Thiết kế và chế tạo robot scara phân loại bánh răng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT SCARA PHÂN LOẠI BÁNH RĂNG Người hướng dẫn: TS.. ĐỀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT SCARA

PHÂN LOẠI BÁNH RĂNG

Người hướng dẫn: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH

Người duyệt: PGS TS TRẦN XUÂN TÙY Sinh viên thực hiện: ĐẶNG CÔNG ANH KHOA

NGUYỄN TUẤN TÚ

Lớp: 14CDT2

Đà Nẵng, 6/2019

DUT.LRCC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT SCARA PHÂN LOẠI BÁNH RĂNG

GV hướng dẫn : TS Đặng Phước Vinh

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

Đồ án tốt nghiệp là một trong những học phần bắt buộc của sinh viên ngành Cơ điện

tử nói riêng cũng như sinh viên khối ngành kĩ thuật nói chung Để thiết kế thành công

một cơ cấu, một cụm chi tiết máy hay một máy hoàn chỉnh thì đòi hỏi sinh viên phải có

hiểu biết và nắm chắc các kiến thức về lĩnh vực cơ khí cũng như điện tử Đây là điều

kiện thuận lợi cho tác giả để được ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế

Công nghiệp ngày càng chính xác và nhanh chóng để đáp ứng xu thế hiện đại hóa

Các ngành ngành công nghiệp đóng gói, dược phẩm cũng như trong lĩnh vực điện, điện

tử là những nghành đỏi hỏi sự chính xác cao trong kiểm tra đầu ra và để thay thế con

người trong việc kiểm tra thành phẩm với tốc độ nhanh và độ chính sác cao Trong quá

trình sản xuất bánh răng sẽ không tránh khỏi xuất hiện của những bánh răng không đạt

chất lượng (gãy răng, mẻ răng, thiếu răng) mà những lỗi này người công nhân khó có

thể phát hiện kịp thời trong một dây chuyền tự động Vì vậy, nhóm đã chọn đề tài “Thiết

kế và chế tạo robot SCARA phân loại bánh răng” để giải quyết vấn đề này

DUT.LRCC

Trong đề tài này nhóm thiết kế hệ thống băng tải sản phẩm, robot SCARA và nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh để phân loại bánh răng

- Tình toán thiết kế cánh tay robot SCARA

- Tính toán thiết kế các hệ truyền động băng tải

- Xử lý ảnh

- Thiết kế, thi công mô hình

3 Nội dung đề tài đã thực hiện :

- Một bản báo cáo thuyết minh

- 5 bản vẽ A0

- Một mô hình

4 Kết quả đã đạt được:

 Phần lý thuyết đã tìm hiểu:

- Tổng quan về quy trình sản xuất và phân loại bánh răng

- Nguyên lý thiết kế băng tải

- Thiết kế cánh tay robot SCARA

- Phần mềm xử lý ảnh và ứng dụng của xử lí ảnh

 Đã lựa chọn và thiết kế phần:

- Lựa chọn và đưa ra các phương án tối ưu để thiết kế băng tải

- Lựa chọn và đưa ra các phương án tối ưu để thiết kế cánh tay robot

- Thiết kế bộ phận chống nhiễu cho hệ thống xử lý ảnh

 Thiết kế mô hình tổng thể

DUT.LRCC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

1 Tên đề tài đồ án: Thiết kế và chế tạo robot SCARA phân loại bánh răng

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

……… ……… …… ………

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: Thiết kế hệ thống cơ khí

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển

6 Họ tên người hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/02/2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ khoa học công nghệ chiếm vị trí cực kỳ quan trọng như hiện nay thì

để hòa nhập với nền kinh tế thế giới ngành công nghiệp Việt Nam đang thay đổi một cách nhanh chóng Công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần thay thế các thiết bị cũ kỹ, công nghệ ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các cơ sở sản xuất để tạo ra các dây chuyền bán tự động, tự động để nâng cao năng xuất, nâng cáo chất lượng sản phẩm Các dây chuyền tự động và robot đang được áp dụng vào ngành ngành công nghiệp

để thay thế con người trong các công việc việc với tốc độ nhanh và độ chính sác cao hơn

Với đồ án tốt nghiệp chuyên ngành cơ điện tử, nhóm đã chọn đề tài là: “Thiết kế

và chế tạo robot SCARA phân loại bánh răng” Trong quá trình sản xuất bánh răng

sẽ không tránh khỏi xuất hiện của những bánh răng không đạt chất lượng (gãy răng, mẻ răng, thiếu răng) mà những lỗi này người công nhân khó có thể phát hiện kịp thời trong một dây chuyền tự động Vì vậy, nhóm đã dùng xử lý ảnh để tối ưu hóa điều này

Mặc dù được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Đặng Phước Vinh, nhưng do công

nghệ còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế chưa trau dồi nhiều, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít nên cũng không tránh khỏi những sai sót Sau thời gian 3 tháng làm đề tài này bằng chính nổ lực của nhóm và được sự hướng dẫn của thầy Đặng Phước Vinh, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khác trong khoa nhóm

đã hoàn thành xong đồ án này đúng thời gian quy định Một lần nữa cho phép nhóm gửi đến quý thầy cô cùng các bạn lòng biết ơn sâu sắc nhất

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Đặng Công Anh Khoa Nguyễn Tuấn Tú

DUT.LRCC

Kính gửi: - Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

Đề tài: Thiết kế và chế tạo robot SCARA phân loại bánh răng

Tác giả xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công trình nào đã có trước đây Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Sinh viên thực hiện:

Đặng Công Anh Khoa Nguyễn Tuấn Tú

DUT.LRCC

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu

Cam đoan

Mục lục

Danh mục các hình vẽ

Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt

Mở đầu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Các dạng hỏng bánh răng 2

1.3 Giải pháp đề ra và đánh giá 2

1.4 Ý tưởng thiết kế robot cho hệ thống phân loại bánh răng 3

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 8

2.1 Thiết kế băng tải 8

2.1.1 Phương án thiết kế 8

2.1.2 Phương án truyền động 8

2.1.3 Tính toán thiết kế băng tải 8

2.2 Thiết kế robot SCARA 11

2.2.1 Giới thiệu robot SCARA 11

2.2.3 Động học Robot SCARA 16

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21

3.1 Sơ đồ hệ thống điện 21

3.1.1 Sơ đồ hệ thống chiếu sáng 21

3.1.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu Camera 22

3.2 Giới thiệu các phần tử trong hệ thống 23

3.2.1 Giới thiệu về Arduino Mega 23

3.2.4 Một số phần tử khác trong mạch điện 27

3.2.4.1 Module hạ áp DC-DC LM2596 27

DUT.LRCC

3.2.4.3 Động cơ RC Servo SG-90 28

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH 29

4.1 Tổng quan về xử lý ảnh 29

4.1.1 Giới thiệu về xử lý ảnh 29

4.1.2 Các công đoạn xử lý ảnh 29

4.1.3 Một số khái niệm trong xử lý ảnh 31

4.2 Ứng dụng vào đề tài 33

4.2.1 Quá trình xử lý ảnh 33

4.2.1.1 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 33

4.2.1.2 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh 35

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ 37

5.1 Đánh giá đề tài 37

5.2 Kết quả và hướng phát triển đề tài 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

PHỤ LỤC 1 1

PHỤ LỤC 2 7

PHỤ LỤC 3 1

PHỤ LỤC 4 2

DUT.LRCC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH

Bảng 2 1: Bảng thông số D-H của Robot Scara 17

Bảng 3 1: Bảng giá trị chân của vi điều khiển 24

Hình 1 1 Mô hình hệ thống 3

Hình 1 2 Robot có tọa độ Decac 4

Hình 1 3 Robot dạng tọa độ trụ 4

Hình 1 4 Robot dạng tọa độ cầu 5

Hình 1 5 Robot dạng khớp nối 6

Hình 1 6 Robot có cấu trúc động học vòng kín 6

Hình 2 1 Biểu diễn băng tải và vật thể 9

Hình 2 2 Động cơ được chọn 10

Hình 2 3 Hình ảnh 3D băng tải 11

Hình 2 4 Robot SCARA trong công nghiệp 12

Hình 2 5 Robot SCARA trong kỹ thuật tạo mẫu in 3D 13

Hình 2 6 Robot SCARA siết chặt vít 13

Hình 2 7 Robot SCARA lắp ráp ở vị trí ngược 14

Hình 2 8 Robot SCARA gắp nhiều sản phẩm 14

Hình 2 9 Robot SCARA xếp đĩa 15

Hình 2 10 Hình ảnh 3D robot 15

Hình 2 11 Robot Scara 4 bậc tự do 16

Hình 2 12 Đặt hệ quy chiếu theo phương pháp D-H 17

Hình 2 13 Tọa độ làm việc của robot 20

Hình 3 1 Sơ đồ kết nối mạch điện 21

Hình 3 2 Hệ thống chiếu sáng 22

Hình 3 3 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu Camera 22

Hình 3 4 Sơ đồ chân của bo mạch ARDUINO MEGA 2560 23

Hình 3 5 Bộ điều khiển ramps 1.4 25

Hình 3 6 Sơ đồ chân Driver A4988 26

Hình 3 7 Module hạ áp DC-DC LM2596 27

Hình 3 8 Động cơ Servo MG966R 27

Hình 3 9 Động cơ RC Servo SG-90 28

Hình 4 1 Ảnh xám 32

Hình 4 2 Ảnh nhị phân 32

Hình 4 3 Ảnh màu 33

Hình 4 4 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 34

Hình 4 5 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh 35

Hình 5 1 Hình ảnh thực tế của hệ thống 37

Hình 5 2 Giao diện ứng dụng xử lý ảnh trên Windows 38

DUT.LRCC

Hình 5 3 Giao diện điều khiển robot bằng tay 38

DUT.LRCC

Từ đó, các ngành kỹ thuật tự động, robotics, xử lý ảnh ra đời để đáp ứng nhu cầu và không ngừng phát triển đề ngày càng hoàn thiện hơn Trong đó, Robot SCARA được ứng dụng đặc biệt rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất, được thiết kế để đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau

Để hoàn thành đồ án này ta cần hiểu và nắm rõ được cơ sở lý thuyết về phương pháp phân tích, tính toán động học, tính toán công suất, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xử lý ảnh Ngoài ra, các kiến thức liên quan đến thiết kế cơ khí, mạch điện và lập trình vi điều khiển cũng rất cần thiết để có thể hoàn thiện mô hình thực tể theo các tiêu chí ban đầu

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm là một quá trình cực kỳ quan trọng trong sản xuất sản phẩm, quá trình này đòi hỏi rất nhiều công sức của người lao động Để kiểm tra chất lượng cho một dây chuyền sản xuất bánh răng thì cần phải có rất nhiều công nhân, việc kiểm tra đòi hỏi độ chính xác cao và tỉ mỉ, tuy nhiên thời gian làm việc trong ngày là dài nên không tránh khỏi việc sai sót vì lý do chủ quan của công nhân Đó là lý

do để các nhà máy nghĩ đến việc tự động hóa quá trình kiểm tra chất lượng bánh răng

- Tróc răng: là hiện tượng những mảnh sắt nhỏ bị bong ra khỏi bề mặt răng làm cho răng yếu dần Nguyên nhân do dao gia công bị mòn hoặc gãy, độ cứng của phôi chưa đạt chuẩn hay vật liệu kém chất lượng làm hư hỏng trong quá trình gia công bánh răng

1.3 Giải pháp đề ra và đánh giá

Để tối hóa việc phân loại bánh răng, giảm thiểu sai sót của công nhân và tự động di chuyển các bánh răng hỏng và bánh răng tốt sang các hộp riêng biệt thì việc sử dụng cánh tay robot là cần thiết trong thời buổi hiện nay

Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, camera được gắn phía trên băng tải di chuyển các bánh răng đi ngang qua Khi bánh răng tới vị trí của camera, máy tính sẽ phân tích hình dạng của bánh răng, đếm số răng để so sánh với thông số sẵn có, đo đạc đường kính trục… và đưa ra kết quả kiểm tra Hệ thống xử lý ảnh giao tiếp với robot thông qua cổng Serial để gửi tín hiệu điều khiển robot gắp bánh răng ra khỏi băng tải

DUT.LRCC

o Điều khiển một cách dễ dàng và hiệu quả

1.4 Ý tưởng thiết kế robot cho hệ thống phân loại bánh răng

Để việc gắp bánh răng hiệu quả thì cơ cấu của robot phải hợp lý và có năng suất làm việc cao

 Yêu cầu đề ra: Lựa chọn loại cánh tay robot thích hợp thể hiện độ linh hoạt trong phạm vi làm việc, cơ cấu cứng vững và tiết kiệm được chi phí chế tạo

1.4.1 Phương án 1: Dạng Decac

Sử dụng 3 đường trượt vuông góc nhau trong không gian là các trục tọa độ X,Y,Z Robot chuyển động theo 3 trục tọa độ Sử dụng các khớp tịnh tiến, phạm vi làm việc của Robot được mở rộng theo hình chữ nhật

DUT.LRCC

Hình 1 2 Robot có tọa độ Decac

 Ưu điểm:

- Di chuyển tay máy khá linh hoạt

- Phù hợp với hướng gắp từ trên xuống

Trục cơ bản là một trụ dọc, robot chuyển động lên xuống dọc theo trục

Bằng cách chuyển động quay quanh trục, tịnh tiến dọc trục phạm vi làm việc của robot được mở rộng theo một hình trụ bao quanh trục cơ bản

Hình 1 3 Robot dạng tọa độ trụ

DUT.LRCC

 Ưu điểm:

- Di chuyển tay máy khá linh hoạt

- Không phù hợp với hướng gắp từ trên xuống

Hình 1 4 Robot dạng tọa độ cầu

 Ưu điểm:

- Di chuyển tay máy khá linh hoạt

- Không phù hợp với hướng gắp từ trên xuống

Tương tự như cánh tay con người, nó gồm 2 phần tử thẳng tương ứng với cánh tay

và cẳng tay Các phần tử này được ghép nối với nhau bởi 2 khớp tương ứng với khớp

bả vai và khớp khủy tay Cổ tay được nối với cẳng tay

DUT.LRCC

Hình 1 5 Robot dạng khớp nối

 Ưu điểm:

- Cơ cấu dễ thiết kế truyền động

- Phù hợp với hướng gắp từ trên xuống

- Cơ cấu cứng vững, chắc chắn

 Nhược điểm:

- Phạm vi làm việc còn hạn chế

- Không phù hợp cho hướng gắp ngang

1.4.5 Phương án 5: Robot có cấu trúc động học là vòng kín

Là một chuỗi động học kín, ở đó mỗi khâu luôn luôn được liên kết với ít nhất 2 khâu khác

Hình 1 6 Robot có cấu trúc động học vòng kín

 Ưu điểm:

- Di chuyển tay máy khá linh hoạt

- Phù hợp với hướng gắp từ trên xuống

- Tốn ít động cơ cho bộ truyền

DUT.LRCC

 Nhược điểm:

- Cơ cấu chưa cứng vững

- Phạm vi làm việc còn hạn chế cho với kích thước của robot

 Kết luận: Có thể thấy phương án 4 và phương án 5 là phù hợp cho yêu cầu của

hệ thống, 2 robot điển hình cho 2 phương án này là robot SCARA và Delta Tuy nhiên phân tích sâu từng phương án nhóm quyết định chọn robot SCARA vì các

lý do sau:

- Phạm vi hoạt động của robot SCARA là lớn hơn robot Delta

- Hành trình trục Z (hướng từ trên xuống) của SCARA lớn hơn nhiều so với Delta

- Việc thiết kế robot Delta phức tạp và tốn nhiều chi phí vì sử dụng các khớp cầu rất khó để gia công

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

2.1 Thiết kế băng tải

Yêu cầu kĩ thuật:

- Vận tốc trên băng tải 3 m/phút

- Chiều rộng băng tải 60 mm

- Chiều dài băng tải 520 mm

- Băng tải có bộ phận căng băng

- Băng tải làm việc êm

2.1.1 Phương án thiết kế

Chọn loại băng tải kiểu con lăn là phù hợp với yêu cầu của hệ thống, ưu điểm của loại băng tải này:

- Số lượng pulley ở hai đầu ít

- Thiết kế đơn giản

- Thiết kế đơn giản

2.1.3 Tính toán thiết kế băng tải

1) chiều dài băng tải: L = 520 mm

2) Tính công suất động cơ

Công suất luôn là yếu tố cần phải xác định trước tiên khi tính toán chọn động cơ cho băng tải Công suất này là tổng hợp của 4 thành phần sau:

- Công suất cần thiết để chạy không tải

- Công suất cần thiết để di chuyển vật cần tải

- Công suất cần thiết để thắng lực ma sát

DUT.LRCC

- Công suất cần thiết để tăng tốc băng tải

Để cho pulley truyền công suất cho băng tải thì tăng sự căng đai để cho phần đai

đi vào pulley nhiều hơn phần ra khỏi pulley Để căng đai thì vận tốc của pulley truyền động phải bằng hoặc lớn hơn vận tốc của bề mặt pulley tại chỗ tiếp xúc và vận tốc của dây đai khi rời khỏi pulley thấp hơn một lượng bằng với lượng căng đai

Việc tăng sự căng băng tải là hệ số ma sát giữa đai và pulley đủ để duy trì vận tốc của băng tải bằng với vận tốc pulley Vận tốc của phần băng tải bị động sẽ nhỏ hơn vận tốc của phần băng tải chủ động do có sự trượt tương đối giữa băng tải và pulley

Hình 2 1 Biểu diễn băng tải và vật thể

Khối lượng băng tải: 0,3 kg

Khối lượng tải yêu cầu: 0,3 kg

 Tổng khối lượng là m = 0,6 kg

Vận tốc yêu cầu là v = 3 m/phút = 0,05 m/s

Hệ số ma sát giữa bề mặt và chi tiết là 0.3

 Tải trọng cần thiết: F = mg + μmg = mg(1+ μ) = 0,6×9,81×(1+0,3) = 7,65 N Lấy F = 10 N

Công suất cần thiết: P = F.v = 10×0,05 = 0,5 W

Công suất thực: Pt = P/ η = 0,5/(0,6×0,97) = 0,86 W, trong đó 0,6 là hiệu suất của băng tải, 0,97 là hiệu suất bộ truyền bánh răng

3) Tính tốc độ đầu ra của động cơ

Để phù hợp với thiết kế sử dụng thép hộp 20×20 mm chọn đường kính của tang cuốn là D = 33 mm

DUT.LRCC

Tốc độ đầu ra của động cơ:

𝑛 = 𝑣

𝜋 × 𝐷 =

3.10003,14 × 33= 28,95 (𝑣/𝑝) 𝐿ấ𝑦 𝑛 = 29 (𝑣/𝑝)

Vì không có động cơ có tốc độ như vậy nên ta chọn động cơ có tốc độ lớn hơn sau đó dùng phương pháp thay đổi điện áp để điều chỉnh tốc độ động cơ về tốc

độ cần thiết (sẽ trình bày ở phần điều chỉnh tốc độ băng tải)

Dựa vào catalog chọn động cơ loại TG-05R-SS có thông số:

Hình 2 2 Động cơ được chọn

DUT.LRCC

Hình 2 3 Hình ảnh 3D băng tải

Động cơ chọn được có thông số:

- Tốc độ sau giảm tốc: n = 50,1 (v/p)

- Momen xoắn T = 196 mN.m

- Tỉ số truyền của hộp giảm tốc là i = 115

2.2 Thiết kế robot SCARA

2.2.1 Giới thiệu robot SCARA

2.2.1.1 Robot SCARA là gì?

Robot SCARA được phát triển lần đầu tiên vào năm 1980 tại Nhật Bản và tên SCARA là viết tắt của “Selective Compliance Assembly Robot Arm - Cánh tay robot lắp ráp tuân thủ chọn lọc” Đặc điểm chính của robot SCARA là nó có 2 khớp liên kết, theo một cách nào đó bắt chước cánh tay của con người mặc dù nó hoạt động trên một mặt phẳng duy nhất, cho phép cánh tay mở rộng và gập lại vào các khu vực hạn chế khiến nó phù hợp để tiếp cận bên trong vùng bị bạo hoặc chọn và đặt từ vị trí này sang

vị trí khác

Robot SCARA thường có tối đa 4 trục (3 vòng quay và một tuyến tính Z)

DUT.LRCC

Hình 2 4 Robot SCARA trong công nghiệp

2.2.1.2 Ưu điểm và ngược điểm

2.2.1.3 Ứng dụng của robot SCARA trong công nghiệp

Robot SCARA có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp (chủ yếu), quy trình sản xuất, trong y khoa hoặc lĩnh vực hàng không vũ trụ Dưới đây là một số ứng dụng thực

tể của robot SCARA:

- Robot SCARA trong kỹ thuật tạo mẫu in 3D, cắt laser, CNC

Hình 2 5 Robot SCARA trong kỹ thuật tạo mẫu in 3D

- Công việc siết chặt vít bằng hệ thống robot SCARA

Hình 2 6 Robot SCARA siết chặt vít

DUT.LRCC

- Lắp ráp sản phẩm với vị trí ngược

Hình 2 7 Robot SCARA lắp ráp ở vị trí ngược

- Gắp nhiều sản phẩm trong dây truyền

Hình 2 8 Robot SCARA gắp nhiều sản phẩm

DUT.LRCC

- Robot SCARA xếp đĩa

Hình 2 9 Robot SCARA xếp đĩa

2.2.2 Ý tưởng ban đầu cho thiết kế của robot

Hình 2 10 Hình ảnh 3D robot

DUT.LRCC

2.2.2.1 Chọn động cơ truyền động cho robot

Do cấu trúc của robot nên trải trọng của khâu 1 bằng tổng tải trọng trên các khâu còn lại Khối lượng tối đa mà robot có thể làm việc là 0,5 kg, khối lượng của các khâu của robot là 0,5 kg

Momen lớn nhất trên động cơ của khâu 1 là:

M = P×d/i = 1×9,8×0,255/16 = 0,16 Nm Trong đó: i= 16 là tỉ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng hành tinh

Công suất của động cơ được tính như sau:

- Chọn tốc độ của trục ra của hộp giảm tốc là 100 v/p => tốc độ trục ra của động cơ là n = 100×16 = 1600 v/p

- Hiệu suất của ổ bi là ηổ = 0,9953 = 0,985

 Chọn động cơ thỏa mãn tốc độ n > 1600 v/p, công suất P > 27 W

Vì vậy chọn động cơ bước KH4248-B95101 có thông số tốc độ quay và công suất phù hợp với yêu cầu Hơn nữa động cơ loại còn rất phổ biến trên thị trường nên ta chọn luôn loại động cơ này cho các khâu sau vì nó sẽ đủ công suất cho các phần còn lại của robot

Từ hình 3.16 đặt hệ quy chiếu theo phương pháp D-H (Denavit-Hartenberg) ta các hệ quy chiếu động được đặt tại các khâu và bộ thông số động học theo quy ước D-H được bảng:

Hình 2 12 Đặt hệ quy chiếu theo phương pháp D-H

Bảng 2 1: Bảng thông số D-H của Robot Scara

Như vậy các ma trận biến đổi từ hệ i-1 về hệ i như sau:

cos sin cos sin cos a cos sin cos cos cos cos a sin

n

n n

Ma trận biến đổi thuần nhất mô tả hướng và vị trí của khâu thao tác so với khâu cơ sở :

z

n o p

p p

a

n o a A

x

y

z

n n n

x

y

z

a a a

x

y

z

o o o

( sin ) ( cos )

sin [( cos ) sin ] sin cos ( sin ) ( cos )sin

x y

2.2.3.2 Các thông số cơ bản của robot:

- Phạm vi hoạt động của các khâu:

+ a2 = 125

- Tọa độ làm việc của robot:

Hình 2 13 Tọa độ làm việc của robot

DUT.LRCC

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Sơ đồ hệ thống điện

Hình 3 1 Sơ đồ kết nối mạch điện

3.1.1 Sơ đồ hệ thống chiếu sáng

*Hệ thống chiếu sáng:

Trong điều kiện làm việc ánh sáng thay đổi không đồng đều, sự xuất hiện của nhiễu

do lóa là không tránh khỏi Vì vậy ta giải quyết vấn đề này bằng hộp che và chiếu sáng bằng hệ thống led Hệ thống đèn led sử dụng các led siêu sáng màu trắng để tạo nên vòng chiếu sáng Vì chi tiết bánh răng cần xử lý có tính chất đối xứng nên ta bố trí các led thành dãy hình vuông sẽ dễ thực hiện nhất và đảm bảo được ánh sáng đồng đều cho chi tiết

DUT.LRCC

Hình 3 2 Hệ thống chiếu sáng

3.1.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu Camera

Hình 3 3 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu Camera

DUT.LRCC

3.2 Giới thiệu các phần tử trong hệ thống

3.2.1 Giới thiệu về Arduino Mega

- Arduino Mega 2560 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 cho số ngoại vi, các chuẩn giao tiếp và số chân nhiều nhất, bộ nhớ rất lớn (256kb) có thể mở rộng thêm số chân Board có cấu trúc tương thích với các board mạch như Uno.Và sử dụng điện áp 5VDC

- Bên dưới là sơ đồ chân của bo mạch Arduino Mega 2560

Hình 3 4 Sơ đồ chân của bo mạch ARDUINO MEGA 2560

DUT.LRCC