Luận Văn Tốt Nghiệp Về Thiết Kế và Chế Tạo Mô Hình Robot SCARA Phân Loại Sản Phẩm

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp đại học thiết kế và chế tạo mô hình robot scara phân loại sản phẩm, vận dụng lý thuyết vào thực tế, đề xuất giải pháp cụ thể

• Trường học: Đại Học
• Chuyên ngành: Thiết Kế
• Đề tài: Mô Hình Robot SCARA Phân Loại Sản Phẩm: Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học
• Loại tài liệu: Luận văn

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Robot SCARA

Mô hình Robot SCARA là một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực tự động hóa sản xuất. Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) được thiết kế với khả năng hoạt động linh hoạt và chính xác, phù hợp với các ứng dụng phân loại sản phẩm. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong sản xuất giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lỗi do con người gây ra. Theo nghiên cứu, robot SCARA có thể thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại mà không cần nghỉ ngơi, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp. Đặc biệt, trong bối cảnh công nghiệp 4.0, việc áp dụng robot vào quy trình sản xuất là một xu hướng tất yếu, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp.

1.1. Đặc điểm của Robot SCARA

Robot SCARA có cấu trúc thiết kế đặc biệt với hai khớp quay và một khớp dịch chuyển, cho phép nó thực hiện các chuyển động linh hoạt trong không gian ba chiều. Sự chính xác trong việc lắp ráp và phân loại sản phẩm là một trong những ưu điểm nổi bật của loại robot này. Theo tác giả, "Robot SCARA có khả năng xử lý tốc độ cao và độ chính xác cao trong các ứng dụng phân loại sản phẩm, điều này làm cho nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho các dây chuyền sản xuất hiện đại." Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của mô hình robot SCARA trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất.

II. Phân loại sản phẩm bằng Robot SCARA

Việc phân loại sản phẩm bằng robot SCARA không chỉ giúp tăng cường hiệu quả sản xuất mà còn giảm thiểu sai sót trong quá trình xử lý. Công nghệ này cho phép robot nhận diện và phân loại các sản phẩm dựa trên các tiêu chí nhất định như kích thước, màu sắc và hình dạng. Theo nghiên cứu, "Việc áp dụng robot trong phân tích sản phẩm giúp doanh nghiệp nhanh chóng thích ứng với nhu cầu của thị trường, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra." Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng robot SCARA trong phân loại sản phẩm không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng.

2.1. Quy trình phân loại sản phẩm

Quy trình phân loại sản phẩm bằng robot SCARA thường bao gồm các bước như nhận diện sản phẩm, phân loại và đóng gói. Robot sẽ sử dụng cảm biến và camera để xác định đặc điểm của sản phẩm, sau đó thực hiện hành động phân loại phù hợp. Theo một chuyên gia trong lĩnh vực robotics, "Quy trình phân loại tự động không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn đảm bảo tính chính xác trong việc xử lý sản phẩm." Điều này chứng minh rằng ứng dụng robot trong quy trình sản xuất là một giải pháp tối ưu cho các doanh nghiệp hiện đại.

III. Ứng dụng của Robot SCARA trong ngành công nghiệp

Mô hình robot SCARA đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ lắp ráp điện tử đến chế biến thực phẩm. Ứng dụng robot trong sản xuất giúp tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu chi phí nhân công và tăng năng suất. Theo một báo cáo gần đây, "Sự phát triển của công nghệ tự động hóa và robotics đã mở ra nhiều cơ hội mới cho các doanh nghiệp trong việc cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm." Điều này cho thấy rằng việc đầu tư vào công nghệ robot SCARA không chỉ là xu hướng mà còn là một quyết định chiến lược cho sự phát triển bền vững của doanh nghiệp.

3.1. Lợi ích kinh tế từ việc sử dụng Robot SCARA

Việc sử dụng robot SCARA trong sản xuất mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp. Đầu tiên, chi phí lao động được giảm thiểu đáng kể khi robot có thể làm việc liên tục mà không cần nghỉ ngơi. Thứ hai, độ chính xác cao trong phân loại sản phẩm giúp giảm thiểu tỷ lệ lỗi, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo một nghiên cứu, "Doanh nghiệp có thể tiết kiệm tới 30% chi phí sản xuất khi áp dụng robot vào quy trình làm việc." Điều này cho thấy rằng robot SCARA không chỉ là một công cụ hỗ trợ mà còn là một yếu tố quyết định trong việc cải thiện hiệu quả kinh tế của doanh nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. Lí do và mục đích chọn đề tài:. Lí do chọn đề tài:. Mục đích của đề tài:.

Giới thiệu sơ lược về robot:. Lịch sử hình thành và phát triển của robot:. Tình hình phát triển của robot trên thế giới:. Tình hình phát triển của robot tại Việt Nam:.

Các ứng dụng của robot:. Các ưu điểm khi sử dụng robot:. Một số lĩnh vực ứng dụng:. Giới thiệu sơ lược về Scara Robot:.

Mô hình robot Scara của sinh viên đại học Nha Trang:. Mô hình robot Scara của sinh viên đại học Công Nghiệp Hà Nội:. Hướng giải quyết nghiên cứu cho đề tài sắp tới:. 15 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Đối tượng nghiên cứu:. 16 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang i MỤC LỤC 2. Giới thiệu đề tài:. Tiêu chuẩn cho một robot Scara:.

Những ứng dụng mà robot Scara mang lại:. Phương pháp nghiên cứu:. Lí thuyết về bộ điều khiển PID:. Bộ điều khiển PID số:.

Chỉnh định tham số bộ điều khiển PID:. Phần cứng của Arduino:. Ứng dụng của Arduino:. Khả năng kết nối của Arduino:.

Ứng dụng của Arduino trong đề tài:. Phần mềm Arduino:. Phần mềm viết chương trình và biên dịch chương trình:. Cấu trúc chương trình:.

Giới thiệu chung về phần mềm Matlab:. Khái niệm về Matlab:. Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của Matlab:. Hệ thống Matlab:.

Giao diện làm việc trên Matlab:. Các cửa sổ làm việc của Matlab:. Giao thức giao tiếp I2C:. 34 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang ii MỤC LỤC 2.

Giới thiệu về giao tiếp I2C:. Cách thức giao tiếp I2C hoạt động:. Các chế độ hoạt động của I2C:. 41 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT SCARA.

Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế. Bài toán động học:. Bài toán động học thuận:. Bài toán động học nghịch:.

Thiết kế mô hình cơ khí cho robot:. Cơ sở khoa học:. Thiết kế bộ truyền động cho robot:. Bản thiết kế Solidworks:.

Sơ lược về các linh kiện cơ khí dùng để chế tạo robot:. Các bước lắp ráp một mô hình robot hoàn chỉnh:. Thiết kế mạch điện điều khiển cho robot:. Lưu đồ giải thuật điều khiển robot:.

Sơ đồ mạch điện điều khiển robot:. Xây dựng giải thuật điều khiển PID cho robot:. Lập trình truyền nhận dữ liệu bằng thư viện I2C:. Thiết kế giao diện điều khiển Guide trên Matlab:.

73 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang iii MỤC LỤC 3. Cách sử dụng và tạo một giao diện Guide:. Giao diện guide điều khiển robot:. 76 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ.

Kết quả mô phỏng trên Matlab Simulink:. Kết quả thực nghiệm khi áp dụng giải thuật PID:. Kết quả chạy thực tế của mô hình:. 88 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .1 Kết quả đạt được:.2 Những hạn chế mà đề tài gặp phải: .3 Định hướng tương lai:.

89 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 93 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang iv DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Robot Scara PF3400 gắp vật .2: Scara Robot phân loại sản phẩm .3: Robot Scara viết chữ.4: Robot hàn KUKA của Nhật Bản.5: Cánh tay robot 5 bậc tự do của hãng YASKAWA MOTOMAN .6: Xe tự hành Spirit của NASA đang thám hiểm sao hỏa .7: Robot phẫu thuật Da Vinci .8: Robot đầu bếp Suzumo.9: Cuộc thi ROBOCON 2018 .10: Robot hàn trong công nghiệp sản xuất cơ khí.11: Robot ABB được sử dụng trong dây chuyền sản xuất linh hoạt .12: Robot đóng gói sản phẩm .13: Robot sử dụng trong công đoạn cấp vật liệu và lắp ráp .14: Scara robot FANUC-SR-3 .15: Cobra 350 Scara Robot .16: Scara Robot palletizer 504 .17: Mô hình robot Scara của sinh viên đại học Nha Trang .18: Mô hình robot Scara của sinh viên đại học công nghiệp Hà Nội .1: Sơ đồ khối của bộ P.D điều khiển động cơ DC .2: Xác định đặc tính của đặc tính quá trình .4: Tổng quan phần cứng của Arduino Uno R3 .5: Arduino Uno và Arduino Nano. 25 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.6: Arduino Yun và Arduino ethernet .7: Arduino Tre và Arduino Robot .8: Phần mềm Arduino .9: Các hàm cơ bản trong Arduino .10: Màn hình làm việc của Arduino IDE .11: Chọn board và nạp chương trình .12: Giao diện Matlab.13: Cửa sổ làm việc của matlab .14: Cửa sổ Command History .15: Cửa sổ Workspace .16: Cửa sổ Variable Editor .17: Sơ đồ dây truyền dữ liệu I2C .18: Sơ đồ kết nối master-slave .19: Điều kiện bắt đầu.20: Giao thức truyền nhận dữ liệu .21: Điều kiện kết thúc .22: Thiết bị master gửi dữ liệu đến các slave .23: Thiết bị slave so sánh địa chỉ được gửi từ master.24: Thiết bị master gửi hoặc nhận khung dữ liệu .25: Thiết bị slave nhận tín hiệu thành công và trả về tín hiệu cho master.26: Thiết bị master gửi điều kiện dừng báo hiệu cho slave .27: Thiết bị master gửi dữ liệu đến thiết bị slave.28: Thiết bị master nhận dữ liệu từ thiết bị slave .1: Gắn hệ tọa độ cho robot. 42 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.2: Mô hình động học nghịch robot .3: Bộ truyền đai răng của robot .5: Bản vẽ chi tiết khâu trượt và đế robot Scara .6: Bản thiết kế chi tiết 2 khâu quay robot Scara .7: Bản vẽ chi tiết khâu tay gắp robot Scara.8: Bản vẽ tổng thể mô hình robot .9: Bộ vít-me đại ốc.10: Thanh trượt sắt dài 30cm .11: Bộ truyền đai của robot .12: Bạc đạn đỡ trục KFL08 .13: Ổ bi trượt.15: Bộ đầu kẹp giữ lưỡi cắt .16: Thanh ren inox.17: Tấm sắt tròn .19: Phần tấm trượt tịnh tiến cho robot Scara .20: Tay gắp robot Scara .21: Hai khâu quay của robot Scara.22: Khâu trượt và đế robot Scara .23: Mô hình cơ khí hoàn thiện của robot Scara .24: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot Scara .25: Sơ đồ kết nối mạch điện hệ thống.

60 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.26: Sơ đồ chân Arduino Uno.27: Các chân năng lượng .28: Chân vào ra tín hiệu .29: Sơ đồ chân Arduino Nano .31: Nguồn tổ ong 12V-10A .32: Động cơ Servo MG995 .33: Công tắc hành trình Hanyoung HY-L707 .34: Cửa sổ làm việc guide quick start .35: Giao diện guide .36: Cửa sổ Inspector.37: Cách lập trình trên file.38: Cách tạo file.39: Giao diện người dùng điều khiển robot Scara.1: Mô hình hóa robot Scara trên Matlab Simulink .2: Mô hình 3D khi mô phỏng trên Matlab .3: Kết quả chạy mô phỏng vị trí khâu thứ nhất robot .4: Kết quả chạy mô phỏng vị trí khâu thứ hai robot .5: Kết quả chạy mô phỏng vị trí khâu thứ hai robot .6: Kết quả chạy thực nghiệm PID trên khâu 1 .7: Kết quả chạy thực nghiệm PID trên khâu 2 .8: Kết quả chạy thực nghiệm PID trên khâu 3 .9: Kết quả chạy mô phỏng động học trên thuận giao diện GUI .10: Kết quả chạy mô phỏng động học thuận thực tế. 83 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 4.11: Kết quả mô phỏng động học nghịch trên giao diện GUI.12: Kết quả chạy mô phỏng động học nghịch thực tế .13: Chạy thử nghiệm khâu trượt robot Scara .14: Chạy thử nghiệm khâu quay thứ 1 robot Scara .15: Chạy thử nghiệm khâu quay thứ 2 robot Scara .16: Chạy thực tế theo chu trình gắp 1 vật .17: Chạy thực tế theo chu trình thả 1 vật .18: Chạy thực tế theo chu trình gắp 3 vật .19: Chạy thực tế theo chu trình thả 3 vật. 87 SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang ix LỜI NÓI ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU Theo quá trình phát triển của xã hội, nhu cầu nâng cao sản xuất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hóa sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đã hình thành và phát triển mạnh mẽ, vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo ra các hệ sản xuất tự động linh hoạt.

Robot ứng dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất cũng như trong đời sống. Robot là cơ cấu đa chức năng có khả năng lập trình được dùng để di chuyển nguyên vật liệu, các chi tiết, các dụng cụ thông qua các truyền động được lập trình trước. Robot có thể thao tác như con người và có thể hợp tác với nhau một cánh thông minh. Robot có cánh tay với nhiều bậc tự do và có thể thực hiện được các chuyển động như tay người và điều khiển được bằng máy tính hoặc có thể điều khiển bằng chương trình.

Hiện nay việc áp dụng các ứng dụng của robot ngày càng trở nên phổ biến, từ những cái đơn giản như: đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển động cơ điện một chiều đến những ứng dụng phức tạp như điều khiển robot, hệ thống kiểm soát. Vì thế là một kỹ sư trong tương lai, em đã nắm bắt được thị hiếu này và tìm hiểu, nghiên cứu để tiến tới công nghệ cao, xây dựng nên một giai đoạn mới, phát triển mới cho bản thân cho xã hội. Với đề tài tài “thiết kế và chế tạo mô hình robot Scara phân loại sản phẩm” nhóm tin tưởng rằng với những kết quả có được từ việc tìm hiểu và tính toán trong bài luận văn này sẽ là bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều hơn nữa những ý tưởng trong tương lai về tính toán và thiết kế các loại robot công nghiệp. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng như thời gian còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong quá trình tính toán cũng như thi công công mô hình, rất mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quí thầy cô cũng như các bạn! SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành Trang 1