BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHỤP ẢNH 3D GVHD: PGS. NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH SVTH: LÊ QUANG THẮNG MSSV: 11146203 SVTH: DƯƠNG CÁT HOÀNG HÀ MSSV: 11146216 SVTH: LÊ VĂN BÌNH MSSV: 11146188 SKL 0 0 3 8 5 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO __________________ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHỤP ẢNH 3D” Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.
NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Giảng viên phản biện: PGS. PHẠM SƠN MINH Sinh viên thực hiện: LÊ QUANG THẮNG 11146203 DƢƠNG CÁT HOÀNG HÀ 11146216 LÊ VĂN BÌNH 11146188 Lớp: 11146CLC Khóa: 2011-2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 i do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn :Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện:LÊ QUANG THẮNG MSSV:11124203 DƢƠNG CÁT HOÀNG HÀMSSV: 11146216 LÊ VĂN BÌNH MSSV: 11146188 1.
Tên đề tài: Chế tạo và điều khiển robot chụp hình 3D 2. Nội dung chính của đồ án: - Thiết kế, chế tạo Robot chụp hình 3D 4 bậc tự do sử dụng động cơ RC-Servo và động cơ bƣớc. (Khung cơ khí và mạch điện điều khiển) - Mô hình hóa động học robot - Lập trình robot chuyển động theo quỹ đạo - Xây dựng giao diện điều khiển và ghép ảnh chụp đƣợc 3. Các sản phẩm dự kiến: Robot chụp ảnh 3D 4.
Ngày nộp đồ án: 10 -7 - 2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i do an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Chế tạo và điều khiển robot chụp ảnh 3D. - Giảng viên hƣớng dẫn: PGS. Nguyễn Trƣờng Thịnh - Giảng viên phản biện: TS. Phạm Sơn Minh - Họ tên sinh viên: Lê Quang Thắng - MSSV: 11146203 Lớp:11146CLC - Địa chỉ liên lạc: Số 8,đƣờng Hiền Vƣơng, Quận 9, TP.
HCM - Số điện thoại liên lạc: 01694164241 - Email:lequangthang.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp:10/7/2015 - Lời cam kết: “Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn mọi trách nhiệm”.Hồ Chí Minh, ngày10 tháng 7 năm 2012 Ký tên Lê Quang Thắng ii do an NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Tp.Hồ Chí Minh, Ngày tháng 7 năm 2015 PGS. Nguyễn Trƣờng Thịnh iii do an NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Tp.Hồ Chí Minh, Ngày tháng 7 năm 2015 PGS.
Phạm Sơn Minh iv do an LỜI CẢM ƠN Đề tài này đƣợc phát triển lên từ một đồ án môn học, đƣợc sự ủng hộ của thầy cô và bạn bè, nhóm chúng mình đã phát triển từ một phiên bản khác. Em xin cảm ơn đến thầy Nguyễn Trƣờng Thịnh, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em thực hiện đề tài này, em xin cảm ơn đến những giúp đỡ, động viên của thầy và đặc biệt là những kiến thức cơ sở để em có thể thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Sơn Minh đã có những đóng góp để em có thể hoàn thiện hơn đồ án của mình, thầy luôn là tấm gƣơng mẫu mực để các thế hệ sinh viên chúng em noi theo. Cảm ơn tập thể lớp 11146CLC, cảm ơn những khích lệ của các bạn mà mình tự tin hơn khi thực hiện đề tài.
Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn đến toàn thể thầy cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung và thầy cô bộ môn Cơ Điện tử đã ủng hộ, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện.Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2015. Sinh viên thực hiện Lê Quang Thắng Dƣơng Cát Hoàng Hà Lê Văn Bình v do an TÓM TẮT ĐỀ TÀI CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHỤP ẢNH 3D Khi nền khoa học công nghệ phát triển thì máy móc cũng ra đời từ đơn giản đến phức tạp nhằm thay thế sức lao động cho con ngƣời. Chúng làm những công việc nguy hiểm, độc hại, những công việc lặp đi lặp lại thƣờng gây nhàm chán và dễ gây tai nạn cho con ngƣời. Ngày nay, robot xuất hiện trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ công nghiệp đến đời sống con ngƣời cho đến một số lĩnh vực đòi hỏi sự chính xác, liên quan đến chính con ngƣời nhƣ y học và quân sự.
Tuy nhiên , trong lĩnh vực quảng cáo,robot lại ít đƣợc sử dụng Đề tài “Chế tạo và điều khiển robot chụp ảnh 3D” sẽ giải quyết bài toán ứng dụng robot trong lĩnh vực quảng cáo, và xa hơn nữa là trong các lĩnh vực khác. vi do an ABSTRACT IMPLEMENTATION AND CONTROL IN 3D PHOTOGRAPHY ROBOT As the development of science and technology, machinery are increasing from simple to complex to replace human labor. They do dangerous work, hazardous work is often repetitive and gets boring, which make accidents for human. In recent years, khi sciences and technology đƣợc improved, there are more and more complicated machines for supporting people.
One of the advanced technologies is Robot. Robots help so many things in industry human, human lives, medicine and military affairs. However, print promotion Strategies, Robot is not common. Therefore, the report "Implementation and control in 3D photography Robot" will show how to apply in marketing and other fields Robot.
vii do an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. LỜI CAM KẾT. II NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN.
III NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .IV LỜI CẢM ƠN .…viii MỤC LỤC. XIII DANH MỤC HÌNH. XIV DANH MỤC BẢNG…. VIii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.
VII CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN. Sơ lƣợc quá trình phát triển của robot……………………………………………………1 1.Tổng quan về robot chụp ảnh trên thế giới……………………………………………. Mục tiêu thực hiện đề tài…………………………………………………………….Nội dung thực hiện đề tài……………………………………………………………….12 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA ROBOT .Các thông số, định nghĩa trong robot………………………………….2 Ma trận biểu diễn…………………………………………………….3 Các phép chuyển vị ma trận…………………………………………………………….1 Phép biến đổi tịnh tiến…………………….2 Phép biến đổi quay quanh các trục tọa độ…………….4 Động học robot………………………………………………………….1 Mô hình hóa các khớp trong robot………………….2 Động học thuận Robot…………………………………………………….17 viii do an 2.1 Phép quay Euler………………………………………………………………….2 Phép quay RPY (Roll –Pitch- Yaw)………….3 Bài toán động học thuận………….3 Động học nghịch robot……………………….4 Khái niệm về ma trận Jacobi………………….5 Giải thuật Levebberg - Marquardt……………………………………………………….6 Động lực học robot………….7 Lập đƣờng đi và quỹ đạo di chuyển của robot…………………………….1 Không gian khớp và không gian desscartes……………………….2 Các khái niệm cơ bản về lập quỹ đạo chuyển động của robot………….……25 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT…………………………………….Mô hình tổng quát………………………………………………………………………28 3.Thiết kế cơ khí……………………………….1 Lựa chọn phƣơng án thiết kế…………………….2 Mô hình tổng quát……………………………….1 Động cơ sử dụng……………….2 Trục vít me sử dụng…………………………………….3 Kết quả đạt đƣợc…………………………………………. Thiết kế bộ điều khiển.2 Driver điều khiển động cơ bƣớc……………………………………….1 TB6560 3A stepper motor driver …………………….2 Driver động cơ bƣớc 5 phase…………………….4 Kết quả đạt đƣợc……………………………………………………………….4 Phần giao diện điều khiển………………………………………………………….1 Giới thiệu về matlab và matlab guide……………………………………….1 Giới thiệu về matlab………………………………………………….2 Giới thiệu về matlab guide………………………………………….2 Chƣơng trình Ip Webcam…………………………………………………….3 Kết quả đạt đƣợc……………………………………………………….……………44 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC .Mô hình robot hoàn chỉnh .45 ix do an 4.
Hình ảnh thực nghiệm.46 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN .1 Kết quả trực tiếp của đề tài.2 Quá trình nghiên cứu kèm theo.3 Những khó khăn khi thực hiện đề tài.4 Hƣớng phát triển.47 TÀI LIỆU THAM KHẢO.I x do an DANH MỤC HÌNH Hình1.1: Robot di chuyển bằng 4 chân do R.Mosher chế taoError! Bookmark not defined.2: Xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 .3: Robot Shakey …………………………………………………………Error! Bookmark not defined.4: Robot lập trình đƣợc đầu tiên do George Devol chế tạo .Error! Bookmark not defined.5: Robot công nghiệp Unimate đầu tiên của thế giớiError! Bookmark not defined.6: Tay robot trên tàu thám hiểm Viking1. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.8: Các thế hệ robot ngƣời của Honda. Error! Bookmark not defined.11: Robot chụp hình bản đồ.
Error! Bookmark not defined.12: Robot chụp hình dƣới nƣớc. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.15: Mô hình robot Ashimo thực hiện thao tác kiểm tra trong toà nhà của Fukushima 1 10 Hình1.16: Robot Vibe Fiebot. Error! Bookmark not defined.
Error! Bookmark not defined.1:Biểu diễn một điểm trong hệ tọa độ .2:Biểu diễn một hệ tọa độ trong một hệ tọa độ .3:Mô tả phép biến đổi tịnh tiến.4:Sự định hƣớng của khâu chấp hành cuối .5:Hệ trục robot .6: Cơ cấu robot hai khâu hai khớp .7: Giải thuật Levenberg – Marquardt. Error! Bookmark not defined.4 xi do an Hình 3.1: Cơ cấu dạng cánh tay 3 bậc tự do và bàn xoay 3600Error! Bookmark not defined.2: Cơ cấu dạng trƣợt trên cung tròn và bàn xoay 2 bậc tự do .Error! Bookmark not defined.3: Cơ cấu dạng 2 khớp tịnh tiến và 1 xoay dạng nghiêng – bàn xoay 1 bậc tự do………………………………………………………………………………….4: Cơ cấu dạng 2 khớp tịnh tiến và 1 xoay dạng đứng – bàn xoay 1 bậc tự do…………………………………………………………………………………….Er ror! Bookmark not defined.5: Mô hình tổng quát. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.7: Động cơ servo MG 996R.
Error! Bookmark not defined.8: Kết cấu sơ bộ của vít me bi. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.
Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.14: Driver động cơ bƣớc 5phase. Error! Bookmark not defined.15 Nguồn tổ ong .16: Phần mạch điện.17: Chƣơng trình Matlab.
Error! Bookmark not defined.18: Gui trong Matlab. Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined.20: Giao diện ngƣời dùng. Error! Bookmark not defined.1: Mô hình hoàn chỉnh.
Error! Bookmark not defined.2 Hình ảnh thực nghiệm. Error! Bookmark not defined.3: Hình ảnh giao diện. Error! Bookmark not defined.6 xii do an DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Lịch sử phát triển robot: .Bảng tham số D-H của cánh tay 3D. Error! Bookmark not defined.1 Ƣu nhƣợc điểm của 4 dạng cơ cấu…….2 Thông số các động cơ bƣớc…………………………………….3Thông số động cơ servo MG 996R .4 Thông số các trục vit me bi………………………………………….…33 xiii do an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT SA Suport Area ZMP Zero Moment Point - Point of zero times D-H Denavit- Hartenberg COM Center of Mass GCOM Ground projections of Center Of Mass GUI Graphic User Interfac xiv do an CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc quá trình phát triển robot Thuật ngữ robot đƣợc sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xƣởng sản xuất.