do an tot nghiep canh tay robot 5 bac

LỜI NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên LỜI MỞ ĐẦU .6 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu khoa học Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN ROBOT .8 1.2 NHỮNG ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA ROBOT 10 1.3 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT .11 1.4 PHÂN LOẠI ROBOT 13 1.4.1 Phân loại robot theo dạng hình học không gian hoạt động 13 1.4.2 Phân loại robot theo hệ .17 Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên 1.4.3 Phân loại robot theo hệ điều khiển 18 1.4.4 Phân loại robot theo nguồn dẫn động 18 1.5 CẤU TẠO CHUNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 20 1.5.1 Các thành phần .20 1.5.1.1 Tay máy 20 1.5.2.2 Bậc tự tay máy 21 1.5.2.3 Tay máy tọa độ vng góc 21 1.5.2.4 Tay máy tọa độ trụ 22 1.5.2.5 Tay máy tọa độ cầu .22 1.5.2.6 Tay máy toàn khớp lề SCARA 22 1.5.3 Cổ tay máy 23 1.5.4 Bộ điều khiển Robot 23 1.5.4.1 Bộ xử lý trung tâm 24 1.5.4.2 Bộ nhớ 24 1.5.4.3 Bộ xuất nhập .25 1.5.4.4 Các loại điều khiển 25 1.5.5 Nguồn dẫn động 27 1.5.5.1 Truyền động thuỷ lực 27 1.5.5.2 Truyền động khí nén 28 1.5.5.3 Truyền động điện 29 1.5.5.4 truyền động hỗn hợp 30 1.5.6 Các dạng điều khiển tay máy 30 1.5.6.1 Đường dẫn đoạn 30 1.5.6.2 Đường dẫn theo điểm 30 1.5.6.3 Đường dẫn liên tục .30 1.5.6.4 Đường dẫn điều khiển 30 1.5.7 Tay gắp 31 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC TAY MÁY 32 2.1 CÁC KHÁI NIỆM BAN ĐẦU 32 2.1.1 Hệ tọa độ .32 2.1.2 Quỹ đạo .32 Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên 2.1.3 Bài toán động học thuận 32 2.1.4 Bài toán động học ngược 32 2.2 MÔ TẢ CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ THUẦN NHẤT 32 2.2.1 Giới thiệu phương pháp tọa độ 32 2.2.2 Biến đổi dùng ma trận 33 2.2.3 Các phép biến đổi dùng tọa độ .35 2.2.4 Bài toán biến đổi ngược .37 2.2.5 Mô tả phát biểu lại nội dung toán động học 38 2.2.6 Phương pháp giải toán động học thuận 39 2.2.7 Phương pháp giải toán động học ngược 39 2.3 THUẬT TOÁN GIẢI BÀI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ THUẦN NHẤT 40 2.3.1 Bộ thông số DH (Denavit-Hartenberg) 40 2.3.2 Thiết lập hệ tọa độ .41 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ROBOT BẬC TỰ DO 43 3.1 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH 43 3.1.1 Động Servor 43 3.1.2 Driver điều khiển động servo .46 3.1.2.1 Các chân cấp nguồn: 47 3.1.2.2 Các chân điều khiển: 48 3.1.2.3 OUTPUT-PORT 48 3.1.2.4 Kết nối servo driver với Arduino 48 3.1.2.5 Thông số kỹ thuật: 50 3.1.3 Mạch điều khiển 51 3.1.3.1 Giới thiệu chung arduino 51 3.1.3.2 Một vài thông số arduino UNO R3 51 3.1.3.3 Vi điều khiển 52 3.1.3.4 Bộ nhớ cổng vào 54 3.1.3.5 Lập trình cho Arduino .56 3.1.4 Nguồn 56 Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên 3.1.4.1 Nguồn cấp cho Arduino servo driver: 57 3.1.4.2 Nguồn cấp cho servo: 57 3.1.5 Khung cánh tay robot, khớp nối chân đế .57 3.2 Thi công phần cứng 61 3.2.1 Lắp ráp .61 3.3 Phần mềm điều khiển .68 3.3.1 Các thao tác hoạt động cánh tay robot .68 3.3.2 Lưu đồ thật toán 69 3.3.3 Mã nguồn chương trình điều khiển 71 KẾT LUẬN .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Thế giới q trình cách mạng cơng nghiệp 4.0, mang đến cho nhận loại hội để thay đổi mặt kinh tế Cùng với hứa hẹn ‘đổi đời’ doanh nghiệp Việt Nam Tự động hóa robot xu hướng quan trọng tương lai cơng nghiệp Tự động hóa đem lại mức độ xác xuất cao Cơng nghệ chí hoạt động tốt số mơi trường làm việc khắc nhiệt khơng an tồn với người Ngành công nghiệp robot giới phát triển mạnh mẽ với nhiều hãng sản xuất robot cơng nghiệp khác Có nhiều quốc gia giới nghiên lĩnh vực : Nhật Bản, Mỹ, Úc, Nga Và kết đạt khiến người không ngạc nhiên Các sản phẩm robot công nghiệp ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, robot ứng dụng môi trường đa dạng công xưởng, vũ trụ, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên biển hay chí đường ống nước thải Mục đích để phục vụ sản xuất, chí phục vụ nhu cầu giải trí chăm sóc người Hiện nước ta doanh nghiệp trường đại học quan tâm đến thi công nghệ Sáng tạo robot Việt nam-Robocon, robottics quốc tế Trên thị trường có nhiều mơ hình robot phục vụ học tập nghiên cứu với giá thành hợp lý Với phát triển mạnh mẽ công nghiệp máy tính cách mạng cơng nghiệp 4.0 giới nước ta Công nghiệp tự động hóa robot phát triển nở rộ kèm theo nhu cầu nguồn lao động có trình độ làm chủ cơng nghệ Do em chọn đề tài ‘Robot ’, để nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý hoạt động robot vận dụng kiến thức học Mục đích đề tài Thực nghiệm mơ hình cánh tay robot bậc tự qua nghiên cứu tổng quan cánh tay robot tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động robot Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý ứng dụng Arduino sử dụng để điều khiển cánh tay robot Vận dụng kiến thức học tìm hiểu xây dựng mơ hình cánh tay robot hoạt động lập trình Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tương nghiên cứu đề tài mơ hình cánh tay robot bậc tự sử dụng mạch Arduino để điều khiển Nghiên cứu tổng quan cấu tạo nguyên lý hoạt động cánh tay robot mạch điều khiển Vận dụng kiến thức để vận hành lập trình điều khiển cánh tay robot Phương pháp nghiên cứu khoa học Nghiên cứu sở khoa học thực tiễn chế tạo, điều khiển robot Nghiên cứu phương trình động học ngược robot Nghiên cứu ứng dụng phần gia cơng khí để chế tạo cánh tay robot Nghiên cứu ứng dụng mạch Arduino để điều khiển cánh tay robot Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu đề tài ứng dụng xây dựng cánh tay robot tự động gắp phân loại sản phẩm dựa theo màu sắc, dựa theo hình dáng, hay chia sản phẩm từ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên băng truyền xếp vào thùng/khay Ngồi cánh tay máy cịn ứng dụng vào hàn, cắt hay đơn giản nâng vật nặng Mơ hình kết đề tài làm thiết bị thí nghiệm thực hành tốt trực quan cho sinh viên chuyên ngành Điện tự động công nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 SƠ LƯỢC VỀ Q TRÌNH PHÁT TRIỂN ROBOT • Nhu cầu nâng cao suất chất lượng sản phẩm ngày địi hỏi ứng dụng rơng rãi phương tiện tự động hóa sản xuất Xu hướng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao hình thành Các thiết bị thay dần máy tự động ‘cứng’ đáp ứng việc định thị trường ln địi hỏi thay đổi mặt hàng chủng loại, kích cỡ tính v v Vì ngày tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo hệ thống sản xuất tự động linh hoạt • Thuật ngữ ‘robot’ lần xuất năm 1922 tác phẩm ‘Rossm’s Universal Robot’ Karel Capek Theo tiếng Séc robot người làm tạp dịch Trong tác phẩm nhân vật Rossum trai ông tạo máy gần giống người để hầu hạ người • Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng Karel Capek bắt đầu thực Ngay sau chiến tranh giớ lần thứ 2, Hoa Kỳ xuất tay máy chép hình điều khiển từ xa phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên • Vào cuối năm 50, bên cạnh tay máy chép hình khí , xuất loại tay máy chép hình thủy lực điện từ, tay máy Minitaur I tay máy Handyman Genaral Electric Năm 1954 George C Devol thiết kế thiết vị có tên ‘cơ cấu lề’ dùng để chuyển hàng theo chương trình’ Đến năm 1956 Devol với Goseph F Engelber, kỹ sư trẻ công nghiệp hàng không, tạo loại robot công nghiệp năm 1559 công ty Unimation Chỉ đến năm 1975 công ty Unimation bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm robot • Chiếc robot công nghiệp đưa vào ứng dụng đầu tiên, năm 1961, nhà máy ô tô General Motors Trenton, New Jersey Hoa Kỳ • Năm 1967, Nhật Bản nhập robot công nghiệp từ cơng ty AMF Đến năm 1990 có 40 cơng ty Nhật Bản, có công ty khổng lồ công ty Hatachi công ty Mitsubisi,đã đưa thị trường quốc tế nhiều loại robot tiếng • Từ năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính robot nhiều đến lắp đặt thêm cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc trường đại học tổng hợp Ford người ta tạo loại robot lắp ráp tự động điều khiển máy tính sở sử lý thông tin từ cảm biến lực thị giác Vào thời gian Công ty IBM chế tạo loại robot có loại cảm biến xúc giác cảm biến biến lực, điều khiển máy tính để lắp ráp máy in gồm 20 cụm chi tiết • Vào giai đoạn nhiều nước khác tiến hành cơng trình nghiên cứu tương tự, tạo loại robot điều khiển máy vi tính, có lắp đặt thiết bị cảm biến thiết bị ngoại tiếp người- máy • Một lính vực mà nhiều phịng thí nghiệm quan tâm việc chế tạo robot tự hành Các công trình nghiên cứu tạo robot tự hành theo hướng bắt chước chân người súc vật Các robot cịn chưa có nhiều ứng dụng cơng nghiệp nhiên loại xe robot(robocar) lại nhanh chóng đưa vào hoạt động hệ thống sản xuất tự động linh hoat • Từ năm 80, vào năm 90, áp dụng rộng rãi tiến kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp gia tăng, giá Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng n thành giảm rõ rêt, tính có nhiều bước tiến vượt bậc Nhờ robot công nghiệp có vị trí quan trọng dây chuyền sản xuất đại • Ngày chuyên ngành khoa học robot ‘robotics’ trở thành lĩnh vực rộng khoa học, bao gồm vấn đề cáu trúc động học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v • Robot công nghiệp hiểu thiết bị tự động linh hoạt,bắt chước chức lao động công nghiệp người Nói đến thiết bị tự động linh hoạt nói đến khả thao tác với nhiều bậc tự do, điều khiển trợ đông lập trình thay đổi cịn nói đến bắt chước chức lao động công nghiệp người có ý nói đến khơng hạn chế từ chức lao động chân tay đơn giản đến trí khơn nhân tạo, tùy theo loại hình cơng việc lao động cần đến chức hay ko Đồng thời nói đến mức độ cần thiết bắt chước người hay không 1.2 NHỮNG ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA ROBOT  Ứng dụng cơng nghiệp - Lắp đặt vật liệu, hàn điểm phun sơn - Phục vụ máy công cụ, làm khuôn công nghiệp đồ nhựa, v v  Ứng dụng robot phịng thí nghiệm - Dùng để thực công việc thủ công, thực công việc lặp lặp lại  Ứng dụng robot thao tác cần khuyếch đại lực - Dùng khu vực nguy hiểm ( nhiễm xạ v v…) - Dùng bốc dỡ hàng hóa, vật liệu, phơi có trọng lượng lớn cồng kềnh ngành công nghiệp nặng…  Ứng dụng robot nông nghiệp - Robot cắt long cứu, mổ xẻ thịt heo… lĩnh vực robot đảm nhiệm cơng việc mang tính lặp lại, nhiều thao tác đòi hỏi phối hợp tay nghề cao lanh lợi đôi mắt  Ứng dụng robot không gian Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên - Tay máy chế tạo nhắm tăng cường khả bơc dỡ hàng hóa tiếp tế, lắp ghép với trạm không gian khác - Các xe tự hành trang bị tay máy linh hoạt, robot công dụng chung trạm không gian, bảo trì vệ tinh, xây dựng khơng gian…  Ứng dụng robot tàu lặn - Phát triển tàu lặn không người lái công tác kiểm tra, dị tìm, thám hiểm đại dương  Ứng dụng rơ bót giáo dục - Robot sử dụng phương tiện giảng dạy chương trình giáo dục - Robot sử dụng kết hợp với ngôn ngữ LOGO để giảng dạy nhận thức máy tính - Tạo phòng học robot  Ứng dụng robot hỗ trợ người tàn tật - Thông qua xung não để điều khiển tay máy làm thao tác mong muốn, phận thay thể  Ứng dụng robot sinh hoạt giải trí - Các loại đồ chơi trẻ em Robot thơng minh sử dụng nhà văn phòng… 1.3 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ ROBOT  Viện nghiên cứu Mỹ: robot tay máy nhiều chức năng, thay đổi chương trình hoạt động, dùng để di chuyển vật liệu, chi tiết máy dụng cụ dùng cho công việc đặc biệt thông qua chuyển động khác lập trình nhằm mục đích hồn thành nhiệm vụ đa dạng  Theo Groover: robot công nghiệp những, thiết bị tổng hợp hoạt động theo chương trình có đặc điểm định tương tự người  Theo nhà nghiên cứu thuộc trường phái SEV trước đây; ROBOT công nghiệp máy hoạt động tự động điều khiển theo chương trình để thực việc thay đổi 10 ... 1 .5. 4.3 Bộ xuất nhập . 25 1 .5. 4.4 Các loại điều khiển 25 1 .5. 5 Nguồn dẫn động 27 1 .5. 5.1 Truyền động thuỷ lực 27 1 .5. 5.2 Truyền động khí nén 28 1 .5. 5.3... 1 .5. 2 .5 Tay máy tọa độ cầu .22 1 .5. 2.6 Tay máy toàn khớp lề SCARA 22 1 .5. 3 Cổ tay máy 23 1 .5. 4 Bộ điều khiển Robot 23 1 .5. 4.1 Bộ xử lý trung tâm 24 1 .5. 4.2... 1 .5 CẤU TẠO CHUNG CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 20 1 .5. 1 Các thành phần .20 1 .5. 1.1 Tay máy 20 1 .5. 2.2 Bậc tự tay máy 21 1 .5. 2.3 Tay máy tọa độ vng góc 21 1 .5. 2.4 Tay