nghiên cứu, điều khiển và hoạch định quỹ đạo cho robot motoman up6
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.34 MB, 120 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO
CHO ROBOT MOTOMAN UP6
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
TP. HỒ CHÍ MINH, 2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO
CHO ROBOT MOTOMAN UP6
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
NGUYỄN ĐỨC HOÀNG
TP. HỒ CHÍ MINH, 2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm……..
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Tên luận văn:
NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6
Nhóm Sinh viên thực hiện:
Cán bộ hướng dẫn:
ThS.Nguyễn Đức Hoàng
Đánh giá Luận văn
1. Về cuốn báo cáo:
Số trang
____________
Số chương ____________
Số bảng số liệu
____________
Số hình vẽ
____________
Số tài liệu tham khảo ____________
Sản phẩm
____________
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………...
2. Về nội dung luận văn:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
3. Về tính ứng dụng:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
4. Về thái độ làm việc của sinh viên:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp kỹ sư,
xếp loại Giỏi/ Khá/ Trung bình
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Điểm từng sinh viên:
Lê Anh Tuấn :………../10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm……..
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Tên luận văn:
NGHIÊN CỨU, ĐIỀU KHIỂN VÀ HOẠCH ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHO ROBOT MOTOMAN UP6
Nhóm Sinh viên thực hiện:
Cán bộ phản biện:
Đánh giá Luận văn
5. Về cuốn báo cáo:
Số trang
____________
Số chương ____________
Số bảng số liệu
____________
Số hình vẽ
____________
Số tài liệu tham khảo ____________
Sản phẩm
____________
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………...
6. Về nội dung luận văn:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
7. Về tính ứng dụng:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
8. Về thái độ làm việc của sinh viên:
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp kỹ sư,
xếp loại Giỏi/ Khá/ Trung bình
………………………………………………………………………………………………………………………………………..
Điểm từng sinh viên:
Lê Anh Tuấn :………../10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày ..10.tháng…12..năm…2017…..
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
TÊN ĐỀ TÀI:
Cán bộ hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đức Hoàng
Thời gian thực hiện: Từ ngày……1/8/2016…………..đến ngày 12/12/2016…………
Sinh viên thực hiện:
Nội dung đề tài:
Mục tiêu:
Nghiên cứu phục chế robot công nghiệp Motoman UP6 , trong đó bao gồm: xây
dựng hệ thống mạch động lực và mạch điều khiển cho robot . Nghiên cứu giải
thuật điều khiển hoạch định quỹ đạo cho robot dùng tập l ệnh để th ực thi nhi ều
ứng dụng thực tế trong công nghiệp
Phương pháp thực hiện:
Nghiên cứu bộ thông số về kết cấu cơ khí và thông số servo motor của các
khớp Robot Motoman UP6
Nghiên cứu điều khiển servo motor Yaskawa Sigma2 bằng Driver servo
motor HIWIN D1 Series
Nghiên cứu mô hình động học thuận ,động học ngược ,hoạch định quỹ đạo
cho robot UP6
Thiết kế bộ điều khiển robot dùng ARM® Cortex®-M4-based STM32F4
MCU
Và Raspberry Pi 3 ARM Cortex-A53 CPU
Kết quả mong đợi:
Thực hiện thành công giải thuật hoạch định quỹ đạo cho robot
ứng dụng robot trong nhiệm vụ xử lý ảnh để phân loại sản phẩm
ứng dụng robot trong nhiệm vụ lắp đặt linh kiện trong công nghiệp
sản xuất ô tô
Kế hoạch thực hiện:
Giai đoạn 1: Nghiên cứu bộ thông số kết cấu cơ khí và thông số servo motor
Mục tiêu:
Nắm được thông số về kết cấu cơ khí bao gồm kích thước các khâu và kh ối
lượng của khâu
Nắm được thông số của servo motor Yaskawa Sigma2 bao gồm thông số
cuộn dây, dòng điện và điện áp định mức, công suất motor
Thời gian thực hiện: 2 tuần.
Phương pháp:
Tìm kiếm tài liệu của robot thông qua Internet đ ể tìm ra thông s ố v ề c ơ c ấu
các khâu robot UP6
Tìm hiểu thông số motor thông qua nhãn chứa thông số motor và ti ến hành
đo đạc để tìm ra bảng thông số thích hợp.
Giai đoạn 2: Nghiên cứu Driver servo motor HIWIN D1 và điều khiển servo
Yaskawa sử dụng diver HIWIN
Mục tiêu:
Kết hợp điều khiển thành công Driver HIWIN và Yaskawa motor
Thời gian thực hiện: 4 tuần.
Phương pháp:
Đọc và nghiên cứu tài liệu từ nhà sản xuất HIWIN và cài đặt thông s ố đ ể
Driver có thể điều khiển motor chính xác
Giai đoạn 3: Tìm hiểu lý thuyết Robot bao gồm động học robot, hoạch định
quỹ đạo cho robot
Mục tiêu:
Nắm vững lý thuyết robot bao gồm động học robot , hoạch định quỹ đạo cho
robot
Thời gian thực hiện: 8 tuần.
Phương pháp:
Nghiên cứu tài liệu về lý thuyết robot thông qua Thầy hướng dẫn và các tài
liệu nguồn từ Internet
Giai đoạn 4: Xây dựng giải thuật điều khiển và thi công Board mạch đi ều
khiển dựa trên ARM® Cortex®-M4-based STM32F4 MCU , Raspberry Pi 3 ARM
Cortex-A53 CPU
Mục tiêu:
Nhúng thành công giải thuật điều khiển Robot UP6 lên ARM® Cortex®M4-based STM32F4 MCU, Raspberry Pi 3 ARM Cortex-A53 CPU
Thời gian thực hiện: 6 tuần.
Phương pháp:
Nghiên cứu và tìm hiểu kiến trúc ARM® Cortex®-M4-based STM32F4
MCU ,Raspberry Pi 3 ARM Cortex-A53 CPU và sử dụng ngôn ngữ l ập trình
C ,C# để nhúng giải thuật điều khiển robot lên Board điều khi ển
Giai đoạn 5: Xây dựng phần mềm giao diện người máy để có thể tương tác
điều khiển và lập trình cho robot sử dụng ngôn ngữ C# và Java cài đ ặt trên PC
và Android device
Mục tiêu:
Xây dựng hoàn thiện giao diện người máy để ngừoi dùng có th ể tương tác
lập trình điều khiển robot thông qua PC ,Android device
Thời gian thực hiện: 4 tuần.
Phương pháp:
Vận dụng ngôn ngữ C# và Java để xây dựng phần mềm giao di ện tương tác
người máy để điều khiển Robot
Kế hoạch thực hiện:
Xác nhận của Cán bộ hướng dẫn
TP. HCM, ngày….tháng …..năm…..
Sinh viên
DANH SÁCH HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN
Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định s ố ……………………
ngày ………………….. của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách khoa TP.HCM.
1.
2.
3.
4.
5.
…………………………………………. – Chủ tịch.
…………………………………………. – Thư ký.
…………………………………………. – Ủy viên.
…………………………………………. – Ủy viên.
…………………………………………. – Ủy viên.
LỜI CẢM ƠN
Với niềm say mê và yêu công nghệ, Em đã chọn cho mình con đ ường đ ến v ới
Đại học Bách khoa để được chạm tay đến gần hơn với ước mơ của mình.
Con đường tích lũy kiến thức thật gian nan buộc ta phải từng ngày thay đổi
cố gắng và thích nghi để hoàn thiện. Có những lúc khó khăn mu ốn buông
xuôi, có những lúc nản lòng với những tr ở ngại trước mắt nhưng không cho
phép mình dừng lại và chấp nhận hoàn cảnh, Em luôn tạo cho mình m ột áp
lực, một nguyên tắc mà bản thân phải thực hiện và hơn hết đấy chính là
niềm đam mê luôn hừng hừng cháy trong em không bao gi ờ ngu ội l ạnh.
Đồng hành cùng em trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và rèn luy ện t ại
Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, không thể không nói đ ến s ự ân
cần quan tâm chỉ bảo của quý Thầy Cô: những tấm gương nghị lực tài năng,
trí tuệ; tận lực tận tâm với nghề mang đến cho không những bản thân em
mà còn những sinh viên khác nhiều kiến thức bổ ích, dạy cho em bi ết th ế
nào là sự cố gắng không ngừng nghỉ và rồi thành công sẽ ch ẳng bao gi ờ
khước từ sự cố gắng của bất cứ ai…Thầy Cô là những tấm gương sáng cho
mọi điều em mong muốn đạt được. Và Xin được gửi lời cảm ơn chân thành
đến các Thầy Cô bộ môn Điều Khiển và Tự Động Hóa cũng nh ư Thầy cô
khoa Điện-Điện tử và các giảng viên trường Đại Học Bách Khoa TP H ồ Chí
Minh đã giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đức Hoàng - Th ầy đã gi ảng
dạy và hướng dẫn em từ Đồ Án đến Luận Văn Tốt Nghiệp, đã tận tình ch ỉ
dạy, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm, giúp đỡ và hỗ trợ những trang
thiết bị phục vụ quá trình học tập và nghiên cứu của em. Đ ối v ới b ản thân
em đó là một sự may mắn vô cùng khi nhận được sự ưu ái quan tâm và giúp
đỡ như vậy từ Thầy và vì lẽ đó em lại càng nhủ mình ph ải c ố g ắng h ơn n ữa
để không phụ những kì vọng nơi Thầy dành cho em.
Xin cảm ơn Công Ty Nhất Tinh và Công Ty Đế Dương đã tài trợ cánh tay
Robot UP6 và toàn bộ thiết bị điện để em có th ể thu ận l ợi trong nghiên c ứu
và thực hiện Luận Văn Tốt Nghiệp của mình.
Cảm ơn anh Trương Đức Vũ và em Nguyễn Vũ Long đã hỗ trợ Mình rất nhiều
trong quá trình thực hiện Đồ Án và Luận Văn Tốt Nghiệp.
Cuối cùng em xin một lần nữa gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy Cô, đến
công ty tài trợ và những người bạn đồng hành tin yêu một l ời cảm ơn chân
thành nhất! Xin chúc toàn bộ quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe để ti ếp tục
giảng dạy, truyền đạt kiến thức và chắp cánh ước mơ cho những thế hệ sinh
viên như em bay xa, góp công vào xây dựng đất nước ngày một giàu mạnh.
TP. HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2016
Sinh viên thực hiện
MỤC LỤC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH........................................................1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH........................................................2
LÊ ANH TUẤN- 41204268..........................................................................................................2
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP.....................................................................................4
Người nhận xét............................................................................................................................... 5
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP.....................................................................................6
Người nhận xét............................................................................................................................... 7
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT...................................................................................................................8
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ ROBOT
MOTOMAN UP6............................................................................................................................... 2
1.1. Sự ra đời của Robot công nghiệp............................................................................2
1.2. Robot công nghiệp Motoman UP6..........................................................................3
1.2.1.
Giới thiệu chung................................................................................................3
1.2.2.
Robot Motoman UP6........................................................................................4
1.2.2.1. Giới thiệu..........................................................................................................4
1.2.2.2. Thông số kĩ thuật của Robot Motoman UP6.....................................6
Chương 2. Các Phép Biến Đổi Hệ Tọa Độ.........................................................................8
2.1. Khái niệm bậc tự do (DOF – Degree of Freedom)............................................8
2.2. Hệ tọa độ (Coordinate frames)...............................................................................8
2.3. Hệ tọa độ....................................................................................................................... 10
2.3.1.
Xác định vị trí....................................................................................................10
2.3.2.
Xác định hướng theo cosin..........................................................................11
2.3.3.
Các phép biến đổi cơ bản...........................................................................13
2.3.4.
Ma trận quay quanh 1 trục bất kỳ...........................................................13
2.3.5.
Phép chuyển đổi ma trận thuần nhất...................................................14
Chương 3. Động Học Robot..................................................................................................17
3.1. Động Học Thuận Robot UP6..................................................................................17
3.1.1.
Qui tắc Denavit Hartenberg........................................................................17
3.1.2.
Thông số Robot UP6 áp dụng nguyên tắc DH.....................................18
3.2. Động học ngược Robot UP6...................................................................................22
3.2.1.
Động Học Ngược Vị Trí...............................................................................26
3.2.2.
Động học ngược hướng...............................................................................32
3.2.3.
Chọn nghiệm Quá trình động học ngược.............................................34
Chương 4. Hoạch Định Qũy Đạo Cho Robot UP6.........................................................36
4.1. Điều khiển vị trí cho “Điểm tác động cuối “....................................................38
4.2. Điều khiển vận tốc cho “Điểm tác động cuối “.............................................39
4.3. Quá trình điều khiển Robot....................................................................................44
Chương 5. Cơ Cấu Phần Cứng Và Bộ Điều Khiển.......................................................46
5.1. Phần cứng Robot UP6...............................................................................................46
5.2. Driver Servo HIWIN D1 series...............................................................................52
5.3. Giới thiệu vi điều khiển STM32F407.................................................................56
5.4. Giới thiệu Board mạch Rasperry Pi 3.................................................................57
5.5. Bộ điều khiển Robot.................................................................................................58
5.5.1.
Sơ đồ Nguyên Lý..............................................................................................58
5.5.1.1. Khối nguồn...................................................................................................58
5.5.1.2. Khối giao tiếp..............................................................................................59
5.5.1.3. Khối cảm biến hành trình......................................................................59
5.5.1.4. Khối mạch điều khiển Phiên bản 1.0...............................................60
5.5.1.5. Khối mạch điều khiển Phiên bản 2.0...............................................61
5.5.2.
Board mạch thiết kế thực tế.....................................................................63
5.5.3.
So sánh chức năng Bộ điều khiển phiên bản 1.0 và 2.0................64
5.6. Tủ điện Bộ điều khiển Robot................................................................................65
5.6.1.
Cấu trúc tủ điện điều khiển Robot.........................................................65
5.6.1.1. Hệ thống nguồn..........................................................................................65
5.6.1.2. Hệ thống Driver Servo Motor................................................................69
5.6.1.3. Bộ điều khiển Robot UP6.......................................................................70
Chương 6. Cấu Trúc Phần Mềm và Tập Lệnh Bộ Điều Khiển Robot.................72
6.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển Robot.................................................................72
6.1.1.
Board mạch điều khiển Robot..................................................................72
6.1.1.1. Chức năng của bộ điều khiển Robot..................................................72
6.1.1.2. Chức năng của từng module trong Bộ điều khiển.......................73
6.1.2.
Phần mềm điều khiển Robot từ Computer và Smart Phone thông
qua Bluetooth...................................................................................................................... 74
6.2. Tập lệnh điều khiển Robot....................................................................................79
Lệnh di chuyển...................................................................................................................79
6.2.1.1. INV_MOVE_STRAIGHT_DELTA X Y Z P S;......................................79
6.2.1.2. INV_MOVE_STRAIGHT_ABSOLUTELY X Y Z P S;........................79
6.2.1.3. INV_MOVE_STRAIGHT_POINT A P S;..................................................80
6.2.1.4. MOVE_INVERT_CIRCLE CW X Y I J P S................................................80
6.2.1.5. MOVES A B S.................................................................................................80
6.2.1.6. MOVE A S........................................................................................................81
6.2.1.7. DRIVE I A S....................................................................................................81
6.2.1.8. FOR I A TO B;................................................................................................81
ENDFOR;........................................................................................................................... 81
6.2.1.9. LOOP................................................................................................................82
ENDLOOP;........................................................................................................................ 82
6.2.1.10. TOOL OPEN.................................................................................................82
6.2.1.11. TOOL CLOSE;..............................................................................................82
6.2.1.12. DELAY T;......................................................................................................82
6.2.1.13. ROBOT_VISION S;.....................................................................................82
Chương 7. Ứng Dụng Robot.................................................................................................84
7.1. Ứng dụng Robot trong lắp ráp chi tiết cơ khí................................................84
7.1.1.
Mô hình 3D của hệ thống lắp ráp chi tiết cơ khí..............................84
7.1.2.
Mô hình thực tế ứng dụng Robot UP6 trong lắp rắp cơ khí.........87
Chương 8. Kết Quả Đề Tài Nghiên Cứu Và Hướng Phát Triển..............................94
8.1. Nhiệm vụ đã thực hiện được................................................................................94
8.2. Những điểm hạn chế................................................................................................94
8.3. Hướng phát triển........................................................................................................95
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 Thông số kỹ thuật Robot Motoman UP6...............................................................6
Hình 2 Thông số vận hành Robot Motoman UP6.............................................................7
Hình 3 Mô tả hệ tọa độ...............................................................................................................9
Hình 4 Quy tắc bàn tay phải...................................................................................................10
Hình 5 Mô tả roll, pitch, yaw,x y z.........................................................................................10
Hình 6 Tọa độ P trong không gian XYZ.............................................................................11
Hình 7 Phép quay trong không gian.....................................................................................14
Hình 8Định nghĩa hệ tọa độ và các thông số DH...........................................................18
Hình 9 Mô hình động học vị trí..............................................................................................25
Hình 10 Quá trình tính động học ngược............................................................................26
Hình 11 Mô hình cánh tay máy..............................................................................................26
Hình 12 Hình chiếu cánh tay máy lên mặt XY.................................................................27
Hình 13 Trường hợp Vô Nghiệm của khớp q1.................................................................28
Hình 14 Mô hình Robot UP6...................................................................................................28
Hình 15 Cấu trúc cánh tay phía trái.....................................................................................29
Hình 16 Cấu trúc cánh tay máy phía phải.........................................................................30
Hình 17 Xác định góc
3 , 2 ...................................................................................................31
Hình 18 Kết quả bài toán động học ngược vị trí cho 3 khớp đầu tiên................32
Hình 19 Cổ tay Robot.................................................................................................................33
Hình 20 Phương pháp chọn nghiệm Động học ngược................................................35
Hình 21 Phương pháp tính Động Học Ngược.................................................................38
Hình 22 Qũy đạo di chuyển Scuve.......................................................................................42
Hình 23 Đồ thị di chuyển Scuve............................................................................................45
Hình 24 Thuật toán Hoạch định Qũy đạo.........................................................................46
Hình 25 Bảng vẽ kỹ thuật Khớp S........................................................................................49
Hình 26 Bảng vẽ kỹ thuật Khớp L U....................................................................................50
Hình 27 Bảng vẽ kỹ thuật Khớp R.......................................................................................51
Hình 28 Bảng vẽ kỹ thuật Khớp B T....................................................................................52
Hình 29 Driver HIWIN D1 Series...........................................................................................53
Hình 30 Board STM32F407.....................................................................................................56
Hình 31 Khối nguồn bộ điều khiển....................................................................................58
Hình 32 Khối giao tiếp của bộ điều khiển.......................................................................59
Hình 33 Khối cảm biến giới hạn..........................................................................................59
Hình 34 Board mạch thực tế phiên bản 1.0....................................................................61
Hình 35 Khối điều khiển trung tâm MCU STM32F407...............................................62
Hình 36 Khối mạch giao tiếp Driver HIWIN D1 Series...............................................62
Hình 37 Mô hình 3D của mạch điều khiển......................................................................63
Hình 38 Board mạch thực tế phiên bản 2.0....................................................................64
Hình 39 Tủ điện điều khiển Robot.....................................................................................65
Hình 40 CB cấp nguồn AC 220V cho Tủ điện và 6 Servo motor.............................66
Hình 41 Bộ nguồn DC-24V và DC-5V..................................................................................67
Hình 42 Bộ nguồn DC-90V......................................................................................................68
Hình 43 Bộ lọc nhiễu nguồn 220V AC................................................................................69
Hình 44 Bộ Điều khiển Robot................................................................................................71
Hình 45 Mô hình Robot UP6 với ứng dụng lắp ráp chi tiết cơ khí.........................86
Hình 46 Đầu công tác có chức năng gắp nhả vật dùng khí nén..............................88
Hình 47 Các chi tiết cơ khí cần lắp đặt.............................................................................89
Hình 48 Vị trí cần lắp đặt chi tiết cơ khí vào..................................................................90
DANH MỤC BẢN
Bảng 1 Thông số DH của Robot Motoman UP6..............................................................21
Bảng 2 Thông số Servo motor Robot UP6........................................................................48
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DH : Denavit Hartenberg:
DOF: Degree of Freedom
FK:
Forward Kinematic
IK:
Inverse Kinematic
MCU: MicroController Unit
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài luận văn :” Nghiên cứu, điều khiển và hoạch định quỹ đạo cho robot
Motoman UP6 “
Sinh viên: Lê Anh Tuấn
Khóa: 2012
MSSV: 41204268
Thầy hướng dẫn : Ths .Nguyễn Đức Hoàng
Nội dung tóm tắt:
Đề tài gồm có 8 chương
Chương 1: Giới thiệu về lịch sử ra đời của Robot và Robot Motoman UP6
Chương 2: Giới thiệu các phép biến đổi hệ tọa độ trong không gian
Chương 3: Xây dựng mô hình động học Robot áp dụng cho vi ệc đi ều khi ển
Robot Motoman UP6
Chương 4: Hoạch định quỹ đạo cho Robot
Chương 5: Tổng quan về kết cấu cơ khí và hệ thống điện điều khiển Robot
Chương 6: Cấu trúc về hệ thống phần mềm điều khiển Robot
Chương 7 : Ứng dụng Robot trong ứng dụng lắp ráp chi tiết cơ khí
Chương 8 : Tóm tắt những vấn đề đã thực hiện và vấn đề còn tốn tại. Hướng
phát triển tiếp theo
`1
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
VÀ ROBOT MOTOMAN UP6
1.1. Sự ra đời của Robot công nghiệp
Hiện nay trên thế giới, với nền công nghiệp hóa hiện đại hóa phát tri ển, nhu
cầu tiêu dùng được nâng cao, những yêu cầu đòi hỏi về chất lượng và giá
thành sản phẩm trên thị trường ngày càng gay gắt. Những s ản phẩm th ủ công
được tạo nên từ bàn tay con người mất nhiều công sức cũng như th ời gian,
không đảm bảo tiến độ lẫn tính kỹ thuật cao đã ngày dần được thay th ế b ằng
những dụng cụ máy móc chuyên dụng-Một bước tiến thay đổi bộ mặt mới của
nền công nghiệp đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế và tiêu dùng của ng ười
dân trong nước cũng như ngoài nước. Từ đó nhu cầu s ử dụng robot ngày càng
nhiều trong các quá trình sản xuất từ đơn giản đến phức tạp. Robot công
nghiệp có những khả năng thích ứng tốt và thông minh hơn với những cấu
trúc đơn giản, linh hoạt và để có được điều ấy ta cần nhi ều hơn đến nh ững
bàn tay nhiệt huyết đam mê và khối óc sáng tạo để t ạo nên nh ững chú robot
thông minh, hữu dụng đem lại hiệu quả lao động cao. Ở nước ta, ứng d ụng
của robot công nghiệp rất đa đạng, tùy vào những nghành, công việc khác
nhau mà ta có thể áp dụng những robot công nghiệp riêng bi ệt. Sau đây là sơ
lược về lịch sử phát triển của robot:
1921: Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là
công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek.
1948: Tại Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Argonne, nhà nghiên cứu Goertz đã
nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi (master-slave manipulator) điều khiển từ
xa đầu tiên, và cùng năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự
sử dụng cơ cấu tác động là những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình.
`2
1954: Goertz tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo và
có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối. Sử dụng những thành quả đó, vào
năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc
khảo sát đáy biển.
Đầu thập kỷ 60: công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp”
(Industrial Robot). Đó là những loại thiết bị có dáng dấp và có một vài chức
năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác
sản xuất.
Những năm 80: Robot công nghiệp phát triển mạnh mẽ trong thám hiểm
không gian và công nghiệp ôtô; và sau đó chúng được sử dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực công nghiệp vào đầu những năm 90.
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp đươc áp dụng trong nhi ều lĩnh v ực d ưới
góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền s ản xuất được tổ ch ức lại,
năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt.
Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây
chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và kh ả năng c ạnh
tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các
mục tiêu trên là nhờ vào những khả năng to lớn của robot như: làm vi ệc không
biết mệt mỏi, rất dễ dàng chuyển nghề một cách thành thạo, ch ịu được
phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, …
1.2. Robot công nghiệp Motoman UP6
1.2.1. Giới thiệu chung
Được thành lập năm 1915, Yaskawa Electric khởi đi ểm là nhà sản xuất động
cơ và các hệ thống truyền động. Với 100 năm kinh doanh và phát tri ển, công
ty đã trở thành nhà chế tạo sản xuất các sản phẩm công nghiệp n ổi ti ếng trên
thế giới nhờ chất lượng, tính năng và dịch vụ nổi trội.
`3
Yaskawa là nhà sản xuất robot công nghiệp lớn nhất trên thế gi ới v ới h ơn
300,000 sản phẩm đã được xuất xưởng, sử dụng trong các dây chuyền nhà
máy trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như l ắp ráp ô tô xe máy, đóng tàu, s ắt
thép, chế biến thực phẩm, điện tử bán dẫn, … và thậm chí ngày nay còn được
sử dụng trong y tế và công nghệ sinh học.
Yaskawa tự hào là một trong số rất ít các nhà s ản xuất robot trên th ế gi ới có
khả năng cung cấp hầu hết tất cả các loại robot như:
-
Robot gắp (Handling)
-
Robot nâng bốc hàng (Picking/Packing, Palletizing)
-
Robot hàn hồ quang và hàn đi ểm (Arc welding, Spot welding)
-
Robot sơn (Painting)
-
Robot lắp ráp (Assembly/Distributing)
1.2.2. Robot Motoman UP6
1.2.2.1. Giới thiệu
Robot Motoman UP6 với 6 bậc tự do là Robot tác động nhanh, linh ho ạt, nh ỏ
gọn và đáng tin cậy. Đây là một loại Robot hoạt động tốt v ới nhi ều cài đ ặt. Nó
cũng cung cấp rất nhiều ứng dụng, với hiệu suất sử dụng cao, đảm bảo
những yêu cầu về chất lượng, thời gian hoàn vốn ngắn. Motoman được thiết
kế cứng và thẳng, điều này dẫn đến độ ồn làm việc thấp, th ời gian bảo trì lâu.
Ngoài ra nó còn được thiết kế nhỏ gọn, cổ tay mỏng, hi ệu su ất ho ạt đ ộng cao
ngay cả trong những vị trí khó.
`4
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
1.2.2.2.
T
h
ô
n
g
số kĩ thuật của Robot Motoman UP6
`5
