ĐỒ án THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ đề TÀI LẬP TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN ROBOT HARMO

SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC 1.1 Sơ đồ động học Hệ tọa độ các khớp của robot được quy định như sau: • Trục Zi của hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo trục khớp động thứ i+1.. • Trục Xi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ

*****

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI LẬP TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN ROBOT HARMO

Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH TRI THỨC

Lớp ME-NUT17 – K62

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS PHẠM VĂN HÙNG

HÀ NỘI 7 - 2021

ĐỀ BÀI: LẬP TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN RÔ BỐT HARMO

Mục lục

Lời nói đầu

Tính năng kỹ thuật của Robot Harmo (UE700-2R)

Robot Harmo UE700-2R (Phòng 105 - C10)

Các thông số cơ bản:

• Khối lượng gắp: M = 2kg

• Chiều cao thân Robot: 1450 mm

• Kích thước bậc tự do tịnh tiến theo trục Oy:

- Chiều dài theo phương y: 1850 mm

- Giới hạn chuyển động trục y: 1600 mm

• Kích thước bậc tự do tịnh tiến theo trục Ox:

- Chiều dài theo phương x: 1200 mm

- Giới hạn chuyển động trục x: 500 mm

• Kích thước bậc tự do tịnh tiến theo trục Oz:

- Chiều dài theo phương z: 1050 mm

- Giới hạn chuyển động trục z: 1600 mm

• Số bậc tự do: 4 (Vecto bàn kẹp hướng theo hướng +X)

- 3 tịnh tiến theo các trục Ox, Oy, Oz

- 1 quay 90o quanh trục Oy

Hệ thống cơ khí của Robot đã được trình bày trong "Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí "

CHƯƠNG 1 SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC

1.1 Sơ đồ động học

Hệ tọa độ các khớp của robot được quy định như sau:

• Trục Zi của hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo trục khớp động thứ i+1

• Trục Xi của hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo đường vuông góc chung hướng từ khớp động i đến khớp động i+1 Trường hợp hai trục giao nhau, hướng trục Xi sẽ trùng với hướng vecto ZixZi-1, tức là vuông góc cới mặt phẳng chứa Zi, Zi-1

Áp dụng nguyên tắc đặt hệ trục tọa độ trên vào robot HARMO ta có hệ tọa độ của robot mới như hình vẽ

Sơ đồ động học của robot Harmo tay kẹp hướng +X

1.2 Bộ thông số D-H

Bộ thông số D-H bao gồm các thông số cơ bản giữa hai khâu liên tiếp nhau Bao gồm:

• θ i: Góc giữa hai đường vuông góc chung Là góc quay quanh trục Zi-1 để trục Xi-1

chuyển đến trục Xi

• di: Khoảng dịch chuyển tịnh tiến giữa hai đường vuông góc chung của hai trục

• ai: Độ dài của đường vuông góc giữa hai trục khớp động liền kề

• αi: Góc lệch giữa hai trục của hai khớp động liền kề, là góc quay quanh trục Xi sao

cho Zi-1 chuyển đến Zi theo quy tắc bàn tay phải

Từ hệ tọa độ các khâu ở hình trên, cho được các thông số D-H ứng với các khâu như

1.3 Các ma trận biến đổi và phương trình động học

Từ bộ thông số D-H, ma trận biến đổi thuần nhất từ khâu i-1 đến khâu i ta thu

được theo công thức tổng quát:

T i i−1 =

[cos(¿θ i)¿−cos(¿α i)⋅sin (¿θ i)¿sin(¿α i)⋅sin(¿θ i)¿a i ⋅cos(¿θ i)¿sin(¿θ i)¿cos(¿α i)⋅cos(¿θ i)¿−sin(¿α i)⋅ cos(¿θ i)¿a i ⋅ sin(¿θ i)¿0¿sin(¿α i)¿cos(¿α i)¿d i¿0¿0¿0 1]

Từ các thông số trong bảng D-H, thu được ma trận biến đổi thuần nhất giữa các khâu:

• Ma trận biến đổi thuần nhất giữa khâu 0 và khâu 1

• Ma trận biến đổi thuần nhất giữa khâu 3 và khâu 4

T43=[cos θ4 sin θ4 0 a4.cosθ4

sin θ4 cosθ4 0 a4.sin θ4

Mô phỏng chuyển động trục Y

Chuyển động tịnh tiến theo phương Oy gồm các thành phần sau:

- Nguồn động lực: Động cơ Servo Mitsubishi HG-KR02 1M B G1H có gắn hộp

Catalogue động cơ

- Bộ điều khiển: Inventer biến tần 3G3MV-A2007 bảo vệ và kiểm soát nguồn điện

cho động cơ

- Encoder: Omron E6B2-CWZ6C để đếm quãng đường mà cánh tay đi được.

- Cảm biến: 2 cảm biến vị trí Fotek PS-05N-24V nhận biết vị trí homy Oy và vị trí max Oy

- Cơ cấu dẫn truyền cơ khí: Thanh răng, bánh răng có tác dụng truyền chuyển

động xoay thành chuyển động tịnh tiến Trong đó, thanh răng có thông số 1860x20x20, bánh răng c thông số Z = 30, mô đun m = 2

- Hệ thống dẫn hướng: Hai thanh trượt đuôi én đóng vai trò dẫn hướng chuyển

động ma sát lăn dọc theo trục Y

Thanh trượt THK SR25W

2.2 Bậc tự do tịnh tiến theo trục 𝑿𝑮: Xy lanh khí nén, van điều khiển, cảm biến

Mô phỏng chuyển động trục X

Chuyển động tịnh tiến theo phương Ox gồm các thành phần sau:

- Nguồn động lực: Xy lanh khí nén TGM-U-25x800-S-LB

Thông số kỹ thuật:

+ Chuyển động hai chiều

+ Hành trình: 800 mm+ Đường kính: 25 mm+ Vận tốc: 30 ~ 800 mm/s

+ Port Size G1/8

- Bộ điều khiển: Van đảo chiều 5 của 2 vị trí (Airtac 4V210-08).

Thông số kỹ thuật:

+ Kích thước cổng: 1/4”.(ren 13mm)

+ kích thước cổng xả: 1/8″ (ren 9.6)

+ Áp suất hoạt động: 0.15 – 0.8 MPa

+ Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC.( Bôi màu chọn loại của mình)

- Cảm biến: Hai cảm biến vị trí Fotek PS-05 N, ký hiệu CB1 ở vị trí gốc và CB2 là

cảm biến ở vị trí ngoài cùng

Cảm biến vị trí Fotek PS-05N

- Hệ thống dẫn hướng: Các khớp tịnh tiến được dẫn hướng nhờ các sống trượt hình

trụ phi 20 gắn cố định trên trục X

2.3 Bậc tự do tịnh tiến theo trục 𝒁𝑮: Xy lanh khí nén, van điều khiển, cảm biến, cơ cấu

nhân đôi hành trình

Mô phỏng chuyển động trục X

Chuyển động tịnh tiến theo phương Ox gồm các thành phần sau:

- Nguồn động lực: Xylanh khí nén TGM-U-25x800-S-LB

Thông số kỹ thuật:

+ Chuyển động hai chiều

+ Hành trình: 800 mm+ Đường kính: 25 mm+ Vận tốc: 30 ~ 800 mm/s

+ Port Size G1/8

- Bộ điều khiển: Van đảo chiều 5 của 2 vị trí (Airtac 4V210-08).

- Cơ cấu bánh răng đai răng (tăng gấp đối chiều dài hành trình làm việc) nhờ sử

dụng loại đai thanh răng STD 1360-S8M (đai thanh răng, bước răng 8mm, chu viđai răng 1360mm, chiều rộng đai 32mm)

Đai thanh răng STD 1360-S8M

- Cơ cấu vít me đai ốc có nhiệm vụ đặt cữ hành trình cho cơ cấu, dẫn động bằng

động cơ điện 1 pha 220V 4RK25C-36LB của Oriental Motors (công suất P =25W, tốc độ 1v/p) Cataguoge

Động cơ 4RK25C-36LB

- Sử dụng 2 cảm biến Fotek PS-05 N, kí hiệu Cb5 và Cb6, lần lượt cho biết vị trí

cao nhất và vị trí thấp nhất của bàn kẹp (giống trục Y)

2.4 Bậc tự do quay quanh trục 𝒀𝑮: Xy lanh khí nén, van điều khiển, cảm biến

Mô phỏng bậc tự do quay quanh trục Y

- Nguồn động lực: Xy lanh khí nén TGU-32x200-LB

Thông số kỹ thuật:

+ Chuyển động hai chiều

- Cảm biến: Hai cảm biến tiệm cận JT-1204E1 của Hãng TPC, kí hiệu là CB7, Cb8

lần lượt cho biết vị trí ngang và dọc của bàn kẹp.( Catalouge)

2.5 Cơ cấu kẹp: Xy lanh khí nén, van điều khiển, cảm biến …

- Nguồn động lực: Xy lanh khí nén TGND-S-12x60-B

Thông số kỹ thuật:

+ Đường kính trong piston là Ø= 12 mm

+ Chuyển động hai chiều

Valve for pneumatics

+ Compact design

+ Push-over solenoid coil

+ Exhaust air can be regulated

+ Tube, threaded and sub-base connections+ Servo-diaphragm seat discs

Bảng thống kê tín hiệu điều khiển để lựa chọn PLC theo từng trục

Thống kê theo số bậc tự do

Theo tín hiệu

Chương 3 Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC

3.1 Hệ thống điều khiển của RB HM: Programmable Logic Controller – PLC

Robot Harmo UE700SW-2R được điều khiển bởi bộ điều khiển logic lập trình OMRONCPM2A-40CDT-D của OMRON

Hình 1.: PLC

Thông số kỹ thuật:

• CPU với 40 cổng I/O

• 24 đầu vào và 16 đầu ra

• Nguồn điện: 24VDC

• Transistor đầu ra NPN

• Đầu ra: 24VDC, 0.3A

• Các chức năng tiên tiến phù hợp với các ứng dụng vừa và nhỏ

• Có giao tiếp RS232 trên CPU; Mở rộng đến 180 cổng I/O

• Xử lý tốc độ cao quét và ngắt

• Bộ đếm tốc độ cao 20 kHz

• Đồng bộ điều khiển xung đồng bộ

• Chức năng xung đầu ra cho nhiều ứng dụng định vị khác nhau

• Khối nối có thể tháo rời để bảo trì dễ dàng

• Chức năng thời gian thực.

• Bộ điều khiển tương tự được phân phối có thể được sử dụng

Phần mềm lập trình của hãng CX-Programmer của hãng Omron được sử dụng để lập trình điều khiển cho robot, và cho phép lập trình theo hai dạng: dạng Ladder, các lệnh

từ khóa

Các tín hiệu đầu vào PLC gồm:

• Các tín hiệu từ cảm biến: 9 cb, 1 encoder

• Các nút ấn: Khởi động, Tạm dừng, Dừng

Các tín hiệu ra PLC gồm:

• Các tín hiệu điều khiển Xylanh Pistong (5 tín hiệu)

• Các tín hiệu điều khiển động cơ trục Y (S1, S2, S7)

3.2 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ và khí nén của các bậc tự do

3.3 Lựa chọn bộ điều khiển PLC (trên cơ sở số đầu vào và đầu ra)

3.4 PLC Omron và phần mềm lập trình CX-Programmer

3.3 Xây dựng bản vẽ kết nối hệ thống

Chương 4 Lập trình PLC điều khiển RBHM theo mô hình gắp hộp (vào hoặc ra)

4 1 Thiết lập sơ đồ trình tự thao tác gắp hộp

4.2 Lập bảng trình tự thao tác kèm các tín hiệu điều khiển vào ra

4.3 Lập trình PLC bằng phần mềm CX – Programmer

Kết luận

Tài liệu tham khảo