(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo và điều khiển cánh tay robot 6 bậc tự do

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO GVHD: Th.S NGUYỄN VIỆT THẮNG SVTH: TỐNG QUỐC LỘC MSSV: 11911011 SVTH: PHẠM NGỌC NAM MSSV: 11911012 SVTH: TRẦN HỮU NAM MSSV: 11911035 SKL004256 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN:CƠ_ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:“THIẾT KẾ,CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO” Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: Khố: Tp Hồ Chí Minh,ngày8 tháng năm 2016 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: TỐNG QUỐC LỘCMSSV: 11911011 PHẠM NGỌC NAMMSSV: 11911012 TRẦN HỮU NAMMSSV: 11911035 Tên đề tài:“Thiết kế,chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do” Ngành đào tạo: Sƣ Phạm Cơ_ Điện Tử Họ tên GV hƣớng dẫn: TH.S NGUYỄN VIỆT THẮNG Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: Nhận xét kết thực ĐATN: 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): Đánh giá: TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đung format vơi đầy đu ca hinh thưc va nôị dung cua cac mucc ́ Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung ĐATN Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐATN Tổng điểm Kết luận:  Đƣợc phép bảo vệ  Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngàytháng năm 2016 Giảng viên hƣớng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: TỐNG QUỐC LỘC MSSV: 11911011 PHẠM NGỌC NAMMSSV: 11911012 TRẦN HỮU NAMMSSV 11911035 Tên đề tài: “Thiết kế,chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do” Ngành đào tạo: Sƣ Phạm Cơ_ Điện Tử Họ tên GV phản biện:PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Ý KIẾN NHẬN XÉT 1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 3.Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đung format vơi đầy đu ca hinh thưc va nôị dung cua cac mucc ́ Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung ĐATN Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐA Tổng điểm CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 7.1 Mơ hình Robot thực nghiệm: Sau q trình nghiên cứu nhóm thiết chế chế tạo mơ hình cánh tay Robot bậc tƣ nhƣ hình 7.1sau: Hình 7.1: Mơ hình Robot thực nghiêm 7.2 Vi mạch điều khiển - Thiết kế thi cơng hồn chỉnh mạch điều khiển xử lý tín hiệu giao tiếp máy tính cánh tay Robot nhƣ hình 7.2 sau: Hình 7.2: Các mạch điều khiển 57 7.3 Điều khiển thực nghiệm  Sử dụng giao diện máy tính để nhập thông số điều khiển khớp, giá trị encoder đọc báo vị trí khớp  Ta có bảng giới hạn góc quay khớp: K 7.4 Thu thập xử lý số liệu Tiến hành nhập số xung (góc) cần quay động cơ, thực với mỡi góc quay 10 lần, đọc kết hiển thị liệt kê vào bảng bảng số liệu Giá trị Lần đặt đo 2700 o (30 ) 10 5400 o (60 ) 10 Bảng 7.1 Đáp ứng vị trí khớp số 58 Giá trị đặt Lần đo 8100 o (30 ) 10 16200 o (60 ) 10 Bảng 7.2 Đáp ứng vị trí khớp số Giá trị đặt Lần đo 5404 o (30 ) 10808 10 o (60 ) 59 Giá trị đặt o 10795 (59,93 ) 13 10 10789 (59,89 ) 19 o 10820 (60,07 ) 12 o 10789 (59,89 ) 19 Bảng 7.3 Đáp ứng vị trí khớp số o Lần đo 727 o (30 ) 1454 o 10 (60 ) 10 Giá trị đặt Lần đo 1436 o (30 ) 60 10 2872 o (60 ) 10 Giá trị đặt Lần đo 4205 o (30 ) 10 8410 o (60 ) 10 Bảng 7.6 Đáp ứng vị trí khớp số 7.5 Vẽ biểu đồ nhận xét: 61 Hình 7.3: Biểu đồ thể đáp ứng vị trí khớp với giá trị đặt o 30  Khớp số o o o o -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,68 -> 30,08 -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí o 30  Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,97 -> 30,04 -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí o 30  Khớp số o o -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,9 -> 30,05 -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí o 30  Khớp số o o o o -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,09 -> 30,82 -Giá trị vị trí khớp số bất ổn định quanh vị trí o 30  Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,66 -> 30,38 62 -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí 30  o Khớp số o -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 29,86 -> 30,1 o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30  o Dựa vào biểu đồ giới hạn vị trí khớp, thấy khớp số hoạt động với sai lệch cao nhất, tiếp đến khớp số khớp số 1, khớp số có độ xác cao Joint No.1 Hình 7.4: Biểu đồ thể đáp ứng vị trí khớp với giá trị đặt 60  Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,75 ->60,28 -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí o 60  Khớp số o -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,94 ->60,04 o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30 63 o o  Khớp số o -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,88 ->60,1 o -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30  o Khớp số o o o o o o -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,05 ->60,83 -Giá trị vị trí khớp số bất ổn định quanh vị trí o 30  Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,64 ->60,38 -Giá trị vị trí khớp số tƣơng đối ổn định quanh vị trí o 30  Khớp số -Vị trí hồi tiếp nằm khoảng: 59,91 ->60,14 -Giá trị vị trí khớp số ổn định quanh vị trí 30 o  Dựa vào biểu đồ giới hạn vị trí khớp, thấy khớp số hoạt động với sai lệch cao nhất, tiếp đến khớp số khớp số 1, khớp số có độ xác cao Hình 7.5: Biểu đồ thể tƣơng quan sai số tuyệt đối trung bình khớp 64 Theo biểu đồ thể trên, sai số khớp lớn sai số khớp số nhỏ 7.6 Kết luận Khớp số đến khớp số đƣợc truyền động loại động khớp số khớp có tỉ số truyền lớn (3,75 x 3), khớp số có tỉ số truyền bé (một động trực tiếp điều khiển khớp) Nếu theo lý thuyết: Khớp số khớp điều khiển vị trí xác nhất, có sai số vị trí bé khớp số khớpđiều khiển vị trí xác nhất, sai số vị trí lớn o Theo thực tế kiểm nghiệm: Sai số tuyệt đối trung bình khớp số 0,04 , khớp o số 0,8 Tính tốn lý thuyết theo thực tế kiểm nghiệm Các khớp quay có độ xác cao, khớp có tỉ số truyền động cao độ xác lớn 65 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Với mục tiêu ban đầu đề nhóm thiết kế chế tạo hoàn thiện Robot bậc tự thu đƣợc kết nhƣ mong muốn Bên cạnh nhóm thiết kế thi cơng hồn chỉnh phần điều khiển giao tiếp ngƣời dùng Robot có mặt hạn chế định Kết thử nghiệm tƣơng đối so với lý thuyết tính ổn định tốc độ di chuyển sai lệch vị trí cho phép Trong trình nghiên cứu chế tạo nhóm khắc phục cải tiến phần khí để đảm bảo độ cứng vững thiết kế số mạch điều khiển bảo vệ toàn hệ thống  Ƣu điểm Nhóm hồn thành đƣợc mục tiêu nghiên cứu đề đạt đƣợc kết nhƣ sau: - Tìm hiểu tổng quan Robot cơng nghiệp - Nguyên cứu loại cấu truyền động Robot - Thiết kế chế tạo thành công Robot bậc tự - Tính tốn truyền đai cho cấu - Tính tốn lựa chọn động tỷ số truyền - Hoàn thành vẽ kỹ thuật - Phân tích giải đƣợc tốn động học thuận - Thiết kế, thi cơng hồn chỉnh mạch vi điều khiển - Phƣơng pháp điều khiển động DC servo - Lập trình điều khiển đƣợc vị trí tƣơng đối  Nhƣợc điểm Trong q trình nghiên cứu bên cạnh ƣu điểm khơng tránh khỏi nhƣợc điểm nhóm cần phải khắc phục Để hồn thiện đề tài nghiên cứu tốt hơn, đáp ứng đƣợc nhu cầu mục tiêu ban đầu đƣa hạn chế sau nhóm cần khắc phục: -Thiết kế khí đạt độ xác cao -Tính tốn động học ngịch điều khiển vị trí, vận tốc -Lập trình điều khiển vị trí cánh tay Robot xác hơn, đạt đƣợc vận tốc mong muốn  Hƣớng phát triển 66 Đề tài “ Thiết kế, chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do” kết nghiên cứu nhóm niềm đam mê tìm hƣớng giải khó khăn dạy học nhằm nâng cao chất lƣợng đƣa đƣợc mô hình thực tế vào dạy học nhà trƣờng để sinh viên tiếp xúc học hỏi đƣợc kinh nghiệm thực tiễn Nhóm chúng em cần nghiên cứu khắc phục nhƣợc điểm đƣa đƣợc giải pháp tốt cho mơ hình thực nghiệm, giải đƣợc tốn động học nghịch điều khiển đƣợc vị trí vận tốc nhƣ mong muốn, cải tiến mơ hình áp dụng vào trình dạy học nhà trƣờng 67 CHƢƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Giáo trình Điện tử bản, NXB ĐHQG TP.HCM [2] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh,KS Nguyễn Tấn Nó,Giáo trình Vi điều khiển 16F ngơn ngữ lập trình Hi-tech C, NXB ĐHQG TP.HCM [3] PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình Kỹ thuật Robot, NXB ĐHQG TP.HCM [4] Lê Văn Doanh, Điện tử công suất, NXB Khoa học kỹ thuật [5] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Dẫn Động Cơ Khí (tập một), NXB GDVN [6] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển, Tính Tốn Thiết Kế Dẫn Động Cơ Khí (tập hai), NXB GDVN 68 ... Tên đề tài: - ? ?Thiết kế ,chế tạo điều khiển cánh tay Robot bậc tự do? ?? …………….……… ……….…………………………………………………………… Nội dung đồ án: - Thiết kế chế tạo điều khiển cánh Tay Robot bậc tự do? ??……….……… ……….………………………...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN:CƠ_ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:“THIẾT KẾ,CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT BẬC TỰ DO? ?? Giảng viên... 2015-20 16 hoàn thành mục tiêu đề Nội dung bao gồm:  Tìm hiểu giới thiệu Robot công nghiệp ? ?Thiết kế chế tạo cánh tay Robot bậc tự  Thiết kế thi công hệ thống điện điều khiển khớp cánh tay Robot