Thiết Kế Và Chế Tạo Cánh Tay Robot 4 Bậc Tự Do Phân Loại Sản Phẩm ...

Tải bản đầy đủ (.pdf) (56 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Luận Văn - Báo Cáo
>>
3. Kỹ thuật

Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.57 MB, 56 trang )

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA CƠ KHÍĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬĐỀ TÀI:Thiết kế và chế tạo cánh tay Robot 4 bậctự do phân loại sản phẩm có ứng dụngxử lý ảnhNgười hướng dẫn: ThS. TRẦN QUANG KHẢISinh viên thực hiện: HUỲNH ANH KHOAHỒ CÔNG TRIỆUSố thẻ sinh viên : 101150191101150170Lớp: 15CDT1Đà Nẵng, 2019TÓM TẮTTên đề tài: Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứngdụng xử lý ảnhSinh viên thực hiện: Hồ Công TriệuSố thẻ SV: 101150191Lớp 15CDT1Huỳnh Anh KhoaSố thẻ SV: 101150170Lớp 15CDT1Mục đích: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động sử dụng cánh tayrobot có ứng dụng xử lý ảnh đang được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp, nó làm tăngnăng suất và tránh những sai sót có thể xảy ra trong quá trình sản xuấtPhạm vi và đối tượng nghiên cứu:a, Phạm vi: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm sửdụng cánh tay robot ứng dụng công nghệ xử lý ảnh. Hệ thống bao gồm những phầnchính như: 1 cánh tay robot, 1 camera xử lý ảnh, 1 máy tính.b, Đối tượng nghiên cứu: Cánh tay robot 4 bậc tự do, xử lý ảnh, máy tínhc, Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đặc điểm động học và động lực học robot, lậptrình cho robot và xử lý ảnh để nhận diện hình dạng sản phẩm.d, Nghiên cứu thiết kế: Tính toán và vẽ kết cấu robot.e, Chế tạo: Dựa vào kết quả tính toán và thiết kế sau đó tiến hành thi công chế tạo môhình.Cấu trúc đồ án này gồm 5 chương:-Chương 1: Tổng quan về đề tàiChương 2: Thiết kế và chế tạo cơ khí-Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiểnChương 4: Xây dựng chương trình điều khiểnChương 5: Kết luậniĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA CƠ KHÍCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúcNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọ tên sinh viên: HUỲNH ANH KHOASố thẻ sinh viên: 101150170HỒ CÔNG TRIỆUSố thẻ sinh viên: 101150191Lớp:15CDT1Khoa: Cơ KhíNgành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩmcó ứng dụng xử lý ảnh.2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Tham khảo tài liệu thực tế4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:Chương 1: Tổng quan về đề tài.Chương 2: Thiết kế và chế tạo cơ khíChương 3: Thiết kế hệ thống điều khiểnChương 4: Xây dựng chương trình điều khiểnChương 5: Kết luận5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):Bản vẽ tổng thể hệ thống: 1 A0.Bản vẽ sơ đồ động: 1 A0.Bản vẽ sơ đồ mạch điện :1 A0.Bản vẽ lưu đồ thuật toán: 1 A0.Bản vẽ các cụm chi tiết: 2 A0.6. Họ tên người hướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:26/08/20198. Ngày hoàn thành đồ án:15/12/2019Đà Nẵng, ngày 26 tháng 8 năm 2019Trưởng Bộ môn ……………………..Người hướng dẫnThS. Trần Quang KhảiiiLỜI NÓI ĐẦUTrong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, tự động hóa ngày càngđóng một vai trò quan trọng. Với tốc độ phát triển như hiện nay chúng ta không chỉ cầnmột lượng lao động khổng lồ mà còn đòi hỏi có trình độ, chất lượng tay nghề, kỹ thuậtlao động và thiết bị sản xuất. Mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng cao thìvấn đề tự động hoá ngày càng được chú trọng. Tự động hóa các quá trình sản xuất chophép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao độngsống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về chất lượng gia công và năng suất lao động, gâykhó khăn cho việc điều hành và quản lý sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động chophép loại bỏ các nhược điểm trên. Đồng thời tự động hóa đã thay đổi tính chất lao động,cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất là trong các khâu độc hại, nặng nhọc,có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và laođộng chân tay.Do vậy, ứng dụng robot vào sản xuất là tính tất yếu của quá trình tự động hóa. Việcáp dụng các cánh tay robot vào dây chuyền sản xuất ngày càng phổ biến. Trước thực tếđó, nhóm em quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tựdo phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh”.Trong thời gian làm đồ án, được sự chỉ bảo tận tình của thầy ThS. Trần Quang Khảicùng với sự cố gắng của hai thành viên nhóm đến nay đồ án đã hoàn thành. Tuy nhiênvới kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm, kĩ năng còn thiếu, mặc dù có nhiều cố gắngsong nhóm em vẫn còn nhiều thiếu sót cần bổ sung, hoàn thiện. Kính mong các thầy côthông cảm và góp ý để đề tài của nhóm em hoàn thiện hơn và có thể phát triển, ứng dụngtrong thời gian sắp tới.Nhóm em xin chân thành cảm ơn!Đà Nẵng, ngày 26 tháng 8 năm 2019CÁC THÀNH VIÊNHuỳnh Anh KhoaHồ Công TriệuiiiCAM ĐOANChúng tôi xin cam đoan:Những nội dung trong đồ án này là do chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trựctiếp của thầy giáo ThS. Trần Quang KhảiMọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên côngtrình, thời gian, địa điểm công bố.Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối, chúng tôi xinchịu hoàn toàn trách nhiệm.Sinh viên thực hiệnHồ Công Triệu- Huỳnh Anh KhoaivMỤC LỤCTÓM TẮT ................................................................................................................... iNHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .........................................................................iiLỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................... iiiCAM ĐOAN .............................................................................................................. ivMỤC LỤC .................................................................................................................. vDANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ...................................................................viiMỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ............................................................................ 21.1 Bối cảnh thực hiện đề tài .................................................................................... 21.2 Mục tiêu ............................................................................................................. 4Chương 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CƠ KHÍ ...................................................... 52.1 Thiết kế cánh tay robot ....................................................................................... 52.1.1 Phân tích và lựa chọn cấu trúc cánh tay ....................................................... 52.1.2. Thông số kích thước của cánh tay Robot .................................................... 62.1.3. Tính toán động học..................................................................................... 72.1.4 Thiết kế các bộ phận của cánh tay ............................................................. 102.1.5 Thiết kế 3D cho cánh tay robot 4 bậc tự do................................................ 122.2 Thiết kế băng tải .............................................................................................. 132.3 Mô hình tổng quan hệ thống............................................................................. 17Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .............................................. 183.1 Sơ đồ khối ........................................................................................................ 183.2 Các thành phần chính và chức năng ................................................................. 193.2.1 Arduino Nano............................................................................................ 193.2.2 Driver A4988 ............................................................................................ 203.2.3 Servo Sg90 ................................................................................................ 203.2.4 Cảm biến quang ........................................................................................ 213.2.5 Module giảm áp Lm 2596 ......................................................................... 223.2.6 Công tắc hành trình ................................................................................... 233.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ..................................................................... 24vChương 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .................................. 254.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính............................................................... 254.2 LabVIEW và xử lý ảnh dùng LabVIEW........................................................... 264.2.1 Giới thiệu LabVIEW ................................................................................. 264.2.2 Ngôn ngữ lập trình LabVIEW ................................................................... 274.2.3 Quá trình xử lý ảnh trên LabVIEW............................................................ 35Chương 5: KẾT LUẬN............................................................................................ 38TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 40PHỤ LỤC ................................................................................................................. 41viDANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼBảng 2.1: Bảng thông số DH của cánh tay robot .......................................................... 8Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Arduino nano.......................................................... 19Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của A4988 .................................................................... 20Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật động cơ servo Sg90....................................................... 21Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của Lm 2596 ................................................................. 23Hình 1.1 : Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi ........................................... 2Hình 1.2: Robot phun thuốc sinh học ........................................................................... 3Hình 1.3: Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................... 4Hình 2.1: Cánh tay robot tọa độ cầu ............................................................................. 5Hình 2.2: Cơ cấu robot 4 bậc tự do .............................................................................. 6Hình 2.3: Thông số kích thước của cánh tay robot ....................................................... 7Hình 2.4: Thiết lập hệ toạ độ và các thông số cho robot ............................................... 7Hình 2.5: Bánh răng truyền động ............................................................................... 11Hình 2.6: Động cơ bước NIDEC SERVO KH42KM2R015E ..................................... 12Hình 2.7: Mô hình 3D cánh tay robot ......................................................................... 12Hình 2.8: Cánh tay robot sau khi thiết kế ................................................................... 13Hình 2.9: Nhôm định hình ......................................................................................... 13Hình 2.10: Ke góc nhôm định hình ............................................................................ 14Hình 2.11: Kích thước của băng tải ............................................................................ 14Hình 2.12: Mô hình 3D khung nhôm băng tải ............................................................ 15Hình 2.13: Gá động cơ ............................................................................................... 15Hình 2.14: Ổ bi .......................................................................................................... 16Hình 2.15: Bộ căng đai .............................................................................................. 16Hình 2.16: Mô hình sau khi thiết kế ........................................................................... 17Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................... 18Hình 3.2: Arduino nano ............................................................................................. 19Hình 3.3: Sơ đồ chân driver A4988............................................................................ 20viiHình 3.4: Động cơ servo Sg90 ................................................................................... 21Hình 3.5: Cảm biến quang ......................................................................................... 22Hình 3.6: Module giảm áp Lm 2596 .......................................................................... 22Hình 3.7: Công tắc hành trình .................................................................................... 23Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ............................................................... 24Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán ....................................................................................... 25Hình 4.2 Hộp thoại khởi động .................................................................................... 27Hình 4.3: Cách thức thiết lập cho vòng lặp While ...................................................... 28Hình 4.4: Vòng lặp For .............................................................................................. 28Hình 4.5: Cấu trúc Case ............................................................................................. 29Hình 4.6: Hai cách thể hiện của cấu trúc chuỗi .......................................................... 29Hình 4.7: Đoạn chương trình y=x2+x+1 viết theo hai cách ......................................... 30Hình 4.8: Địa chỉ truy cập các hàm Vision ................................................................. 31Hình 4.9: Thư viện thiết bị NI-IMAQdx .................................................................... 31Hình 4.10: Thư viện tiện ích ...................................................................................... 32Hình 4.11: Thư viện quản lý ảnh................................................................................ 32Hình 4.12: Thư viện quản lý tập tin............................................................................ 33Hình 4.13: Thư viện tiện ích màu............................................................................... 33Hình 4.14: Thư viện xử lý ảnh ................................................................................... 34Hình 4.15: Thư viện thị giác máy............................................................................... 34Hình 4.16: Lưu đồ thuật tuán xử lý ảnh...................................................................... 35Hình 4.17: Kết quả nhận diện hình tròn ..................................................................... 36Hình 4.18: Kết quả nhận diện hình vuông .................................................................. 36Hình 4 19: Kết quản nhận diện hình lục giác.............................................................. 37viiiThiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhMỞ ĐẦUCơ điện tử là một trong những ngành kỹ thuật cao đang phát triển mạnh mẽ.Robotics, là một trong những chuyên ngành kỹ thuật cơ điện tử, đang được ứng dụngrộng rãi trên thế giới, đã thu hút được nhiều sự chú ý ở nước ta. Để xây dựng nền sảnxuất hiện đại, chúng ta cần nhanh chóng ứng dụng và phát triển tự động hóa, nổi bật làcác sản phẩm Cơ điện tử như Robot, ô tô, …Đặt biệt trong số những sản phẩm được ứngdụng rộng rải trong công nghiệp, thì robot 4 bậc tự do có tìm năng phát triển cao trongnền công nghiệp vì lợi thế cốt lõi của robot 4 bậc tự do là tốc độ, chính vì vậy robot 4bậc tự do vẫn bắt được vật thể dù băng tải không dừng điều này là một trong các lợi thếgiúp tăng tốc độ của dây chuyền sản xuất.Và trên cũng là mục tiêu cốt lõi của đề tài, xâydựng được mô hình robot 4 bậc tự do bắt vật thể trên băng tải dù băng tải không dừng,ngoài ra còn có thể tạo robot 4 bậc tự do thực hiện chạy theo hành trình có thể dạy họcđược.Để có thể xây dựng được đề tài ta cần phải nắm rõ được cơ sở lý thuyết về phươngpháp phân tích, tính toán động học, động học nghịch và kỹ thuật xử lý ảnh, đồng thờivới các kiến thức liên quan đến tính toán thiết kế cơ khí, mạch điều khiển, lập trình viđiều khiển cũng như công nghệ máy tính mới có thể đưa những lý thuyết cốt lõi thànhmô hình thực tế đáp ứng được các nguyên lý hoạt động đề ra.Sinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải1Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhChương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI1.1 Bối cảnh thực hiện đề tàiTheo ước tính của Liên đoàn robot quốc tế (IRF), hiện nay trên thế giới có khoảng50% số lượng robot được sử dụng tại châu Á (trong đó Nhật Bản chiếm 30%), 32% ởchâu Âu, 16% ở Bắc Mỹ, 1% ở Australia và 1% ở châu Phi.Trong đó, robot được sử dụng trong các ngành chế tạo ôtô chiếm 33,2%, ngànhđiện-điện tử 9,9%, ngành hoá chất + cao su + nhựa chiếm 9,4%, ngành chế tạo máy4,3%, ngành điện tử viễn thông chiếm 2,5%, sản xuất metal chiếm 3,7%, ngành sản xuấtgỗ 2,5%, và các ngành khác là 10,3%.Theo dự báo ,trên thế giới trong vòng 20 năm nữa mỗi người sẽ có nhu cầu sử dụng1 robot như nhu cầu 1 máy tính PC hiện nay và robot sẽ là tâm điểm của một cuộc cáchmạng công nghệ lớn sau internet.Với xu thế này cùng với các ứng dụng truyền thôngkhác của robot trong công nghiệp, y tế, giáo dục đào tạo, giải trí, và đặc biệt trong anninh quốc phòng thì thị trường robot và các dịch vụ ăn theo robot sẽ vô cùng.Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ hàn,cắt kim loại, sơn, phun, phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm...Ngày nay, đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC vớirobot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hóa cao, mức độ linh hoạt cao...Ởđây các máy robot công nghiệp được điều khiển bằng cùng một hệ thống chương trình.Hình 1.1 : Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất xe hơiSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải2Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhNgoài các phân xưởng nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc khaithác thềm lục địa và đại dương, trong y học, sử dụng trong quốc phòng, trong chinhphục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội....Hình 1.2: Robot phun thuốc sinh họcRõ ràng khẳ năng của robot trong một số điều kiện vượt hơn khẳ năng của con người,do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, nâng cao năng suất lao động, giảmnhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc hại. Nhược điểm lớn nhất củarobot là chưa linh hoạt như con người. Trong dây chuyền sản xuất tự động, nếu có mộtrobot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luônhoạt động dưới sự giám sát của con người.Ngày nay, Việt Nam đang là một nước công nghiệp hóa, vì vậy việc sử dụng robottrong công nghiệp là rất cần thiết để nâng cao năng suất lao động, giảm thiểu được côngngười và có độ chính xác cao. Hiểu được tầm quan trọng của robot trong đời sống hiệnnay, nên nhóm sinh viên chúng em sẽ thực hiện đề tài “ Thiết kế và chế tạo cánh tayrobot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh “ với mục tiêu sẽ xây dựnglên một mô hình minh họa được cách hoạt động của một cánh tay robot trong việc phânloại sản phẩm kết hợp với phương thức xử lý ảnh trên băng tải. Đây là một đề tài thiếtthực vì hiện nay việc ứng dụng xử lý ảnh trong công nghiệp để thay thế cho các cảmbiến thông thường là rất quan trọng bởi độ chính xác cao hơn, phản hồi tốt, ít nhiễu vàdễ dàng lập trình. Ngoài ra việc vận chuyển sản phẩm trên băng chuyền cũng mang lạinhững lợi ích như:-Giảm thiểu sức người lao độngĐạt được năng suất cao, hoạt động trong một thời gian dàiSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải3Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh1.2 Mục tiêuHình 1.3: Sơ đồ khối của hệ thốngHệ thống sẽ có những thành phần chính sau :- Một camera chụp ảnh vật phẩm- Một băng tải đủ dài để vận chuyển sản phẩm- Một cánh tay robot để đưa vật vào các ô tương ứng sau khi đã phân loại- Máy tính và bộ điều khiển trung tâm để phân tích các dữ liệu từ camera vàđiều khiển cánh tay robotBài toán đặt ra là thiết kế chế tạo mô hình cánh tay robot phân loại vật thể trênbăng tải. Máy tính thông qua camera sẽ thu nhận hình ảnh vật thể trên băng tải để xửlý cho ra các dữ liệu cần thiết về hình dạng rồi gửi cho bộ điều khiển. Bộ điều khiểnsẽ điều khiển các cơ cấu chấp hành bao gồm các động cơ của tay máy, động cơ củabăng tải, và các động cơ khác để đưa được vật phẩm vào các ô tương ứng.-Một số phần mềm để nhóm sinh viên chúng em thực hiện đồ án :Phần mềm Solidwork 2018: dùng để thiết kế 3D cho hệ thốngPhần mềm AutoCAD 2015 : dùng để vẽ các chi tiết 2D, sử dụng trong việccắt micaPhần mềm xử lý ảnh LabVIEW 2016 : dùng để xử lý các hình ảnh gửi về từcameraPhần mềm Arduino IDE : dùng để lập trình cho các cơ cấu chấp hành.Sinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải4Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhChương 2: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CƠ KHÍVề mặt truyền động và điều khiển robot được cấu tạo từ những khối cấu trúc cơkhí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động. Về mặt kết cấu robot được chế tạo rất khácbiệt nhau nhưng chúng được xây dựng từ những thành phần cơ bản như tay máy,nguồn cung cấp, bộ điều khiển. Trong đó tay máy là tập hợp các bộ phận và cơ cấucơ khí được thiết kế và hình thành các khối có chuyển động tương đối với nhau. Vìvậy trong chương 2, chúng em sẽ đi thiết kế cơ khí toàn bộ hệ thống, bao gồm cánhtay robot, băng tải và các bộ phận khác. Để thiết kế mô hình 2D cũng như 3D chocánh tay robot cũng như cho băng tải và các chi tiết khác trong hệ thống, chúng emsử dụng phần mềm Solidwork và Autocad, vừa dễ thiết kế lại có nhiều chức năng hỗtrợ cho người dùng rất tiện lợi.2.1 Thiết kế cánh tay robot2.1.1 Phân tích và lựa chọn cấu trúc cánh tayQua tìm hiểu các loại cánh tay robot thì nhóm quyết định thiết kế chế tạo cánhtay robot 4 bậc tự do tọa độ cầu RRRR. Đây là loại robot rất phổ biến trong côngnghiệp nhờ vào những ưu điểm: ít tốn không gian, dễ dàng bố trí trong không gianlàm việc, độ khéo léo, linh hoạt cao, tầm hoạt động lớn, có thể nâng hạ tải trọng lớn.Tuy nhiên nó có nhược điểm là độ cứng vững theo phương đứng thấp, độ chính xácgiảm theo tầm hoạt động. Cánh tay phải đạt được kích thước, độ dài hợp lý để có thểvươn dài, gắp vật phẩm trên băng tải và đưa chúng vào các ô tương ứng.Hình 2.1: Cánh tay robot tọa độ cầuSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải5Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhRHình 2.2: Cơ cấu robot 4 bậc tự doKết cấu của cánh tay robot 4 bậc tự do như sau :- Đế xoay robot- Khâu chuyển động để đưa tay gắp đến vị trí cần gắp vật- Tay gắp gắp vật đưa vật thể vào hộp2.1.2. Thông số kích thước của cánh tay RobotTừ các mục tiêu ở chương 1, ta thiết kế được kích thước cần có của cánh tay robot4 bậc tự do trong hệ thống để đáp ứng được yêu cầu của đề tài. Cánh tay robot đượccấu thành bởi các bộ phận sau:-Tay máy là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành cánh tay đểtạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay đểtrực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng.-Nguồn động lực và hệ truyền động tạo chuyển động cho các khâu của tay máy,sử dụng động cơ bước, servoHệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiếtkhác. Robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân cáccơ cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường.-Trong đề tài lần này, chúng em chọn vật liệu robot là mica dày 5mm vì vừa rẻ,vừa dễ gia công, lại đẹp mắt, phù hợp với yêu cầu.Sinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải6Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhHình 2.3: Thông số kích thước của cánh tay robot2.1.3. Tính toán động họca. Động học thuậnGiả sử một robot có cấu hình đã biết: độ dài các thanh nối và góc quay của cáckhớp hoặc độ dịch chuyển các khớp tịnh tiến. Bài toán động học thuận là tính toán vịtrí và hướng của cánh tay robot tương ứng với cấu hình robot xác định-Xác định các hệ tọa độ:Ta chọn hệ tọa độ Oo như hình vẽ.Hình 2.4: Thiết lập hệ toạ độ và các thông số cho robotSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải7Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh• Lập bảng thông số DHBảng 2.1: Bảng thông số DH của cánh tay robotaiαidiθi1090od1θ1 *2a200θ2 *3090o0θ3*+90o400d4θ4 *• Ma trận tổng quát:cθisAi = [ θi00c1sA1 =  1000 s10 −c11 00 0c3 (3 + 90) s ( + 90)A3 =  3 30000 d1 1s3 (3 + 90)00 −c3 (3 + 90)1000−sθi cαicθi cαisαi0sθi sαi−cθisαicαi0ai cθiai sθi]di1c2sA2 =  200− s2c200c4sA4 =  400− s4c4000 a2c2 0 a2 s2 1 0 0 1 0 00 0 1 d4 0 1Hướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải80001Sử dụng phần mềm Matlab để tính toán và rút gọn:T4 = A1 . A2 .A3 . A4 r11 r12r rT4 =  21 22 r31 r320 0r13r23r330px p y pz 1Trong đó : px = c1 (c23 d 4 + a2 c2 )p y = s1 (c23d 4 + c2 a2 )pz = d1 + d 4 s23 + a2c2Sinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaThiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhb. Động học nghịchTa có:A1−1T4 = A1−1 A1 A2 A3 A4 h11 h12h 21 h22 h31 h3200h13h23h330n1   d11 d12n2   d 21 d 22=n3   d31 d32 1  00 n1 = c1 p x + s1 p y n2 = pz − d1n = s p − c p 3 1 x 1 yd13d 23d330m1 m2 m3 1m1 = c2 a2 + c23d 4m2 = s2 a2 + s23 d 4m = 0 3• Tính θ1:n3 = m3  s1 px = c1 p y  tan 1 =pypx1 = arctan 2( Py , Px )• Tính θ3:c1 px + s1 p y = c2 a2 + c23d 4 n1 = m1n2 = m2 pz − d1 = s2 a2 + s23d 4Suy ra :n12 + n22 = (c23 + d 4 ) 2 + 2c2 a2 c23d 4 + (c2 + a2 ) 2 + ( s23d 4 ) 2 + 2s2 a2 s23d 4 + ( s2 a2 ) 2= a22 + d 42 + 2c3a2 d 4n12 + n22 − d 42 − a22 c3 =2a2 d 4 s3 = 1 − c32 3 = arctan 2(sin 3 ,cos 3 )• Tính θ2:a2 c2 + d 4c23 = n1a2 s2 + d 4 s23 = n2Sinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải9Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh n = c a + (c2c3 − s2 s3 )d 4 1 2 2n2 = s2 a2 + (c2 s3 + c2 s3 )d 4n1 = c2 (a2 + c3d 4 ) − s2 s3d 4 (1)n2 = s2 (a2 + c3d 4 ) + c2 s3d 4 (2)Từ (2) => s2 =n2 − c2 s3d 4a2 + c3 d 4Thế vào (1)  n1 = c2 (a2 + c3d 4 ) − s3d 4=> c2 =n2 − c2 s3d 4a2 + c3 d 4n1 (a2 + c3d 4 ) + n2 s3d 4(a2 + c3d 4 )2 + ( s3d 4 ) 2Từ (1) => c2 =n2 + s2 s3d 4a2 + c3 d 4Thế vào (2) => s2 =n2 (a2 + c3d 4 ) − n1 + s3d 4(a2 + c3d 4 ) 2 + ( s3d 4 ) 2  2 = arctan 2(sin  2 , cos  2 )Thiết lập phương trình động học là bước rất quan trọng để có thể dựa vào đó phântích hoạt động của robot và lập trình điều khiển robotNếu cho trước các giá trị của biến khớp thay đổi theo thời gian, thì vị trí và hướngcủa khâu chấp hành cuối trong mọi thời điểm sẽ hoàn toàn xác định được từ hệphương trình động học thuận trênBài toán động học nghịch nhằm xác định giá trị các biến khớp theo các thông sốtrạng thái đã biết của điểm tác động cuối. Từ các nghiệm của phương trình động họcnghịch, ta lập trình điều khiển robot hoạt động.2.1.4 Thiết kế các bộ phận của cánh taya. Cơ cấu xoay của khâu chấp hànhỞ đây ta dùng phương pháp dẫn động bằng bánh răng, dễ dàng thiết kế nhưng lạikéo được lực lớn, tốc độ nhỏ, không gây rung giật, thích hợp với các cơ cấu nặng.Sinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải10Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhHình 2.5: Bánh răng truyền độngb. Tính chọn động cơ cho cơ cấuKhối lượng lớn nhất nhất mà robot có thể làm việc là 2kg => Khối lượng lớn nhấttrên mỗi cánh tay là 2kg. Từ phương trình mômen theo thời gian đã xác lập phần tĩnhhọc ta tìm được mômen lớn nhất trên mỗi động cơ của cánh tay là:M=N.d/i = 2×9.81×0.18/3= 1.18 N.mChọn tốc độ động cơ n =1000 v/p.+ ηo = 0.995: là hiệu suất ổ lăn+ ηbr = 0.97: là hiệu suất của bộ truyền đaiTrong đó :  = obr = 0, 96 là hiệu suất truyền động11 P = M .. = M .n.2.= 85W.60Chọn động cơ thỏa mãn n=1000 vòng/p và P ≥85WVì tốc độ và công suất yêu cầu nhỏ nên ta ưu tiên chọn loại động cơ phổ biến trênthị trường, có giá thành rẻ. Ta chọn động cơ bước NIDEC SERVO KH42KM2R015E.Thông số kĩ thuật: - Kích thước mặt bích: 42x42 mm.- Chiều dài thân: 50mm.- Dòng chịu tải:1- 1.3A.- Góc bước: 1.8°/stepSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải11Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhHình 2.6: Động cơ bước NIDEC SERVO KH42KM2R015E2.1.5 Thiết kế 3D cho cánh tay robot 4 bậc tự doNhóm sinh viên chúng em sử dụng phần mêm Solidwork để thiết kế 3D cho cánhtay robot cũng như toàn hệ thống. Sử dụng phần Part để vẽ các biên dạng 3D của từngchi tiết, sau đó dùng phần Assembly để lắp ráp các chi tiết lại thành một cánh tay hoànchỉnh. Phần này cũng dùng để kiểm tra xem các mối lắp có xung đột với nhau haykhông để khi ra thực tế có thể lắp nối lại dễ dàng.Hình 2.7: Mô hình 3D cánh tay robotSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải12Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhThông qua bản vẽ kích thước và bản vẽ 3D mô hình cánh tay, chúng ta xuấtcác chi tiết thành file 2D, sau đó đi cắt mica và về lắp cơ khí thành cánh tay robot 4bậc tự do hoàn chỉnhHình 2.8: Cánh tay robot sau khi thiết kế2.2 Thiết kế băng tải-Tính chọn vật liệuDựa vào yêu cầu làm việc, ta chọn chất liệu cho khung băng tải là nhôm địnhhình, đây là vật liệu dễ tìm, có sẵn trên thị trường, dễ dàng lắp ráp và tháo gỡ, vìvậy ta có thể chỉnh sửa theo yêu cầu đề tài, dễ dang cho cacs cải tiến về sau.Hình 2.9: Nhôm định hìnhSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải13Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnhSử dụng các ke góc dùng để lắp các thanh nhôm lại với nhau một cách dễ dàng,không cần phải dùng đến các mối hàn . Nhôm định hình cho phép tháo lắp, sửa chữadễ dàng, không gây hư tổn đến vật liệu.Hình 2.10: Ke góc nhôm định hình-Tính chọn kích thước băng tảiTừ kích thước cũng như vùng làm việc của cánh tay robot 4 bậc tự do, chúng emtính chọn được kích thước của băng tải cần có như sau :+ Chọn băng tải có kích thước 1056mm×150mm, chiều cao 200mm+ Các bộ phận cơ khí được thiết kế với kích thước theo bản vẽHình 2.11: Kích thước của băng tảiSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải14Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh- Dựng khung 3d băng tảiHình 2.12: Mô hình 3D khung nhôm băng tải-Gá động cơ băng tảiGá động cơ được in 3D bằng chất liệu nhựa, dễ dàng chế tạo lắp ráp, chịu đượclực rung giật của động cơ, đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn địnhHình 2.13: Gá động cơ- Con lăn, ổ bi- Yêu cầu:+ Con lăn phải có kích thước, khối lượng phù hợp+ Đảm bảo điều kiện làm việc ổn định+ Tiếp xúc giữa con lăn và băng tải tốt, đảm bảo độ ma sát+ Ổ bi phù hợp với trục con lăn, không làm dịch chuyển con lăn- Từ các yêu cầu trên ta thiết kế con lăn phù hợp với loại băng tải đã chọn có:+ Truc nối động cơ Ø8 mm+ Đường kính con lăn Ø50 mmSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải15Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh+ Chiều dài 155 mm- Ổ bi là loại ổ bi đỡ chặn có đường kính lỗ Ø8 mmHình 2.14: Ổ bi-Bộ căng đaiÁp dụng biện pháp căng đai lên khung băng tải động một cách ổn định nhất,căng đai làm sao cho miếng su băng tải không được căng quá làm hư hỏng độngcơ và băng tải, cũng như không được trùng quá sẽ không ổn địnhHình 2.15: Bộ căng đai-Băng tảiĐể đáp ứng yêu cầu tải sản phẩm ổn định, không bị dịch chuyển trong quá trìnhtải hàng, ta chọn loại băng tải phải đáp ứng các đặt tính sau:- Có độ bền kéo tốt, không bị dãn trong quá trình hoạt động.- Không sần sùi- Độ bền, tuổi thọ caoSinh viên thực hiện: Hồ Công Triệu-Huỳnh Anh KhoaHướng dẫn: ThS. Trần Quang Khải16

Tài liệu liên quan

• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 3 bậc tự do ứng dụng trong phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh
  • 52
  • 157
  • 2
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh
  • 56
  • 377
  • 3
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh
  • 69
  • 140
  • 1
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh
  • 78
  • 55
  • 1
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại sản phẩm ứng dụng công nghệ xử lý ảnh
  • 101
  • 118
  • 1
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại vật trên băng chuyền
  • 64
  • 73
  • 0
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh
  • 56
  • 67
  • 4
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm trên băng tải sử dụng công nghệ xử lí ảnh
  • 69
  • 39
  • 0
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại vật trên băng chuyền
  • 64
  • 48
  • 1
• Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 5 bậc tự do phân loại vật trên băng chuyền
  • 64
  • 17
  • 1

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(2.57 MB - 56 trang) - Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 4 bậc tự do phân loại sản phẩm có ứng dụng xử lý ảnh Tải bản đầy đủ ngay ×