Báo cáo môn học robot công nghiệp đề tài mô hình cánh tay robot 4 bậc tự dogấp sảnphẩm

Song song với sự phát triển đó, côngnghệ chế tạo Robot cũng phát triể n nhanh chóng đặc biệt là ở các nước phát triểnnhằm đáp các nhu cầu về sản xuất,sinh hoạt, quốc phòng…Robot có thể t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO MÔN HỌC HỌC PHẦN: ROBOT CÔNG NGHIỆP

MÃ HỌC PHẦN:010103311201

ĐỀ TÀI : MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 4 BẬC TỰ DO GẤP SẢN PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: Trương Ngọc Bảo Nhóm thực hiện: 12

Sinh viên thực hiện:

Đinh Địch Tinh 1951050094Nguyễn Thị Yến Nhi 1951050027 Phan Công Hòa 1951050058 Phạm Hoàng Kha 1951050011 Nguyễn Đình Chiến 1951050050

Vũ Hoàng Nam 1951050021

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU VỀ ROBOT 4 BẬC 2

1.1 Đặt vấn đề và mục tiêu của đề tài 2

1.1.1 Đặt vấn đề 2

1.1.2 Mục tiêu của đề tài 3

1.2 Giới thiệu về robot 4 bậc 3

1.2.1 Tổng quan về Robot 4 bậc 3

1.2.2 Ưu và nhược điểm 4

1.2.3 Lựa chọn phương án 4

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 5

2.1 Arduino UNO R3 5

2.1.1 Thông số kỹ thuật 5

2.1.2 Nguyên lí hoạt động 6

2.1.3 Ứng dụng 6

2.2 Module HC05 6

2.2.1 Thông số kỹ thuật 7

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 7

2.2.3 Ứng dụng 8

2.3 Servo 8

2.3.1 Thông số kỹ thuật 8

2.3.2 Nguyên lý hoạt động 8

2.3.3 Ứng dụng 9

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH 10

3.1 Phần mềm hỗ trợ 10

3.1.1 Phần mềm Proteus 8 Professional 10

3.1.2 Easy Robot 10

3.1.3 Arduino IDE 12

3.1.4 Phần mềm Solidworks 13

3.3 Sơ đồ mạch 14

3.4 Code mạch 17

KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình ảnh 1: Robot hàn trong sản xuất cơ khí 2

Hình ảnh 2: Robot được sử dụng trong công đoạn và lắp ráp ôtô 3

Hình ảnh 3: Arduino Uno R3 5

Hình ảnh 4: Cấu tạo của Arduino Uno R3 5

Hình ảnh 5: Module HC05 7

Hình ảnh 6: Servo SG90 8

Hình ảnh 7: Phần mềm Proteus 8 Professional 10

Hình ảnh 8: Giao diện chính phần mềm Proteus 10

Hình ảnh 9: Giao diện chính của phần mềm Easy Robot 11

Hình ảnh 10: Giao diện chính của phần mềm 12

Hình ảnh 11: Giao diện chính Solidworks 15

Hình ảnh 12: Mô hình cánh tay robot 15

Hình ảnh 13: Sơ đồ nguyên lý 15

Hình ảnh 14: Bản vẽ cơ khí 16

Hình ảnh 15: Giao diện trên Smartphone 16

Hình ảnh 16: Thiết kế trên Solidworks 17

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, cácngành công nghiệp cũng phát triển nhanh chóng Việc áp dụng các máy móc hiện đạivào sản xuất là một yêu cầu không thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng suất,tăng chất lượng và giảm giá thành sản phẩm Song song với sự phát triển đó, côngnghệ chế tạo Robot cũng phát triể n nhanh chóng đặc biệt là ở các nước phát triểnnhằm đáp các nhu cầu về sản xuất,sinh hoạt, quốc phòng…Robot có thể thực hiệnnhững công việc mà con người khó thực hiện và thậm chí không thực hiện được như:làm những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, làm việc trong môi trường nguy hiểm(như lò phản ứng hạt nhân ,dò phá mìn trong quân sự ), thám hiểm không gian vũtrụ… Trong các họ Robot, chúng ta không thể không nhắc đến ROBOT CÔNGNGHIỆP với những đặc thù mà những Robot khác không có Cánh tay robot phân loạisản phẩm theo màu với khả năng linh hoạt, độ chính xác cực cao, được ứng dụng rộngrãi trên khắp các nước thay thế con người làm những công việc ở trong môi trườngđộc hại hay chế tạo Robot khác với độ chính xác mà con người không thể làm bằngtay được

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ GIỚI THIỆU VỀ ROBOT 4 BẬC

1.1 Đặt vấn đề và mục tiêu của đề tài

1.1.1 Đặt vấn đề

Tầm quan trọng cánh tay robot trong hiện đại hóa đất nước:

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vấn đề tự động hóa

có vai trò đặc biệt quan trọng Nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ,nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, cải thiện điều kiện laođộng, nâng cao năng suất lao động …vấn đề được đặt ra là hệ thống sản xuất phải

có tính linh hoạt cao.Robot công nghiệp, đặc biệt là những tay máy robot là bộ phậnquan trọng để tạo ra những hệ thống đó Tay máy Robot đã có mặt trong sản xuất từnhiều năm trước, ngày nay tay máy Robot đã dùng ở nhiều lĩnh vực sản xuất, từnhững ưu điểm mà tay máy Robot hoạt động trong quá trình sản xuất, làm việc,chúng ta có thể rút ra những tính năng mà con người không thể có được : khả nănglàm việc ổn định, có thể làm việc trong môi trường độc hại… Do đó việc đầu tưnghiên cứu, chế tạo ra những tay máy Robot phục vụ cho công cuộc tự động hóasản xuất là rất cần thiết cho hiện tại và tương lai

Hình ảnh 1: Robot hàn trong sản xuất cơ khí

Hình ảnh 2: Robot được sử dụng trong công đoạn và lắp ráp ôtô

1.1.2 Mục tiêu của đề tài

Thực hiện đề tài “ MÔ HÌNH CÁNH TAY ROBOT 4 BẬC TỰ DO GẤPSẢN PHẨM “ có thể dùng mô hình cánh tay máy để phục vụ trực tiếp cho côngcuộc giảng dạy Quá trình nghiên cứu không chỉ là động lực kích thích niềm say mêhọc hỏi mà còn nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về lí thuyết, tạo điều kiện choviệc dạy và học được sinh động hơn, đồng thời giúp cho chúng em nghiên cứu kĩkhái niệm mô hình, nguyên lý làm việc cũng như tập lệnh vi xử lý, hiểu rõ hơn vềmột cánh tay robot, cũng như về chuyên ngành của chúng em Sản phẩm trước hết

có thể ứng dụng vào phương tiện giảng dạy tại trường và nếu được phát triển rộng,

và đi sâu hơn thì có thể được ứng dụng thực tế vào sản xuất công nghiệp và đặc biệtcung cấp một cái nhìn tổng quát về vi xử lý và tay máy công nghiệp

1.2 Giới thiệu về robot 4 bậc

Robot với cấu hình 4 bậc tự do RRRR, bao gồm :

- Khớp đầu tiên là khớp xoay giúp cánh tay xoay sang hai bên

- Tiếp đó là 3 khớp xoay giúp cánh tay gập lên xuống để nâng hạ vật và tay kẹpdùng để gắp vật.

1.2.2 Ưu và nhược điểm

− Ưu điểm:

+ Tầm với của robot lớn hơn so với robot 3 bậc tự do RRR Do đó không gian

+ Với 4 bậc tự do robot linh hoạt hơn trong việc di chuyển tiếp cận vật

− Nhược điểm:

+ Thiết kế cơ khí phức tạp hơn so với robot 3 bậc tự do RRR

+ Điều khiển robot cũng phức tạp hơn

1.2.3 Lựa chọn phương án

− Lựa chọn phương án

+ Ta lựa chọn phương án thiết kế là robot 4 bậc tự do RRRR

Vì không gian làm việc lớn hơn, robot linh hoạt hơn và phù hợp với yêu cầu của đềtài

+ Robot gồm 4 khâu ( 3 thanh truyền nồi giữa các khớp và tay kẹp) và 4 khớp xoay

− Chọn Vật Liệu: Vật liệu làm robot chủ yếu là nhựa

− Chọn Động Cơ

+ Cánh tay robot phải được điều khiển một cách chính xác nên ta chon động cơservo để điều khiển các khớp

+ Động cơ sử dụng nguồn 12V, DC

+ Dòng khởi động của động cơ 1.3A

− Thiết Kế Thân Robot

+ Khớp 1 ( Khớp đế ): Đây là khớp đế xoay của cánh tay, chủ yếu chịu lực uốn vànén

+ Khớp 2, 3, 4: Trục khớp này chủ yếu chịu lực cắt tại 2 vị trí nối với khâu tiếp theo,

sử dụng trục Ө10 Truyền động cho khớp bằng động cơ servo

+ Tay kẹp : Ứng dụng nguyên lý tay kẹp hình bình hành để có thể đóng mở má kẹpsong song, tiếp xúc tốt hơn với vật công tác Truyền động cho má kẹp đóng mởbằng

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH

2.1 Arduino UNO R3

Arduino Uno R3 DIP là dòng Arduino thế hệ thứ 3 cũng giống như các phiênbản trước đây giúp người dùng dễ dàng tiếp cận với lập trình để tạo ra phần cứng cónhững tính năng mong muốn một cách nhanh chóng với chi phí hợp lý

Hình ảnh 3: Arduino Uno R3

Hình ảnh 4: Cấu tạo của Arduino Uno R3

2.1.1 Thông số kỹ thuật

− Vi điều khiển: ATmega328 họ 8bit

− Điện áp hoạt động: 5~12V DC

− Tần số hoạt động: 16 MHz

− Dòng tiêu thụ: Khoảng 30mA

− Điện áp vào giới hạn: 19V DC

− Số chân Digital I/O: 14 (6 chân PWM)

− Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10bit)

− Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30 mA

và bắt đầu

2.1.3 Ứng dụng

Arduino Uno R3 DIP bạn có thể ứng dụng vào những mạch đơn giản nhưmạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ,… hoặc cao hơn nữabạn có thể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy baykhông người lái, và các ứng dụng lớn khác

2.2 Module HC05

Hình ảnh 5: Module HC05

2.2.1 Thông số kỹ thuật

− Điện áp hoạt động : +3.3VDC 30mA(hỗ trợ IC 5.0V)

− Dòng điện khi hoạt động : Khi Pairing 30mA , sau khi pairing hoạt động truyềnnhận bình thường 8mA

− Giao tiếp với module bằng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ qua 2 đường RX và

TX, vì vậy các bạn có thể sử dụng PC với chuẩn RS232 hoặc các dòng vi điều khiển

để giao tiếp

− Bằng cách thay đổi trạng thái chân 34 (KEY), bạn có thể cấu hình chế độ hoạtđộng cho module:

− Để module làm việc ở chế độ kết nối tự động: KEY phải ở trạng thái Floating(trạng thái không kết nối)

− Để module làm việc ở chế độ đáp ứng theo lệnh: KEY = ‘0’ (kết nối xuốngđất)àCấp nguồn cho module à chuyển KEY = ‘1’ (kết nối lên VCC) lúc này có thể

sử dụng các lệnh AT để giao tiếp

2.2.3 Ứng dụng

Module thu phát Bluetooth HC-05 dùng để thiết lập kết nối Serial giữa 2 thiết bịbằng sóng bluetooth Điểm đặc biệt của module bluetooth HC-05 là module có thểhoạt động được ở 2 chế độ: MASTER hoặc SLAVE Trong khi đó, bluetoothmodule HC-06 chỉ hoạt động ở chế độ SLAVE

− Chế độ hoạt động servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín.Động cơ servo nhận một tín hiệu xung điện (PWM) từ bộ điều khiển để hoạt động

và được kiểm soát bằng bộ mã hóa (encoder)

− Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiểnnày thông qua bộ mã hóa (encoder) Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động

và làm sai lệch tốc độ cũng như vị trí mong muốn, cơ cấu hồi tiếp sẽ phản hồi tínhiệu về bộ điều khiển Từ tín hiệu phản hồi về, bộ điều khiển servo sẽ so sánh vớitín hiệu lệnh và đưa ra điều chỉnh phù hợp, đảm bảo động cơ servo hoạt động đúngtheo yêu cầu đạt được tốc độ và vị trí chính xác nhất

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH 3.1 Phần mềm hỗ trợ

3.1.1 Phần mềm Proteus 8 Professional

Phần mềm vẽ Proteus là phần mềm vẽ mạch điện tử được phát triển bởi công

ty Lancenter Electronics Phần mềm có thể mô tả hầu hết các linh kiện điện tử thôngdụng hiện nay, đặc biệt hỗ trợ cho cả các phần mềm như 8051, PIC, Motorola,AVR

Phần mềm bao gồm 2 mảng chính là ISIS cho phép mô phỏng mạnh điện tử

và ARES dùng để vẽ mạch in

Hình ảnh 7: Phần mềm Proteus 8 Professional

Hình ảnh 8: Giao diện chính phần mềm Proteus

Easy Rob là công cụ mô phỏng robot sử dụng đồ hoạ trong không gian 3chiều (3D) và các hình ảnh có thể hoạt động được Một hệ thống 3D-CAD đơn giảncho phép tạo ra các khối hình học cơ bản như khối trụ, khối cầu, khối chữ nhật, khốitam giác, khối hình thang, để vẽ kết cấu của robot.

Hình ảnh 9: Giao diện chính của phần mềm Easy Robot

Các Menu chính:

− File: quản lý các tác vụ trên đối tượng là các file: mở, lưu, xóa, sửa

− Robotics: dùng để nhập các thông số động học, động lực học, xác định vị trí củadụng cụ, xác định vị trí robot và các thông số khác Với robotics menu có thể dễdàng tạo một chương trình điều khiển robot hoặc tạo một robot mới

− Simulate: cho phép điều khiển bằng tay việc di chuyển Robot đến các vị trí khácnhau (Home, Joint, Cartesian position), chạy chương trình robot, ghi lại và reset tất

cả các vị trí của robot, cũng có thể làm tăng hoặc giảm tốc độ mô phỏng robot…

− 3D-CAD: Menu 3D CAD cung cấp các công cụ để vẽ kết cấu robot trong khônggian ba chiều, cũng như để thiết kế các công cụ, các đối tượng làm việc Để vẽ đượckết cấu của robot, dựa vào các khối hình học đơn giản có thể lắp ghép chúng lại đểtạo nên các hình dáng khác nhau của robot Cũng có thể nhóm nhiều đối tượng vẽriêng lẻ thành một đối tượng có thể sử dụng nhiều lần và có thể thay đổi kích thướccủa chúng Các đối tượng có thể được vẽ ngay tại menu này, hoặc import từ

các phần mềm CAD khác nhau như AutoCad, ProEngineer , lưu vàofile định dạng đuôi *.STL, liên kết trực tiếp với Easy-Rob.

3.1.3 Arduino IDE

Arduino IDE là một phần mềm soạn thảo văn bản chính hãng, giúp bạn viếtcode để nạp vào bo mạch Arduino một cách nhanh chóng, dễ dàng và hoàn toànmiễn phí Bài viết dưới đây sẽ cũng cấp cho bạn chi tiết thông tin về Arduino IDE

Hình ảnh 10: Giao diện chính của phần mềm

 Một số tính năng thường xuyên sử dụng trên phần mềm:

− Nút kiểm tra chương trình (Verify): giúp dò lỗi phần code định truyền xuống bomạch Arduino

− Nút tải đoạn code vào bo mạch Arduino (Upload): giúp nhập đoạn code vào bomạch Arduino

− Vùng lập trình: người dùng sẽ viết chương trình tại khu vực này

− Thanh Menu: gồm những thẻ chức năng nằm trên cùng như File, Edit, Sketch,Tools, Help

Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ rất phổ biến trong giới lậptrình Bất kỳ đoạn code nào của C/C++ thì Arduino IDE đều có thể nhận dạng, giúpcác lập trình viên thuận tiện trong việc thiết kế chương trình lập cho các bo mạchArduino.

 Hỗ trợ lập trình tốt cho bo mạch Arduino:

Arduino có một module quản lý bo mạch, nơi người dùng có thể chọn bomạch mà họ muốn làm việc cùng và có thể thay đổi bo mạch thông qua Menu Quátrình sửa đổi lựa chọn cũng liên tục tự động cập nhật để các dữ liệu có sẵn trong bomạch và dữ liệu sửa đổi đồng nhất với nhau Bên cạnh đó, Arduino IDE cũng giúpbạn tìm ra lỗi từ code mà bạn viết, qua đó giúp bạn sửa lỗi kịp thời tránh tình trạng

bo mạch Arduino làm việc với code lỗi quá lâu dẫn đến hư hỏng hoặc tốc độ xử lý

bị giảm sút

3.1.4 Phần mềm Solidworks

Solidworks là phần mềm quan trọng để mô hình hóa 3D Bạn có thể sử dụng

nó để tạo mô hình sản phẩm của mình ở dạng 3D và thậm chí có thể phân tích sảnphẩm để kiểm tra hoạt động của sản phẩm trong thế giới thực Trước khi bất kỳ sảnphẩm nào được sản xuất, nó được kiểm tra hầu như bằng các phần mềm khác nhau.Solidworks giúp bạn thực hiện mô hình 2D và 3D, và phần mềm CAD nàyđược biết đến với tính dễ sử dụng và trực quan

Hình ảnh 11: Giao diện chính Solidworks

Phần mềm SolidWorks cho phép bạn:

- Thiết kế các đối tượng 3D rất chính xác

- Phát triển sản phẩm

- Kiểm tra kỹ thiết kế tệp của bạn

- Duy trì một thư viện các tệp 3D của bạn

- Tạo bản vẽ 2D

- Tạo hình ảnh và hoạt ảnh của các đối tượng 3D của bạn

- Ước tính chi phí sản xuất các đối tượng 3D của bạn

3.2 Sơ đồ khối

Trong đó:

− Khối nguồn: Cấp nguồn cho hệ thống

− Khối điều khiển: Arduino Uno R3 xử lý và điều khiển mạch

− Khối cảm biến: Module HC05 Nhận tín hiệu từ điện thoại qua bluetooth gửi đếnkhối điều khiển

− Khối động cơ: Servo nhận tín hiệu từ khối điều khiển sau đó bắt đầu hoạt động

3.3 Sơ đồ mạch

Khối nguồn

Khối cảm biến

Khối điều khiển

Khối động cơ

Hình ảnh 12: Mô hình cánh tay robot

− Sơ đồ nguyên lý

Hình ảnh 13: Sơ đồ nguyên lý

− Bản vẽ cơ khí

Hình ảnh 14: Bản vẽ cơ khí

− Giao diện trên smart phone

Hình ảnh 15: Giao diện trên Smart phone

− Thiết kế trên Solidworks

Hình ảnh 16: Thiết kế trên Solidworks

digitalWrite(8, HIGH);

}

}

KẾT LUẬN

Ngày nay con người ngày càng phát, năng suất công việc ngày càng nặng vànâng cao hơn, đấy là lúc máy móc và công nghệ bắt đầu thành xu hướng, lợi ích vànăng suất công việc mà máy móc mang lại cao hơn con người về nhiều khía cạnhnhư năng suất công việc, làm hàng giờ mà không biết mệt mỏi, tỷ lệ sai sót trongcông việc thấp và trong một phân xưởng có thể cần rất ít nhân công làm Chúng tacần phải bắt kịp với xu hướng phát triển hiện nay, đó là lý do chúng em bắt tay vàolàm đồ án cánh tay robot để tìm hiểu và giúp chúng ta hiểu thêm về cách làm vàhoạt động của cánh tay robot

Qua thời gian học môn Robot công nghiệp thì nhóm chúng em đã học hỏithêm được nhiều kiến thức bổ ích về môn học này, các kiến thức để giúp cho emhọc tốt hơn trong các môn sau này và sau khi đi làm Sau quá trình bắt tay vào thựchiện đề tài nhóm chúng em đã đạt được mục tiêu ban đầu đề tài đặt ra, nhóm chúng

em còn có thiếu sót nhiều mong thầy giúp đỡ để giúp nhóm cải thiện tốt hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Ngọc Bảo, đã tận tình chỉ bảo

và hướng dẫn để nhóm có thể hoàn thành được đồ án môn học này Nhóm chúng

em xin chân thành cảm ơn