Thiết kế cánh tay robot (trục x và trục y)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT (TRỤC X VÀ TRỤC Y) MÃ SỐ:SV2019-131 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2019 MỤC LỤC Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1 Trong nước .7 1.2 Ngoài nước .9 Lý chọn đề tài 10 Mục tiêu đề tài .11 Phương pháp nghiên cứu 11 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 CHƯƠNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP .12 Lịch sử phát triển robot công ngiệp .12 Định nghĩa phân loại Robot .12 2.1 Định nghĩa Robot 12 2.2 Phân loại 14 Ứng dụng Robot công nghiệp .16 3.1 Mục tiêu ứng dụng Robot công nghiệp 16 3.2 Các lĩnh vực ứng dụng Robot công nghiệp 17 Hệ thống Robot 17 Bài toán Robot 18 5.1 Động học .18 5.2 Tĩnh học 19 5.3 Động lực học 19 Cấu trúc động học cấu .19 6.1 Khâu khớp .20 6.2 Chuỗi động cấu Robot 21 6.3 Bậc tự cấu Robot 22 CHƯƠNG BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC CỦA ROBOT 23 Động học thuận Robot 23 1.1 Các toạ độ 23 1.1.1 Định nghĩa toạ độ 23 1.1.2 Phép quay tổng hợp 25 1.2 Bài toán động học thuận 25 Động học ngược .26 2.1 Bài toán 26 2.2 Phương pháp giải 27 Động lực học 28 3.1 Động tay máy 28 3.2 Thế tay máy 29 3.3 Phương trình vi phân chuyển động tay máy 29 CHƯƠNG TÍNH ĐỘNG HỌC THUẬN, ĐỘNG HỌC NGƯỢC SCARA 36 Giới thiệu Robot SCARA 36 1.1 Một số thông số 36 1.2 Kết cấu khí 36 1.3.Hệ thống điều khiển 36 Tính tốn động học thuận Robot SCARA 37 2.1 Đặt toán 37 2.2 Sơ đồ động học 37 2.3 Xác định vị trí hướng bàn kẹp 40 Động học ngược Robot SCARA 41 3.1 Đặt toán 41 3.2 Giải toán động học ngược 41 Tính lực tác dụng vào khâu khâu .42 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA 47 Động điện chiều (DC) .47 1.1 Đại cương động điện chiều (DC) 47 1.1.1 Động điện chiều (DC) .47 1.1.2 Điều khiển tốc độ động điện chiều 47 1.1.3 Đảo chiều quay 48 1.2 Điều khiển động DC 48 1.2.1 Thiết bị sử dụng 48 1.2.2 Các bước thực 52 Bộ điều khiển tay máy 53 Phần mềm LabVIEW 55 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Hình 1.1: Robot Scara bậc tự .9 Hình 1.2: Các hệ thống cấu thành robot 17 Bảng 3.1: Thông số tay máy Scara 36 Hình 3.1: Sơ đồ động học tay máy Scara 37 Hình 3.2: Giới hạn góc quay khớp 38 Hình 3.3: Giới hạn không gian làm việc tay máy Scara 39 Bảng 4.1: Động điện chiều 46 Hình 4.2: Lực tác dụng lên motor DC .50 Hình 4.3: Sơ đồ nối dây motor DC 50 Hình 4.4: Sơ đồ cấu trúc chung hệ thống điều khiển tay máy Scara 53 Hình 4.5: Mã nguồn LabViEW 56 Hình 5.1: Tay máy Scara 58 Hình 5.2: Máy in 3D Scara 58 Hình 5.3: Máy in 3D Scara 59 Hình 5.4: Một số sản phẩm in 59 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT D-H Denavit-Hartenberg MỞ ĐẦU TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Trong nước Nghiên cứu phát triển robot Việt Nam có bước tiến đáng kể 25 năm qua Vào giai đoạn 1985-1990, 1991-1995, 1996-2000, 2001-2005, 20062010, 2011-2015 gần 2016-2020, khuôn khổ chương trình NCKH&PTCN quốc gia tự động hóa, nhiều đề tài nghiên cứu chế tạo robot Trung tâm Tự Động Hóa – Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa – Bộ Cơng Thương, Viện TĐH Kỹ thuật Qn - Bộ Quốc phòng, Đại học Quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, Đại học Quốc gia Hà Nội triển khai thực thành công Nhiều sản phẩm robot sản phẩm đề tài nêu robot hàn vỏ tàu thủy, robot phun hạt nix cọ rửa tàu, máy gia công 3D sử dụng robot song song Hexapode có độ xác cao, robot quay phim hệ thống tự động xếp cấp vật tư kho gồm robot di động chạy ray, hệ điều khiển robot di động qua truyền thông không dây Internet, chế tạo cung cấp cho thị trường Cùng với chương trình NCKH&PTCN quốc gia tự động hóa, từ năm 2005 Tp.Hồ Chí Minh khởi động chương trình chế tạo robot cho doanh nghiệp Ngay năm 2005, Tp.Hồ Chí Minh đầu tư 50 tỷ đồng cho nhà khoa học nghiên cứu chế tạo robot theo đơn đặt hàng doanh nghiệp Mục tiêu nhằm nâng cao chất lượng robot nước chế tạo đạt yêu cầu tương đương so với loại robot nhập từ nước ngoài, đồng thời giảm dần từ 20% đến 30% 50% kim ngạch nhập robot đến cuối năm 2005 phải bàn giao 10 robot cho doanh nghiệp Về mặt sách, ưu tiên hỗ trợ cho doanh nghiệp đặt hàng với số lượng nhiều hợp đồng ký trước Về dài hạn, Tp.Hồ Chí Minh phấn đấu khoảng 5-10 năm, Việt Nam có ngành cơng nghiệp sản xuất robot phục vụ nước xuất Đối với khối doanh nghiệp thiết kế chế tạo robot Việt Nam, nhiều sản phẩm robot gây ấn tượng thị trường nước quốc tế, ví dụ robot có chức gắp sản phẩm từ máy ép nhựa, hệ thống hoạt động linh hoạt với nhiều chế độ Công ty Suno (công ty nhóm BKPro, vơ địch Robocon Châu Á – Thái Bình Dương năm 2005) thuộc chương trình robot Tp.Hồ Chí Minh nhiều doanh nghiệp biết tới; robot hàn di động, robot làm vệ sinh đường ống thông khí, robot vạn năng, hệ thống cấp vít tự động, tay máy cấp phôi Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng Dịch vụ Khoa học kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh Đặc biệt phải kể đến sản phẩm robot Công ty Cổ phần Robot TOSY Công ty Cổ phần TOSY gây thương hiệu robot dáng người đánh bóng bàn TOPIO Ping Pong trình diễn Hội chợ quốc tế Robot IREX 2009 Nhật Bản, robot dịch vụ 23 bậc tự TOPIO Dio sản phẩm robot công nghiệp với giá thành 1/5 robot tương đương giới Hội chợ quốc tế Tự động hóa năm 2010 CHLB Đức gần mRobo – robot có khả biến hình nhảy múa Triển lãm Điện tử tiêu dùng 2012 (CES 2012) vào ngày 11/01/2012 Mỹ Ngoài ra, sản phẩm robot đồ chơi TOSY UFO xuất nhiều thị trường giới Mặc dù có nhiều loại robot Nhà nước hỗ trợ cho nghiên cứu chế tạo qua đề tài nghiên cứu cấp suốt 25 năm qua robot ứng dụng vào thực tiễn sản xuất Nguyên nhân sản xuất Việt Nam giai đoạn cơng nghiệp hóa sử dụng lao động thủ công với giá nhân công rẻ ứng dụng robot sản xuất có hiệu dây chuyền sản xuất có nhu cầu tự động hóa cao ngành robot cơng nghiệp định hình, chưa thực hình thành theo nghĩa thực tế, Nhà nước chưa ban hành giải pháp, sách cụ thể thúc đẩy phát triển ngành cơng nghiệp trí tuệ Hiện có số doanh nghiệp Tp.Hồ Chí Minh mạnh dạn sử dụng sản phẩm robot nước chế tạo phục vụ sản xuất, cịn đa phần doanh nghiệp có nhu cầu sử dụng nhiều robot nhập ngoại Ngoài số đề tài nghiên cứu triển khai vào giảng dạy loại Robot số viện nghiên cứu trường đại học Việt Nam: - Robot SCARA mini Trung Tâm Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tự Động Hóa, trường Đại học Bách khoa Hà Nội thiết kế chế tạo dùng giảng dạy - Robot SCARA bậc tự đại học Bách học Đà Nẵng điều khiển máy tính thơng qua card LAP-PC+ để điều khiển động bước truyền dẫn động khớp (Nghiên cứu thiết kế chế tạo Robot BKDN-01 Phạm Đăng Phước) Hình 1.1 Robot Scara bậc tự - Đề tài “ Chế tạo hệ thống điều khiển Robot SCARA” KS Đỗ Văn Dũng, Viện Cơ Học Ứng dụng thực 1.2 Ngồi nước Ngành cơng nghiệp robot ngành có sớm giới nước công nghiệp phát triển quan tâm phát triển mạnh mẽ vào nửa sau kỷ XX Ví dụ: Ở Nhật Bản, ngành công nghiệp robot đời từ cuối năm 60, bắt đầu với việc nhập kỹ thuật robot tiên tiến Mỹ vào năm 1967 Trong bối cảnh kinh tế phát triển nhanh chóng lại thiếu lao động lành nghề trầm trọng, xuất robot có ảnh hưởng lớn Nhật Bản Năm 1968, đồng thời với công ty công nghiệp nặng Kawasaki bắt đầu sử dụng kỹ thuật Mỹ để sản xuất robot, cơng ty cơng nghiệp nặng Ishikawajima – Harima công ty điện tử Yasukawa bắt đầu bán hệ thống robot dựa kỹ thuật Nhật Bản thị trường Chỉ năm sau đó, Hội nghị robot đầu tiền Nhật Bản tổ chức với có mặt 35 cơng ty Thành công Hội nghị trào lưu phát triển robot giúp Nhật Bản từ năm 1978, năm sản xuất 10.000 hệ thống robot cung cấp cho thị trường Theo thống kê Hiệp hội robot Nhật Bản, năm 1981 Nhật Bản ước tính có 67.435 ... CodeVisionAVR để điều khiển cánh tay robot theo trục x trục y phần khí để chế tạo cánh tay robot Nghiên cứu giới hạn phạm vi nghiên cứu, thiết kế điều khiển cánh tay robot theo trục x trục y với phần mềm... robot chưa xuất nhiều dây chuyền sản xuất sản phẩm cịn q đắt thị trường Việt Nam Nhằm nội địa hóa sản phẩm, nghiên cứu chuyên sâu robot nên chọn đề tài ? ?Thiết kế cánh tay robot (trục x trục y)? ??... ứng dụng kỹ thuật tiên tiến x? ?y dựng giải pháp phần cứng phần mềm để chế tạo điều khiển cánh tay robot theo trục x trục y Nhằm làm chủ kỹ thuật chế tạo robot, áp dụng vào phịng thí nghiệm trường