ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cơ ĐIỆN tử THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HỌC
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
100 MB Bao gồm tất cả file,.lưu đồ giải thuật... thuyết minh, bản vẽ nguyên lý, bản vẽ thiết kế, FILE lập trình, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN tử THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN
ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HỌC
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2012
Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HỌC
Nhiệm vụ cụ thể:
- Thiết kế và thi công bộ điều khiển cho tay máy SCARA dựa trên phần thân tay máy có sẵn của hãng SONY
- Xây dựng thuật toán và lập trình điều khiển dựa trên bài toán động học tay máy
- Xây dựng bài học cho môn thực tập robot công nghiệp tương ứng với mô hình
- Chỉnh sửa phần thân tay máy và kiểm nghiệm kết quả đạt được
LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian làm đề tài, chúng em đã thu nhận thêm được nhiều kiến thức bổ ích cả trong sách vở lẫn thực tế và đã hoàn thành đề tài đúng thời gian quy định. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
ThS. Võ Lâm Chương – giáo viên hướng dẫn đề tài đã tận tình giúp đỡ nhóm và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài.
ThS. Trần Tiến Đức – Khoa công nghệ thông tin đã giúp đỡ chúng em trong lĩnh vực đồ họa.
Nhóm cũng cảm ơn đến các thầy cô và bạn bè trong bộ môn Cơ điện tử đã giúp đỡ hoàn thành đề tài này.
Chúng em rất mong nhận được những ý kiến góp ý từ thầy cô và bạn bè.
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài: “Thiết kế và thi công bộ điều khiển robot SCARA dùng trong dạy học” được thực hiện trong học kỳ 1 năm 2012 đã hoàn thành các mục tiêu đã đề ra. Nội dung của đề tài gồm:
- Giới thiệu về robot công nghiệp
- Tìm hiểu IC điều khiển động cơ chuyên dùng LM628/629
- Thi công bộ điều khiển 4 khớp tay máy
- Lập trình giao diện mô phỏng, điều khiển và giám sát robot SCARA thông qua máy tính và remote cầm tay
- Xây dựng nội dung dạy học môn thực tập robot công nghiệp
ABSTRACT
Topic: “ Designing and making robot scara controller for using in teaching” which excecuted in the first course in 2012 is finished all aim. The content of topic include:
- Introduce industrial robot
- Study specialized IC (LM628/629) which is used in controlling motor.
- Excecute the controller 4joints_robot
- Programme illustrator interface, control and supervise robot Scara with computer and keyboard.
- Establish the content for teaching practical industrial robot.
MỤC LỤC Trang
CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ.............................................................................................. 1
1.1 Lý do chọn đề tài..................................................................................................... 1
1.2. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................ 1
1.3. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................. 1
1.4. Giới hạn đề tài........................................................................................................ 1
1.5. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................... 2
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN............................................................................................ 3
2.1. Tổng quan về Robot công nghiệp.................................................................. 3
2.2. Phân loại Robot công nghiệp.......................................................................... 4
2.3. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp........................................................ 6
CHƯƠNG III: ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN........... 12
3.1. Đại cương về động cơ kích từ độc lập......................................................... 13
3.2. Phương trình đặc tính cơ............................................................................... 14
3.3 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ............................................... 15
3.4. Các loại encoder............................................................................................ 17
3.5 Giới thiệu và lựa chọn phương pháp điều khiển động cơ DC.................. 19
CHƯƠNG IV: ĐỘNG HỌC TAY MÁY...................................................................... 23
4.1. Động học thuận tay máy SCARA................................................................ 23
4.2. Động học nghịch tay máy............................................................................. 24
CHƯƠNG V: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA32................................... 26
5.1. Đặc điểm phần cứng...................................................................................... 26
5.2. Giới thiệu các chức năng có sử dụng trong đồ án..................................... 27
CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU LM628/629................................................................... 34
6.1. Giới thiệu LM 628/629....................................................................................... 34
6.2. Kiến trúc phần cứng LM628/629...................................................................... 34
6.3. Chức năng các chân LM629N-6........................................................................ 36
6.4. Nguyên lý hoạt động của LM628/629.............................................................. 37
6.5. Tập lệnh của LM629........................................................................................... 42
6.6. Bắt tay trong xử lý ngắt của LM629 với vi điều khiển................................... 50
CHƯƠNG VII: ĐỒ HỌA MÁY TÍNH......................................................................... 51
7.1. Đồ họa máy tính là gì?.................................................................................. 51
7.2 Hệ tọa độ thế giới thực và hệ tọa độ thiết bị............................................... 51
7.3. Giới thiệu công cụ đồ họa trong Visua Basic............................................ 52
7.4 Mô hình wiframe là gì?.................................................................................. 52
7.5 Các phép biến đổi Affine 3 chiều................................................................. 52
7.6 Quan sát trong không gian 3D....................................................................... 54
CHƯƠNG VIII: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN............................ 55
8.1. Phần cứng........................................................................................................ 55
8.2. Phần mềm........................................................................................................ 61
CHƯƠNG IX: XÂY DỰNG BÀI HỌC THỰC TẬP ROBOT CÔNG NGHIỆP
9.1. Giới thiệu mô hình robot SCARA................................................................ 66
9.2. Cách sử dụng.................................................................................................. 66
9.3. Xây dựng bài thực tập robot công nghiệp trên mô hình........................... 69
CHƯƠNG X: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.................................................................... 70
10.1. Kết luận......................................................................................................... 70
10.2. Đề nghị.......................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 71
Bài thực hành 1: LÀM QUEN MÔ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC KHỚP.......... 72
Bài thực hành 2: CHUYỂN ĐỘNG ĐẦU CÔNG TÁC TỰ ĐỘNG......................... 73
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2. 1: Tay máy SCARA của Đại học Bách khoa Đà Nẵng
Hình 2. 2: Robot hoạt động theo tọa độ Decac
Hình 2. 3: Robot Puma hoạt động theo tọa độ cầu
Hình 2. 4: Robot Seiko hoạt động theo tọa độ trụ
Hình 2. 5: Robot hàn của hãng KUKA
Hình 2. 6: Sơ đồ khối của Robot công nghiệp
Hình 2. 7: Bộ truyền động bánh răng hành tinh của tay máy SCARA
Hình 2. 8: Bộ truyền động trục vít đai ốc bi và truyền đai của tay máy SCARA
Hình 2. 9: Bộ truyền bánh răng sóng của tay máy SCARA
Hình 3. 1: Một số động cơ kích từ độc lập
Hình 3. 2: Cấu tạo của Roto và Stato
Hình 3. 3: Động cơ DC từ tường vĩnh cửu
Hình 3. 4: Sơ đồ nối dây của động cơ KTĐL
Hình 3. 5: Đặc tính cơ điện của động cơ kích từ độc lập
Hình 3. 6: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập
Hình 3. 7: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ
Hình 3. 8: Đặc tính động cơ DC kích từ độc lập khi thay đổi điện áp phần ứng
Hình 3. 9: Đặc tính cơ điện động cơ DC kích từ độc lập khi giảm từ thông
Hình 3. 10: Một số Encoder quang
Hình 3. 11: Đĩa Encoder quang
Hình 3. 12: Thiết bị mã hoá trong Encoder
Hình 3. 13: Các kênh tín hiệu ra của Encoder
Hình 3. 14: Các kênh tín hiệu ra của Encoder khi động cơ quay thuận
Hình 3. 15: Các kênh tín hiệu ra của Encoder khi động cơ quay nghịch
Hình 3. 16: Điều khiển động cơ sử dụng bộ biến đổi DAC
Hình 3. 17: LM628 với phương pháp điều khiển động cơ qua DAC
Hình 3. 18: Phương pháp PWM với tần số không đổi
Hình 3. 19: Quan hệ giữa thời gian TON với điện áp
Hình 3. 20: Phương pháp PWM với tần số thay đổi
Hình 3. 21: LM628 với phương pháp điều khiển động cơ bằng PWM
Hình 4. 1: Các biến khớp tay máy SCARA
Hình 4. 2: Biễu diễn các biến khớp trên tay máy
Hình 5. 1: Sơ đồ khối Atmega32
Hình 5. 2: Giản đồ một khung truyền của giao thức RS 232
Hình 5. 3: Sơ đồ chân cổng COM
Hình 5. 4: Chức năng các chân của cổng COM
Hình 5. 5: Trạng thái hai thanh ghi dịch trước khi truyền
Hình 5. 6: Quá trình truyền nhận dữ liệu
Hình 5. 7: Sơ đồ kết nối master slave
Hình 5. 9: Thanh ghi MCUCR
Hình 5. 10: Thanh ghi MCUCSR
Hình 5. 11: Thanh ghi GICR
Hình 6. 1: Sơ đồ khối của LM629
Hình 6. 2: Mô tả cấu trúc phần cứng của LM628/629
Hình 6. 3: Sơ đồ khối bộ PID số của LM629
Hình 6. 4: Sơ đồ chân LM629
Hình 6. 5: Các trạng thái mã hóa encoder
Hình 6. 6: Sơ đồ khối bộ giải mã encoder
Hình 6. 7: Profile hình thang điển hình
Hình 6. 8: Hoạt động đọc byte trạng thái
Hình 6. 9: Hoạt động ghi byte lệnh
Hình 6. 10: Hoạt động đọc byte dữ liệu
Hình 6.11: Hoạt động ghi byte dữ liệu
Hình 6.12: Ngõ ra PWM của LM629 với tần số hoạt động 8 MHz
Hình 7. 1 Hệ tọa độ của robot Scara
Hình 7. 2 Hệ tọa độ màn hình
Hình 7. 3 Mô hình khung dây
Hình 7. 4 Thực hiện phép tịnh tiến trong mặt phẳng xy
Hình 7. 5 Thực hiện phép biến đổi tỷ lệ trong mặt phẳng xy
Hình 7. 6 Quay đối tượng trong mặt phẳng xy
Hình 8. 1: Van đảo chiều 5/2
Hình 8. 2: Sơ đồ nguyên lý nguồn điều khiển
Hình 8. 3: Sơ đồ nguyên lý nguồn kích công suất
Hình 8. 4: Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp RS232
Hình 8. 5: Sơ đồ nguyên lý mạch Master
Hình 8. 6: Sơ đồ nguyên lý mạch Slave
Hình 8. 7: Sơ đồ khối LMD 18200
Hình 8. 8: Sơ đồ dẫn và bảng sự thật
Hình 8. 9: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất và cầu H
Hình 8. 10: Mạch điều khiển van khí nén
Hình 8. 11: Mạch RC giao tiếp 1 ngõ ra encoder
Hình 8. 12: Mạch nguyên lý chuyển đổi encoder
Hình 8. 13: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot SCARA
Hình 8. 14: Lưu đồ giải thuật máy tính
Hình 8. 15: Lưu đồ giải thuật Master
Hình 8. 16: Lưu đồ giải thuật mỗi Slave
Hình 9. 1: Giao diện điều khiển trên máy tính
Hình 9. 2: Button cho phép Robot hoạt động
Hình 9. 3: Tick cho phép kết nối phần cứng và mode điều khiển
Hình 9. 4: Sub menu chọn cấp vận tốc và cách nội suy
Hình 9. 5: Button điều khiển khớp quay trái, phải
Hình 9. 6: Button lưu vị trí
Hình 9. 7: Kiểm tra lỗi chương trình
Hình 9. 8: Button cho phép chạy tự động
Hình 9. 9: Cửa sổ Option
Hình 9. 10: Cửa sổ chỉnh sửa dữ liệu
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1: So sánh giữa các loại cơ cấu truyền động
Bảng 5. 1: Thuộc tính các chân SPI
Bảng 6.2: Tập lệnh của LM629
Bảng 6. 3: Che và reset bit chỉ định cho ngắt
Bảng 6. 4: Các bit điều khiển bộ lọc
Bảng 6. 5: Chọn thời gian lấy mẫu
Bảng 6. 6: Các bit điều khiển quỹ đạo
Bảng 6. 7: Các bit của byte trạng thái
Bảng 6. 8: Các bit của thanh ghi tín hiệu nội
Bảng 8. 1: Đặc tính điện của 6N137
CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Lý do chọn đề tài
Robot công nghiệp có vị trí rất quan trọng trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, robot công nghiệp là một trong những ứng dụng tiên tiến của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực điều khiển tự động vào trong sản xuất. Trong sản xuất tự động, robot công nghiệp đáp ứng các công việc lặp đi lặp lại nhiều lần như: lắp ráp, đóng gói, vận chuyển sản phẩm; các công việc có độ chính xác rất cao như: lắp ráp các chi tiết máy nhỏ, mạch điện tử; hoặc các công việc nguy hiểm như: các thao tác trong nhà máy điện nguyên tử, các lò luyện kim loại, những nơi có nhiệt độ áp suất cao, dễ xảy ra cháy nổ…Nó có vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra những sản phẩm công nghiệp có năng suất cao, chất lượng tốt đáp ứng nhu cầu xã hội. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng Robot vào trong sản xuất như Mỹ, Nhật, Pháp, Hàn Quốc,… với nhiều dòng sản phẩm của các hãng như: Mitsubishi, Siement, Honda, SONY…Các loại Robot phổ biến như SCARA, PUMA, ASV, STANFORD,…
Với đà phát triển thực tế đó, các trường Đại học Cao đẳng cũng cần kịp thời đưa môn học Robot công nghiệp vào trong dạy học để bổ sung kiến thức về ngành Robot và lý thuyết điều khiển Robot để đáp ứng ngày càng nhiều hơn nguồn nhân lực,cán bộ khoa học kỹ thuật cho nền sản xuất công nghiệp hiện đại.
Từ thực tế việc ứng dụng Robot vào trong sản xuất công nghiệp thế giới đã phổ biến, còn ở Việt Nam tuy đã bắt tay vào nghiên cứu và ứng dụng nhưng vẫn còn mới mẻ. Do đó, chúng ta cần phải bắt tay đào tạo từ khi còn ở trong nhà trường để giúp ngành này theo kịp với các nước trên thế giới và đóng góp vào công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước.
Tuy nhiên, việc trang bị được robot cho công tác phục vụ giảng dạy môn robot công nghiệp với nhiều trường còn khó khăn, phần lớn là học từ lý thuyết, còn thực tập còn thiếu thốn về vật chất và thời gian. Do đó, nhóm đã chọn đề tài “ Thiết kế và thi công Robot SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm)” có 3 khớp xoay và 1 khớp tịnh tiến theo phương Z với mong muốn có cơ hội tiếp xúc với điều khiển có hồi tiếp và hai nữa là thực hiện hoàn thiện sản phẩm để đưa vào giảng dạy.
1.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài “ Thiết kế và thi công bộ điều khiển Robot SCARA 4 bậc tự do dùng trong học tập” là: tập trung tìm hiểu, nghiên cứu các vấn đề liên quan, thiết kế và thi công bộ điều khiển; xây dựng mô hình chương trình dạy học cho môn Robot công nghiệp cho ngành Cơ điện tử và Tự động hóa.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
- Thực hiện được mô hình thí điểm tay máy SCARA đưa vào phục vụ giảng dạy.
- Xây dựng tài liệu phục vụ cho môn học thực tập robot công nghiệp.
1.4. Giới hạn đề tài
Đề tài thực hiện nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình thử nghiệm đưa vào phục vụ dạy học ở mức độ:
- Điều khiển Robot SCARA thông qua giao diện máy tính, remote cầm tay.
- Lập trình dạy học: thực hiện chạy mô phỏng chuyển động qua các thao tác đã làm trước đó thông qua các lệnh trên giao diện máy tính, nhớ các điểm chuyển động, thực hiện chuyển động điểm – điểm trong không gian khớp, thực hiện nội suy đường…
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Các vấn đề cần giải quyết trong đề tài:
- Phần cứng: thay lại toàn bộ các encoder của động cơ các khớp, lắp tay kẹp mới, lắp các cảm biến giới hạn hành trình công tác, thi công lại toàn bộ mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển và IC điều khiển động cơ chuyên dùng và mạch công suất lái động cơ.
- Phần mềm: lập trình tạo giao diện điều khiển người – Robot thông qua máy tính và vi điều khiển qua cáp RS232 bắt tay phần cứng và phần mềm.
* Phương pháp nghiên cứu:
- Tìm hiểu tài liệu: Robot có liên quan đến nhiều mảng kiến thức nên nhóm tìm hiểu tài liệu ở các lĩnh vực cơ khí, điện tử, tin học.
- Tự nghiên cứu: thông qua các tài liệu và các phương tiện thông tin, nhóm tự xây dựng giải thuật, cách xây dựng chương trình.
- Phương pháp thực nghiệm, thử và sửa sai: qua những lần thực nghiệm trong điều khiển các khớp của tay máy, từ đó rút ra được kinh nghiệm riêng.
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan về Robot công nghiệp.
2.1.1. Giới thiệu Robot SCARA
Robot SCARA được giới thiệu ở Nhật Bản vào năm 1979 và từ đó SCARA được nhiều hãng chế tạo để phục vụ có nhiều mục đích khác nhau như hàn, lắp ráp, vận chuyển, khoan, doa … Các hãng chuyên sản xuất Robot SCARA như General motor, Hitachi, Mitsubishi, IBM, MOTOMAN, EPSON, PANASONIC, SONY, …Ngày nay, các hãng tiếp tục hoàn thiện bộ điều khiển và kết cấu cơ khí để ngày càng được linh hoạt hơn.
Tay máy SCARA có vùng không gian hoạt động có dạng hình trụ. Đây là loại cấu hình dễ thực hiện nhất được ứng dụng cho robot là dạng khớp nối bản lề và kế đó là khớp trượt. Dạng này phổ biến nhất trong ứng dụng công nghiệp bởi vì chúng cho phép các nhà sản xuất robot sử dụng một cách trực tiếp và dễ dàng nhờ các khâu và khớp hợp lại có nhiều ưu điểm:
- Mặc dù chiếm diện tích làm việc ít song tầm vươn khá lớn .
- Tỉ lệ kích thước/tầm vươn được đánh giá cao .
- Về mặt hình học, cấu hình dạng khớp nối bản lề với ba trục quay bố trí theo phương thẳng đứng là dạng đơn giản và có hiệu quả nhất trong trường hợp yêu cầu gắp đặt và đặt chi tiết theo phương thẳng. Trong trường hợp này bài toán tọa độ hoặc quỹ đạo chuyển động đối với robot chỉ cần giải quyết ở hai phương x và y còn lại bằng cách phối hợp ba chuyển động quay quanh ba trục song song với trục z.
2.1.2. Các công trình nghiên cứu Robot công nghiệp ở Việt Nam
Một số đề tài nghiên cứu và triển khai vào giảng dạy loại Robot này ở một số viện nghiên cứu và trường đại học Việt Nam:
- Robot phỏng sinh RP do Trung Tâm Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tự Động Hóa, trường Đại học Bách khoa Hà Nội thiết kế và chế tạo: RPS – 406, RPS – 4102.
- Robot SCARA mini do Trung Tâm Nghiên Cứu Kỹ Thuật Tự Động Hóa, trường Đại học Bách khoa Hà Nội thiết kế và chế tạo dùng trong giảng dạy.
- Robot SCARA 4 bậc tự do của đại học Bách học Đà Nẵng được điều khiển bằng máy tính thông qua card LAP-PC+ để điều khiển các động cơ bước truyền dẫn động các khớp (Nghiên cứu thiết kế chế tạo Robot BKDN-01 của Phạm Đăng Phước).
Hình 2. 1: Tay máy SCARA của Đại học Bách khoa Đà Nẵng
- Đề tài “ Chế tạo hệ thống điều khiển Robot SCARA” của KS Đỗ Văn Dũng, Viện Cơ Học Ứng dụng thực hiện
2.2. Phân loại Robot công nghiệp.
2.2.1. Phân loại theo kết cấu.
Xét theo kết cấu hình học của robot, người ta phân robot công nghiệp ra thành các loại:
- Theo tọa độ hoạt động:
+ Tọa độ Decac
Vùng hoạt động là kiểu hộp gồm 3 chiều hoạt động theo 3 trục của tọa độ Decac. Robot kiểu này có tất cả các khớp đều là khớp trượt, do đó đầu công tác thực hiện các chuyển động tịnh tiến. Robot kiểu này được dùng nhiều trong lắp ráp và vận chuyển. Điển hình có robot của hãng Panasonic.
Hình 2. 2: Robot hoạt động theo tọa độ Decac
+ Tọa độ cầu
Vùng hoạt động của robot là kiểu cầu. Độ cứng vững của loại Robot này kém hơn so với loại robot hoạt động theo tọa đô Decac và tọa độ trụ.
Hình 2. 3: Robot Puma hoạt động theo tọa độ cầu
+ Tọa độ trụ
Đây là loại robot có cả các khớp quay và trượt. Không gian làm việc có dạng hình trụ. Được dùng nhiều trong nâng chuyển cũng như lắp ráp.
Hình 2. 4: Robot Seiko hoạt động theo tọa độ trụ
- Theo bậc tự do
Dựa vào bậc tự do phân thành loại robot 1, 2, 3… bậc tự do theo số bậc tự do của chúng. Bậc tự do càng lớn thì kết cấu và phương thức điều khiển càng phức tạp.
- Theo hình dạng hoạt động
Dựa vào hình dạng, cơ cấu sinh học trong tự nhiên hay đặc tính làm việc để phân loại gồm robot phỏng sinh hay robot dạng người.
2.2.2. Phân loại theo phương thức điều khiển
- Điều khiển hở
Trong hệ thống không có hồi tiếp các thông số làm việc của robot. Cơ cấu truyền động trong loại điều khiển này được truyền động theo bước. Các động cơ DC thường, động cơ thủy lực, khí nén … thường được dùng trong điều khiển hở.
- Điều khiển kín
Điều khiển kín hay còn gọi là điều khiển servo, kiểu điều khiển này giống điều khiển hở nhưng có thêm phần hồi tiếp các thông số làm việc về bộ xử lý trung tâm để điều khiển. Thường dùng các loại động cơ servo (DC, AC, thủy, khí …).
Ngoài ra, cũng dựa theo cách phân loại này người ra phân thành: robot điều khiển tự động, robot điều khiển bằng cách dạy học, robot điều khiển bằng tay, robot điều khiển từ xa, robot tự hành …
2.2.3. Phân loại theo ứng dụng
Dựa vào ứng dụng của Robot công nghiệp người ta phân loại thành: robot cấp phôi, robot vận chuyển, robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp…
Hình 2. 5: Robot hàn của hãng KUKA
2.3. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp
2.3.1. Cấu trúc chung của robot công nghiệp
Robot công nghiệp được cấu thành bởi các hệ thống sau:
- Tay máy: là cơ cấu cơ khí bao gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành nên cánh tay để tạo ra các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo nên sự khéo léo linh hoạt và bàn tay trực tiếp hình thành thao tác trên đối tượng.
- Cơ cấu chấp hành: tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực của các cơ cấu chấp hành là các loại động cơ: điện, thủy lực, khí nén hay kết hợp giữa chúng.
- Hệ thống cảm biến: gồm các sensor và các thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết. Các cảm biến để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ cấu của robot và trạng thái ngoài môi trường.
- Hệ thống điều khiển: máy tính hay vi xử lý để giảm sát và điều khiển hoạt động của robot.
Hình 2. 6: Sơ đồ khối của Robot công nghiệp
2.3.2. Kết cấu của tay máy
Tay máy là phần cơ sở quyết định khả năng làm việc của Robot. Đó là các thiết bị cơ khí đảm bảo cho robot khả năng di chuyển, chuyển động trong không gian và các khả năng thực hiện các thao tác là việc.
Trong thiết kế và sử dụng tay máy, người ta thường quan tâm đến các thông số có ảnh hưởng đến khả năng làm việc như:
- Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay…
- Vùng làm việc.
- Khả năng linh hoạt mềm dẻo trong không gian làm việc.
Các tay máy có đặc điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu được nối với nhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở tính từ thân đến đầu công tác. Các khớp được sử dụng phổ biến là khớp trượt và khớp quay. Tùy theo số lượng và cách bố trí các khớp mà có thể tạo ra tay máy kiểu tọa độ Decac, tọa độ trụ, tọa độ cầu.
2.3.3. Các cơ cấu truyền động
Các kiểu cơ cấu truyền động thường được sử dụng:
- Động cơ điện: động cơ DC servo, AC servo, động cơ bước.
- Hệ thống truyền động thủy lực.
- Hệ thống truyền động khí nén.
|
Hệ thống truyền động thủy lực |
Hệ thống truyền động điện |
Hệ thống truyền động khí nén |
|
- Sử dụng cho Robot dạng lớn và tải nặng. - Tỉ số năng lượng/ khối lượng cao nhất. - Hệ thống cứng vững, chính xác cao, đáp ứng tốt. - Không cần giảm tốc bằng hệ thống bánh răng. - Có thể rò rỉ, không thể ứng dụng trong yêu cầu về môi truòng. - Yêu cầu bơm, thùng chứa, ống… - Chi phí cao, ồn.Yêu cầu bảo dưỡng. - Dầu bị biến chất khi nhiệt độ cao. |
- Kích thước nhỏ thích hợp cho thiết kế Robot. - Thích hợp điều khiển, đặc biệt đòi hỏi độ chính xác cao. - Hệ thống bánh răng giảm tốc làm giảm quán tính trên động cơ. - Không rò rỉ, tốt trong yêu cầu môi trường. - Ít cần bảo trì. - Quán tính thấp. - Cần sử dụng hệ thống giảm tốc bánh răng nên có khe hở. |
- Không rò rỉ hoặc phát điện. - Tương đối rẻ, đơn giản. - Áp suất thấp so với thủy lực. - Tốt cho những ứng dụng ON/OFF để gắp vật. - Linh hoạt. - Ồn. - Yêu cầu cung cấp áp suất, khí, lọc… - Khó điều khiển vị trí. - Biến dạng dưới tác dụng của lực hay tải trọng. - Độ cứng thấp, đáp ứng không chính xác. - Tỉ số năng lượng/ khối lượng thấp nhất.
|
Bảng 2. 1: So sánh giữa các loại cơ cấu truyền động
2.3.4. Truyền động cơ khí
- Truyền động bánh răng
+ Hệ bánh răng thông thường
Hệ bánh răng đơn giản: mỗi bánh răng được lắp trên một trục riêng.
Hệ bánh răng phức tạp: nhiều bánh răng có thể lắp trên một trục.
Trong hệ bánh răng này, các bánh răng khác nhau về kích thước được lắp đặt nối tiếp nhau. Sự ăn khớp các bánh răng làm cho năng lượng được truyền từ bánh răng này sang bánh răng khác.
+ Hệ bánh răng hành tinh
Trong hệ bánh răng hành tinh gồm có một dãy bánh răng hành tinh và một bánh răng cố định gọi là bánh răng trung tâm. Bánh răng hành tinh quay quanh bánh răng trung tâm và năng lượng được truyền từ bánh răng hành tinh sang hệ thống bánh răng khác.
Hình 2. 7: Bộ truyền động bánh răng hành tinh của tay máy SCARA
Truyền động bằng hệ bánh răng hành tinh được sử dụng ở khớp 4 của tay máy SCARA trong đồ án để làm xoay tay gắp vật.
- Truyền động trục vít, bánh vít
Một bộ trục vít bánh vít có 2 phần: bánh chủ động được gọi là trục vít, bánh bị động thường gọi là bánh vít. Truyền động trục vít bánh vít được sử dụng để đổi phương chuyển động tròn.
- Truyền động trục vít đai ốc bi
Hình 2. 8: Bộ truyền động trục vít đai ốc bi và truyền đai của tay máy SCARA
Trục vít đai ốc bi là loại truyền động cơ khí là hoạt động theo cách ăn khớp ren để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng và ngược lại. Cơ cấu bao gồm: trục sơ cấp là chi tiết nối từ khâu dẫn động đến bộ truyền, khối đai ốc là phần nối với tải trọng cơ cấu, vít xoắn là phần của bộ truyền nối với trục sơ cấp cũng là phần truyền động cho khối đai ốc.
Khi trục sơ cấp quay theo chiều kim đồng hồ thì đai ốc di chuyển về phía trục sơ cấp, trục dẫn hướng có tác dụng giữ cho khối đai ốc chuyển động được êm trên trục vít. Nếu không có trục dẫn hướng, khối đai ốc có xu hướng bị xoay mà không di chuyển theo trục vít. Cơ cấu hoạt động dễ dàng khi trục vít quay dựa vào 2 ổ bi đỡ ở mỗi đầu trục vít, các ổ bi cho phép trục vít quay với ma sát ít nhất.
Những viên bi được giữ đúng chỗ nhờ một ốc hãm, các viên bi cho phép trục vít xoay một cách dễ dàng trong khi ốc hãm di chuyển dọc trục. Loại vít xoắn này có những đường xoắn đặc biệt tạo rãnh trong phần thân của cơ cấu để giữ viên bi nằm đúng vị trí.
Trục vít đai ốc bi có thể sử dụng cho trục Robot hoặc trục Z của tay máy. Khâu dẫn động được nối với bộ truyền này thông qua bánh răng phân phối lắp ở cuối trục vít, nó truyền năng lượng đến khối đai ốc qua các rãnh ren. Trục vít quay sẽ dẫn động khối đai ốc di chuyển lên xuống hoặc vào ra. Khâu gắn với hệ thống này do đó sẽ chuyển động tịnh tiến.
Truyền động trục vít đai ốc bi được sử dụng ở khớp thứ 4 để thay đổi trục Z của tay máy SCARA trong đồ án này.
- Bánh răng côn
Được dùng trong cơ cấu tay máy khi năng lượng cần truyền chuyển qua một góc. Bộ truyền bánh răng côn được chia thành nhiều loại: bánh răng côn răng thẳng, bánh răng zerol, bánh răng xoắn, bánh răng hyboit.
Ứng dụng chủ yếu của bánh răng côn trong cơ cấu tay máy là để nối các trục truyền động cắt nhau 45 hoặc 90 độ.
- Bánh răng sóng (Harmonic)
Hình 2. 9: Bộ truyền bánh răng sóng của tay máy SCARA
Cơ cấu bánh răng sóng là một kiểu truyền động ăn khớp được sử dụng trong nhiều hệ thống Robot. Cấu tạo bộ truyền động này gồm 3 phần chính: khâu mềm, bánh răng tạo sóng, bánh răng ngoài. Bánh răng ngoài có thể là phần cố định hay phần quay của bộ truyền. Đó là chi tiết dạng hình vành khăn có gia công răng ở mặt trong. Nó có dạng elip, xung quanh lắp một vòng bi rồi đặt tất cả bên trong một khâu mềm. Khi lắp bánh răng hình elip bên trong một khâu hình ống mềm như vậy thì khâu mềm đó cũng có dạng hình elip. Khâu mềm elip tiếp xúc với vành răng trong của bánh răng ngoài tại 2 vị trí cách nhau 180 độ, đó cũng chính là vị trí ăn khớp giữa các răng của bánh răng ngoài và khâu mềm.
Bộ truyền bánh răng sóng thu gọn được cơ cấu truyền động bánh răng và tạo ra moment lớn do tỉ số truyền lớn 80 : 1 đến 320 : 1 và khe hở dịch chỉnh ở bộ truyền bánh răng sóng bằng 0
Bộ truyền bánh răng sóng được sử dụng cho truyền động khớp 1 và 2 của tay máy SCARA trong đồ án này.
- Bộ truyền đai
Các kiểu đai: đai thang, đai răng, đai dẹt
Bộ truyền đai làm cho hoạt động trở nên êm dịu, không ồn và giảm chấn cho Robot tuy rằng bộ truyền đai không truyền được công suất lớn.
Bộ truyền đai răng được sử dụng trong tay máy SCARA để truyền từ đầu ra động cơ khớp 3 để truyền năng lượng sang bộ truyền đai ốc bi giúp khâu 3 chuyển động tinh tiến theo trục Z và sử dụng trong truyền năng lượng từ động cơ 4 sang khớp khâu 3 để xoay tay gắp.
- Bộ truyền xích
Trong trường hợp khi cần truyền năng lượng giữa khoảng cách lớn và không xảy ra hiện tượng trượt thì dùng bộ truyền xích. Bộ truyền xích không có khả năng giảm chấn nhưng bù lại không bị trượt hay dao động khi làm việc và truyền được năng lượng giữa khoảng cách lớn.
- Các cơ cấu truyền động khác
+ Cơ cấu cam
+ Cơ cấu malte
2.3.5. Tay gắp và cơ cấu chấp hành cuối
Tay gắp và cơ cấu chấp hành cuối là bộ phận của Robot giao tiếp với môi trường xung quanh. Mục đích cuối cùng của nó là thực thi nhiệm vụ với môi trường xung quanh.
Có nhiều kiểu tay gắp khác nhau từ đơn giản đến phức tạp, tùy vào mục đích đơn giản chỉ là gắp vật có hình dạng cố định hay thay đổi. Ngày nay, hầu hết các ứng dụng Robot được thiết kế với tay gắp đơn giản để thực hiện nhiệm vụ chuyên môn hóa cho năng suất cao.
Phân loại tay kẹp:
+ Theo nguyên tắc hoạt động có tay kẹp cơ khí, chân không, từ trường, tĩnh điện…
+ Theo khả năng điều khiển có tay kẹp không điều khiển, điều khiển cứng, điều khiển thích nghi.
+ Theo nguồn năng lượng có tay kẹp có dẫn động và không dẫn động.
CHƯƠNG III: ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
3.1. Đại cương về động cơ kích từ độc lập:
Động cơ điện một chiều được sử đụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng như băng tải, thang máy, máy ép, những ứng dụng trong ngành hàng hải, cán vật liệu, giấy, cao su…
Hình 3. 1: Một số động cơ kích từ độc lập
Cấu tạo chung của động cơ DC gồm: vỏ, trục, ổ bi, phần cảm (stato), phần ứng (roto), cổ góp và chổi điện.
Hình 3. 2: Cấu tạo của Roto và Stato
Nguồn điện một chiều DC tác động lên cuộn ứng qua cổ góp. Cường độ từ trường không thay đồi. Tốc độ động cơ chỉ có thể điều khiển thông qua dòng roto. Có thể đảo chiều chuyển động bằng cách đảo chiều dòng điện qua roto.
Hình 3. 3: Động cơ DC từ tường vĩnh cửu
Hình 3. 4: Sơ đồ nối dây của động cơ KTĐL
3.2. Phương trình đặc tính cơ (3. 1)
Trong đó:
Uu : điện áp phần ứng (V)
Eu : sức điện động phần ứng (V)
Ru : điện trở mạch phần ứng (S)
Rf : điện trở phụ trong mạch phần ứng (S)
Iu : dòng điện trong mạch phần ứng (A)
(3. 2)
Trong đó:
ru : điện trở cuộn dây phần ứng
rcf : điện trở cuộn dây cực từ phụ
ri : điện trở cuộn bù
rct : điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :
(3. 3)
Trong đó:
: số đôi cực từ chính
N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a : số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
: từ thông kích từ dưới một cực (Wb)
T : tốc độ góc rad/s
Hệ số cấu tạo của động cơ: (3. 4)
Phương trình đặc tính cơ điện của động cơ:
(3. 5)
Mặt khác moment điện từ của động cơ được xác định bởi:
(3. 6)
Nếu bỏ qua tổn thất cơ tổn thất thép thì moment cơ trên trục động cơ bằng moment điện từ ký hiệu là M.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện DC kích từ độc lập:
(3. 7)
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ từ thông , thì các phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính.
Hình 3. 5: Đặc tính cơ điện của động cơ kích từ độc lập
Hình 3. 6: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập
3.3 Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ
3.3.1. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
Giả thiết
Muốn thay đổi điện trở phần ứng ta nối điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: (3. 8)
Độ cứng của đặc tính cơ:
(3. 9)
Khi Rf càng lớn β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:
(3. 10)
βTN có giá trị lớn nhất trên đặc tính cơ tự nhiên và có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ .
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta được một họ đặc tính biến trở có dạng như hình dưới.
Hình 3. 7: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ
Ứng với phụ tải MC nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và moment ngắn mạch dũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.
3.3.2. Ảnh hưởng của điện áp phần ứng
Giả thiết từ thông
Điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Udm ta có:
Tốc độ không tải:
(3.11)
Độ cứng đặc tính cơ:
(3. 12)
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên
Hình 3. 8: Đặc tính động cơ DC kích từ độc lập khi thay đổi điện áp phần ứng
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì moment ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm, tốc độ động cơ cũng giảm ứng với phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động
3.3.3. Ảnh hưởng của từ thông
Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Udm = const điện trở phần ứng Rf = const. Muốn thay đổi từ thông, ta thay đổi dòng kích từ Ikt động cơ
Trong trường hợp này:
Tốc độ không tải: (3. 13)
Độ cứng đặc tính cơ:
(3. 14)
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì TOX tăng, còn β giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với TOX tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
Dòng điện ngắn mạch:
Moment ngắn mạch:
Hình 3. 9: Đặc tính cơ điện động cơ DC kích từ độc lập khi giảm từ thông
3.4. Các loại encoder
3.4.1. Encoder tiếp xúc
Điểm tiếp xúc thực tế của loại Encoder này là giữa đĩa và đầu đọc thông qua chổi than. Loại này có nhược điểm là tạo ra ma sát, hao mòn, bụi bẩn do mụi than, xuất hiện điện trở tiếp xúc, gây ra rung động… làm giảm độ chính xác và tuổi thọ.
Độ phân giải của Encoder phụ thuộc vào đường rãnh và độ chính xác nhỏ nhất của một rãnh có thể có được trên đĩa, độ phân giải có thể đạt 10 rãnh trên đĩa. Độ phân giải có thể tăng lên bằng cách ghép nhiều tầng đĩa hoặc dùng bộ đếm lên/xuống cho trạng thái cao nhất của bit.
3.4.2. Encoder từ trường
Đối với Encoder từ trường thì đĩa quay của nó được tráng một lớp vật liệu từ, trong đó những vạch mẫu không được phủ. Các vạch này được đọc bằng một đầu đọc nam châm. Rõ ràng với ưu điểm này thì Encoder từ trường có tuổi thọ cao hơn Encoder tiếp xúc.
3.4.3. Encoder quang
Encoder quang là loại thông dụng nhất nhờ có độ chính xác cao và dùng ánh sáng của bán dẫn. Encoder có 3 bộ phận : đĩa Segment có những phần trong suốt cho ánh sáng đi qua và những phần không cho ánh sáng đi qua, một nguồn sáng cùng với một hệ thống hỗ trợ chiếu sáng, bộ phân cảm biến ánh sáng ( Photocell ).
Hầu hết Encoder được sản xuất với độ chính xác cao, một Segment có bề dày xấp xỉ 12 micros. Độ phân giải của Encoder quang thông thường có thể đạt đến 14 bits.
Hình 3. 10: Một số Encoder quang
3.4.3.1. Thiết bị giải mã tuyệt đối (Absolute Encoder)
Là loại thiết bị mã hóa mà các tín hiệu mã đầu ra song song để chỉ thị góc quay tuyệt đối của trục. Loại này không cần bộ đếm để điếm xung mà vẫn có thể biết góc quay của trục thiết bị mã hóa.
Hình 3. 11: Đĩa Encoder quang
Cũng giống như nhiều loại Encoder khác, bộ giải mã tuyệt đối gồm một đĩa tròn, trên đó có những khoảng trong suốt và đục. Ánh sáng có thể xuyên qua những phần trong suốt đến bộ cảm biến quang (Photo transistor), khi đĩa quay thì bộ cảm biến bật lên 1 và phần ánh sáng bị chặn bởi những phần đục làm cảm biến quang xuống 0. Như vậy cảm biến quang sẽ tạo thành những xung tuần tự.
Loại thiết bị mã hóa tuyệt đối, có độ phân giải cao hơn và cho ra các giá trị thay đổi trong phạm vi rộng hơn so với thiết bị mã hóa tăng dần ( Incremental Encoder ).
3.4.3.2 Thiết bị mã hóa tăng dần ( Incremental Encoder )
Hình 3. 12: Thiết bị mã hoá trong Encoder
Là loại thiết bị mã hóa có dãy xung ra phù hợp với góc của trục quay. Thiết bị mã hóa này không có xung ra khi trục không làm việc. Do đó cần có một bộ đếm xung ra.
Thiết bị mã hóa cho biết vị trí của trục quay bằng số xung được đếm. Dạng thiết bị mã hóa này chỉ có 1 hay 2 kênh ngõ ra :
Loại 1 chiều (chỉ có đầu kênh A) là loại chỉ sinh ra xung khi trục quay.
Loại 2 chiều (có đầu ra kênh A và B) cũng có thể cho biết chiều của trục quay, nghĩa là thuận chiều kim đồng hồ. Ngoài ra còn có đầu dây trung tính ( xung Z ) cho mỗi vòng quay, có nghĩa là nếu quay được 1 vòng thì xung Z lên 1.
Khi đĩa quay theo chiều kim đồng hồ thì xung track 1 (B) trễ pha hơn xung track 2 (A). Ngược lại, khi đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ thì xung track 1 (B) nhanh pha hơn xung track 2 (A).
Hình 3. 13: Các kênh tín hiệu ra của Encoder
Hình 3. 14: Các kênh tín hiệu ra của Encoder khi động cơ quay thuận
Hình 3. 15: Các kênh tín hiệu ra của Encoder khi động cơ quay nghịch
Các động cơ trong tay máy đều sử dụng loại Encoder này vì nó phổ biến, dễ sử dụng và tương thích với IC điều khiển LM629.
3.5 Giới thiệu và lựa chọn phương pháp điều khiển động cơ DC
3.5.1 Phương pháp điều khiển dùng DAC ( Digital Analog Converter)
Đây là phương pháp điều khiển điện thế DC cấp vào động cơ. Với bộ biến đổi DAC được kết nối với ngõ ra số của vi điều khiển.
Hình 3. 16: Điều khiển động cơ sử dụng bộ biến đổi DAC
Với IC điều khiển động cơ chuyên dùng LM628 có tích hợp ngõ ra số thích hợp với phương án điều khiển này.
Hình 3. 17: LM628 với phương pháp điều khiển động cơ qua DAC
3.5.2. Phương pháp điều chế độ rộng xung – PWM (Pulse Width Modulation)
Thực chất của PWM làm thay đổi tổng giá trị áp( trung bình) đăt vào hai đầu cực của động cơ. Khi áp trung bình thay đổi tức là làm thay đổi tốc độ động cơ ngay lập tức.
Có 2 phương pháp phổ biến nhất làm thay đổi tổng điện áp đặt vào 2 cực động cơ DC Servo:
Phương pháp 1: Bằng cách thay đổi thời gian TON và TOFF. Trong khi chu kỳ không đổi.
Hình 3. 18: Phương pháp PWM với tần số không đổi
Trong đó:
t1, t2: chu kỳ xung
TON: thời gian ON
TOFF: thời gian OFF
Hình 3. 19: Quan hệ giữa thời gian TON với điện áp
..........................................................
CHƯƠNG IX: XÂY DỰNG BÀI HỌC THỰC TẬP ROBOT CÔNG NGHIỆP
9.1. Giới thiệu giao diện điều khiển robot SCARA
Hình 9. 1: Giao diện điều khiển trên máy tính
9.2. Cách sử dụng
9.2.1. Các bước tạo một project:
- Mở chương trình hcmute_scara.exe
- Chọn chế độ điều khiển robot từ giao diện của phần mềm hay bàn phím.
- Sử dụng các phím (khi sử dụng bàn phím) hay các button (khi sử dụng giao diện) điều khiển các khớp của robot để đưa đầu công tác đến vị trí mong muốn.
- Click phím “Save” trên bàn phím hay nút “Saveà” để lưu vị trí hiện tại vào bảng lưu dữ liệu
- Để chỉnh sửa dữ liệu ta chọn dòng cần chỉnh sửa từ bảng lưu dữ liệu và rightmouse hay click vào Edit trên thanh menu để tiến hành chỉnh sửa.
- Chọn Save hay Save as từ menu File của thanh Menu để lưu lại project, project sẽ được lưu lại dưới dạng file Excel hay file Text.
Lưu ý: Mỗi file Text chỉ có thể lưu một project, mỗi file Excel có thể lưu được nhiều project, các project được phân biệt bởi ngày giờ tạo project.
9.2.2. Thực hiện quá trình điều khiển bằng tay:
- Cho phép robot hoạt động bằng cách click vào nút Run.
Hình 9. 2: Button cho phép Robot hoạt động
- Chọn thiết bị dùng điểu khiển là bàn phím hay phần mềm giao diện.
Hình 9. 3: Tick cho phép kết nối phần cứng và mode điều khiển
- Chọn cấp tốc độ phù hợp
Hình 9. 4: Sub menu chọn cấp vận tốc và cách nội suy
- Click hay thả các button để điều khiển các khớp
Hình 9. 5: Button điều khiển khớp quay trái, phải
- Click Saveà để lưu vị trí cần thiết vào bảng dữ liệu
Hình 9. 6: Button lưu vị trí
9.2.3. Thực hiện quá trình chạy tự động
- Load file dữ liệu từ menu Open trên thanh Menu hay sử dụng dữ liệu có sẵn sau khi thực hiện điều khiển bằng tay.
- Kiểm tra lỗi chương trình bằng cách click vao menu Compile, nếu chương trình không lỗi thì button Auto sẽ hiện ra để cho phép chạy tự động.
Hình 9. 7: Kiểm tra lỗi chương trình
- Click vào nút Auto để cho phép chạy tự động. Lưu ý trong quá trình chạy tự động có thể click vào nút Stop để dừng khẩn cấp.
Hình 9. 8: Button cho phép chạy tự động
9.2.4.Thay đổi các thông số hệ thống
Hình 9. 9: Cửa sổ Option
9.2.4.Thay đổi dữ liệu đã lưu
Hình 9. 10: Cửa sổ chỉnh sửa dữ liệu
9.2.5. Một số lưu ý khi sử dụng
- Tất cả hoạt động điều khiển đều chỉ được thực thi khi hệ thống đã được cho phép hoạt động.
- Khi sử dụng bàn phím để điều khiển Robot nếu điều khiển robot ra khỏi vùng hoạt động thì phần mềm sẽ tự động tạm dừng ngắt quyền điều khiển bàn phím, người dùng phải dùng các nút trên giao diện để đưa robot vào trong vùng hoạt động thì mới có thể sử dụng được bàn phím.
- Khi có lỗi xảy ra với phần cứng thì sẽ có chuông báo động
9.3. Xây dựng bài thực tập robot công nghiệp trên mô hình
Bài thực hành được xây dựng dựa trên mô hình tay máy trong đưa vào môn học Robot công nghiệp để sinh viên làm quen với các thao tác điều khiển, thực hiện di chuyển các khớp và chạy tự động, quan sát tọa độ và vị trí các biến khớp từ đó đối chiếu với cách tính toán đã dưa ra ở phần lý thuyết
-Bài thực hành 1: Xem phụ lục 1
-Bài thực hành 2: Xem phụ lục 2
CHƯƠNG X: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
10.1. Kết luận
* Ưu điểm:
- Với bộ điều khiển dùng IC chuyên dùng LM629 nên có độ chính xác rất cao.
- Phần mềm điều khiển linh hoạt, có nhiều mode điều khiển.
- Tay kẹp khí nén hoạt động nhanh, chính xác.
* Hạn chế:
- Bộ điều khiển còn cồng kềnh, dùng đến 5 vi điều khiển
- Bộ nhớ của các vi điều khiển nhỏ, không lưu được nhiều điểm nên chạy nội suy còn chưa mịn
- Các động cơ trên các khớp hoạt động chưa ổn định do encoder có lúc gặp trục trặc
10.2. Đề nghị
Để Robot có thể sử dụng thành công trong hoạt động giảng dạy, nhóm sinh viên kính mong nhà trường hỗ trợ thêm để hệ thống hoạt động ổn định. Cụ thể như sau:
- Cung cấp vi điều khiển khác có bộ nhớ dữ liệu lớn hơn.
- Thay các động cơ trên các khớp.
- Thiết kế mạch in 2 lớp, nhỏ gọn hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách tham khảo:
[1] Đào Văn Hiệp, Robot công nghiệp, NXB KHKT, HN, 2002.
[2] Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, NXB KHKT, HN, 2002.
[3] Nguyễn Ngọc Phương, Robot công nghiệp, ĐHSPKT TP.HCM, 2005.
[4] K.S.Fu - R.C.Gonzalz - C.S.G.Lee, Robotics, Herbert Freeman, Rutgers University, 1987.
[5] Nguyễn Thành Sơn, Giáo trình nhập môn đồ họa, ĐHSPKT TP.HCM, 2004.
[6] Tống Văn On, Họ Vi Điều Khiển 8051, NXB Lao Động Xã Hội, 2003.
Website:
[1] Atmel.com, Spi Communication, 5.2.2008.
[2] National.com, LM628/629 User Guide & Programming Guide, 22.7.2008.
Phụ lục 1:
Bài thực hành 1: LÀM QUEN MÔ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC KHỚP
I. Mục tiêu bài học
Sau khi thực hiện xong bài thực hành này, người học có khả năng:
- Biết được các thông số phần cứng trên tay máy: giới hạn hành trình, vùng hoạt động, thông số encoder trên động cơ mỗi khớp
- Biết được chức năng các button trên remote và cách sử dụng trên giao diện máy tính
- Thực hiện được các di chuyển trên mỗi khớp thông qua remote cầm tay và giao diện
II. Nội dung thực tập
1. Cấp nguồn cho bộ điều khiển, khởi động màn hình giao diện trên máy tính
2. Quan sát các chức năng của các thành phần trên giao diện
3. Thực hiện chuyển động các khớp
* Chuyển động mô phỏng:
- Nhấn nút Run trên giao diện
- Nhấn và giữ các nút có mũi tên chỉ chiều quay các khớp. Quan sát vị trí các biến khớp và tọa độ đầu công tác cho đến khi khớp không chuyển động nữa (quan sát thêm trên thanh ghi trạng thái) ghi lại các biến khớp. Lặp lại với các khớp khác
- Nhấn Run và Home để cho về vị trí home
* Chuyển động có kết nối với phần cứng:
- Tick vào connect.
- Lặp lại các thao tác trên
4. Quan sát các thông số phần cứng
Từ thanh menu mở tool/option quan sát các thông số của động cơ, các khớp và so sánh giới hạn hành trình quan sát được.
5. Chuyển mode sử dụng
Sử dụng chức năng keyboard trên giao diện
Sử dụng remote để điều khiển các khớp
III. Bài tập
Từ những gì thu được ở phần thực tập:
- Viết bài toán động học thuận robot
- Tìm tọa độ đầu công tác khi cho các biến khớp
- Kiểm nghiệm lại lần nữa trên mô hình
IV. Kết thúc thực tập
Phụ lục 2:
Bài thực hành 2: CHUYỂN ĐỘNG ĐẦU CÔNG TÁC TỰ ĐỘNG
I. Mục tiêu bài họ
Sau khi thực hiện xong bài thực hành này, người học có khả năng:
- Lập trình mô phỏng được chuyển động đầu công tác đến các vị trí trên giao diện. Thực hiện được với lập trình có kết nối phần cứng
II. Nội dung thực tập
1. Cấp nguồn cho bộ điều khiển, khởi động màn hình giao diện trên máy tính
2. Quan sát các chức năng của các thành phần trên giao diện
3. Thực hiện mô phỏng chuyển động nhiều điểm trên giao diện và chạy có kết nối phần cứng
4. Chuyển mode sử dụng sang remote
III. Kết thúc thực tập
