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 THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 S K C 0 0 3 9 5 9 Mà SỐ: SV2020-160 S KC 0 0 7 3 3 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TâNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN THI¾T K¾ VÀ ĐIÀU KHIÂN ĐÞNG HàC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 SV2020-160 Chă nhiám đÁ tài: VÕ MINH TÀI TP Há Chí Minh, 08/2020 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM BÁO CÁO TâNG K¾T ĐÀ TÀI NGHIÊN CĄU KHOA HàC CĂA SINH VIÊN THI¾T K¾ VÀ ĐIÀU KHIÂN ĐÞNG HàC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 SV2020-160 Thuác nhóm ngành khoa hác: ĐiÃu khiÅn hác kỹ thuật SV thực hiện: Võ Minh Tài Nam, Nữ: Nam Dân tác: Kinh Lớp, khoa: 16151CL3 - Đào t¿o Chất L°ÿng Cao Nm thā:4/Số nm đào t¿o: 4 Ngành hác: Công nghệ Kỹ thuật ĐiÃu khiÅn và Tự đáng hóa Ng°ßi h°ớng dẫn: Th.S NguyÇn Trần Minh Nguyệt TP Há Chí Minh, 08/2020 MĀC LĀC LâI CÀM ¡N. Tính c¿p thi¿t căa đÁ tài. Tãng quan nghiên cąu .1 Tình hình nghiên cāu trong nước .2 Tình hình nghiên cāu ngoài nước.
Đßi t°ÿng, ph¿m vi và ph°¢ng pháp nghiên cąu .1 Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cāu .2 Quy mô nghiên cāu .3 Phương pháp nghiên cāu. 9 CH¯¡NG 1: TâNG QUAN VÀ ROBOT CÔNG NGHIàP .1 Giái thiáu vÁ robot công nghiáp .2 Phân lo¿i robot công nghiáp .3 Mßt sß ąng dāng căa robot .4 Bài toán đßng hác thuÁn tay máy .5 Bài toán đßng hác nghßch tay máy. 18 CH¯¡NG 2: GIàI THIàU PHÀN CĄNG VÀ PHÀN MÀM .1 Giái thiáu vÁ vi xử lý Arduino Uno R3 .1 Khái niám vÁ vi điÁu khiÃn .2 Giái thiáu vÁ board Arduino .3 Board Arduino Uno R3 .4 C¿u trúc và thông sß .2 PhÁn mÁm lÁp trình cho board Arduino .4 Đßng c¢ Servo MG966 .6 M¿ch giÁm áp DC LM2596 3A .7 Tãng quan vÁ Matlab .1 Giới thiệu về Matlab .2 Tổng quan về cấu trúc dữ liệu cÿa Matlab, các āng dụng:. 33 CH¯¡NG 3: C¡ Sä LÝ THUY¾T.
42 CH¯¡NG 4: ĐÁP ĄNG THĀC T¾ KHI ĐIÀU KHIÂN .1 Thi¿t l¿ mô hình bằng phÁn mÁm SolidWorks .2 Thi¿t k¿ giao dián Matlab GUI đà điÁu khiÃn cánh tay robot .3 K¿t quÁ điÁu khiÃn thāc t¿. 58 CH¯¡NG 5: K¾T LUÀN .2 H°áng phát triÃn. 60 DANH MĀC BÀNG BIÂU Tên bÁng Trang sß Bảng 1.1 Bảng D – H của hệ cánh tay robot 18 Bảng 2.1 Một vài thông số của Board Arduino Uno R3 24 DANH MĀC CÁC BIÂU Đà, S¡ Đà, HÌNH ÀNH Tên biÃu đá, s¢ đá, hình Ánh Trang sß Hình 1.1 Tay máy kiểu tọa độ Descartes 13 Hình 1.2 Cấu trúc tay máy kiểu tọa độ trụ 13 Hình 1.3 Tay máy kiểu cầu 13 Hình 1.4 Tay máy kiểu SCADA 14 Hình 1.5 Tay máy kiểu tay người 14 Hình 1.6 Khớp cổ tay 14 Hình 1.7 Một số loại robot được ứng dụng trong thực tế 15 Hình 1.8 Hình 2D hệ cánh tay robot do nhóm đề xuất 18 Hình 2.1 Những phiên bản của Arduino 22 Hình 2.2 Board Arduino Uno R3 23 Hình 2.3 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn 24 Hình 2.4 Sơ đồ chân board Uno R3 26 Hình 2.5 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 27 Hình 2.6 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 27 Hình 2.7 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 28 Hình 2.8 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 28 Hình 2.9 Cài đặt thư viện Arduino cho Matlab 28 Hình 2.10 Khối nguồn xung 12VDC 29 Hình 2.11 Sơ đồ khối bộ nguồn 30 Hình 2.12 Động cơ MG966 30 Hình 2.13 Bạc đạn đế xoay 31 Hình 2.14 Module mạch giảm áp DC LM2596 3A 32 Hình 2.15 Sơ đồ mạch giảm áp DC dùng IC LM2596 32 Hình 2.16 Giao diện Matlab 34 Hình 2.17 Giao diện lập trình Matlab/Simulink 36 Hình 2.18 Guide quick start 36 Hình 2.19 Giao diện Matlab/GUI 37 Hình 2.20 Ví dụ một số đối tượng trong GUI 37 Hình 2.21 Sử dụng thông số cho các đối tượng sử dụng 38 Hình 2.22 Chạy kết quả set up 39 Hình 2.23 Logo phần mềm SolidWorks 39 Hình 3.1 Các thành phần cơ bản có trong robot 44 Hình 3.2 Ví dụ một robot đơn giản 45 Hình 3.3 Quan hệ giữa 2 thanh trong cơ cấu 46 Hình 3.4 Vận tốc của của 1 điểm trong hệ tọa độ 52 Hình 3. Véc tơ vận tốc cho các trục liền nhau 52 Hình 3.
Lan truyền lực giữa các trục liền nhau 54 Hình 4.1 Hướng nhìn ngang của hệ cánh tay robot 55 Hình 4.2 Hướng nhìn từ sau của hệ cánh tay robot 55 Hình 4.3 Hướng nhìn ngang của hệ cánh tay robot 56 Hình 4.4 Hướng nhìn từ sau của hệ cánh tay robot 56 Hình 4.5 Hướng nhìn chéo của hệ cánh tay robot 56 Hình 4.6 Hướng nhìn từ trên xuống của hệ cánh tay robot 57 Hình 4.7 Hướng nhìn của hệ cánh tay robot 57 Hình 4.8 Hướng nhìn cánh tay robot từ mặt đối diện 57 Hình 4.9 Giao diện Matlab/GUI được thiết kế để điều khiển 58 cánh tay robot Hình 4.10 Mô hình thực hệ cánh tay robot 59 Hình 4.11 Chương trình tính toán động học thuận – nghịch 60 cho hệ cánh tay robot Hình 4.12 Hoạt động của hệ cánh tay robot 60 DANH MĀC TĆ VI¾T TÂT Tć vi¿t tÃt Nguyên nghĩa AC Alternating Current ADC Analog-to-digital converter DC Direct Current DAC Digital-to-analog converter EEPROM Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory FET Field-Effect Transistor GND Ground I/O Input/Output IC Integrated Circuit IDE integrated development environment GUI Guide MIMO Multiple input Mulptiple output PBVS position-based visual servoing IBVS image-based visual servoing Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG ĐH S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM THÔNG TIN K¾T QUÀ NGHIÊN CĄU CĂA ĐÀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đà tài: THIÀT KÀ VÀ ĐIÂU KHIÄN ĐàNG HàC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2 - SV thực hiện: VÕ MINH TÀI Mã số SV: 16151313 - Lớp: 16151CL3 Khoa: CLC Nm thā: 4 Số nm đào t¿o: 4 - Thành viên đà tài: Stt Há và tên MSSV Láp Khoa 1 L¯ MINH TRIÀT 16151093 16151CL3 CLC 2 NGUYÆN VN HIÄN 16151021 16151CL3 CLC 3 NGUYÆN MINH TIÀN 16151087 16151CL3 CLC - Ng°ßi h°ớng dẫn: Th.S NguyÇn Trần Minh Nguyệt 2. Māc tiêu đÁ tài: Xây dựng mô hình thực hệ thống giúp các sinh viên tìm hiÅu hác tập áp dāng môn Lý thuyÁt điÃu khiÅn tự đáng, Lý thuyÁt kỹ thuật Robot. Tìm hiÅu và āng dāng lý thuyÁt môn Hệ thống điÃu khiÅn tự đáng, lý thuyÁt môn Kỹ thuật Robot trong điÃu khiÅn đáng cánh tay Robot 3 bậc tự do.
ĐiÃu khiÅn cánh tay robot thông qua phần mÃm Matlab GUI. Tìm hiÅu cách v¿, xây dựng mô hình trên phần mÃm SoidWorks. Tính mái và sáng t¿o: Ch°¢ng trình điÃu khiÅn hệ thống đ°ÿc nhúng bằng phần mÃm Matlab với th° viện Arduino đ°ÿc hß trÿ trên phần mÃm. K¿t quÁ nghiên cąu: Nghiên cāu áp dāng bá th° viện Arduino đÅ điÃu khiÅn hệ thống cánh tay robot 3 bậc tự do thông qua phần mÃm Matlab/Simulink.
Nghiên cāu āng dāng vi xử lý Arduino Uno R3 vào điÃu khiÅn hệ cánh tay robot 3 bậc tự do. Tác giả đã xây dựng thành công mô hình hệ cánh tay robot 3 bậc tự ho¿t đáng ổn đßnh, thẫm mỹ. Nghiên cāu lý thuyÁt kỹ thuật robot và tính toán đáng hác thuận và đáng hác nghßch robot, lập trình đáng hác trên phần mÃm đÅ điÃu khiÅn cách tay robot. Tìm hiÅu thiÁt kÁt ch°¢ng trình t°¢ng tác giữa ng°ßi dùng với phần mÃm Matlab/Simulink thông qua Matlab GUI.
Đóng góp vÁ mặt giáo dāc và đào t¿o, kinh t¿ - xã hßi, an ninh, qußc phòng và khÁ năng áp dāng căa đÁ tài: Đà tài <THIÀT KÀ VÀ ĐIÂU KHIÄN ĐàNG HàC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2= s¿ hß trÿ đắc lực trong quá trình giảng d¿y, hác tập và nghiên cāu khoa hác cho giảng viên cũng nh° sinh viên tr°ßng Đ¿i hác S° ph¿m Kỹ thuật TPHCM. Việc áp dāng mô hình hệ cánh tay robot 3 bậc tự do s¿ giúp ng°ßi hác kiÅm chāng l¿i các giải thuật khác, ph°¢ng pháp điÃu khiÅn khác nhau nhằm tìm ra giải thuật tối °u cho từng āng dāng cā thÅ. Công bß khoa hác căa SV tć k¿t quÁ nghiên cąu căa đÁ tài: Ngày tháng nm SV chßu trách nhiám chính thāc hián đÁ tài (kí, họ và tên) NhÁn xét căa ng°ãi h°áng d¿n vÁ nhÿng đóng góp khoa hác căa SV thāc hián đÁ tài: Ngày tháng nm Ng°ãi h°áng d¿n (kí, họ và tên) LâI CÀM ¡N Tr°ớc tiên, nhóm sinh viên xin chân thành cảm ¢n cô Nguyßn TrÁn Minh Nguyát, ng°ßi đã tận tình h°ớng dẫn và truyÃn đ¿t kiÁn thāc giúp nhóm sinh viên hoàn thành đà tài Nghiên cāu khoa hác này. Và quan tráng h¢n hÁt, thầy là ng°ßi đã gÿi má cho nhóm sinh viên mát h°ớng nghiên cāu mà nhóm cảm thấy quan tâm và mong muốn theo đuổi.
Bên c¿nh đó, nhóm sinh viên xin chân thành cảm ¢n đÁn thÁy Đặng Xuân Ba và thÁy Nguyßn Văn Thái thuác bá môn Tự đáng điÃu khiÅn đã đßnh h°ớng và hß trÿ mát số phần quan tráng cho việc hác tập, nghiên cāu và phát triÅn đà tài. Ngoài ra, nhóm sinh viên cũng gái lßi cảm ¢n đÁn tập thÅ lớp 16151CL3 đã hß trÿ nhóm rất nhiÃu trong quá trình thực hiện đà tài. Cuối cùng, nhóm sinh viên xin chân thành cảm ¢n sự quan tâm, hß trÿ, t¿o điÃu kiện và đáng viên và vật chất lẫn tinh thần cÿa các thành viên trong gia đình. TP Hồ Chí Minh, Ngày& tháng &nm & Nhóm sinh viên thực hiện 1 LâI NÓI ĐÀU õö Ngày nay, với những āng dāng cÿa khoa hác kỹ thuật tiên tiÁn.
ThÁ giới cÿa chúng ta đã và đang thay đổi từng ngày, vn minh và hiện đ¿i h¢n. Sự phát triÅn cÿa tất cả các ngành khoa hác nói chung và điÃu khiÅn tự đáng nói riêng đã t¿o ra hàng lo¿t những thiÁt bß với các đặc điÅm nổi bật nh° sự chính xác cao, tốc đá nhanh, gán nhẹ là những yÁu tố rất cần thiÁt góp phần cho ho¿t đáng cÿa con ng°ßi đ¿t hiệu quả cao. Lĩnh vực điÃu khiÅn tự đáng đang trá thành mát ngành mà nhiÃu ng°ßi lựa chán. Lĩnh vực điÃu khiÅn tự đáng đã đáp āng đ°ÿc những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công - nông - lâm - ng° nghiệp - y tÁ cho đÁn các nhu cầu cần thiÁt trong ho¿t đáng đßi sống hằng ngày.
Có rất nhiÃu āng dāng trong tất cả các lĩnh vực. Nh°ng á đây đ°ÿc sự đồng thuận cÿa thầy h°ớng dẫn – cô NguyÇn Trần Minh Nguyệt cáng với lòng ham thích và sự āng dāng cÿa điÃu khiÅn tự đáng. Nên chúng em đã chán thực hiện đà tài <THIÀT KÀ VÀ ĐIÂU KHIÄN ĐàNG HàC CÁNH TAY ROBOT EEZYbotARM MK2=.