nghiên cứu và chế tạo mô hình robot song song

B GIÁO DO
I HNG


PHC


NGHIÊN CU VÀ CH TO
MÔ HÌNH ROBOT SONG SONG


Chuyên ngành : Công ngh Ch to máy
Mã s : 60.52.04



TÓM TT LU THUT






ng - 3

Công trình c hoàn thành ti
I HNG

ng dn khoa hc: PGS.TS. LÊ CUNG


Phn bin 1: PGS.TS. TRN XUÂN TÙY


Phn bin 2: PGS.TS. LÊ VI


Lun vn c bo v trc Hi ng chm Lun vn tt
nghip th thut hp ti i hc à Nng vào ngày 14 tháng
12 nm 2013.





Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Hc liu, i Hc à Nng

1
M U
1. L
Trong quá trình công nghip hóa hin hóa, các nhà khoa h
nghiên cu ch to các lo phc v sn xut. Cùng vi quá
trình phát trin các robot công nghip, mt loi robot mi i, thay
th dn các loi robot ,  robot song song, vc
tính ni tri so vi robot c 
- Kh  chu c ti ln.
- Các thành phn cu to nh hn nên tng trng lng ca robot

 nh.
-  cng vng cao do kt cu hình hc ca chúng 
- Tt c các lc tác ng ng thi c     
        

- Có th thc hin các thao tác phc tp vi  chính xác cao
trong công vic nh vào cu trúc song song; các sai s ch ph thuc
vào sai s dc trc và sai s không b tích lu.
- Các  cu chp hành u có th nh v trên tm nn.
- Các robot song song không cn làm vic trên b  và có th di
chuyn ti mi ni trong môi trng sn xut do có kh ng và
i nh.
-ng, t vic dùng lp
ráp các chi ti      o các chuy ng phc tp
trong to hình, gia công các biên dng phc tp.
- N sut làm vic rt cao.

2
- Giá thành ca robot song song s d r hn
nhiu so vi các máy CNC có tính  tng ng.
Vi tính u vit cao, các robot song song càng thu hút c
nhiu nhà khoa hc nghiên cu và ng dng rng rãi các loi robot
trong nhiu  vc.
Chính vì lý do  tôi quyt nh chn  tài cho lun v tt
nghiNghiên cu và ch to mô hình robot ng dng
trong các dây chuyn sn xu   vn chuyn các sn phm
trong dây chuyn.
2. Mc ích ca  tài
 tài nhm nghiên cu, thit k và ch to robot song song nhm
ng dng vào các dây chuyn sn xut.

 s phát trin thành sn phm ng dng trong gia công
to hình, lp ghép và vn chuyn sn phm trong các quá trình sn
xut.
3. Phm vi và ni dung nghiên cu
 tài c thc hin vi ni dung ch yu sau:
- Nghiên cu tng quan v robot song song.
- Nghiên cu lý thuyt và gii bài toán ca robot song
song.
- Nghiên cu thit k và ch to mô hình  khí ca robot song
song. Nghiên cu la chn và ch to các mch n s dng  u
khin robot.
- Nghiên cu thut toán u khin và xây dng chng trình u
khin v trí i vi robot song song.

3
 tài gii hn  vic nghiên cu robot Delta, u khin theo v
trí, trên   u khin theo qu o bt k.
4. Png pháp nghiên cu
 tài kt hp nghiên cu gia phng pháp lý thuyt và thc
nghim:
- Nghiên cu lý thuyt:
+ Tng hp tài liu v tính toán ng hc thun và  
robot Delta, t thun/

+  thit k mô hình  khí cho robot m bo  chính
xác và  cng vng cn thit,  ng nhu cu u khin chính xác.
+ Tìm hiu các phng pháp u khin, la chn mch u
khin, xây dng thut toán và  trình u khin.
- Nghiên cu thc nghim:
Ch to mô hình thc nghim robot Delta và u khin thc hin

các công vic yêu cu.
5. Ý ngha khoa hc và thc tin
 tài mang nhiu ý ng khoa hc và thc tin:
- To tin  cho vic ch to các robot Delta ng dng vào thc
t: thit b gia công các biên dng b mt phc tp, to biên dng theo
ng cong bt k, robot lp ráp sn phm trong các h thng sn
xut linh hot, robot nâng chuyn.
- Góp phn xây dng mô hình dy hc v u khin t ng i
vi Robot công nghip ti các trng Cao ng và i hc.

4
6. Cu trúc lu
Ni dung thuyt minh lu bao gm:
M u
ng quan v Robot song song.
ng hc robot Delta
t k, ch to mô hình robot Delta
t k mu khin robot Delta
Kt lung phát tri tài

5
CHƯƠNG 1.
TNG QUAN V ROBOT SONG SONG
1.1. GII THIU
1.2. MT S MU ROBOT SONG SONG
1.3. M CA ROBOT DELTA
1.4. CÁC NGHIÊN CU TRÊN TH GIC
 TÀI
1.5. KT LUN
khái quát tng quan v robot song song,
trình bày mt s mu robot song song thông dngng th
t, ci tit tri ca robot Delta so
vng khác, to ti cho s thành
công rc r  tham kh tài nghiên
cu liên quan v  tài robot Delta trên th ng nghiên cu
    nghiên c ng hc, xây dng mô hình robot
song song dp và cui cùng
thit k mt h thng u khin robot Delta.



6
CHƯƠNG 2.
NGHIÊN CNG HC ROBOT DELTA
2.1. GII THIU V ROBOT DELTA
2.1.1. Phân loi robot Delta

2.1.2. Nguyên lý hong
2.1.3. Các suy bin ca robot DELTA
2.2. CH  NG H THIT K
ROBOT DELTA
Trong phm vi ca lun án này, ta s ch  ng h
hình 2.4  thit k      ng hc theo ging vi
nguyên bu ca loi robot Delta nht, vi các 
quay gn trc tip vu hình bình hành, hay nói cách khác ta
s u và thit k loi robot Delta 3 bc t do v
ng hc và kt c2.5.

Hình 2.1 Sơ đồ động học và kết cấu của robot Delta 3 bậc tự do [7]

7
2.3. CÁC THÔNG S N CA ROBOT DELTA

Hình 2.2 Thông số chiều dài và các góc đặc trưng của robot Delta [7]
2.4. PHM VI HONG
2.4.1. Gii hn hình hc
Gii hn 1 : -
max

i

max
[7]
Gii hn 2 : 
i
+
i

 [7]
2.4.2. Vùng làm vic ca tay máy robot Delta
Bảng 2.1 Thông số hình học robot song song Delta thiết kế
Thông s
Giá tr
Bán kính tm phng c nh R
F

180 (mm)
Bán kính tm phng R
E

47 (mm)
Chiu dài cánh tay trên L
160 (mm)
Chiu hình bình hành L
P

620 (mm)
Góc lc ln nht ca khp cu
max

23
0

T l r
0,74

8
T l b

4
ng kính mt cu vùng ho ng ca robot
Delta D
G

780 (mm)
ng kính phn hình tr vùng làm vic D
488 (mm)
 cao vùng làm vic robot
187 (mm)
 cao ln nht có th  c ca tay máy
H
max

274 (mm)
Din tích b mt làm vic S
5,29.10
5
(mm
2
)
Th tích vùng làm vic V = S.H
9,89.10
7
(mm
2
)
2.4.3. Các ràng buc v      m suy
bin
2.5. NG HC ROBOT DELTA

2.5.1. nh v
2.5.2. ng hc thun robot Delta


Hình 2.3 Sơ đồ mô tả nguyên tắc xây dựng bài toán động học thuận

Hình 2.4 Các kích thước cơ bản của robot Delta [19]

9
 
1
, 
2
, 
3
, và ta cn tìm ra ta
 E
0
(x
0
, y
0
, z
0
) ca khâu chp hành cui.

c:

(a
1

2
+ a
2
2
+ 1)z
2
+2[a
1
+ a
2
(b
2
 y
1
)  z
1
]z + [b
1
2
+ (b
2
 y
1
)
2
+ z
1
2

L

P
2
] =0 (2.26) [19]
T tam chp hành cui là nghim c

2.5.3. ng hc robot Delta

Hình 2.5 Nguyên lý xác định bài toán động học ngược
Mt giao ca khi cu này vi mt phng YZ là mng tròn
vm E
1

1
J
1
, v
1
là hình chiu ca E
1

lên mt phng YZ. Bây gi m J
1
có th 
m cnh v
1
và F
1


10

(hình 2.23)
.
Ta ch chn m vi giá tr t Y nh. Và nu ta
bit J
1
, ta s c giá tr 
1
.
E
1
u ca E
1
t phng Oy
ta s có t E
1

0
-
32
e
, z
0
nh.
T h c t m J
1
(0, y
J1
, z
J1
)

11
1
1
tan
JF
J
yy
z
ac
(2.29) [19]
2.6. MÔ PHNG HC ROBOT SONG SONG DELTA
Nh  nh tt kh  vn hành ca tay máy, ta cn mô
phng ng hc thuc ca loi robot này. Da trên nn
phn mng vi giao di
hình 2.26:

Hình 2.6 Mô phỏng các bài toán động học Delta
2.6.1. Mô phng ng hc thun
2.6.2. Mô phng hc
2.6.3. Mô phng qu o chuyng
2.6.4. Kt qu mô phng

11
a) Kết quả mô phỏng đối với bài toán động học ngược và thuận
Bảng 2.2 Bảng kết quả tính toán động học ngược trên chương trình mô phỏng
STT
Giá trị nhập: tọa độ tâm tấm
phẳng di động (x, y, z)
Giá trị cần xác định : góc quay

(
1
,
2
,
3
)
1
(0.15, -0.20, -0.56)
(0.26, -0.26, -0.95)
2
(-0.10, 0.15, -0.56)
(-0.60, -0.22, 0.31)
Bảng 2.3 Bảng kết quả tính toán động học thuận trên chương trình mô phỏng
STT
Giá trị nhập:
góc quay (
1
,
2
,
3
)
Giá trị cần xác định : tọa độ các điểm
trên tấm phẳng di động (x, y, z)
E
0

E
1

E
2

1
(0.26, -0.26, -0.95)
(0.15, -0.20,
-0.56)
(0.19, -0.18,
0.56)
(0.11, -0.18,
-0.56)
2
(-0.60, -0.22, 0.31)
(-0.10, 0.15, -
0.56)
(-0.6, 0.17,
-0.56
(-0.14, 0.17,
-0.56)
b) Kết quả mô phỏng quỹ đạo chuyển động của robot delta

Hình 2.7 Đồ thị mô tả góc quay của 3 động cơ

12
 th vn tc góc (rad/s)

Hình 2.8 Đồ thị mô tả vận tốc góc của 3 động cơ
 th gia tc góc (rad/s2)

Hình 2.9 Đồ thị mô tả gia tốc của 3 động cơ
2.7. KT LUN
Nghiên cng hc
các khâu trong chung, xây dng mô phng bài toán
ng hc robot song song Delta s to ti cho vic thit k h dn
ng robot.


13
CHƯƠNG 3.
THIT K, CH TO MÔ HÌNH ROBOT DELTA
3.1. 
3.1.1. Hong ca RC servo

Hình 3.1Cấu tạo động cơ Servo R/C [17]
3.1.2. u bi rng xung

Hình 3.2 Mỗi 20ms, một xung có thể điều chỉnh biến thiên từ 1ms đến
2ms để
3.1.3. Vai trò ca Vôn k
3.1.4. Các gii hn quay
3.1.5. H thng truyn công sut
3.1.6. Thông s /C


14
3.2. CÁC THÀNH PH
25
12
9

201354010
205

Hình 3.3 Chi tiết cánh tay trên
12
20
37
46
3
R2
R20
120°
120°
9
98

Hình 3.4 Chi tiết tấm phẳng di động
D
E
L
T
A



R
O
B
O
T

26
80
R190
20
6
8
R40
14
53
120°
120°
5
190
380


Hình 3.5 Chi tiết tấm phẳng cố định


15
2
3
15
4
R5
Ø
9
7

Hình 3.6 Khớp cầu

10
M4
610

Hình 3.7 Đoạn nối giữa hai khớp cầu
3.3. NH THC ROBOT SAU KHI CH TO

Hình 3.8 Sơ đồ mô hình robot Delta lắp ráp

16
3.4. KT LUN
N3  thit k, ch to mô hình robot
Delta da trên các  c kt cu sn     c
hoàn thin kt ca chp lý s to ti tt
cho vic xây dng h u khin robot Delta


17
CHƯƠNG 4.
THIT K MU KHIN ROBOT DELTA
4.1. H THU KHIN ROBOT SONG SONG DELTA
4.1.1.  khi

Hình 4.1 Mô hình hệ thống điều khiển robot
4.1.2. Nguyên lý hong
4.2. THIT K MU KHIN

4.2.1. Khi ngun

Hình 4.2 Sơ đồ khối nguồn mạch điều khiển

18
4.2.2. Khu khin

Hình 4.3 Sơ đồ khối vi điều khiển trong mạch
4.2.3. Khi giao tip máy tính

Hình 4.4 Sơ đồ khối giao tiếp máy tính qua cổng RS232

19
4.2.4. Ngõ nu khin

Hình 4.5 Sơ đồ ngõ nạp chương trình cho vi điều khiển ATMega32
4.2.5. Ngõ cp nguu khi

Hình 4.6 Ngõ cấp nguồn và xung điều khiển các động cơ servo
4.2.6. Khu khiu chp hành cui

Hình 4.7 Sơ đồ khối điều khiển cơ cấu chấp hành cuối

20
4.3. THUT TU KHIN
4.3.1. Thuu khin trên máy tính

Hình 4.8 Sơ đồ thuật toán điều khiển giải bài toán động học ngược

21
4.3.2. Thut toán lu khin
a) Hàm main

Hình 4.9 Thuật toán hàm chính (Main)
b) Ngắt Timer 1

Hình 4.10 Sơ đồ thuật toán ngắt Timer 1

22
c) Ngắt UART

Hình 4.11 Sơ đồ thuật toán ngắt UART
4.4. KT LUN
C    c n vic thit k mt h thu khin
robot Delta, xây d khu khin, ch to các mu
khi thuu khin mt cách hp lý
nht.













23
KT LUNG PHÁT TRI TÀI
Qua quá trình thc hi c các kt qu sau:

-  xung hc robot Delta m
gin nht. T ng da trên nn Java
 khng hc robot.
- Xây dng mô hình hoàn chnh robot song song Delta vi kích
c c th.
-     u khi    dng các thành
phn t   u khin ho ng mô hình robot Delta thc t.
u xây dc mô hình robot Delta vi kh n
ng theo v c, sai lch trong phm vi ±5mm.
- u khin vi giao din.
Vic xác lp các t cn di chuyn ca robot có th s dung
bng cách nhp t chính xác hou khin theo thi gian thc
bng con tr chuôt.
Tuy v tài vn còn mt s tn ti sau:
- Ni dung lu cng lu,
gii quyt các nhim v   tính toán các lc quán tính, ng sut
ng lên các khâu trong sut quá trình chuyng ca robot.
- Mô hình chuyng theo các nhim v n, chuyng
thc các bài toán chuyng
cong bt k.
 khc phc các hn ch này, cn có thêm các nghiên cu c th
 ng lc hc; nâng cao kh p trình
chuyng theo các qu o bt k d ni suy t các