy đơn giản đến phức tạp nhất, góp mặt vào lĩnh vực đời sống sản xuất người Các robot trở thành công cụ lao động thông minh, bước thay người hoạt động sản xuất Nhờ có robot mà suất chất lượng lao động ngày cải thiện tiệm cận hoàn hảo Trong học phần này, chúng em thực đề tài: Thiết kế chế tạo cánh tay robot kết hợp xử lí ảnh phân loại sản phẩm Với mục tiêu tạo sản phẩm hoạt động linh hoạt có khả ứng dụng thực tế mang lại hiệu kinh tế cao Các nhiệm vụ cần thực đề tài bao gồm:  Xác định phương án thiết kế chế tạo  Nghiên cứu điều khiển robot  Xử lý ảnh xác định vật thể kết hợp với lập trình arduino C C R L T Để đồ án đạt kết tốt đẹp, chúng em nhận hổ trợ, giúp đỡ cá giáo viên khoa giáo viên xưởng khí Với tình cảm sâu sắc trước hết chúng em xin gửi tới Thầy Khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Đại học Đà Nẵng lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy truyền đạt kiến thức để chúng em hoàn thành đề tài Đặc biệt chúng em gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo – TS Ngô Thanh Nghị quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn hoàn thành tốt đề tài thời gian qua Tuy nhiên kiến thức kinh nghiệm nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận thông cảm đóng góp ý kiến thầy bạn sinh viên để đề tài chúng em hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn U D Đà Nẵng, ngày tháng 12 năm 2019 Người thực đề tài: Trần Văn An Trần Kim Tấn i MỤC LỤC TÓM TẮT CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC .ii DANH SÁCH BẢNG BIỂU v DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung tự động hóa 1.1.1 Khái niệm tự động hoá sản xuất 1.1.2 Các hình thức tự động hố .1 1.1.3 Sự cần thiết phải có tự động hóa .2 C C R L T 1.2 Giới thiệu đề tài 1.2.1 Tổng quan Robot .4 1.2.2 Lựa Chọn Đề Tài Thiết Kế Robot .8 U D 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Nguyên lí hoạt động 1.4.1 Các thành phần hệ thống CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 11 2.1 Ý tưởng thiết kế 11 2.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế cánh tay gắp sản phẩm .11 2.2.1 Cánh tay theo kiểu tọa độ trụ 11 2.2.2 Cánh tay Robot kiểu tọa độ cầu 12 2.2.3 Cánh tay Robot SCARA 12 2.2.4 Cánh tay Robot kiểu tay người 13 2.3 Phân tích lựa chọn cấu cuối 14 2.3.1 Kiểu cấu kẹp .14 2.3.2 Kiểu đầu hút khí nén : 15 2.3.3 Kiểu nam châm điện 15 CHƯƠNG 3: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG 17 ii 3.1 Phân tích lựa chọn cấu truyền động cho cánh tay 17 3.1.1 Truyền động bánh 17 3.1.2 Truyền động đai 17 3.2 Phân tích lựa chọn động 18 3.2.1 Động bước .18 3.2.2 Động điện chiều 19 3.2.3 Động Servo 19 3.3 Phân tích lựa chọn băng chuyền 20 3.4 Cảm biến tiệm cận .23 3.5 Cơng tắc hành trình .24 3.6 Module TB6560 25 3.7 Mạch điều khiển Arduino 26 C C CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC ROBOT VÀ XỬ LÍ ẢNH 28 4.1 Phương trình động học cánh tay máy 28 R L T 4.1.1 Phương trình động học thuận 28 4.1.2 Phương trình động học nghịch 33 U D 4.2 Xử lý ảnh .34 4.3 Q trình tính tốn động học .40 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 44 5.1 Thiết kế hệ thống khí 44 5.1.1 Thiết kế băng tải 44 5.1.2 Tính tốn cánh tay 45 5.2 Lưu đồ thuật toán 51 5.2.1 Lưu đồ thuật tốn xử lí ảnh 51 5.2.2 Lưu đồ thuật tốn máy tính 52 5.3 Thiết kế hệ thống điều khiển .52 5.3.1 Thiết kế giao diện điều khiển Matlab 53 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 56 Chương trình Matlab: 56 iii Chương trình Arduino: 61 C C R L T U D iv Thiết Kế Và Chế Tạo Cánh Tay Robot Phân Loại Sản Phẩm Px = Py = Pz = Or = col= % offsetX-k*pObj(1)*0.97; offsetY+k*pObj(2)*0.96; 0; pObj(3); pObj(4); % [t11,t21,t31,t51] = inverse(Px,Py,Pz,Or); [t12,t22,t32,t52] = inverse(Px,Py,Pz+retract,Or); [t13,t23,t33,t53] = inverse(D(col,1),D(col,2),D(col,3)+retract,D(col,4)); [t14,t24,t34,t54] = inverse(D(col,1),D(col,2),D(col,3),D(col,4)); end % -function [th1,th2,th3,th5] = inverse(px,py,pz,or) % parameter a1=23; d1=138.7; a2=200; a3=180; d5=120; th1=atan2d(py,px); n1=px*cosd(th1)+py*sind(th1)-a1; n2=pz+d5-d1; th3=-acosd((n1^2+n2^2-a2^2-a3^2)/(2*a2*a3)); th2=atan2d((n2*(a2+a3*cosd(th3))a3*sind(th3)*n1),(n1*(a2+a3*cosd(th3))+a3*sind(th3)*n2)); %th4=-th2-th3; end if (th5>90) th5=th5-180; else if (th50) { String tt=Serial.readString(); int Px=tt.toInt(); if(Px0) {digitalWrite(HUONG1,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG1,LOW); sx1=-sx1; } if (sx2>0) {digitalWrite(HUONG2,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG2,LOW); sx2=-sx2; } if (sx3>0) {digitalWrite(HUONG3,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG3,LOW); sx3=-sx3; } if (sx4>0) {digitalWrite(HUONG4,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG4,LOW); C C R L T U D SVTH: Trần Văn An Trần Kim Tấn 63 GVHD: TS Ngô Thanh Nghị Thiết Kế Và Chế Tạo Cánh Tay Robot Phân Loại Sản Phẩm sx4=-sx4; } c1=600000/sx1; c2=300000/sx2; c3=300000/sx3; c4=300000/sx4; e1=(10000-30*c1)/465; e2=(10000-30*c2)/465; e3=(10000-30*c3)/465; e4=(10000-30*c4)/465; if(Px>300) {if(sx1>0) { dongco1(sx1); } dongco4(sx4); dongco3(sx3); dongco2(sx2); } else{ dongco2(sx2); dongco4(sx4); if(sx1>0) { dongco1(sx1); } dongco3(sx3); } delay(10); sx11=1546-ss1; sx21=2952-ss2; sx31=-12004-ss3; sx41=-2147-ss4; if (sx11>0) {digitalWrite(HUONG1,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG1,LOW); C C R L T U D SVTH: Trần Văn An Trần Kim Tấn 64 GVHD: TS Ngô Thanh Nghị Thiết Kế Và Chế Tạo Cánh Tay Robot Phân Loại Sản Phẩm sx11=-sx11; } if (sx21>0) {digitalWrite(HUONG2,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG2,LOW); sx21=-sx21; } if (sx31>0) {digitalWrite(HUONG3,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG3,LOW); sx31=-sx31; } if (sx41>0) {digitalWrite(HUONG4,HIGH); } else {digitalWrite(HUONG4,LOW); sx41=-sx41; } c1=600000/sx11; c2=300000/sx21; c3=300000/sx31; c4=300000/sx41; e1=(10000-30*c1)/465; e2=(10000-30*c2)/465; e3=(10000-30*c3)/465; e4=(10000-30*c4)/465; dongco2(sx21); dongco4(sx41); if(sx11>0) { dongco1(sx11); } dongco3(sx31); C C R L T U D SVTH: Trần Văn An Trần Kim Tấn 65 GVHD: TS Ngô Thanh Nghị Thiết Kế Và Chế Tạo Cánh Tay Robot Phân Loại Sản Phẩm tz1=1546; tz2=2952; tz3=-12004; tz4=-2147; } } } //////////// void dongco1(int sx1) { if (sx1