Tải bản đầy đủ

MỞ ĐẦU THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA DÙNG TRONG DẠY HOC

Trang i


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài:
Nguyễn Duy Hiếu
Nguyễn Ngọc Thông
Ngành : Cơ điện tử
Khóa : 2004

MSSV: 04111019
MSSV: 04111054

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
Ngày giao đồ án
: Ngày tháng năm 2008
Ngày hoàn thành đồ án : Ngày 20 tháng 02 năm 2009
Giảng viên hướng dẫn : ThS. Võ Lâm Chương

Trang ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Tp.HCM, ngày



tháng

năm 2009

Giáo viên hướng dẫn

ThS. Võ Lâm Chương

Trang iii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
Tp.HCM, ngày

tháng năm 2009

Giáo viên phản biện

ThS. Nguyễn Xuân Quang

Trang iv


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.
Tp. HCM, ngày 24 tháng 02 năm 2009

Nguyễn Ngọc Thông
Nguyễn Duy Hiếu

Trang v


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 2009 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

Trang vi


ABSTRACT
Topic: “ Designing and making robot scara controller for using in teaching” which
excecuted in the first course in 2009 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.

Trang vii


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
Trang viii


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

Trang ix


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. 8: Thanh ghi MCUCR
Hình 5. 9: Thanh ghi MCUCSR
Hình 5. 10: 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
Trang x


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

Trang xi


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 6.1: Tập lệnh của LM629
Bảng 6. 2: Che và reset bit chỉ định cho ngắt
Bảng 6. 3: Các bit điều khiển bộ lọc
Bảng 6. 4: Chọn thời gian lấy mẫu
Bảng 6. 5: Các bit điều khiển quỹ đạo
Bảng 6. 6: Các bit của byte trạng thái
Bảng 6. 7: Các bit của thanh ghi tín hiệu nội
Bảng 8. 1: Đặc tính điện của 6N137

Trang xii



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×