(TIỂU LUẬN) THỰC tập ROBOT THIẾT kế mô HÌNH ROBOT SCARA

Robot công nghiệp tăng trưởng nhiềunhất ở ngành: Sản xuất ô tô, Việt Nam hiện cũng được các chuyên gia đánh giá là thitrường tiềm năng của Robot công nghiệp với nhiều các nhà máy sản xuấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-o0o -THỰC TẬẬ̣P ROBOT THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT SCARA

GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI SVTH: NGUYỄN ĐĂNG THĂNG - 18151244

PHAN NGUYỄN PHÚC HẬẬ̣U - 18151171 TRƯƠNG TRẤN ĐƯỜỜ̀NG - 18151168 Khóa: 2018

Ngành: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀỜ̀ TỰ ĐỘNG HÓA

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2022

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH ii

DANH MỤC BẢNG iv

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH 1

1.1 Đặt vấn đề và phương pháp nghiên cứu 1

1.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3 Nội dung đề tài 2

Chương 2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT 3

2.1 Yêu cầu 3

a Yêu cầu phần cứng: 3

b Yêu cầu phần mềm: 3

2.2 Thiết kế mô hình trên phần mềm Solidworks 3

Chương 3 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CHO ROBOT 7

3.1 Tính toán động học thuận 7

Quy tắc Denavit Hartenberg (D-H) 7

3.2 Tính toán động học nghịch 9

Chương 4 THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOT SCARA 10

4.1 Phần cứng 10

4.2 Phần mềm 16

5.1.Kết quả phần cứng

5.2.Kết quả trên phần mềm

Chương 6KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1.Kết luận

6.1.1 Công việc đã thực hiện được

6.1.2 Hạn chế của đề tài

6.2.Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2- 1: Trục đỡ mô hình 4

Hình 2- 2: Đế của mô hình robot 4

Hình 2- 3: khớp nối của mô hình Robot 5

Hình 2- 4: khớp nối và điểm đầu cuối 5

Hình 2- 5: Tổng quan mô hình trên phần mềm SolidWorks 6

Hình 2- 6: Tổng quan mô hình robot ở góc khác 6

Hình 3-1: Hệ trục tọa độ của mô hình robot 8

Hình 4- 1: Puly GT2 30 răng trục 5mm 10

Hình 4- 2: Khớp nối nhôm 10

Hình 4- 3: Gối đỡ KFL 08 11

Hình 4- 4: Con trượt tròn LM8UU 11

Hình 4- 5: Kẹp trục ngang SHF8 12

Hình 4- 6: Bạc đạn F608 12

Hình 4- 7: Puly GT2 60 răng trục 8mm 13

Hình 4- 8: Dây đai 13

Hình 4- 9: Công tắt hành trình 14

Hình 4- 10: Arduino Uno R3 14

Hình 4- 11: Giao diện chương trình GRBL Controller 16

Hình 5-1: Ảnh chụp đối diện 17

Hình 5-2: Ảnh chụp từ đằng sau 17

Hình 5-3: Mô hình hoàn chỉnh của robot SCARA 17

Hình 5-4: Phần mềm Arduino 18

Hình 5-5: Phần mềm Grbl Controller 19

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3- 1: Bảng D-H của mô hình robot 8

Bảng 4- 1: Danh sách thiết bị 15

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH

1.1 Đặt vấn đề và phương pháp nghiên cứu

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trên thế giới cũng như ởnước ta hiện nay, việc ứng dụng các công nghệ mới, máy móc vào các dây chuyền sảnxuất là một trong những tiêu chí đánh giá sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia

Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, robot ngày càng trở thành một phần thiết yếucủa cuộc sống Robot không chỉ thay thế con người trong việc đáp ứng các nhu cầu củathao tác liên tục và lặp lại, mà còn thực hiện các tác vụ thông minh như một con ngườithực sự Bởi sở hữu tốc độ nhanh và trí thông minh nhân tạo, robot có thể dễ dàng hoànthành các nhiệm vụ trong thăm dò, làm việc tại những nơi nguy hiểm, cứu người trong tainạn, hoặc lĩnh vực chuẩn đoán của thuốc Tại Việt Nam, thi trường Robot công nghiệpđược cho là sẽ phát triển mạnh trong thời gian tới Robot công nghiệp tăng trưởng nhiềunhất ở ngành: Sản xuất ô tô, Việt Nam hiện cũng được các chuyên gia đánh giá là thitrường tiềm năng của Robot công nghiệp với nhiều các nhà máy sản xuất sử dụng Robotnhư: Vinfast, Thaco… Để hoàn thành các nhiệm vụ như vậy, ít nhất các robot cần một bộđiều khiển tốt để giải quyết các yêu cầu được giao ở cả khía cạnh độ chính xác và đáp ứngnhanh Tuy nhiên, các điều kiện hoạt động thực tế phức tạp và khác nhau là những trởngại chính trong việc thiết kế các bộ điều khiển có độ chính xác cao cho các hệ thốngrobot

Robot ứng dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất cũng như trong đờisống Robot là cơ cấu đa chức năng có khả năng lập trình được dùng để di chuyển nguyênvật liệu, các chi tiết, các dụng cụ thông qua các truyền động được lập trình trước Khoahọc robot chủ yếu dựa vào các phép toán về đại số ma trận Robot có thể thao tác như con

Trong dây chuyền công nghiệp, việc kiểm tra bề ngoài của sản phẩm là vô cùng quantrọng Để đạt được năng suất cao và tránh các sai sót chủ quan của con người thì việc tựđộng hóa khâu kiểm tra bề ngoài thay thế con người là việc cần thiết Xuất phát từ thựctiễn đó, nhóm tiến hành thực hiện mô hình cánh tay máy robot 2 bậc tự do, có thể thựchiện các chuyển động như con người và điều khiển được bằng máy tính hoặc có thể điềukhiển bằng chương trình nạp sẵn trong chip bo mạch Hệ điều khiển robot đảm bảo ổnđinh động và tĩnh, chống được nhiễu trong và ngoài, đồng thời không gây ra tác hại môitrường.

1.2 Mục tiêu đề tài

Trong đề tài trên nhóm đặt ra các mục tiêu như sau:

- Tìm hiều sơ bộ về mô hình cánh tay robot

- Xây dựng mô hình trên phần mềm mô phỏng Solidworks

- Tính toán thiết kế mô hình thực tế

- Tìm hiểu và lựa chọn thiết bị có thông số phù hợp để tiến hành áp dụng

- Thi công mô hình thực tế

1.3 Nội dung đề tài

Chương 1: Tổng quan về robot

Chương 2: Thiết kế mô hình robot

Chương 3: Tính toán động học robot

Chương 4: Thi công mô hình robot Scara

Chương 5: Kết quả

Chương 6: Nhận xét và hướng phát triển

Chương 2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT

2.1 Yêu cầu

a. Yêu cầu phần cứng:

− Thiết kế 1 robot có 3 bậc tự do

− Một khớp tịnh tiến và 2 khớp xoay điểm đầu cuối có thể dung để vẽ

− Các thiết bị, linh kiện có thông số phù hợp với mô hình sản phẩm

b. Yêu cầu phần mềm:

− Tính toán chính xác được động học robot

− Tính toán chính xác được động học robot

− Điều khiển được cánh tay robot hoạt động theo mong muốn

2.2 Thiết kế mô hình trên phần mềm Solidworks

Tiến hành thiết kế trên phần mềm Solidworks các chi tiết cần có trong mô hìnhrồi lắp ghép lại với nhau để được một mô hình hoàn chỉnh Các phần thiết kế gồmphần đế và các khớp nối

Hình 2- 1: Trục đỡ mô hình.

Hình 2- 2: Đế của mô hình robot.

Hình 2- 3: khớp nối của mô hình Robot.

Hình 2- 4: khớp nối và điểm đầu cuối.

Hình 2- 5: Tổng quan mô hình trên phần mềm SolidWorks.

Hình 2- 6: Tổng quan mô hình robot ở góc khác.

Chương 3 TÍÍ́NH TOÁN ĐỘNG HỌẬ̣C CHO ROBOT

3.1 Tính toán động học thuận

Bài toán động học của robot bao gồm các bài toán về vi trí, về vận tốc, về gia tốc.Trong bài toán về vi trí thì việc xác đinh vi trí và hướng của điểm tác động cuối tạinhững thời điểm khác nhau là vấn đề cốt lõi Để có thể giải quyết được bài toán, thìnhư ta đã biết robot là một hệ nhiều vật rắn ghép nối với nhau bằng các khớp, chủyếu là khớp quay và khớp tinh tiến, do vậy cần phải xác đinh được các hệ tọa độ gắnvới các khâu của robot

Quy tắc Denavit Hartenberg (D-H)

Hai loại khớp thông dụng nhất trong kỹ thuật tay máy là khớp trượt và

khớp quay, chúng đều là loại khớp có một bậc tự do Mỗi khớp (thực chất là

cặp khâu – khớp) được đặc trưng bởi 2 loại thông số:

Các thông số không thay đổi giá tri trong quá trình làm việc của tay máy được gọi

là tham số

Các thông số thay đổi khi tay máy làm việc được gọi là các biến khớp Bộ thông

số D-H chuẩn bao gồm 4 thông số:

- Độ dài pháp tuyến chung an (đường vuông góc chung 2 trục z)

- Góc giữa trục khớp trong mặt phẳng vuông góc với pháp tuyến

- Góc quay quanh trục z một góc

- Độ dài tiếp tuyến chung d (đường vuông góc chung 2 trục ox)

Ý nghĩa của bộ thông số D-H: Giúp ta xác vi trí và hướng của 1 khâu so với khâu trước nó và so với hệ tọa độ gốc

Hình 3- 1: Hệ trục tọa độ của mô hình robot.

Từ hệ trục tọa độ trên ta có được bảng D-H cho mô hình robot Scara

9

Hình 4- 3: Gối đỡ KFL 08.

Hình 4- 5: Kẹp trục ngang SHF8.

Hình 4- 6: Bạc đạn F608.

Hình 4- 7: Puly GT2 60 răng trục 8mm.

Hình 4- 9: Công tắt hành trình.

Hình 4- 10: Arduino Uno R3.

Tên linh kiện

4.2 Phần mềm

Chương trình điều khiển ở đây nhóm phần mềm GRBL Controller và phần mềm Arduino IDE

Hình 4- 11: Giao diện chương trình GRBL Controller

Chúng ta sẽ nhập Gcode vào phần mềm GRBL Controller, sau khi xử lý tín hiệu thì sẽ gửitới Arduino, Arduino sẽ gửi tín hiệu qua Shield để điều khiển động cơ

Chương 5 KẾT QUẢ

5.1 Kết quả phần cứng

Từ những linh kiện ở trên, nhóm đã lắp rắp hoàn chỉnh được mô hình như ảnh bên dưới

Hình 5-1 Ảnh chụp đối diện Hình 5-2 Ảnh chụp từ đằng sau

5.2 Kết quả trên phần mềm

Đầu tiên ta mở Arduino IDE, chọn Sketch > Include Library > Add ZIP Library…Tiếp theo, chọn thư mục đã giải nén grbl-master, chọn thư mục grbl và mở thư mục Bâygiờ chúng ta đã có GRBL trong thư viện Arduino

Hình 5-4 Phần mềm Arduino

Tiếp theo, chọn thư mục đã giải nén grbl-master, chọn thư mục grbl và mở thư mục

để thêm thư viện GRBL vào trong thư viện Arduino

Tiếp theo, mở phần mềm GRBL Controller Sau khi người vận hành chọn port kếtnối và tốc độ truyền rồi tiếp theo nhấn nút Open thì có thể kết nối với vi điều khiển Ởđây có thể tùy chỉnh các thông số

Hình 5-5 Phần mềm Grbl Controller

Ví dụ như với lệnh điều khiển đầu tiên, $100=250.000 (x, step/mm), chúng ta có thể điềuchỉnh bước theo đơn vị mm của máy, hoặc chúng ta có thể xác định rõõ̃ bao nhiêu bước đểđộng cơ có thể di chuyển trên trục X được 1mm

Chương 6 KẾT LUẬẬ̣N VÀỜ̀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1 Kết luận

6.1.1 Công việc đã thực hiện được

- Tính toán được động học của mô hình robot

- Thiết kế và thi công hoàn thiện mô hình robot

- Tiến hành tìm hiểu và lựa chọn các thiết bị linh kiện phù hợp cho mô hình robot

- Sử dụng được phần mềm Arduino để giúp mô hình robot hoạt động, đáp ứng được yêu cầu đề ra

6.1.2 Hạn chế của đề tài

Bên cạnh những nội dung đã đạt được, hệ thống vẫn còn những hạn chế như sau:

- Thời gian đáp ứng yêu cầu điền khiển còn chậm

- Hệ thống vẫn còn sai số khá lớn nhưng chấp nhận được

6.2 Hướng phát triển

Mô hình hoạt động chưa được chính xác tuyệt đối và hoạt động của cánh tay còn chưa mượt và còn có sai số cần được khắc phục để mô hình được hoàn thiện hơn

TÀỜ̀I LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình kỹ thuật Robot, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh

[2]

https://howtomechatronics.com/projects/scara-robot-how-to-build-your-own-arduino-based-robot/

[3] http://doandientu.net/thi-cong-bo-dieu-khien-robot-scara-dung-trong-day-hoc.html[4] Matlab và Simulink cho điều khiển tự động, Nguyễn Phùng Quang