BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC THUẬN NGHỊCH CHO ROBOT CABLE PHỤC VỤ TƯỚI TRONG NÔNG NGHIỆP Mà SỐ: SV2020-40 SKC 0 0 7 3 6 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TàNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĂU KHOA HàC CĀA SINH VIÊN NGHIÊN CĂU VÀ XÂY DĀNG PH¯ƠNG TRÌNH ĐÞNG HàC THUÀN NGHÞCH CHO ROBOT CABLE PHþC Vþ T¯àI TRONG NÔNG NGHIÞP Mã số đÁ tài : 40 Chā nhißm đÁ tài: Lê Công Lý TP Hß Chí Minh, Tháng 10/2020 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TàNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĂU KHOA HàC CĀA SINH VIÊN NGHIÊN CĂU VÀ XÂY DĀNG PH¯ƠNG TRÌNH ĐÞNG HàC THUÀN NGHÞCH CHO ROBOT CABLE PHþC Vþ T¯àI TRONG NÔNG NGHIÞP Mã số đÁ tài : 40 Thußc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Lê Công Lý Nam, Nữ: Nam Dân tßc: Kinh Lớp, khoa: 16146402, Cơ Khí Chế T¿o Máy Năm thứ: 4 /Số năm đào t¿o: 4 Ngành học: Cơ điện tử Người hướng dẫn: ThS. Phan Thị Thu Thủy TP Hß Chí Minh, 10/2020 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM THÔNG TIN K¾T QUÀ NGHIÊN CĂU CĀA ĐÀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu và xây dựng phương trình đßng học thuận nghịch cho robot cable phāc vā tưới trong nông nghiệp - Chủ nhiệm đề tài: Lê Công Lý Mã số SV: 16146402 - Lớp: 161461 Khoa: Cơ Khí Chế T¿o Máy - Thành viên đề tài: Stt Há và tên MSSV Láp Khoa 1 Đặng Xuân Trường 16146546 161461 CKM 2 - Ng°ãi h°áng d¿n: ThS.
Phan Thị Thu Thủy 2. Mÿc tiêu đÁ tài: Tính toán đươc phương trình đßng học thuận nghịch của robot Cable 3. Tính mái và sáng t¿o: Robot Cable là mßt d¿ng robot mới và hiện có rất ít nghiên cứu về nó. Cho nên nghiên cứu tính toán đưÿc phương trình đßng học cho robot sẽ t¿o ra nhiều khả năng để nghiên cứu sâu hơn cũng như ứng dāng của robot này vào sản xuất và cußc sống.
K¿t quÁ nghiên cău: Kết quả nghiên cứu đưa ra đưÿc phương trình đßng học của robot đủ để điều khiển robot di chuyển trong không gian tuy nghiên vẫn còn h¿n chế. Đóng góp vÁ mặt giáo dÿc và đào t¿o, kinh t¿ - xã hßi, an ninh, quốc phòng và khÁ năng áp dÿng cāa đÁ tài: Việc nghiên cứu thành công robot sẽ mở ra nhiều ứng dāng cho các māc đích khác nhau như: ứng dāng vào việc tưới tiêu trong nông nghiệp, giả lập ghế máy bay, vận chuyển cāc bß hàng hoá, ứng dāng trong xây dựng & 6. Công bố khoa hác cāa SV từ k¿t quÁ nghiên cău cāa đÁ tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dāng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Ngày 20 tháng 10 năm 2020 SV chßu trách nhißm chính thāc hißn đÁ tài (kí, họ và tên) NhÁn xét cāa ng°ãi h°áng d¿n vÁ nhÿng đóng góp khoa hác cāa SV thāc hißn đÁ tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Ng°ãi h°áng d¿n (kí, họ và tên) TÓM TÀT Đồ án này trình bày về robot song song dạng Cable, phân tích s¡ l°ợc về các dạng cấu hình đồng thßi lựa chọn cấu hình tối °u nhất, nghiên cāu tính toán động học, cũng nh° là việc tính toán thiết c¡ khí, điện điều khiển và xây dựng một ch°¡ng trình điều khiển cho robot này. Sau khi thiết kế nhóm đã tiến hành thực nghiệm kiểm tra sai số vị trí, sai số lặp lại, kiểm tra lực căng cÿa dây.
Kết quả thực nghiệm cho thấy c¡ cấu robot đã lựa chọn và thiết kế có thể đáp āng đ°ợc việc di chuyển chính xác trong không gian theo yêu cầu đặt ra, hệ thống điện hoạt động hoạt động ổn định và hiệu quả, giao diện điều khiển đ¡n giản và dễ dàng thao tác. Bên cạnh đó nhóm cũng đã triển khai nghiên cāu c¡ bản về vật liệu xây dựng phù hợp cho việc in 3D và thực nghiệm in vật liệu nhằm kiểm tra thßi gian động đặc cÿa vật liệu đồng thßi đánh giá khả năng hoạt động hiệu quả cÿa đầu công tác cÿa robot. i ABSTRACT The project shows a parallel cable robot, including a brief analysis of configuration forms and a choice of the most optimal configuration, a study on calculating kinetic parameters and calculating of mechanical and electrical control equipment, as well as building a control program for the robot. After designing, the group has conducted experiments to check position deviation, repeatability error, and check wire tension.
Experimental results show that the robot structure which was selected and designed can meet the precise movement in space as required; the operation of electrical system was stable and efficient; and the control interface was simple and easy to use. In addition, our group also conducted a basic research on building material which was suitable for 3D printing and conducted a material printing experiment to check the densification time of the material and to evaluate the ability of end-effector of robot to work effectively. ii MĀC LĀC NHIÞM VĀ Đà ÁN TÞT NGHIÞP. Error! Bookmark not defined.
Error! Bookmark not defined. ii DANH SÁCH HÌNH ÀNH. vii DANH SÁCH CÁC BÀNG. Tính cÃp thiÁt của đà tài.
Tình hình nghiên cứu. Nhißm vā và gißi h¿n đà tài. Nhiệm vụ cÿa đề tài. Giới hạn nghiên cāu cÿa đề tài.
Ph°¢ng pháp nghiên cứu. Ph°¡ng pháp nghiên cāu lý thuyết. Ph°¡ng pháp nghiên cāu thực nghiệm. S¢ l°ÿc và robot song song Cable.
S¢ l°ÿc và công nghß in 3D. Công nghệ FDM. Công nghệ Resin. Công nghệ SLS.
S¢ l°ÿc và động c¢ Servo. THIÀT KÀ HÞ THÞNG C¡ KHÍ. Các ph°¢ng án thiÁt kÁ truyÃn động cho robot. Lāa chọn ph°¢ng án truyÃn động tßi °u.
Lāa chọn ph°¢ng án truyÃn động. Chọn động c¡ cho bộ tang cuốn cáp. Chọn động c¡ cho đầu công tác. Tßng quan bộ cußn cáp.
Bộ dẫn h°ớng dây cáp, cảm biến loadcell. Bộ truyền đai răng. Thiết kế khung. Phân tích ứng suÃt và biÁn d¿ng của c¢ cÃu.
Tính toán lāa chọn vít tÁi. Lāa chọn cáp thép và ròng rọc. Chọn ròng rọc. Tính sß b¿c tā do cho kÁt cÃu robot.
Động học robot. Động học nghịch robot với mô hình tiêu chuẩn cáp. Động học nghịch cáp với mô hình phi tiêu chuẩn cáp. THIÀT KÀ HÞ THÞNG ĐIÞN.
Tßng quan các thiÁt b椃⌀ đißn của hß thßng. Bộ điều khiển. Driver và động c¡. Các thiết bị khác.
ThiÁt kÁ tủ điÃu khiऀn trung tâm. CÃu trwc bộ điÃu khiऀn. PLC (program logic control) vc ph°¢ng thức truyÃn thông. Tổng quan về PLC.
Truyền thông giư뀃a máy tính và PLC. QUY TRÌNH Xþ LÝ VÀ CÂU TRÚC PHÄN MÂM. Quy trình xÿ lý. Lập bản vẽ 3D.
Xử lý file in. Tạo tín hiệu điều khiển. Xuất tín hiệu và kiểm tra. Bài toán quỹ đ¿o và nội suy.
Tổng quan về bài toán quỹ đạo. Bài toán quỹ đạo trong robot song song. Bài toán nội suy. KÀT QUÀ VÀ THĀC NGHIÞM.
Robot song song Cable. Các bộ ph¿n và cÃu trwc c¢ khí. Hß thßng điÃu khiऀn. Thÿ nghißm v¿t lißu.
Dây cáp và loadcell. H°ßng phát triऀn. 93 v TÀI LIÞU THAM KHÀO. 96 vi DANH SÁCH HÌNH ÀNH Hình 2.1: Các mẫu chuyển động có thể có cho robot cable song song.3: Cáp điều khiển camera robot Skycam .4: Āng dụng Robot cable trong lắp đặt máy bay.5: Máy in sử dụng công nghệ FDM .6: Máy in sử dụng công nghệ Resin .7: Máy in sử dụng công nghệ SLS .8: Hình ảnh so sánh độ mịn cÿa các công nghệ in .1: Robot sử dụng cấu hình 3 dây.2: Robot sử dụng cấu hình 4 dây.3: Robot sử dụng cấu hình 8 dây mắc song song .4: Robot sử dụng cấu hình 8 dây mắc chéo .5: Nguyên lý bộ truyền trục vít.6: Thông số kích th°ớc hộp giảm tốc NMRV050.7: Hình ảnh cÿa hộp số MNRV050 .8: Hình ảnh động c¡ Delta và Driver .9: Hình ảnh động c¡ DC .10: Bộ cuốn tang và cách đi dây cáp .11: Bộ cuốn cáp trên thiết kế .12: Tang cuốn cáp thiế t kế .13: Bộ dẫn h°ớng cáp thiết kế .14: Chi tiết gá đai ốc trên thiết kế .15: Bộ truyền đai răng thiết kế .16: Mô hình trên thiết kế .17: Chuyển vị cÿa khung robot .18: Vít tải trên thiết kế .19: Bệ công tác trên thiết kế .20: Đầu nối cáp á đầu công tác .21: Cáp không gỉ đ°ßng kính D = 4mm .22: Ròng rọc định h°ớng dây.23: Động học nghịch robot từ điểm A cÿa trụ đến điểm B cÿa đầu công tác .24: (a) góc chắn cung tạo bái dây cáp (b) góc tạo bái ròng rọc và mặt phẳng Oxy .25: Động học nghịch robot từ điểm giao ròng rọc A đến điểm M cÿa đầu công tác .1: S¡ đồ tổng quan các thiết bị cÿa hệ thống .2: S¡ đồ kết nối với module đọc loadcell.3: S¡ đồ bố trí tÿ điều khiển .4: S¡ đồ bố trí các thiết bị trong tÿ điều khiển .5: S¡ đồ mạch điều khiển .6: S¡ đồ mạch động lực.7: S¡ đồ tổng quan cấu trúc bộ điều khiển .8: S¡ đồ giao tiếp giư뀃a PC và bộ điều khiển .9: S¡ đồ Driver nhận tín hiệu từ PLC .10: S¡ đồ đấu nối chân từ PLC vào Driver .11: Cổng Ethernet máy tính .1: Các đ°ßng đi cÿa robot .2: Vận tốc đùn vật liệu .3: Hệ thống xử lý dư뀃 liệu in .4: Biểu diễn quỹ đạo đ°ßng thẳng và đồ thị vận tốc trong suốt quá trình di chuyển .5: Cung tròn đ°ợc tạo bái 2 điểm A và B với điểm giư뀃a là C đ°ợc chia thành nhiều đoạn nhỏ t°¡ng āng với các nghiệm cÿa ph°¡ng trình tham số.6: Cấu trúc cÿa các thành phần đ°ợc phát triển cho robot song song .7: Cấu trúc lớp thấp cÿa bộ điều khiển .1: Robot Cable sau khi hoàn thành .2: Tang cuốn thiết kế .3: Tang cuốn sau khi thiết kế .4: Tang cuốn sau khi đ°ợc quấn cáp .5: Chi tiết gá loadcell thiết kế .6: Chi tiết gá loadcell sau gia công .7: Bộ dẫn h°ớng cáp thiết kế .8: Bộ dẫn h°ớng cáp sau lắp ráp .9: Bộ truyền đai răng thiết kế .10: Bộ truyền đai răng thực tế .11: Bệ quấn cáp trên thiết kế .12: Bộ cuốn cáp thực tế .13: Đầu công tác trên thiết kế .14: Đầu công tác thực tế.15: Cách bố trí các tÿ điện.16: Tÿ điện thực tế .17: L°u đồ điều khiển động c¡ .18: Giao diện điều khiển .19: Pha trộn vật liệu .20: Sản phẩm sau khi đùn .