NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNhóm sinh viên thực hiện đề tài: Ngành : Cơ điện tử Khóa : 2004 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HỌC Nhiệm vụ cụ thể: -
Trang 2NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài:
Ngành : Cơ điện tử
Khóa : 2004
Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA
DÙNG TRONG DẠY HỌC
Nhiệm vụ cụ thể:
- Thiết kế và thi công bộ điều khiển cho tay máy SCARA dựa trên phần thân tay máy có sẵn của hãng SONY
- Xây dựng thuật toán và lập trình điều khiển dựa trên bài toán động học tay máy
- Xây dựng bài học cho môn thực tập robot công nghiệp tương ứng với mô hình
- Chỉnh sửa phần thân tay máy và kiểm nghiệm kết quả đạt được
Ngày giao đồ án : Ngày tháng năm 2008
Ngày hoàn thành đồ án : Ngày 20 tháng 02 năm 2009
Giảng viên hướng dẫn : ThS Võ Lâm Chương
Trang 3NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Tp.HCM, ngày tháng năm 2009 Giáo viên hướng dẫn
ThS Võ Lâm Chương
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Tp.HCM, ngày tháng năm 2009
Giáo viên phản biện
ThS Nguyễn Xuân Quang
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian làm đề tài, chúng em đã thu nhận thêm được nhiều kiến thức bổ ích
cả trong sách vở lẫn thực tế và đã hoàn thành đề tài đúng thời gian quy định Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
ThS Võ Lâm Chương – giáo viên hướng dẫn đề tài đã tận tình giúp đỡ nhóm và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài
ThS Trần Tiến Đức – Khoa công nghệ thông tin đã giúp đỡ chúng em trong lĩnh vực đồ họa
Nhóm cũng cảm ơn đến các thầy cô và bạn bè trong bộ môn Cơ điện tử đã giúp đỡ hoàn thành đề tài này
Chúng em rất mong nhận được những ý kiến góp ý từ thầy cô và bạn bè
Tp HCM, ngày 24 tháng 02 năm 2009
Nguyễn Ngọc Thông Nguyễn Duy Hiếu
Trang 6TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài: “Thiết kế và thi công bộ điều khiển robot SCARA dùng trong dạy học”
được thực hiện trong học kỳ 1 năm 2009 đã hoàn thành các mục tiêu đã đề ra Nội dung của đề tài gồm:
- Giới thiệu về robot công nghiệp
- Tìm hiểu IC điều khiển động cơ chuyên dùng LM628/629
- Thi công bộ điều khiển 4 khớp tay máy
- Lập trình giao diện mô phỏng, điều khiển và giám sát robot SCARA thông qua máy tính và remote cầm tay
- Xây dựng nội dung dạy học môn thực tập robot công nghiệp
Trang 7Topic: “ Designing and making robot scara controller for using in teaching” which excecuted in the first course in 2009 is finished all aim The content of topic include:
- Introduce industrial robot
- Study specialized IC (LM628/629) which is used in controlling motor
- Excecute the controller 4joints_robot
- Programme illustrator interface, control and supervise robot Scara with computer and keyboard
- Establish the content for teaching practical industrial robot
Trang 8
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.2 Đối tượng nghiên cứu 1
1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1
1.4 Giới hạn đề tài 1
1.5 Phương pháp nghiên cứu 2
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 3
2.1 Tổng quan về Robot công nghiệp 3
2.2 Phân loại Robot công nghiệp 4
2.3 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp 6
CHƯƠNG III: ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 12
3.1 Đại cương về động cơ kích từ độc lập 13
3.2 Phương trình đặc tính cơ 14
3.3 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ 15
3.4 Các loại encoder 17
3.5 Giới thiệu và lựa chọn phương pháp điều khiển động cơ DC 19
CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC TAY MÁY 23
4.1 Động học thuận tay máy SCARA 23
4.2 Động học nghịch tay máy 24
CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA32 26
5.1 Đặc điểm phần cứng 26
5.2 Giới thiệu các chức năng có sử dụng trong đồ án 27
CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU LM628/629 34
6.1 Giới thiệu LM 628/629 34
6.2 Kiến trúc phần cứng LM628/629 34
6.3 Chức năng các chân LM629N-6 36
6.4 Nguyên lý hoạt động của LM628/629 37
6.5 Tập lệnh của LM629 42
6.6 Bắt tay trong xử lý ngắt của LM629 với vi điều khiển 50
CHƯƠNG VII: ĐỒ HỌA MÁY TÍNH 51
Trang 97.6 Quan sát trong không gian 3D 54
CHƯƠNG VIII: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN 55
8.1 Phần cứng 55
8.2 Phần mềm 61
CHƯƠNG IX: XÂY DỰNG BÀI HỌC THỰC TẬP ROBOT CÔNG NGHIỆP 9.1 Giới thiệu mô hình robot SCARA 66
9.2 Cách sử dụng 66
9.3 Xây dựng bài thực tập robot công nghiệp trên mô hình 69
CHƯƠNG X: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 70
10.1 Kết luận 70
10.2 Đề nghị 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
Bài thực hành 1: LÀM QUEN MÔ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC KHỚP 72
Bài thực hành 2: CHUYỂN ĐỘNG ĐẦU CÔNG TÁC TỰ ĐỘNG 73
Trang 10DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2 1: Tay máy SCARA của Đại học Bách khoa Đà Nẵng
Hình 2 2: Robot hoạt động theo tọa độ Decac
Hình 2 3: Robot Puma hoạt động theo tọa độ cầu
Hình 2 4: Robot Seiko hoạt động theo tọa độ trụ
Hình 2 5: Robot hàn của hãng KUKA
Hình 2 6: Sơ đồ khối của Robot công nghiệp
Hình 2 7: Bộ truyền động bánh răng hành tinh của tay máy SCARA
Hình 2 8: Bộ truyền động trục vít đai ốc bi và truyền đai của tay máy SCARA Hình 2 9: Bộ truyền bánh răng sóng của tay máy SCARA
Hình 3 1: Một số động cơ kích từ độc lập
Hình 3 2: Cấu tạo của Roto và Stato
Hình 3 3: Động cơ DC từ tường vĩnh cửu
Hình 3 4: Sơ đồ nối dây của động cơ KTĐL
Hình 3 5: Đặc tính cơ điện của động cơ kích từ độc lập
Hình 3 6: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập
Hình 3 7: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ Hình 3 8: Đặc tính động cơ DC kích từ độc lập khi thay đổi điện áp phần ứng Hình 3 9: Đặc tính cơ điện động cơ DC kích từ độc lập khi giảm từ thông Hình 3 10: Một số Encoder quang
Hình 3 11: Đĩa Encoder quang
Hình 3 12: Thiết bị mã hoá trong Encoder
Hình 3 13: Các kênh tín hiệu ra của Encoder
Hình 3 14: Các kênh tín hiệu ra của Encoder khi động cơ quay thuận
Hình 3 15: Các kênh tín hiệu ra của Encoder khi động cơ quay nghịch
Hình 3 16: Điều khiển động cơ sử dụng bộ biến đổi DAC
Hình 3 17: LM628 với phương pháp điều khiển động cơ qua DAC
Hình 3 18: Phương pháp PWM với tần số không đổi
Hình 3 19: Quan hệ giữa thời gian TON với điện áp
Hình 3 20: Phương pháp PWM với tần số thay đổi
Hình 3 21: LM628 với phương pháp điều khiển động cơ bằng PWM
Hình 4 1: Các biến khớp tay máy SCARA
Hình 4 2: Biễu diễn các biến khớp trên tay máy
Hình 5 1: Sơ đồ khối Atmega32
Hình 5 2: Giản đồ một khung truyền của giao thức RS 232
Hình 5 3: Sơ đồ chân cổng COM
Hình 5 4: Chức năng các chân của cổng COM
Hình 5 5: Trạng thái hai thanh ghi dịch trước khi truyền
Hình 5 6: Quá trình truyền nhận dữ liệu
Hình 5 7: Sơ đồ kết nối master slave
Hình 5 8: Thanh ghi MCUCR
Hình 5 9: Thanh ghi MCUCSR
Trang 11Hình 6 5: Các trạng thái mã hóa encoder
Hình 6 6: Sơ đồ khối bộ giải mã encoder
Hình 6 7: Profile hình thang điển hình
Hình 6 8: Hoạt động đọc byte trạng thái
Hình 6 9: Hoạt động ghi byte lệnh
Hình 6 10: Hoạt động đọc byte dữ liệu
Hình 6.11: Hoạt động ghi byte dữ liệu
Hình 6.12: Ngõ ra PWM của LM629 với tần số hoạt động 8 MHz Hình 7 1 Hệ tọa độ của robot Scara
Hình 7 2 Hệ tọa độ màn hình
Hình 7 3 Mô hình khung dây
Hình 7 4 Thực hiện phép tịnh tiến trong mặt phẳng xy
Hình 7 5 Thực hiện phép biến đổi tỷ lệ trong mặt phẳng xy Hình 7 6 Quay đối tượng trong mặt phẳng xy
Hình 8 1: Van đảo chiều 5/2
Hình 8 2: Sơ đồ nguyên lý nguồn điều khiển
Hình 8 3: Sơ đồ nguyên lý nguồn kích công suất
Hình 8 4: Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp RS232
Hình 8 5: Sơ đồ nguyên lý mạch Master
Hình 8 6: Sơ đồ nguyên lý mạch Slave
Hình 8 7: Sơ đồ khối LMD 18200
Hình 8 8: Sơ đồ dẫn và bảng sự thật
Hình 8 9: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất và cầu H
Hình 8 10: Mạch điều khiển van khí nén
Hình 8 11: Mạch RC giao tiếp 1 ngõ ra encoder
Hình 8 12: Mạch nguyên lý chuyển đổi encoder
Hình 8 13: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot SCARA
Hình 8 14: Lưu đồ giải thuật máy tính
Hình 8 15: Lưu đồ giải thuật Master
Hình 8 16: Lưu đồ giải thuật mỗi Slave
Hình 9 1: Giao diện điều khiển trên máy tính
Hình 9 2: Button cho phép Robot hoạt động
Hình 9 3: Tick cho phép kết nối phần cứng và mode điều khiển Hình 9 4: Sub menu chọn cấp vận tốc và cách nội suy
Hình 9 5: Button điều khiển khớp quay trái, phải
Hình 9 6: Button lưu vị trí
Hình 9 7: Kiểm tra lỗi chương trình
Hình 9 8: Button cho phép chạy tự động
Hình 9 9: Cửa sổ Option
Hình 9 10: Cửa sổ chỉnh sửa dữ liệu
Trang 12DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2 1: So sánh giữa các loại cơ cấu truyền động Bảng 5 1: Thuộc tính các chân SPI
Bảng 6.1: Tập lệnh của LM629
Bảng 6 2: Che và reset bit chỉ định cho ngắt
Bảng 6 3: Các bit điều khiển bộ lọc
Bảng 6 4: Chọn thời gian lấy mẫu
Bảng 6 5: Các bit điều khiển quỹ đạo
Bảng 6 6: Các bit của byte trạng thái
Bảng 6 7: Các bit của thanh ghi tín hiệu nội
Bảng 8 1: Đặc tính điện của 6N137