đặt vấn đề để dẫn đến việc lựa chọn đề tài, các phương pháp nghiên cứu đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu và giới hạn phạm vi của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Phần cơ sở lý thuyết đề cập đến các nội dung lý thuyết gồm: - Động học thuận và động học nghịch của Delta Robot. - Giới thiệu tổng quan về các thiết bị được sử dụng trong hệ thống.
- Giới thiệu lý thuyết về các phương pháp xử lý ảnh được sử dụng trong hệ thống. - Giới thiệu lý thuyết về chuẩn giao tiếp giữa máy tính và vi xử lý. - Giới thiệu tổng quát về những phần mềm, dịch vụ cơ sở dữ liệu được sử dụng trong quá trình tạo ra hệ thống. Chương 3: Thiết kế hệ thống 5 Trình bày chi tiết về yêu cầu của hệ thống.
Mô phỏng phần cứng của Delta Robot. Thiết kế phần cứng và sơ đồ nối dây của vi xử lý. Thiết kế phần mềm. Chương 4: Kết quả Chương này cho thấy các kết quả đạt được của đề tài.
Thực nghiệm độ chính xác của hệ thống khi thay đổi tốc độ băng chuyền. Thực nghiệm độ chính xác của hệ thống với độ sáng khác nhau. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. Rút ra kết luận từ các kết quả đạt được của đề tài và đưa ra phương hướng có thể phát triển tiếp trong tương lai.
6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cấu trúc của Delta Robot: Hình 2.1: Delta Robot với 4 bậc tự do Robot Delta là một loại robot song song hay có nghĩa là điểm làm việc sẽ di chuyển song song không xoay, vẫn giữ nguyên hướng trong quá trình hoạt động. Robot Delta bao gồm ba cánh tay phân bố theo tam giác đều và được nối với các khớp quay (thường là động cơ hoặc cơ cấu truyền động được nối với động cơ) ở một bệ cố định.2: Cấu trúc của Delta robot 7 Để thực hiện việc di chuyển điểm làm việc song song so với bệ cố định. Các nhà thiết kế đã lợi dụng tính chất của hình bình hành khiến cho mặt phẳng chứa điểm làm việc luôn song song so với mặt phẳng cố định chứa các khớp xoay.1 Động học thuận[1]: Hình 2.3: Gán các góc cho khớp Tính động học thuận của Robot Delta nghĩa là phải tính được vị trí điểm đầu cuối so với trục tọa độ gốc khi thay đổi góc điều khiển 1 , 2 ,3. Đầu tiên ta đặt trục tọa độ gốc ở tam giác lớn với mặt phẳng Oxy là mặt tam giác lớn và trục Oz sẽ vuông góc với mặt phẳng và hướng lên trên.4: Ảnh gán trục tọa độ Oxyz Tiếp theo ta đặt tên các điểm như trên hình sau: Hình 2.5: Hình sau khi tịnh tiến các điểm J Với J1, J 2 , J 3 là các điểm J1 , J 2 , J 3 được tịnh tiến lần lượt theo các vectơ E1E0 , E2 E0 , E3 E0.
9 Kế tiếp ta sẽ tìm tọa độ của 3 điểm J1, J 2 , J 3 so với trục tọa độ gốc đã đặt ban đầu. Ta sẽ chiếu các điểm lên mặt phẳng Oxy để tìm tọa độ các điểm theo trục Ox và trục Oy .6: Mặt phẳng Oxy Từ đây ta có: OF1 = OF2 = OF3 = f (2.4) ( J 3 − ( f − e ) + rf cos (3 ) cos ( 30 ) ; ( f − e ) + rf cos (3 ) sin ( 30 ) ; −rf sin (3 ) ) Từ tọa độ của J1, J 2 , J 3 ta sẽ tìm được tọa độ điểm đầu cuối bằng cách tìm điểm giao nhau giữa 3 hình cầu có tâm lần lượt là J1, J 2 , J 3 và cùng bán kính re .7: Giao điểm của 3 mặt cầu Ta có phương trình hình cầu tâm J i và bán kính re là ( x − xi ) + ( y − yi ) + ( z − zi ) = re2 2 2 2 Từ đó ta có hệ phương trình giao nhau của 3 mặt cầu là: 11 ( x − x1 )2 + ( y − y1 )2 + ( z − z1 )2 = re2 ( x − x2 ) + ( y − y2 ) + ( z − z2 ) = re 2 2 2 2 ( x − x3 ) + ( y − y3 ) + ( z − z3 ) = re2 2 2 2 Ta đặt mi = xi + yi + zi thì ta sẽ được: 2 2 2 (2.5) x 2 + y 2 + z 2 − 2 yy1 − 2 zz1 = re2 − m1 x 2 + y 2 + z 2 − 2 xx2 − 2 yy2 − 2 zz2 = re2 − m2 (2.6) x 2 + y 2 + z 2 − 2 xx − 2 yy − 2 zz = r 2 − m 3 3 3 e 3 (2.9) Từ (8) và (9) ta rút ra cách tính x, y : x = a1 z + b1 (2.11) Thế (10) và (11) vào (5) ta được công thức tính z như sau: ( a + a + 1) z + 2 ( a b + a ( b − y ) − z ) z + b + (b − y ) + z − r = 0 2 1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1 2 2 1 e 2 Với: 12 1 a1 = ( z2 − z1 ) ( y3 − y1 ) − ( z3 − z1 ) ( y2 − y1 ) c 1 b1 = − ( m2 − m1 ) ( y3 − y1 ) − ( m3 − m1 ) ( y2 − y1 ) 2c 1 a2 = − ( z2 − z1 ) x3 − ( z3 − z1 ) x2 c 1 b2 = ( m2 − m1 ) x3 − ( m3 − m1 ) x2 2c c = x3 ( y2 − y1 ) − x2 ( y3 − y1 ) Tiếp theo ta sẽ thế các giá trị xi , yi , zi từ (4) vào để tính toán. Sau khi tính toán ta sẽ có hai tập nghiệm cho tọa độ của điểm đầu cuối E0 ( x0 , y0 , z0 ) nhưng ta chỉ lấy tập nghiệm có nghiệm z nhỏ hơn. Do trong thực tế sinh viên có gắn một thanh cố định đầu hút ở điểm đầu cuối nên điểm đầu cuối thực tế của sinh viên phải tính thêm độ dài thanh này vô E0 ( x0 , y0 , z0 − d hut ) .2 Động học nghịch[1]: Ngược với động học thuận, động học nghịch là từ vị trí điểm đầu cuối mong muốn phải tính được góc 1 , 2 ,3 cần điều khiển.
Nếu ta muốn tìm được góc quay 1 khi đã biết tọa độ E0 ( x0 , y0 , z0 ) thì ta phải tìm được tọa độ của điểm J 1. Do thiết kế của robot nên khi 1 thay đổi từ 00 đến 3600 thì đoạn cánh tay F1 J1 sẽ vẽ lên một đường tròn trên mặt phẳng Oyz với tâm là điểm F1 và bán kính là rf. Ta gọi điểm E1 là hình chiếu của điểm E1 trên mặt phẳng Oyz. Vẽ một đường tròn có tâm là điểm E1 và có bán kính là E1J1 , hai đường tròn cắt nhau tại hai điểm, ta chỉ cần lựa điểm J 1 có tọa độ z âm và y nhỏ nhất.8:Hình chiếu E’ của E trên mặt phẳng Oyz Hình 2.9: Mặt phẳng Oyz Đầu tiên ta tìm tọa độ các điểm F1 ( 0, y F , z F ) , E1 ( 0, yE , z E ) và độ dài đoạn E1J1 sau đó 1 1 1 1 bắt đầu tìm J1 ( 0, y J , z J ) từ điểm giao nhau giữa hai đường tròn.12) Từ tọa độ của điểm F1 ( 0, − f ,0) ta có phương trình đường tròn với tâm là điểm F1 và bán kính F1 J1 là: ( y − y ) +(z − z ) = r 2 2 J1 F1 J1 F1 2 f (2.
Sau đó ta có 1 1 thể tìm ra góc 1 cần quay từ công thức lượng giác sau: z J1 1 = arctan yF − yJ 1 1 Do Robot Delta có thiết kế vị trí các điểm F1 , F2 , F3 theo dạng tam giác đều nên ta chỉ cần xoay trục tọa độ Oxyz theo trục Oz một góc 1200 ta sẽ được một trục tọa độ mới 15 Oxyz với điểm F2 nằm trên trục Oy. Tương tự như vậy khi ta xoay trục tọa độ Oxyz theo trục Oz một góc -1200 ta sẽ được một trục tọa độ mới Oxyz với điểm F3 nằm trên trục Oy .10: Xoay hệ trục tọa độ Đây là công thức tính tọa độ điểm E0 ( x0 , y0 , z0 ) trên hệ trục tọa độ mới: x0 = x0 cos (1200 ) + y0 sin (1200 ) Theo trục Oxyz : E0 ( x0 , y0 , z0 ) y 0 = − x0 sin (120 0 ) + y0 cos (120 0 ) x0 = x0 cos ( −1200 ) + y0 sin ( −1200 ) Theo trục Oxyz : E0 ( x0, y0, z0 ) y 0 = − x0 sin ( −1200 ) + y0 cos ( −1200 ) Từ đó ta cứ áp dụng cách tính tương tự như khi ta tính góc 1 để tính hai góc 2 ,3 : zJ2 z J3 2 = arctan và 3 = arctan yF − y J yF − y J 2 2 3 3 16 2.2 Một số khái niệm về thiết bị được sử dụng: 2.1 Động cơ bước Nema 17-SK4248: Động cơ bước Nema 17-SK4248 là một trong những loại động cơ bước phổ biến trong họ NEMA 17. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và độ chịu tải lớn như máy in 3D, máy CNC, robot nhỏ và các thiết bị tự động hóa khác.11: Step Motor NEMA17 và hộp giảm tốc Thông số kỹ thuật chính: • Tên sản phẩm: NEMA17-SK4248 (0.55Nm) • Tỷ giảm tốc qua hộp số:57/11 (~5.18) • Điện áp cấp:12-24VDC • Dòng chịu tải: 1.12: Thông số kích thước của NEMA17-SK4248 Hình 2.13: Sơ đồ dây của động cơ NEMA17-SK4248 18 Hình 2.14 Sơ đồ dây của động cơ NEMA17-SK4248 Động cơ bước là một loại động cơ điện được thiết kế để thực hiện các bước di chuyển chính xác. Cấu tạo chung của động cơ bước bao gồm các thành phần chính sau: • Rotor: Phần quay của động cơ, gồm một dãy lá nam châm vĩnh cửu được xếp chồng lên nhau, các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau.