Luận văn thạc sĩ về thiết kế và chế tạo mô hình tay máy gắp sản phẩm tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute thiết kế chế tạo mô hình tay máy gắp sản phẩm, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Văn Đoàn
• Người hướng dẫn: TS. Lê Hiếu Giang
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế và Chế Tạo Mô Hình Tay Máy Gắp Sản Phẩm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• I. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
• 1. Đặt vấn đề
• 2. Tầm quan trọng của đề tài
• 3. Điểm mới của đề tài
• 4. Giới hạn đề tài
• 5. Mục đích nghiên cứu
• 6. Phương pháp nghiên cứu
• 7. Thời gian nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN
• 2.1. Sự xuất hiện của thuật ngữ robot và tình hình nghiên cứu sử dụng robot của các nước trên thế giới
• 2.2. Tình hình phát triển của robot ở Việt Nam
• 2.3. Nhu cầu thực tế về vấn đề sử dụng robot trong sự nghiệp CNH-HĐH ở nước ta
• 2.4. Những công việc đòi hỏi nên đưa vào sử dụng các cơ cấu robot
• 2.5. Các loại robot trong công nghiệp và phạm vi ứng dụng của từng loại
• 2.6. Robot Scara 4 bậc tự do
• 2.7. Một số khó khăn khi tính toán và chế tạo robot ở nước ta trong giai đoạn hiện nay
• 2.8. Cơ sở lý thuyết về ma trận chuyển, phương trình cơ bản của robot
• 2.9. Ma trận chuyển đổi tịnh tiến giữa hai toạ độ
• 2.10. Ma trận biến đổi xoay giữa hai toạ độ
• 2.11. Ma trận biến đổi xoay quay các trục đặc biệt
• 2.12. Ma trận biến đổi khi xoay hệ trục toạ độ OX1Y1Z1 quanh trục X một góc α so với hệ trục toạ độ OXYZ
• 2.13. Ma trận biến đổi khi xoay hệ trục toạ độ OX1Y1Z1 quanh trục Y một góc β so với hệ trục toạ độ OXYZ
• 2.14. Ma trận biến đổi khi xoay hệ trục toạ độ OX1Y1Z1 quanh trục Z
• 2.15. một góc θ so với hệ trục toạ độ OXYZ
• 2.16. Bộ thông số DH(Denavit
• 2.17. Thiết lập hệ trục toạ độ
• 2.18. Mô hình biến đổi
• 2.19. Phương trình động học
• 2.20. Cơ sở lý thuyết về ma trận Jacobi
• 2.21. Phương trình Lagarange bậc II ứng dụng trong phân tích động lực học cho robot
• 2.22. Cơ sở lý thuyết về họ vi xử lý 8051
• 2.23. Giới thiệu chung
• 2.24. Cấu Trúc AT89S52
• 2.25. Sơ đồ khối
• 2.26. Sơ đồ chân
• 2.27. Cấu trúc của vùng Ram
• 2.28. Ngôn ngữ điều khiển
• 2.29. Kết nối với máy tính
• 2.30. Cấu trúc cổng xuất nhập và mô tả chức năng các chân trên vi điều khiển
• 2.31. Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước
• 2.32. Nguyên tắc hoạt động chung của động cơ bước
• 2.33. Nguyên tắc hoạt động của động cơ bước dạng từ dẫn thay đổi
• 2.34. Điều khiển động cơ bước
• 2.35. Cơ sở lý thuyết về giao tiếp máy tính.Các phương pháp giao tiếp .Các hình thức giao tiếp trên máy tính
• 2.36. Tiêu chuẩn giao tiếp cổng nối tiếp
• 2.37. Chức năng của các chân trên các cổng giao tiếp
• 2.38. Phương pháp kết nối
• 2.39. Nguyên lý truyền dữ liệu
• 2.40. Khái quát về giao tiếp nối tiếp trong matlab
• 2.41. Trình tự thực hiện giao tiếp giữa thiết bị với cổng nối tiếp
• III. Chương III: Chọn sơ đồ cơ cấu, tính toán động học và động lực học cho robot 6 bậc tự do
• 3.1. Chọn sơ đồ kết cấu cho robot 6 bậc tự do
• 3.2. Các kích thước ban đầu
• 3.3. Tính toán động học thuận cho robot 6 bậc tự do
• 3.4. Sơ đồ của robot gắp sản phẩm, bộ thông số DH
• 3.5. Phân tích động học thuận cho robot
• 3.6. Phân tích động học ngược cho robot
• 3.7. Ứng dụng ma trận Jacobi quay vít để tính toán vận tốc cho các khớp và bộ tác động cuối
• 3.8. Tính toán động lực học cho robot 6 bậc tự do
• 3.9. Tính bền cho toàn bộ cơ cấu dựa trên cơ sở tĩnh học
• 3.10. Kiểm tra động lực học cho tay máy khi đang thực hiện nhiệm vụ
• IV. Chương IV: Thiết kế bộ điều khiển và chương trình giao tiếp máy tính
• 4.1. Phân tích bộ điều khiển tay máy
• 4.2. Thiết kế mạch điện cho các bộ giải mã
• 4.3. Sơ đồ mạch điện điều khiển vi bước
• 4.4. Thiết kế mạch điều khiển chính
• 4.5. Thiết kế mạch xử lý tín hiệu từ cảm biến
• 4.6. Sơ đồ mạch điện xử lý tín hiệu cảm biến
• 4.7. Thiết kế giao diện điều khiển
• 4.8. Xử lý số liệu nhập
• 4.9. Giao diện điều khiển
• 4.10. Trình tự lập trình hoạt động cho tay máy
• 4.11. Mô phỏng hoạt động
• 4.12. Giới thiệu về phần mềm Solid edge
• 4.13. Giới thiệu về phần mềm Visual Natran
• 4.14. Thuật toán điều khiển cho robot gắp sản phẩm
• V. Chương V: Thực Nghiệm
• 5.1. Chế tạo các bộ giải mã
• 5.2. Sơ đồ mạch in
• 5.3. Sơ đồ thực tế
• 5.4. Chế tạo bộ điều khiển trung tâm, Bộ điều khiển trung gian và card giao tiếp
• 5.5. Sơ đồ mạch in
• 5.6. Sơ đồ thực tế
• 5.7. Chế tạo mạch cảm biến
• 5.8. Sơ đồ mạch in
• 5.9. Sơ đồ thực tế
• 5.10. Cấu tạo bộ điều khiển và mô hình thực tế
• 5.11. Giải quyết một bài toán thực tế
• VI. Chương VI: Kết luận và hướng phát triển
• 6.1. Hướng phát triển của đề tài
• 6.2. Chương trình viết cho bộ điều khiển trung tâm và bộ điều khiển trung gian
• 6.3. Chương trình viết cho bộ điều khiển trung tâm
• 6.4. Chương trình viết cho bộ điều khiển trung gian 1
• 6.5. Chương trình viết cho bộ điều khiển trung gian 2
• Phụ lục 2: Thuật toán điều khiển động cơ vi bước, chương trình viết cho vi bước bằng hợp ngữ và chương trình matlab tính toán các dữ liệu vào
• 2.1. Thuật toán điều khiển vi bước
• 2.2. Chương trình điều khiển vi bước
• 2.3. Chương trình tạo giao diện và tính toán dữ liệu vào
• Phụ lục 3: Các hệ số trong phương trình động lực học cho robot 6 bậc tự do
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Đề tài "Thiết kế tay máy" tập trung vào việc phát triển một mô hình robot gắp sản phẩm tại HCMUTE. Mô hình này không chỉ thể hiện khả năng tự động hóa trong sản xuất mà còn góp phần nâng cao hiệu quả công việc. Việc chế tạo mô hình tay máy giúp sinh viên có cơ hội thực hành và áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế. Đề tài này cũng phản ánh sự phát triển của công nghệ robot trong ngành cơ khí chế tạo máy, một lĩnh vực đang ngày càng được chú trọng tại Việt Nam.

1.1. Tầm quan trọng của đề tài

Việc thiết kế tay máy có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại. Sự thay thế sức lao động bằng máy móc không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Đặc biệt, trong ngành chế tạo máy, việc sử dụng robot gắp sản phẩm giúp giảm thiểu sai sót và tăng năng suất lao động. Đề tài này không chỉ mang lại lợi ích cho sinh viên mà còn cho các doanh nghiệp trong việc áp dụng công nghệ mới vào sản xuất.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết của đề tài bao gồm các khái niệm về công nghệ robot, hệ thống tự động và các phương pháp chế tạo mô hình tay máy. Các lý thuyết này sẽ được áp dụng để xây dựng mô hình tay máy có khả năng gắp sản phẩm một cách tự động. Việc nắm vững các kiến thức này là rất cần thiết để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả và chính xác. Các phương pháp tính toán động học và động lực học cũng sẽ được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế của tay máy.

2.1. Các khái niệm cơ bản

Các khái niệm như hệ thống tự động, công nghệ robot và kỹ thuật chế tạo sẽ được trình bày chi tiết. Hệ thống tự động là một phần không thể thiếu trong sản xuất hiện đại, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người. Công nghệ robot, đặc biệt là robot gắp sản phẩm, đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất đến y tế. Kỹ thuật chế tạo sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất và lắp ráp các linh kiện của tay máy.

III. Thiết kế và chế tạo mô hình

Quá trình thiết kế tay máy bao gồm nhiều bước từ việc lên ý tưởng, vẽ bản vẽ kỹ thuật đến việc chế tạo và lắp ráp. Mô hình tay máy được thiết kế với 6 bậc tự do, cho phép thực hiện nhiều thao tác khác nhau. Việc sử dụng phần mềm thiết kế như SolidWorks và AutoCAD sẽ giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan về quy trình thiết kế. Sau khi hoàn thành thiết kế, mô hình sẽ được chế tạo từ các vật liệu phù hợp để đảm bảo độ bền và tính năng hoạt động.

3.1. Quy trình thiết kế

Quy trình thiết kế bắt đầu từ việc xác định yêu cầu kỹ thuật và chức năng của tay máy. Sau đó, sinh viên sẽ tiến hành vẽ bản vẽ kỹ thuật và mô phỏng hoạt động của tay máy. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp kiểm tra tính khả thi của thiết kế trước khi tiến hành chế tạo thực tế. Các thông số kỹ thuật như kích thước, trọng lượng và khả năng gắp sản phẩm sẽ được xác định rõ ràng để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả.

IV. Thực nghiệm và đánh giá

Sau khi hoàn thành việc chế tạo, mô hình tay máy sẽ được thử nghiệm để đánh giá hiệu suất hoạt động. Các bài thử nghiệm sẽ được thực hiện để kiểm tra khả năng gắp sản phẩm và độ chính xác của tay máy. Kết quả thử nghiệm sẽ được phân tích để rút ra những bài học kinh nghiệm và cải tiến cho các mô hình sau này. Việc đánh giá hiệu suất không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất mà còn giúp nâng cao kỹ năng thực hành.

4.1. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm sẽ được ghi nhận và phân tích để đánh giá hiệu suất của tay máy. Các chỉ số như thời gian gắp sản phẩm, độ chính xác và khả năng chịu tải sẽ được xem xét. Những kết quả này sẽ giúp sinh viên có cái nhìn rõ hơn về hiệu quả của mô hình tay máy và những điểm cần cải thiện trong tương lai. Việc thực hiện các bài thử nghiệm cũng giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng phân tích và giải quyết vấn đề trong thực tế.

V. Kết luận và hướng phát triển

Đề tài "Thiết kế và chế tạo mô hình tay máy gắp sản phẩm" không chỉ mang lại kiến thức cho sinh viên mà còn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo máy tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ robot vào sản xuất sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc cải tiến mô hình tay máy, áp dụng công nghệ mới và mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

5.1. Đề xuất hướng phát triển

Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc nghiên cứu và phát triển các mô hình tay máy với nhiều chức năng hơn, áp dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo để nâng cao khả năng tự động hóa. Ngoài ra, việc hợp tác với các doanh nghiệp trong ngành chế tạo máy cũng sẽ giúp sinh viên có cơ hội thực hành và áp dụng kiến thức vào thực tế. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng đào tạo mà còn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa tại Việt Nam, việc ứng dụng robot tự động trong sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Theo ước tính, các dây chuyền sản xuất hiện đại đòi hỏi sự thay thế dần lao động thủ công bằng các hệ thống tay máy tự động có khả năng thực hiện các thao tác phức tạp với độ chính xác cao. Tuy nhiên, hiện nay Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế về số lượng và chất lượng sản phẩm robot thực tế, đặc biệt là trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo tay máy gắp sản phẩm.

Luận văn thạc sĩ "Thiết kế, chế tạo mô hình tay máy gắp sản phẩm" của tác giả Nguyễn Văn Đoàn tập trung nghiên cứu thiết kế và chế tạo một mô hình tay máy robot 6 bậc tự do, có khả năng nâng vật nặng tối đa 1kg với vận tốc tối đa 0.05 m/s. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 2/2006 đến tháng 9/2006 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhằm hoàn thiện kiến thức về tin học, điện tử, cơ khí và tự động hóa, đồng thời góp phần phát triển ngành công nghệ tự động hóa trong nước.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là hoàn thiện mô hình tay máy robot 6 bậc tự do với cấu trúc linh hoạt, thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển AT89S52, lập trình giao tiếp với phần mềm Matlab, và thực hiện thử nghiệm vận hành mô hình. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đào tạo kỹ thuật viên, sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy, đồng thời làm tiền đề cho các nhà máy, xí nghiệp ứng dụng robot trong sản xuất, góp phần nâng cao hiệu quả công nghiệp hóa hiện đại hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Ma trận chuyển đổi và biến đổi tọa độ: Sử dụng ma trận chuyển đổi tịnh tiến và xoay để mô tả vị trí và hướng của các khớp trong hệ thống tay máy 6 bậc tự do. Các ma trận này được xây dựng dựa trên các phép biến đổi quay quanh các trục X, Y, Z với các góc α, β, θ tương ứng.

• Mô hình Denavit-Hartenberg (DH): Áp dụng bộ thông số DH để thiết lập hệ tọa độ liên kết giữa các khớp, giúp mô tả chính xác vị trí và hướng của từng bậc tự do trong không gian 3 chiều.

• Ma trận Jacobi: Sử dụng ma trận Jacobi để tính toán vận tốc góc và vận tốc tuyến tính của các khớp, từ đó phân tích trạng thái vận tốc của tay máy.

• Phương trình Lagrange bậc hai: Áp dụng trong phân tích động lực học của robot, giúp xác định các lực và mô men tác động lên các khớp trong quá trình vận hành.

• Vi điều khiển AT89S52: Làm nền tảng cho thiết kế mạch điều khiển, với cấu trúc 8 bit, bộ nhớ Flash 8KB, 4 cổng I/O 8 bit, hỗ trợ giao tiếp nối tiếp UART, phù hợp cho việc điều khiển động cơ bước và giao tiếp với máy tính.

• Động cơ bước (Stepper Motor): Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu tạo và điều khiển động cơ bước loại biến đổi từ dẫn (VR) và động cơ bước hybrid, nhằm đảm bảo độ chính xác và ổn định trong chuyển động của tay máy.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập tài liệu chuyên ngành về robot công nghiệp, thiết kế mô hình, lập trình vi điều khiển, động học và động lực học robot, cũng như các tài liệu về động cơ bước và vi điều khiển 8051.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên ma trận chuyển đổi, mô hình DH, ma trận Jacobi và phương trình Lagrange để phân tích động học và động lực học của tay máy. Lập trình điều khiển bằng ngôn ngữ Assembly và C trên vi điều khiển AT89S52, giao tiếp với phần mềm Matlab để mô phỏng và điều khiển.

• Thiết kế và chế tạo: Thiết kế mô hình tay máy 6 bậc tự do với các chi tiết cơ khí được gia công chính xác, lắp ráp hoàn chỉnh. Thiết kế mạch điều khiển trung tâm, mạch điều khiển trung gian, card giao tiếp và mạch cảm biến.

• Thử nghiệm: Thực hiện lắp ráp và thử nghiệm các mạch điều khiển động cơ bước, kiểm tra giao tiếp với phần mềm Matlab, vận hành mô hình tay máy để đánh giá hiệu suất và độ chính xác.

• Timeline nghiên cứu:

  • Tháng 2/2006 - 3/2006: Tham khảo tài liệu và tính toán các thông số cơ bản.
  • Tháng 3/2006 - 6/2006: Thiết kế và chế tạo mô hình tay máy.
  • Tháng 6/2006 - 8/2006: Thử nghiệm và chế tạo mạch điều khiển, giao tiếp.
  • Tháng 8/2006 - 15/9/2006: Tổng kết và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế mô hình tay máy 6 bậc tự do: Mô hình có khả năng nâng vật nặng tối đa 1kg, vận tốc tối đa 0.05 m/s, với cấu trúc linh hoạt cho phép chuyển động theo mọi quỹ đạo trong vùng hoạt động. Kích thước chi tiết dao động trong khoảng 30x30x30 mm đến 60x60x60 mm, phù hợp cho ứng dụng đào tạo và nghiên cứu.

2. Phân tích động học và động lực học: Sử dụng ma trận DH và ma trận Jacobi, tính toán chính xác vị trí, vận tốc và lực tác động lên từng khớp. Kết quả cho thấy mô hình có độ ổn định cao, sai số vị trí dưới 2%, đảm bảo vận hành chính xác trong thực tế.

3. Thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển AT89S52: Mạch điều khiển trung tâm và trung gian hoạt động ổn định, giao tiếp hiệu quả với phần mềm Matlab qua cổng UART. Tốc độ truyền dữ liệu đạt 9600 bps, đáp ứng yêu cầu điều khiển thời gian thực.

4. Thử nghiệm vận hành mô hình: Mô hình tay máy hoạt động trơn tru, các động cơ bước được điều khiển chính xác theo các lệnh từ phần mềm. Thời gian đáp ứng trung bình dưới 100 ms, tỷ lệ thành công gắp sản phẩm đạt khoảng 95%.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các lý thuyết về biến đổi tọa độ, động học và động lực học robot kết hợp với vi điều khiển AT89S52 là phù hợp để thiết kế và chế tạo mô hình tay máy gắp sản phẩm có hiệu suất cao. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, mô hình này có cấu trúc đơn giản nhưng đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và linh hoạt trong chuyển động.

Việc sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và giao tiếp điều khiển giúp giảm thiểu thời gian thiết kế và thử nghiệm, đồng thời nâng cao tính khả thi của sản phẩm trong thực tế. Tuy nhiên, hạn chế về công suất động cơ bước và tốc độ vận hành còn là điểm cần cải tiến trong các nghiên cứu tiếp theo.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ vận tốc theo thời gian, bảng so sánh sai số vị trí giữa mô hình và lý thuyết, cũng như biểu đồ tỷ lệ thành công trong các lần thử nghiệm gắp sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cao công suất động cơ bước: Thay thế hoặc bổ sung động cơ bước công suất lớn hơn để tăng khả năng nâng vật nặng và tốc độ vận hành, nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng trong công nghiệp. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: các trung tâm nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất robot.

2. Phát triển phần mềm điều khiển tích hợp: Xây dựng phần mềm điều khiển giao diện thân thiện, tích hợp các thuật toán tối ưu hóa quỹ đạo và xử lý tín hiệu cảm biến, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu sai số. Thời gian: 9 tháng, chủ thể: nhóm phát triển phần mềm và kỹ sư tự động hóa.

3. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế, lập trình và vận hành robot cho sinh viên và kỹ thuật viên, đồng thời thúc đẩy chuyển giao công nghệ từ các trường đại học đến các nhà máy. Thời gian: liên tục, chủ thể: các trường đại học và cơ sở đào tạo nghề.

4. Đầu tư nghiên cứu vật liệu và công nghệ chế tạo mới: Nghiên cứu sử dụng vật liệu nhẹ, bền và công nghệ gia công chính xác để giảm trọng lượng mô hình, tăng độ bền và độ chính xác. Thời gian: 1-2 năm, chủ thể: viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ cao.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và giảng viên ngành Cơ khí chế tạo máy: Nghiên cứu mô hình tay máy robot 6 bậc tự do giúp nâng cao kiến thức thực tiễn về thiết kế, động học và điều khiển robot.

2. Kỹ sư tự động hóa và robot công nghiệp: Áp dụng các phương pháp thiết kế và điều khiển vi điều khiển trong phát triển hệ thống tay máy tự động, cải tiến dây chuyền sản xuất.

3. Doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp thiết bị tự động: Tham khảo để phát triển sản phẩm robot gắp sản phẩm phù hợp với nhu cầu sản xuất trong nước, giảm chi phí nhập khẩu.

4. Các trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ: Sử dụng làm cơ sở để mở rộng nghiên cứu về robot công nghiệp, phát triển các hệ thống điều khiển phức tạp hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình tay máy 6 bậc tự do có thể nâng vật nặng tối đa bao nhiêu?
   Mô hình được thiết kế để nâng vật nặng tối đa khoảng 1kg, phù hợp với các ứng dụng đào tạo và sản xuất nhẹ.

2. Vi điều khiển AT89S52 có ưu điểm gì trong điều khiển robot?
   AT89S52 có cấu trúc 8 bit, bộ nhớ Flash 8KB, 4 cổng I/O 8 bit, hỗ trợ giao tiếp UART, giúp điều khiển động cơ bước và giao tiếp máy tính hiệu quả với chi phí thấp.

3. Phần mềm Matlab được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Matlab được dùng để lập trình giao tiếp với vi điều khiển, mô phỏng chuyển động và tính toán các thông số động học, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển tay máy.

4. Động cơ bước loại nào được sử dụng trong mô hình?
   Mô hình sử dụng động cơ bước loại biến đổi từ dẫn (VR) và động cơ bước hybrid, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong chuyển động.

5. Sai số vị trí của mô hình tay máy khi vận hành là bao nhiêu?
   Sai số vị trí được kiểm soát dưới 2%, đảm bảo độ chính xác cao trong các thao tác gắp sản phẩm.

Kết luận

• Hoàn thiện thiết kế và chế tạo mô hình tay máy robot 6 bậc tự do với khả năng nâng vật nặng 1kg, vận tốc 0.05 m/s.
• Áp dụng thành công các lý thuyết về biến đổi tọa độ, động học, động lực học và điều khiển vi điều khiển AT89S52.
• Thiết kế mạch điều khiển và giao tiếp hiệu quả với phần mềm Matlab, đảm bảo vận hành ổn định và chính xác.
• Mô hình có ý nghĩa thực tiễn cao trong đào tạo kỹ thuật và ứng dụng sản xuất tự động hóa tại Việt Nam.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm nâng công suất động cơ, phát triển phần mềm điều khiển tích hợp, đào tạo nhân lực và nghiên cứu vật liệu mới.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các đơn vị đào tạo và doanh nghiệp nghiên cứu, ứng dụng mô hình để nâng cao năng lực sản xuất tự động hóa trong nước. Đầu tư phát triển công nghệ và nhân lực để thúc đẩy ngành robot Việt Nam phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN ĐOÀN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 1 0 9 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2006 Luan van BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ NGUYEÃN VAÊN ÑOAØN THIEÁT KEÁ, CHEÁ TAÏO MO HÌNH TAY MAÙY GAÉP SAÛN PHAÅM Chuyeân ngaønh : Cô khí cheá taïo maùy Maõ ngaønh : 605204 Hoïc vieân : KS. NGUYEÃN VAÊN ÑOAØN Höôùng daãn : TS LE HIEÁU GIANG TP. HOÀ CHÍ MINH – THAÙNG 9 NAÊM 2006 Luan van LÔØI CAÛM ÔN ™ Xin caûm ôn Ñaûng uûy, ban giaùm hieäu tröôøng Ñaïi hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Tp.

Hoà chí minh ñaõ taïo ñieàu kieän cho toâi theo hoïc lôùp Cao hoïc chuyeân ngaønh Cô Khí Cheá Taïo Maùy. ™ Xin caûm ôn quùy thaày, coâ ñaõ giaûng daïy lôùp cao hoïc Cô Khí khoùa 2004 – 2006 ñaõ taän tình trong giaûng daïy vaø cung caáp caùc kieán thöùc neàn taûng giuùp toâi hoaøn thaønh luaän vaên. ™ Xin caûm ôn thaày höôùng daãn TS LE HIEÁU GIANG ñaõ heát söùc nhieät tình trong quaù trình höôùng daãn toâi thöïc hieän luaän vaên naøy. ™ Xin caûm ôn giaûng vieân phaûn bieän ñaõ boû thôøi gian vaø coâng söùc ñeå ñoïc taäp luaän vaên vaø ñoùng goùp caùc yù kieán quùy baùu giuùp toâi hoaøn thieän luaän noäi dung cuûa luaän vaên.

™ Toâi xin göûi lôøi caûm ôn chaân thaønh ñeán cha meï toâi, ngöôøi ñaõ luoân luoân uûng hoä vaø taïo ñieàu kieän cho toâi hoïc taäp vaø hoaøn thieän luaän vaên. ™ Xin caûm ôn caùc ñoàng nghieäp, baïn beø ñaõ giuùp ñôõ toâi trong thôøi gian thöïc hieän luaän vaên. NGUYEÃN VAÊN ÑOAØN Luan van COÄNG HOAØ XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM Ñoäc laäp – Töï do – Haïnh phuùc * * * LYÙ LÒCH KHOA HOÏC I. Sô yeáu lyù lòch Hoï vaø teân : Nguyeãn Vaên Ñoaøn Nam, nöõ: Nam Ngaøy, thaùng, naêm sinh : 05 thaùng 06 naêm 1981 Nôi Sinh: Haûi Ñoâng - Haûi Haäu - Nam Haø.

Daân toäc : Kinh Toân giaùo: Thieân chuùa Hoä khaåu thöôøng truù: Baøu Caù – Traûng Bom – Ñoàng Nai Chöùc vuï, ngheà nghieäp vaø nôi laøm vieäc hieän nay: Giaùo vieân – Giaûng daïy taïi tröôøng Trung hoïc Kyõ thuaät Coâng nghieäp Ñoàng Nai. Ñaõ toát nghieäp ngaønh: Thieát keá maùy khoaù 99 naêm 2004 cuûa tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. Ngaøy tham gia vaøo ñoaøn TNCS HCM : 26 thaùng 3 naêm 1995 Thuoäc dieän chính saùch : Khoâng 2. Quaù trình hoïc taäp vaø laøm vieäc töø 15 tuoåi ñeán nay : Ngaøy, thaùng, Hoïc hoaëc ÔÛ ñaâu Thaønh tích hoïc naêm laøm vieäc gì taäp, laøm vieäc 1996 – 1999 Hoïc sinh Tröôøng PTTH Cö Juùt – Ñaêklaêk Hoïc löïc khaù 1999 – 2004 Sinh vieân Tröôøng Ñaïi hoïc SPKT – Tp.

HCM Hoïc löïc khaù 2004 – nay Hoïc vieân Tröôøng Ñaïi hoïc SPKT – Tp. HCM Hoïc löïc khaù 2004 – nay Giaùo vieân Tröôøng TH – KT – CN – Ñoàng Nai 3. Khen thöôûng – Kyû luaät a. Khen thöôûng  Khen thöôûng, Huy chöông : khoâng  Baèng khen töø caáp tænh : khoâng b.

Kyû luaät : khoâng II. PHAÀN GIA ÑÌNH Hoï vaø teân cha : Nguyeãn Troïng Ñoaït Sinh naêm : 1947 Ngheà nghieäp : Noâng daân Hoï vaø teân meï : Nguyeãn Thò Hieân Sinh naêm : 1952 Ngheà nghieäp : Noâng daân Hoï vaø teân anhn chò em ruoät : 1. Chò Nguyeãn Thò Bình Sinh naêm : 1975 Ngheà nghieäp : laøm noâng 2. Chò Nguyeãn Thò Hoøa Sinh naêm : 1978 Ngheà nghieäp : laøm noâng Luan van 3.

Em Nguyeãn Thò Huyeàn Sinh naêm : 1984 Ngheà nghieäp : hoïc sinh 4. Em Nguyeãn Tuaán Anh Sinh naêm : 1991 Ngheà nghieäp : hoïc sinh III. TÖÏ NHAÄN XEÙT BAÛN THAÂN 1. Phaåm chaát, ñaïo ñöùc baûn thaân  Phaåm chaát : toát  Ñaïo ñöùc : toát 2.

Naêng löïc vaø sôû tröôøng  Naêng löïc : laøm vieäc ñoäc laäp  Sôû tröôøng : Nghieân cöùu khoa hoïc IV. LÔØI CAM ÑOAN Toâi xin cam ñoan nhöõng lôøi khai treân laø ñuùng söï thaät, neáu coù ñieàu gì sai traùi toâi xin chòu hoaøn toaøn traùch nhieäm tröôùc phaùp luaät. Xaùc nhaän cuûa ñôn vò hieän ñang coâng taùc Bieân hoøa, ngaøy 22 thaùng 11 naêm 2006 Ngöôøi khai kyù teân Nguyeãn Vaên Ñoaøn Luan van MUÏC LUÏC Noäi dung Trang CHÖÔNG I : DAÃN NHAÄP 1. Ñaët vaán ñeà.

Taàm quan troïng cuûa ñeà taøi. Ñieåm môùi cuûa ñeà taøi. Giôùi haïn ñeà taøi. Muïc ñích nghieân cöùu.

Phöông phaùp nghieân cöùu. Thôøi gian nghieân cöùu. 3 chöông 2 : Cô sôû lyù luaän 2. Söï xuaát hieän cuûa thuaät ngöõ robot vaø tình hình nghieân cöùu söû duïng robot cuûa caùc nöôùc treân theá giôùi.

Tình hình phaùt trieån cuûa robot ôû Vieät Nam. Nhu caàu thöïc teá veà vaán ñeà söû duïng robot trong söï nghieäp CNH-HÑH ôû nöôùc ta. Nhöõng coâng vieäc ñoøi hoûi neân ñöa vaøo söû duïng caùc cô caáu robot. Caùc loaïi robot trong coâng nghieäp vaø phaïm vi öùng duïng cuûa töøng loaïi.

Robot Scara 4 baäc töï do. Moät soá khoù khaên khi tính toaùn vaø cheá taïo robot ôû nöôùc ta trong giai ñoaïn hieän nay. Cô sôû lyù thuyeát veà ma traän chuyeån, phöông trình cô baûn cuûa robot. Ma traän chuyeån ñoåi tònh tieán giöõa hai toaï ñoä.

Ma traän bieán ñoåi xoay giöõa hai toaï ñoä. Ma traän bieán ñoåi xoay quay caùc truïc ñaëc bieät. Ma traän bieán ñoåi khi xoay heä truïc toaï ñoä OX1Y1Z1 quanh truïc X moät goùc α so vôùi heä truïc toaï ñoä OXYZ. Ma traän bieán ñoåi khi xoay heä truïc toaï ñoä OX1Y1Z1 quanh truïc Y moät goùc β so vôùi heä truïc toaï ñoä OXYZ.

Ma traän bieán ñoåi khi xoay heä truïc toaï ñoä OX1Y1Z1 quanh truïc Z Luan van moät goùc θ so vôùi heä truïc toaï ñoä OXYZ. Boä thoâng soá DH(Denavit. Thieát laäp heä truïc toaï ñoä. Moâ hình bieán ñoåi.

Phöông trình ñoäng hoïc. Cô sôû lyù thuyeát veà ma traän Jacobi. Phöông trình Lagarange baäc II öùng duïng trong phaân tích ñoäng löïc hoïc cho robot. Cô sôû lyù thuyeát veà hoï vi xöû lyù 8051.

Giôùi thieäu chung. Caáu Truùc AT89S52. Sô ñoà khoái. Sô ñoà chaân.

Caáu truùc cuûa vuøng Ram. Ngoân ngöõ ñieàu khieån. Keát noái vôùi maùy tính. Caáu truùc coång xuaát nhaäp vaø moâ taû chöùc naêng caùc chaân treân vi ñieàu khieån.

Giôùi thieäu caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô böôùc. Nguyeân taéc hoaït ñoäng chung cuûa ñoäng cô böôùc. Nguyeân taéc hoïat ñoäng cuûa ñoäng cô böôùc daïng töø daãn thay ñoåi. Ñieàu khieån ñoäng cô böôùc.

Cô sôû lyù thuyeát veà giao tieáp maùy tính.Caùc phöông phaùp giao tieáp .Caùc hình thöùc giao tieáp treân maùy tính. Tieâu chuaån giao tieáp coång noái tieáp. Chöùc naêng cuûa caùc chaân treân caùc coång giao tieáp. Phöông phaùp keát noái.

Nguyeân lyù truyeàn döõ lieäu. Khaùi quaùt veà giao tieáp noái tieáp trong matlab. Trình töï thöïc hieän giao tieáp giöõa thieát bò vôùi coång noái tieáp. 47 Chöông III: Choïn sô ñoà cô caáu, tính toaùn ñoäng hoïc vaø ñoäng löïc hoïc cho robot 6 baäc töï do.

Choïn sô ñoà keát caáu cho robot 6 baäc töï do. Caùc kích thöôùc ban ñaàu. Tính toaùn ñoäng hoïc thuaän cho robot 6 baäc töï do.2 Sô ñoà cuûa robot gaép saûn phaåm, boä thoâng soá DH. Phaân tích ñoäng hoïc thuaän cho robot.

Phaân tích ñoäng hoïc ngöôïc cho robot. ÖÙng duïng ma traän Jacobi quay vít ñeå tính toaùn vaän toác cho caùc khôùp vaø boä taùc ñoäng cuoái. Tính toaùn ñoäng löïc hoïc cho robot 6 baäc töï do. Tính beàn cho toaøn boä cô caáu döïa treân cô sôû tónh hoïc.

Kieåm tra ñoäng löïc hoïc cho tay maùy khi ñang thöïc hieän nhieäm vuï. 72 Chöông IV: Thieát keá boä ñieàu khieån vaø chöông trình giao tieáp maùy tính. Phaân tích boä ñieàu khieån tay maùy.2 Thieát keá maïch ñieän cho caùc boä giaûi maõ. Sô ñoà maïch ñieän ñieàu khieån vi böôùc.

Thieát keá maïch ñieàu khieån chính. Thieát keá maïch ñieàu khieån chính. Thieát keá maïch xöû lyù tín hieäu töø caûm bieán. Sô ñoà maïch ñieän xöû lyù tín hieäu caûm bieán.

Thieát keá giao dieän ñieàu khieån. Xöû lyù soá lieäu nhaäp. Giao dieän ñieàu khieån. Trình töï laäp trình hoaït ñoäng cho tay maùy.

Moâ phoûng hoaït ñoäng. Giôùi thieäu veà phaàn meàm Solid edge. Giôùi thieäu veà phaàn meàm Visual Natran. Thuaät toaùn ñieàu khieån cho robot gaép saûn phaåm.

87 Chöông V: Thöïc Nghieäm. Cheá taïo caùc boä giaûi maõ. Sô ñoà maïch in. Sô ñoà thöïc teá.

Cheá taïo boä ñieàu khieån trung taâm, Boä ñieàu khieån trung gian vaø card giao tieáp. Sô ñoà maïch in. Sô ñoà thöïc teá. Cheá taïo maïch caûm bieán.

Sô ñoà maïch in. Sô ñoà thöïc teá. Caáu taïo boä ñieàu khieån vaø moâ hình thöïc teá. Giaûi quyeát moät baøi toaùn thöïc teá.

92 Chöông VI: Keát luaän vaø höôùng phaùt trieån. Höôùng phaùt trieån cuûa ñeà taøi. Chöông trình vieát cho boä ñieàu khieån trung taâm vaø boä ñieàu khieån trung gian. Chöông trình vieát cho boä ñieàu khieån trung taâm.

Chöông trình vieát cho boä ñieàu khieån trung gian 1. Chöông trình vieát cho boä ñieàu khieån trung gian 2. 113 Phuï luïc 2: Thuaät toaùn ñieàu khieån ñoäng cô vi böôùc, chöông trình vieát cho vi böôùc baèng hôïp ngöõ vaø chöông trình matlab tính toaùn caùc döõ lieäu vaøo. Thuaät toaùn ñieàu khieån vi böôùc.

Chöông trình ñieàu khieån vi böôùc. Chöông trình taïo giao dieän vaø tính toaùn döõ lieäu vaøo. 123 Phuï luïc 3: Caùc heä soá trong phöông trình ñoäng löïc hoïc cho robot 6 baäc töï do. 134 Taøi lieäu tham khaûo 141 Luan van LUAÄN VAÊN THAÏC SYÕ KYÕ SÖ : NGUYEÃN VAÊN ÑOAØN CHÖÔNG I DAÃN NHAÄP 1.

Ñaët vaán ñeà Hieän nay tình hình robot treân theá giôùi ñang ôû ñænh cao cuûa söï phaùt trieån, vieäc öùng duïng robot trong nhieàu lónh vöïc khaùc nhau cuûa ñôøi soáng ñöôïc theå hieän roõ reät. Nhu caàu thay theá daàn caùc coâng vieäc cuûa con ngöôøi baèng caùc tay maùy coù chöùc naêng töông töï ñaõ vaø ñang tieáp tuïc ñöôïc thöïc hieän, Trong khi ñoù, söï tieáp caän veà lónh vöïc naøy ôû Vieät Nam tính ñeán nay vaãn coøn raát nhieàu haïn cheá, chuùng ta thieáu caû veà soá löôïng cuõng nhö chaát löôïng caùc saûn phaåm robot thöïc teá, thieáu veà caùc taøi lieäu tính toaùn, veà thieát bò ñieàu khieån cuõng nhö coâng ngheä cheá taïo saûn phaåm robot hoaøn chænh.