BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
NGUYỄN NGỌC LONG
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN
TAY MÁY GẮP CÁC THÙNG CARTON SẮP XẾP
LÊN PALLET.
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
Mã số ngành: 60520114
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
NGUYỄN NGỌC LONG
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN
TAY MÁY GẮP CÁC THÙNG CARTON SẮP XẾP
LÊN PALLET.
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
Mã số ngành: 60520114
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN DUY ANH
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2015
Chủ tịch
PGS.TS.Lê Hữu Sơn
Phản biện 1
TS.Võ Hoàng Duy
Phản biện 2
PGS.TS.Ngô Cao Cường
Ủy viên
TS. Nguyễn Hùng
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa.
Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)
ii
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô phụ trách giảng dạy hệ cao học Cơ Điện
Tử trường đại học Công Nghệ TP.HCM đặc biệt là TS. Nguyễn Duy Anh, thầy là
giảng viên chính phụ trách việc hướng dẫn giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận
văn của tôi.
Thời gian thực hiện luận văn tuy chỉ trong vài tháng những kiến thức học được là
rất nhiều, rất bổ ích.Tôi sẽ luôn ghi nhớ những kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn mà
thầy đã truyền thụ và lưu giữ những kỷ niệm trong suốt thời gian thực hiện luận văn
này, lấy đó làm nền tảng để tiếp tục phát triển kiến thức và nghề nghiệp của mình
trong tương lai.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày
tháng
iv
ABSTRACT
I am working for the limited liability automation solutions company Tecking.
Now, at the stage of crating in this company, our need a industrial robot arm to lift up
and arrange the finished cartons to pallets after that this robot will takes its to storage.
In fact, our company are using human power to lift up and arrange the finished
cartons which are 25 kilograms that is takes a lot of strength, expecially it can make
hurt the lumbar spine of labors while the productivity is not high.
My thesis presents the studying and building a model of the five degrees of
freedom arm robot which have coordinate of activities in a production line. The
cartons are packed after that through the machine sealing and become finished goods
at the output. The mission of robot are lifting up the packages and arranging them into
pallet in sequence which is preprogrammed. Therefore, the main objective of this
thesis are studying and designing trajectory controller of robot arm. This arm robot
may lift up the cartons into pallet and arrange them in the order which is
preprogrammed. Be verifiable by empirical model. Application of this robot can be
used for the larger studying. In that time, in the production line may be use all of
robots and intelligent machines while the people just monitor it in computers.
v
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................. ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN.................................................................................................. iii
ABSTRACT .................................................................................................................... iv
5.2 Quá trình thực nghiệm ................................................................................................ 60
5.3 Đánh giá sai số ...........................................................................................................63
5.4 Kết luận ...................................................................................................................... 63
CHƢƠNG 6: TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................ 69
6.1 Đánh giá kết quả đạt được .......................................................................................... 69
6.2 Hướng phát triển của đề tài ......................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 65
vii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Robot hàn trong công nghiệp ............................................................ 1
Hình 1.2: Robot gắp thùng carton lên pallet của hãng ...... ................................ 3
Hình 1.3 : Robot gắp thùng carton lên băng tải của hãng Yaskawa Nhật Bản…4
Hình 1.4: Hệ thống AKB robot do nhóm nghiên cứu của kỹ sư Lê Anh ........... 4
Hình 1.5: Cấu trúc cơ bản robot công nghiệp. ................. ................................ 4
Hình 2.1: Mô tả các bước lập trình bằng phần mềm RobotStudio .................... 9
Hình 2.2: Cấu trúc chương trình trong RAPID ................ ................................. 9
Hình 2.3: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển của .................................................... 11
Hình 2.4: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển của robot............................................ 11
Hình 3.1: Mô hình thực tế robot sử dụng trong luận văn ................................. 12
Hình 3.2: Kích thước các chi tiết trên mô hình robot. ...................................... 13
Hình 3.3: Sơ đồ động học robot ..................................................................... 13
Hình 3.4: Cánh tay robot trên SolidWork ....................................................... 14
Hình 3.5: Cơ cấu 3 chấu kẹp và 4 chấu kẹp .................................................... 19
Hình 3.6: Cơ cấu tay quay con trượt .............................................................. 19
Hình 3.7: Mô hình cơ cấu gắp phương án 2 và sơ đồ động ............................. 20
Hình 3.8: Minh họa cơ cấu ............................................................................. 20
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý .............................................................................. 20
Hình 4.2: Vòng điều khiển hướng đối tượng ................................................... 55
Hình 4.3: Lưu đồ tổng quát điều khiển cánh tay lắp vật .................................. 57
Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật điều khiển trên Transmit khi tiến hành lắp vật ..... 58
Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật điều khiển cho Receive khớp tay máy ................. 59
Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật điều khiển cho Receive tay gắp ........................... 60
Hình 5.1: Mô hình khối lập phương ............................................................... 61
Hình 5.2: Mô hình robot thực nghiệm ............................................................ 61
Hình 5.3: Ảnh chụp trong quá trình robot gắp khối lập phương. .................... 62
Hình 5.4: Kết quả gắp khối lập phương. ........................................................ 63
Hình 5.5: Kết quả gắp khối lập phương lặp lại 5 lần liên tục. ......................... 64
Hình 5.6: Kết quả sai lệch lắp vật giữa 5 lần là 2,6 mm. .................................. 64
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Thông số các động cơ tại khớp của robot ...................................... 14
Bảng 3.2: Bảng so sánh động cơ bước và động cơ servo ............................... 17
Bảng 3.3: Bảng so sánh các loại động cơ servo ............................................ 18
Bảng 3.4: Bảng thông số D-H ....................................................................... 29
Bảng 3.5: Bảng so sánh các loại giao tiếp ..................................................... 36
Bảng 5.1: Bảng khảo sát .............................................................................. 63
1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP, ỨNG DỤNG,
MỤC TIÊU, TỔ CHỨC LUẬN VĂN.
1.1 Tổng quan về robot
1.1.1 Giới thiệu sơ lƣợc về robot
trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau (Theo tiêu chuẩn
AFNOR của Pháp). Hoặc Robot là một thiết bị có nhiều trục, thực hiện các chuyển
động có thể chương trình hóa và nối ghép các chuyển động của chúng trong những
khoảng cách tuyến tính hay phi tuyến của động trình. Chúng được điều khiển bởi
các bộ phận hợp nhất ghép kết nối với nhau, có khả năng học và nhớ các chương
trình, chúng được trang bị dụng cụ hoặc các phương tiện công nghệ khác để thực
hiện các nhiệm vụ sản xuất trực tiếp hay gián tiếp (Theo tiêu chuẩn VDI 2860/BRD)
. Hoặc Robot là máy tự động liên kết giữa một tay máy và một cụm điều khiển
chương trình hóa, thực hiện một chu trình công nghệ một cách chủ động với sự điều
khiển có thể thay thế những chức năng tương tự của con người (Theo tiêu chuẩn
GHOST 1980).
Tổng hợp lại thì robot cần có những đặc điểm, có khả năng nhận biết môi
trường xung quanh, tương tác với những vật thể trong môi trường, tự động thực
hiện tác vụ đã lập trình sẵn, có khả năng điều khiển được bằng các lệnh có thể thay
đổi tùy theo yêu cầu người sử dụng đống thời có sự uyển chuyển và khéo léo trong
vận động.
3
1.1.2 Tình hình phát triển Robot công nghiệp trên thế giới và tại Việt Nam
Có thể nói robot làm nhiệm vụ gắp các thùng carton sắp xếp lên pallet được
ứng dụng khá phổ biến trong các dây chuyền sản xuất đóng gói của các nhà máy xí
nghiệp. Chúng đã thay thế toàn bộ các hoạt động cơ bắp của con người trong khâu
sắp xếp thùng carton lên pallet, giúp nâng cao năng suất và hiệu quả trong quá trình
sản xuất công nghiệp.
Hình 1.2 : Robot gắp thùng carton lên pallet của hãng Kawasaki Nhật Bản.
Từ những năm 1960 người Mỹ đã có những nghiên cứu và ứng dụng robot
5
Tuy nhiên thực tế thì các công trình nghiên cứu của chúng ta vẫn chưa thể đưa
ra thương mại hóa trên thị trường, vì về cơ bản các yếu tố trình độ khoa học và công
nghệ chúng ta vẫn đi sau thế giới nhiều thập kỷ. Hiện nay Việt Nam vẫn chưa có
công ty nào nghiên cứu chế tạo và thương mại hóa thành công các robot ứng dụng
trong công nghiệp. Những năm vừa qua thì cũng chỉ ghi nhận những bước đột phá
nhất định trong nghiên cứu và chế tạo mô hình robot tay máy 5 bậc tự do của
nhóm nghiên cứu của kỹ sư Lê Anh Kiệt, giám đốc Công ty cơ khí chế tạo máy
AKB. Anh là người đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thành công hệ
thống robot loại 5 bậc tự do ứng dụng cho đào tạo tại các trường cao đẳng, đại học.
Hình 1.4: Hệ thống AKB robot do nhóm nghiên cứu của kỹ sư Lê Anh Kiệt chế tạo.
1.2 Cấu trúc cơ bản của tay máy công nghiệp
Tay máy là cơ cấu cơ khí gồm các khâu khớp , chúng hình thành cánh tay
(arm) để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay (Wrist) tạo nên sự khéo léo, linh hoạt
và bàn tay (Hand) hoặc phần công tác (End Effector) để trực tiếp hoàn thành các
các thao tác trên đối tượng. Dụng cụ thao tác là phần cuối cùng của robot thực hiện
6
tác vụ yêu cầu. Hệ thống dẫn động có thể là cơ khí, thủy khí hoặc điện khí, là bộ
phận chủ yếu tạo nên sự chuyển dịch ở các khớp động. Hệ thống cảm biến tín hiệu
thực hiện việc nhận biết và biến đổi thông tin về hoạt động của bản thân robot (cảm
biến nội tín hiệu) và của môi trường, đối tượng mà robot phục vụ (cảm biến ngoại
tín hiệu). Các thông tin đặt trước hoặc cảm biến được sẽ đưa vào hệ thống điều
khiển sau khi xử lí bằng máy tính, rồi tác động vào hệ thống truyền dẫn động của
tay máy. Hệ thống điều khiển là bộ phận quan trọng nhất giúp lập trình toàn bộ
7
thiết bị phù hợp cùng giải thuật điều khiền để nâng cao tối đa sự chính xác trên từng
thao tác của robot đáp ứng được yêu cầu thực tế đặt ra.
Đề tài chỉ nghiên cứu mô hình robot tay máy cho ứng dụng gắp các thùng
carton sắp xếp lên pallet, xây dựng giải thuật tối ưu hóa đường đi của cánh tay
robot. Xây dựng mô hình toán, mô phỏng đường đi của cánh tay robot, thiết kế mô
hình thực nghiệm.
1.3.2 Nhiệm vụ của đề tài
Thiết kế mô hình cơ khí tay gắp vật cho robot, thiết kế mạch điện điều khiển
mô hình robot, xây dựng giải thuật gắp các thùng carton sắp xếp lên pallet và thực
nghiệm kiểm chứng giải thuật gắp vật.
1.3.3 Tổ chức luận văn
Chương 1: Tổng quan về robot công nghiệp, ứng dụng, mục tiêu, nhiệm vụ,
tổ chức luận văn.
Chương 2: Mô phỏng động học vị trí của robot IRB6600 sử dụng phần mềm
Robot studio của hãng ABB .
Chương 3: Mô hình robot 5DOF sử dụng trong luận văn
Chương 4: Giải thuật điều khiển robot gắp vật
Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Chương 6: Tổng kết và hướng phát triển đề tài
8
CHƢƠNG 2: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CỦA ROBOT IRB6600
SỬ DỤNG PHẦN MỀM ROBOTSTUDIO CỦA HÃNG ABB.
2.1 Giới thiệu chƣơng trình RobotStudio:
RobotStudio là phần mềm lập trình và mô phỏng của hãng ABB, tạo nên môi
trường gần giống với thực tế sản xuất nhất nhờ các tính năng tiên tiến nhằm nâng
Thiết kế
layout sơ
bộ hệ
thống
Xác định
quỹ đạo
chuyển động
của Robot
Lập trình
Mô phỏng
Tối ưu hóa
hệ thống
Hình 2.1: Mô tả các bước lập trình bằng phần mềm RobotStudio
2.3 Rapid programing
RobotStudio sử dụng ngôn ngữ Rapid programing trong lập trình điều khiển
Robot và các thiết bị ngoại vi. Một chương trình thường được xây dựng dựa trên 4
phần , main routine ( chương trình chính), Subroutines/Procedures (chương trình
con/ thủ tục, để chia chương trình ra nhiều phần nhỏ, có thể được gọi từ chương
trình chính hoặc chương trình con khác) Program data (dùng để khai báo vị trí, các
biến số, các hệ trục tọa độ) và System module ( các module hệ thống có sẵn trong
bộ nhớ khi được cài đặt).
Hình 2.2: Cấu trúc chương trình trong RAPID
phần mềm RobotStudio.
12
CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ROBOT 5 BẬC TỰ DO ĐƢỢC SỬ DỤNG
TRONG LUẬN VĂN.
3.1 Tổng quan về robot 5 bậc tự do sử dụng trong luận văn.
Robot được sử dụng trong luận văn là cánh tay robot 5 bậc tự do gồm 5 khớp
xoay được thiết kế sẵn. Robot bao gồm phần tay máy được thiết kế với 3 bậc tự do
và phần cổ tay được thiết kế với 2 bậc tự do. Do được thiết kế như vậy, vị trí x, y, z
của end-effector sẽ được quyết định bởi 3 khớp xoay đầu tiên, 2 khớp xoay còn lại
sẽ điều khiển hướng của end-effector.
Hình 3.1: Mô hình thực tế robot sử dụng trong luận văn.
Copyright: Tài liệu đại học ©