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 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.
HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN DUY ANH Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM Ngày 7 tháng 8 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: T Họ và tên Chức danh Hội đồng TT 1 TS. Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch 1 2 PGS.Lê Hữu Sơn Phản biện 1 2 3 TS.Võ Hoàng Duy Phản biện 2 3 4 PGS.Ngô Cao Cường Ủy viên 4 5 TS.
Nguyễn Hùng Ủy viên, Thư ký 5 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 Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN NGỌC LONG Giới tính: nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/07/1986 Nơi sinh: BÌNH PHƯỚC Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử MSHV: 1341840016 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP CÁC THÙNG CARTON SẮP XẾP LÊN PALLET. II- Nhiệm vụ và nội dung: Thiết kế mô hình tay máy gắp sản phẩm.
Tìm hiểu và mô phỏng thuật toán tối ưu việc sắp xếp các thùng carton. Mô phỏng động học và giải thuật sắp xếp các thùng carton lên pallet. III- Ngày giao nhiệm vụ: 25 tháng 8 năm 2014 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10 tháng 7 năm 2015 V- Cán bộ hƣớng dẫn: TS. NGUYỄN DUY ANH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH 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 năm 2015 Học viên NGUYỂN NGỌC LONG iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Xuất phát từ nhu cầu thực tế tại nơi làm việc của tôi là tại xưởng sản xuất của Công Ty TNHH Giải Pháp Tự Động Hóa TECHKING, trong quá trình sản xuất ở tại khâu đóng thùng thành phẩm, hiện tại chúng tôi đang cần 1 cánh tay robot công nghiệp để làm nhiệm vụ gắp các thùng carton thành phẩm sắp xếp lên pallet để đưa đi nhập kho. Trong thực tế sản xuất thì các thùng thành phẩm có trọng lượng 25 kg, sử dụng sức người để nâng lên và sắp xếp lên các pallet gỗ. Việc này mất nhiều sức lực, đặc biệt thao tác lao động này dễ làm tổn thương cột sống lưng và năng suất lao động cũng không cao.
Luận văn trình bày việc nghiên cứu và xây dựng một mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do phối hợp hoạt động trong một dây chuyền sản xuất, các thùng carton sau khi được đóng gói thành phẩm thì đi qua máy dán thùng để dán băng keo, đầu ra của máy dán thùng là các thùng hàng thành phẩm. Robot có nhiệm vụ gắp các thùng hàng thành phẩm này sắp xếp lên pallet theo thứ tự các lớp thùng được lập trình sẵn. Vì vậy, mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển quĩ đạo cánh tay robot có thể thực hiện việc gắp các thùng carton lên pallet theo đúng thứ tự các lớp thùng được quy định và đưa ra kiểm chứng bằng mô hình thực nghiêm. Ứng dụng của robot có thể được dùng cho các nghiên cứu lớn hơn sau này khi đó có thể tích hợp để toàn bộ dây chuyền sản xuất là robot và các máy móc thông minh, vai trò của con người chỉ là thực hiện việc giám sát trên máy vi tính.
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.
ii TÓM TẮT LUẬN VĂN. iv DANH MỤC HÌNH. vii DANH MỤC BẢNG. ix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Tổng quan về robot .2 Cấu trúc cơ bản của tay máy công nghiệp .3 Mục tiêu, nhiệm vụ và tổ chức luận văn .6 CHƢƠNG 2: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CỦA ROBOT IRB6600 .1 Giới thiệu chương trình RobotStudio: .2 Các bước lập trình bằng phần mềm RobotStudio .9 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ROBOT 5 BẬC TỰ DO .1 Tổng quan về robot 5 bậc tự do sử dụng trong luận văn.2 Thiết kế tay gắp .3 Sơ lược động học vị trí của robot .4 Thiết kế nạch điện.5 Mạch điều khiển .6 Giao diện điều khiển .45 CHƢƠNG 4: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ROBOT GẮP VẬT .1 Bài toán điều khiển .2 Quỹ đạo chuyển động .3 Hoạch định quỹ đạo .4 Phương pháp điều khiển .5 Giải thuật điều khiển.55 CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .2 Quá trình thực nghiệm .3 Đánh giá sai số.
63 CHƢƠNG 6: TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .1 Đánh giá kết quả đạt được .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 .2: Robot gắp thùng carton lên pallet của hãng .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 .5: Cấu trúc cơ bản robot công nghiệp.1: Mô tả các bước lập trình bằng phần mềm RobotStudio .2: Cấu trúc chương trình trong RAPID .3: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển của .4: Mô phỏng quỹ đạo di chuyển của robot.1: Mô hình thực tế robot sử dụng trong luận văn .2: Kích thước các chi tiết trên mô hình robot.3: Sơ đồ động học robot .4: Cánh tay robot trên SolidWork .5: Cơ cấu 3 chấu kẹp và 4 chấu kẹp .6: Cơ cấu tay quay con trượt .7: Mô hình cơ cấu gắp phương án 2 và sơ đồ động .8: Minh họa cơ cấu .10: Tọa độ điểm cần điều khiển .11: Kích thước tay gắp .12: Lực kẹp giữ vật không rơi .13: Sơ đồ tác động lực của tay gắp ở vị trí kẹp .14: Sơ đồ tác động lực một bên tay gắp ở vị trí kẹp .15: Mô hình cánh tay robot 3D và không gian hoạt động .16: Định nghĩa các thông số DH cho khớp và khâu thứ I .17: Kết cấu robot khảo sát .18: Đặt hệ tọa độ cho các khâu và khớp .19: Hình ảnh ứng với trạng thái .20: Hình ảnh ứng với trạng thái .21: Sơ đồ khối kết nối hệ thống .22: Sơ đồ mạch điện vi điều khiển Transmit .23: Sơ đồ mạch điện vi điều khiển Receive .24: Sơ đồ giao tiếp RS232 .27: Sơ đồ mạch kết nối nguồn 24V, động cơ và driver .28: Sơ đồ mạch nguồn cho vi điều khiển và cảm biến tiệm cận .29: Mạch 3D được thiết kế băng phần mềm Altium .30: Mạch điều khiển sau khi được chế tạo .31: Hệ thống mạch điện điều khiển .32: Giao diện điều khiển trên máy tính .33: Lấy giá trị tọa độ các điểm tựa theo quỹ đạo .34: Lấy giá trị tọa độ ra file excel nhờ chương trình xyzPathMac .1: Đường biểu diễn vị trí, tốc độ, gia tốc của khớp 1 theo thời gian .2: Vòng điều khiển hướng đối tượng .3: Lưu đồ tổng quát điều khiển cánh tay lắp vật .4: Lưu đồ giải thuật điều khiển trên Transmit khi tiến hành lắp vật .5: Lưu đồ giải thuật điều khiển cho Receive khớp tay máy .6: Lưu đồ giải thuật điều khiển cho Receive tay gắp .1: Mô hình khối lập phương .2: Mô hình robot thực nghiệm .3: Ảnh chụp trong quá trình robot gắp khối lập phương.4: Kết quả gắp khối lập phương.5: Kết quả gắp khối lập phương lặp lại 5 lần liên tục.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 .2: Bảng so sánh động cơ bước và động cơ servo .3: Bảng so sánh các loại động cơ servo .4: Bảng thông số D-H .5: Bảng so sánh các loại giao tiếp.
63 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP, ỨNG DỤNG, MỤC TIÊU, TỔ CHỨC LUẬN VĂN.1 Tổng quan về robot 1.
