báo cáo thí nghiệm điện tử cơ sởrobot ER4U

MỤC LỤC
BÀI 1. ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCORBOT 5 BẬC TỰ DO
1.1 Yêu cầu của bài thí nghiệm

2
1.2 Mục đích thí nghiệm

2
1.3 Cơ sở lý thuyết
3
1.3.1 Quy tắc D-H
3
1.4 Nội Quy an toàn thí nghiệm
3
1.5 Các thiết bị lien quan trong thí nghiệm
3
1.5.1 Robot Scorbot ER4U 5 bậc tự do
4

1.5.2 Máy tính trung tâm có cài đặt phần mềm chuyên dụng để điều
khiển robot

5
1.5.3 thiết bị remote control cho dạy học
7
1.6 Nội dung bài thí nghiệm
1.6.1 Khảo sát kết cấu động học tay máy Scorbot ER4U
8
1.6.2 Robot Scorbot ER4U
8
1.6.3 Nhập dữ liệu điều khiển từ bàn phím

12
BÀI 2. ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCORBOT 5 BẬC TỰ DO TRONG TRẠM
CẤP PHÔI

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 1


2.1 Nguyên lý trạm cấp phôi
15
2.2 Sử dụng thiết bị teach-in
20
2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống cơ điện tử
21

BÀi 1. ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCORBOT 5 BẬC TỰ DO
NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1
1.1 Yêu cầu của bài thí nghiệm
1.1.1. Khảo sát kết cấu động học tay máy Scorbot R4U.
1.1.2. Nhập dữ liệu điều khiển từ bàn phím điều khiển hoạt động Scorbot R4U.
1.1.3. Làm quen với thiết bị teach-in để vào số liệu và ghi lại số liệu được dạy
cho robot.
1.1.4. Đặt từng phôi lên pallet, sử dụng các tọa độ nhập từ bàn phím và thiết bị
dạy học.
1.2 Mục đích thí nghiệm:
- Xác định được các đặc trưng động học của robot Scorbot từ robot thật,
xác định các điểm quy chiếu sử dụng trong vận hành, hiểu được các liên
kết ngoại vi của robot phục vụ cho lập trình điều khiển;

- Sử dụng thành thạo các thiết bị ngoại vi của robot để nhập số liệu điều
khiển;
- Tạo được dữ liệu điểm, ghi lại thành chương trình và truy xuất điểm theo
địa chỉ;

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 2


- Thao tác robot trong bối cảnh, tác vụ và địa chỉ cụ thể là trạm cấp phôi
phục vụ băng tải.
1.3 Cơ sở lý thuyết
- Quy tắc DH và hệ phương trình động học thuận của robot scorbot.
- Lời giải bài toán động học ngược của robot Scorbot dưới
dạng giải tích.
- Phương pháp biểu diễn điểm trong không gian công tác
và không gian
khớp.
1.3.1 Quy tắc D-H
- Quy tắc D-H quy ước cách đặt các hệ tọa độ lên Robot
- Quy tắc D-H sử dụng 4 phép biến đổi để đưa hệ tọa độ Oi về trùng với hệ
tọa độ Oi+1.
+ R(z,α) là phép quay quanh trục zi một góc α để đưa trục tọa độ xi trùng xi+1
+ T(z,d) là phép tịnh tiến theo phương z một lượng d để 2 hệ tọa độ O i và
Oi+1 có cùng cao độ.
+ T(x,a) là phép tịnh tiến theo phương xi+1 một lượng a để hệ tọa độ Oi về
trùng với Oi+1 .
+ R(x,α) là phép quay quanh trục xi+1 một góc β để đưa trục tọa độ zi về

trùng với zi+1.
1.4 Nội quy an toàn thí nghiệm
- Tuân thủ các quy định về an toàn của phòng thí nghiệm, yêu cầu của
giáo viên hướng dẫn.
- Không đặt các vật cản trong vùng làm việc của robot khi thiết bị đang
vận hành.
1.5 Các thiết bị liên quan trong thí nghiệm
1.5.1 Robot Scorbot ER4U năm bậc tự do

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 3


Thông

số ky

thuật

cơ

bản

của

Rôbốt:
- Bộ
Robôt

ER

4u bao

gồm :

Cánh

tay cơ

khí, bộ

điều

khiển

USB,

cáp
truyề
n
thông,

phần

mềm

Hình 1.1 Robot Scorbot- ER4U

trình
khiển SCORBASE.

- Cấu trúc cơ khí kiểu trục thẳng đứng, khung mơ
- Số bậc tự do: 5 bậc cộng với tay kẹp
- Khả năng cặp vạn năng
- Tầm quan trọng của các trục:
+ Trục 1: Đế xoay 310 độ
+ Trục 2: Vai quay +130 độ
+ Trục 3: Khuỷu quay +130 độ
+ Trục 4: cổ tay quay +130 độ
+ Truc 5: cổ tay xoay 570 độ
- Tầm với 610 mm tính cả tay kẹp
- Tốc độ 600 mm/s
- Độ lặp lại: 0.18 mm

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 4

lập
điều


- Phản hồi vị trí bằng bộ mã hoá quang.
- Chế độ home có các công tắc hành trình
- Động cơ servo DC 12V các trục
- Tay kẹp DC servo với 2 ngón song song
- Độ mơ của tay kẹp 0 65 mm

- Truyền thông bằng bánh răng, dây đai và trục vít
- Trọng lượng: 10.8 kg
* Thông số kỹ thuật cơ bản của bộ điều khiển:
- Truyền thông qua cổng USB, tự động kết nối cổng.
- Số đầu vào/ra: 8 đầu vào số; 4 đầu vào analog; 8 đầu ra số 2 đầu ra analog.
- Bộ vi điều khiển dùng con NEC V853 32 bít
- Điều khiển servo các trục: Thời gian thực; PID; PWM
- Động cơ servo các trục: 8 động cơ
- Bộ nhớ sử dụng: không giới hạn chương trình; 1000 vị trí
- Xác định vị trí tương đối, tuyệt đối, decac.
- Điều khiển qũy đạo: tuyến tính theo đường thẳng, đường tròn
- Tốc độ chuyển động xác định: 10 tốc độ
- Tham số điều khiển: 160 tham số người dùng truy cập
- Đặc tính an toàn: Dừng khẩn cấp, bảo vệ ngắn mạch, tự động dừng khi
va chạm, quá nhiệt, lỗi hổng truyền thông.

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 5


1.5.2 Máy tính trung tâm có cài đặt phần mềm chuyên dụng để điều khiển
robot

Hình 1.2.Máy tính trung tâm điều khiển robot.

Máy tính trung tâm được cài đặt sẵn phần mềm Scorbase điều khiển robot.
Các robot được hỗ trợ bằng hai mức lập trình:
- ACL (Advanced Control Language): được lập trình trên một tập hợp các

chíp trong bộ điều khiển robot và cung cấp các khả năng có thể lập trình
cao cũng như điều khiển trực tuyến các trục của robot riêng rẽ.
- ACL là một môi trường thời gian thực, đa nhiệm vụ hoàn toàn. ACL
cung cấp đường điều khiển liên tục, cắt các đường thẳng và đường tròn,
tối ưu hoá đường, ngắt bộ nhạy cảm và lập trình hoá điều khiển sự kiện,
các tham số điều khiển truy cập của người dùng và các điều khiển sai số
khác nhau.
- Phần mềm giao diện làm dễ dàng việc truy cập của người thao tác với
môi trường ACL từ máy tính PC và cho phép biên tập sửa lại chương
trình khi ngoại tuyến và nạp xuống các chương trình đến bộ điều khiển
ACL.
- SCORBASE: Phần mềm điều khiển robot dựa trên môi trường Windows

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 6


cung cấp một công cụ trực giác để lập trình hoá và thao tác dòng robot
SCORBOT và các ô làm việc của robot.
Các bộ điều khiển cung cấp các đặc điểm thống nhất sau:
+ Điều khiển thời gian thực.
+ Điều khiển Servo DC và các bộ điều khiển PWM
+ Có khả năng điều khiển lên đến 12 trục servo
+ Có các định nghĩa vị trí theo công cụ (Tool) và nối(Joint), Đềcác, tương
đối và tuyệt đối.
+ Đa nhiệm vụ có thể lên tới 40 nhiệm vụ đồng thời.
+ Điều khiển các đường nối liền, đường tròn, thẳng, nối, các đường liên
tục, điểm tới điểm.

+ Có các mặt chiếu ngang gia tăng theo parabol và trapezoid hình thang.
+ 300 - 500 tham số truy cập của người dùng (các bộ điều khiển khác nhau).
+ Cấu hình cho 10 kênh RS232.
+ Giao diện song song 2 chiều.
+ Lên đến 16 đầu vào và 16 đầu ra.
Đặc tính cơ bản của phần mềm:
* Chế độ mô phỏng động 3D:
- Chức năng hiển thị 3D đầy đủ các chi tiết, mô phỏng chế độ hoạt động
và quan sát hoạt động của rôbốt và các thiết bị khác trong trạm.
- Mô phỏng sự dịch chuyển của rôbốt và thao tác kẹp các chi tiết.
- Kiểm tra và phản hồi lại các khả năng va chạm và giới hạn dịch chuyển
của các trục.
- Có khả năng đặt điểm và click trên màn hình để chọn các vị trí dịch
chuyển của rôbốt và lưu lại vị trí.
- Hiển thị toạ độ gốc của rôbốt vùng làm việc và vị trí của tay kẹp.
- Hiển thị toạ độ cuả các đối tượng rtong hàm làm việc: toạ độ tuyệt đối,
tương đối.
- Hiển thị tên rôbốt, tên các đối tượng trong trạm.
- Thay đổi các góc toạ độ quan sát và hiển thị các chức năng điều khiển,

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 7


zoom, rotate, pan, drag, redirect...
- Hiển thị đường dẫn tay kẹp trong suốt quá trình dịch chuyển của rôbốt
- Có thể hiển thị đồng thời 3 chế độ 3D của trạm rôbốt
* Thiết kế trạm làm việc của robốt:

- Thiết kế các chế độ đồ hoạ tương tác cho phép tạo ra các trạm robốt ảo.
- Thao tác sắp đặt và xác định các đối tượng trong trạm làm việc đơn giản.
- Chức năng sắp đặt các thiết bị ngoại vi và kết nối với nhau như: băng tải,
bàn xoay, bàn XY, đế trượt.
- Định dạng được các chi tiết như chế độ màu kích thước, vị trí, không
giới hạn các chi tiết và màu sắc kiểu cách.
- Định dạng và kết nối với các cảm biến và các thiết bị I/O.
- Định dạng được các phôi đặt trong kho và trong các chi tiết.
- Xác định trước được trạm gia công, người thiết kế có thể thay đổi.
- Các môđun đã thiết kế có thể mô phỏng chạy được trực tiếp với các
môđun thật.
- Tương thích với phần mềm điều khiển rôbôt SCORBASE.
1.5.3 Thiết bị remote control cho dạy học

Hình 1.3.Thiết bị remote control.

1.6 Nội dung bài thí nghiệm
1.6.1 Khảo sát kết cấu động học tay máy Scorbot R4U
- Từ robot thực yêu cầu xây dựng sơ đồ động tương ứng.
- Xác định các kích thước để hoàn thành bảng DH.
- Xây dựng hệ phương trình động học đặc trưng.
GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 8


- Khảo sát phạm vi làm việc của các biến khớp.
- Vẽ được hình dáng của vùng làm việc.
1.6.2 Robot Scorbot

Hình 1.4. Robot Scorbot ER4U tại vị trí khảo sát.

Sơ đồ động, bảng DH và hệ phương trình động học thuận của robot :

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
Page 9


Hình 1.4. sơ đồ động Robot Scorbot ER4U.

Bảng 1.1. Bảng D-H.
GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 10


Khớp
1
2
3
4
5

R

T

z,θi

(θ1)
(θ2)
(θ3)
(θ4)
(θ5)

z, di

T

x, ai

R

x,αi

d1

a1

π /2

0

a2

0

0

a3

0

0

0

π /2

d5

0

0

Ta thu được kết quả các ma trận biểu thị hướng và vị trí giữa các hệ tọa độ
tương ứng :
=
=
=
=
=
= * * * *=
Sử dụng matlab để tính toán ma trận

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 11


Hình 1.6.phần mềm matlab tính toán ma trận.
Từ phần mềm matlab ta được kết quả sau :

+ Dữ liệu về hướng

+ Dữ liệu về vị trí:

1.6.3 Nhập dữ liệu điều khiển từ bàn phím
Tập làm quen với việc sử dụng bàn phím để vào số liệu động học:
- Bước 1: kích đúp vào biểu tượng SCORBASE từ màn hình để khơi động
chương trình.

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 12


Hình 1.7.Giao diện chương trình SCORBASE.

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 13

- Bước 2: Gọi robot về vị trí Home, chất phôi lên kho hàng tương ứng

Hình 1.8. màn hình gọi robot về vị trí home.

- Bước 3: Click vào menu file/New từ màn hình chương trình SCORBASE

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 14


Hình 1.9.tạo chương trình mới cho robot.

- Thực hiện di chuyển bàn kẹp của robot bằng cách nhấn các phím 1÷6, và tương
ứng nhấn Q, W, E, R, T, Y để điều khiển robot theo chiều ngược lại, hoặc sử
dụng chuột nhấn các nút tương ứng trên màn hình điều khiển để thay đổi giá trị
các thông số biến khớp trên robot thực.

Hình 1.10. các phím điều khiển robot.

Nhập dữ liệu từ bàn phím
- Chuyển chế độ điều khiển robot sang Advanced bằng cách nháy vào nút L2 trên
màn hình điều khiển

Hình 1.11.thanh công cụ chuyển chế độ robot từ máy tính trung tâm

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 15


- Trong hộp thoại Teach Positions nháy vào nút Expand chúng ta thu được hộp
thoại Teach Positions (Expand)

Hình 1.12. nhập thông số trong không gian công tác của robot

Trong hộp thoại này chúng ta có thể nhập 5 thông số trong không gian công tác
của robot bao gồm tọa độ theo ba phương XYZ và hai góc quay Pitch và Roll.
BÀI 2. ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCORBOT 5 BẬC TỰ DO TRONG TRẠM
CẤP PHÔI

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 16


Hình 2.1.trạm cấp phôi.

NỘI DUNG BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2
-Thuyết minh sơ đồ nguyên lý trạm cấp phôi
-Sơ đồ cấu trúc hệ thống cơ điện tử
2.1 Nguyên lý trạm cấp phôi
Bước 1: Gọi robot về vị trí Home, chất các pallet lên một trạm và để trống một
trạm phía đối diện, sử dụng bàn phím để cấy từng phôi lên pallet, sử
dụng các tọa độ nhập từ bàn phím( mỗi robot được điều chỉnh bằng
một máy tính).

- Khơi động chương trình SCORBASE từ màn hình trung tâm bằng cách
kích đúp vào biểu tượng chương trình Scorbase.

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 17


Hình 2.2 Giao diện chương trình SCORBASE

- Gọi robot về vị trí Home, chất phôi lên kho hàng tương ứng

Hình 2.3. màn hình gọi robot về vị trí home
GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 18


Bước 2: Lập 1 Project mới
Click vào menu file/New

Hình 2.4.tạo chương trình mới cho robot.

- Thực hiện di chuyển bàn kẹp của robot bằng cách nhấn các phím 1÷6, và tương
ứng nhấn Q, W, E, R, T, Y để điều khiển robot theo chiều ngược lại, hoặc sử
dụng chuột nhấn các nút tương ứng trên màn hình điều khiển để thay đổi giá trị
các thông số biến khớp trên robot thực.

Hình 2.5. các phím điều khiển robot.

Bước 3: Lưu các thông số về vị trí và định hướng của bàn kẹp robot: Nhập số thứ
tự của vị trí cần lưu vào ô Position Number, chọn tốc độ và nháy vào nút Record
Position.
GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 19


Hình 2.6. lưu thông số vị trí và hướng của bàn kẹp robot
-

Chọn View/Positions để xem lại các thông số trong không gian khớp và
không gian công tác của các điểm đã lưu

Hình 2.7.xem lại các thông số không gian của robot đã lưu.

- Di chuyển bàn kẹp robot để gắp vật thể từ vị trí đặt phôi đến vị trí mục tiêu.
Trong quá trình di chuyển chúng ta lưu lại thông tin của các điểm nút trên quỹ
đạo.
GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 20


Hình 2.8 . lưu lại các điểm làm việc của robot.

- Thực hiện thao tác mơ bàn kẹp Open Gripper và đóng bàn kẹp Close Gripper
để gắp vật thể tại vị trí cấp phôi cũng như thả vật thể vào vị trí đích cần đặt phôi.
Open Gripper
Close Gripper
- Cho robot thực hiện lại từng dòng lệnh để soát lỗi

Hình 2.9.cho robot chạy lại và soát lỗi.
GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 21


- Sửa lỗi nếu có, và lưu chương trình.

Hình 2.10. sửa lỗi và lưu chương trình.

- Lập lại các thao tác ơ trên nhưng vào số liệu bằng thiết bị dạy học.
- Chuyển các pallet từ trạm này sang trạm kia và lên băng tải với dữ liệu nhập từ
bàn phím.
- Lặp lại các thao tác đó bằng cách sử dụng thiết bị dạy học.
2.2 Sử dụng thiết bị teach-in
Làm quen với thiết bị teach-in để vào số liệu và ghi lại số liệu được dạy cho
robot. Gọi các điểm được ghi từ bộ nhớ vào thân chương trình, tập xác định các
điểm chuẩn trong không gian làm việc của robot. Từng sinh viên sử dụng thiết bị
dạy học để tạo một file số liệu điểm, lưu vào bộ nhớ và truy xuất lại các điểm này
theo trình tự trong một lập trình thực hiện từ bàn phím.
GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường

P a g e 22


2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống cơ điện tử
Cơ cấu chấp hành

Phần công tác

Thao tác công
nghệ

Mô hình hóa

Hệ thống
đo

Bộ điều khiển

Mạch điện tử

Vi xử lý

Tin học

Hình 2.11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống cơ điện tử.

Chức năng của từng khối:
- Cơ cấu chấp hành: tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn
động lực của các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại : điện , thủy lực,
khí nén, hoặc kết hợp giữ chúng.

- Phần công tác: Là nơi thực hiện trực tiếp các thao tác công nghệ như :
gắp, hàn, cắt...
- Mô hình hóa: Xác định các thông số động học và động lực học cần thiết
để phục vụ cho quá trình điều khiển.
- Hệ thống đo: Là các sensor có nhiệm phụ giám sát các thao tác công
nghệ và báo lại cho bộ điều khiển.
- Bộ điều khiển: Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến tác động ngược
trơ lại phần công tác để phần công tác cung cấp năng lượng phù hợp và
thực hiện chương trình điều khiển.

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 23


*Tài liệu tham khảo:
[1]John J.Craig, Introduction to Robotics-Mechanics and Control, 2005.
[2] Đào Văn Hiệp,Kĩ thuật Robot, Khoa học và kĩ thuật,2009.

GVHD: Ngô Văn An

SVTH: Phạm Quốc Cường
P a g e 24