Luận văn về thiết kế và điều khiển tay máy gắp thùng carton lên pallet

Luận văn nghiên cứu thiết kế và điều khiển tay máy gắp thùng carton, tối ưu hóa quy trình sắp xếp lên pallet hiệu quả và chính xác.

• Tác giả: NGUYỄN NGỌC LONG
• Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN DUY ANH
• Trường học: Trường ĐH Công Nghệ TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP CÁC THÙNG CARTON SẮP XẾP LÊN PALLET
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về robot
• 1.2. Cấu trúc cơ bản của tay máy công nghiệp
• 1.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và tổ chức luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ CỦA ROBOT IRB6600
• 2.1. Giới thiệu chương trình RobotStudio
• 2.2. Các bước lập trình bằng phần mềm RobotStudio
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ROBOT 5 BẬC TỰ DO
• 3.1. Tổng quan về robot 5 bậc tự do sử dụng trong luận văn
• 3.2. Thiết kế tay gắp
• 3.3. Sơ lược động học vị trí của robot
• 3.4. Thiết kế nạch điện
• 3.5. Mạch điều khiển
• 3.6. Giao diện điều khiển
• 4. CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ROBOT GẮP VẬT
• 4.1. Bài toán điều khiển
• 4.2. Quỹ đạo chuyển động
• 4.3. Hoạch định quỹ đạo
• 4.4. Phương pháp điều khiển
• 4.5. Giải thuật điều khiển
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 5.1. Quá trình thực nghiệm
• 5.2. Đánh giá sai số
• 6. CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 6.1. Đánh giá kết quả đạt được
• 6.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế tay máy

Thiết kế tay máy là một phần quan trọng trong việc phát triển robot công nghiệp. Mô hình tay máy gắp thùng carton cần phải được tối ưu hóa để thực hiện các thao tác chính xác và hiệu quả. Việc thiết kế này không chỉ bao gồm cấu trúc cơ khí mà còn phải tính đến các yếu tố như cảm biến, mạch điều khiển và hệ thống dẫn động. Các tay máy hiện đại thường được trang bị nhiều bậc tự do, cho phép thực hiện các chuyển động phức tạp. Theo nghiên cứu, việc tối ưu hóa thiết kế tay máy có thể giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất. "Thiết kế tay máy không chỉ là việc tạo ra một mô hình vật lý, mà còn là việc lập trình và điều khiển để đạt được hiệu quả tối ưu trong sản xuất."

1.1. Cấu trúc cơ bản của tay máy

Cấu trúc của tay máy bao gồm các khâu khớp, cổ tay và bàn tay. Mỗi phần đều có vai trò riêng trong việc thực hiện các thao tác gắp thùng carton. Hệ thống dẫn động có thể là cơ khí, thủy khí hoặc điện khí, giúp tạo ra chuyển động cho các khớp. Hệ thống cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc nhận biết môi trường và điều chỉnh hoạt động của tay máy. "Một tay máy hiệu quả cần phải có sự kết hợp hoàn hảo giữa cơ khí và điện tử để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp."

II. Quy trình gắp thùng carton lên pallet

Quy trình gắp thùng carton lên pallet bao gồm nhiều bước từ nhận diện thùng carton đến việc sắp xếp chúng lên pallet. Robot công nghiệp sẽ sử dụng các cảm biến để xác định vị trí và trạng thái của thùng carton. Sau đó, thông qua giải thuật điều khiển, robot sẽ thực hiện các thao tác gắp và di chuyển thùng carton đến vị trí đã định. Việc tự động hóa quy trình này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu rủi ro cho người lao động. "Tự động hóa quy trình gắp thùng carton không chỉ nâng cao năng suất mà còn đảm bảo an toàn cho người lao động."

2.1. Tự động hóa quy trình

Tự động hóa quy trình gắp thùng carton lên pallet là một trong những ứng dụng quan trọng của robot công nghiệp. Việc này giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất. Các giải pháp logistics hiện đại thường tích hợp các hệ thống tự động để tối ưu hóa quy trình. "Tự động hóa không chỉ là xu hướng mà còn là yêu cầu thiết yếu trong sản xuất hiện đại."

III. Giải pháp và ứng dụng thực tiễn

Giải pháp thiết kế và điều khiển tay máy gắp thùng carton lên pallet có thể được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Việc sử dụng robot công nghiệp giúp tăng cường hiệu quả và giảm thiểu chi phí lao động. Các ứng dụng này không chỉ giới hạn trong ngành sản xuất mà còn có thể mở rộng sang các lĩnh vực khác như logistics và quản lý kho. "Giải pháp này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ."

3.1. Tính khả thi và triển vọng

Tính khả thi của việc áp dụng tay máy gắp thùng carton trong sản xuất hiện nay rất cao. Với sự phát triển của công nghệ, các giải pháp tự động hóa ngày càng trở nên dễ tiếp cận và hiệu quả hơn. Triển vọng trong tương lai cho thấy rằng việc tích hợp robot vào dây chuyền sản xuất sẽ trở thành xu hướng chủ đạo. "Triển vọng phát triển của công nghệ robot trong sản xuất là rất lớn, mở ra nhiều cơ hội cho các doanh nghiệp."

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc tự động hóa các khâu sản xuất đóng vai trò then chốt trong nâng cao năng suất và giảm thiểu lao động thủ công. Theo báo cáo của ngành, trọng lượng trung bình của các thùng carton thành phẩm trong dây chuyền sản xuất là khoảng 25 kg, việc sử dụng sức người để nâng và sắp xếp các thùng này lên pallet không chỉ gây tốn sức mà còn tiềm ẩn nguy cơ tổn thương cột sống lưng cho công nhân. Nhu cầu cấp thiết là phát triển một hệ thống tay máy robot công nghiệp có khả năng tự động gắp và sắp xếp các thùng carton lên pallet một cách chính xác và hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và điều khiển một mô hình tay máy robot 5 bậc tự do, có khả năng gắp các thùng carton thành phẩm và sắp xếp chúng lên pallet theo thứ tự lớp thùng được lập trình sẵn. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng bộ điều khiển quỹ đạo cho cánh tay robot, mô phỏng động học và giải thuật tối ưu hóa đường đi của robot nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 8/2014 đến tháng 7/2015 tại xưởng sản xuất của Công Ty TNHH Giải Pháp Tự Động Hóa TECHKING, Thành phố Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện rõ qua việc giảm thiểu sức lao động thủ công, tăng năng suất lao động và bảo vệ sức khỏe người lao động. Việc ứng dụng robot trong khâu gắp và sắp xếp thùng carton không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn mở ra hướng phát triển cho các dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: động học robot và điều khiển quỹ đạo. Động học robot được áp dụng để mô hình hóa chuyển động của tay máy 5 bậc tự do, bao gồm động học thuận và động học nghịch nhằm xác định vị trí và góc quay của các khớp robot trong không gian 3 chiều. Phương pháp Denavit-Hartenberg được sử dụng để thiết lập hệ tọa độ và các tham số chuyển đổi giữa các khâu của robot.

Khái niệm chính bao gồm:

• Bậc tự do (DOF): Số trục chuyển động độc lập của robot, trong nghiên cứu là 5 bậc tự do.
• End-effector: Bộ phận cuối cùng của robot thực hiện thao tác gắp.
• Quỹ đạo chuyển động: Đường đi mà end-effector di chuyển trong không gian.
• Động cơ servo: Loại động cơ được chọn để điều khiển các khớp robot nhờ khả năng điều khiển vòng kín, đảm bảo độ chính xác và tốc độ cao.
• Giao tiếp CAN: Mạng truyền thông nội bộ giữa các vi điều khiển trong hệ thống điều khiển robot, đảm bảo độ tin cậy và chống nhiễu cao.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ quá trình thực nghiệm tại xưởng sản xuất của Công Ty TNHH Giải Pháp Tự Động Hóa TECHKING, kết hợp với mô phỏng trên phần mềm RobotStudio của hãng ABB. Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình tay máy robot 5 bậc tự do được thiết kế và chế tạo thực nghiệm, sử dụng động cơ servo DC của hãng Harmonic Driver với nguồn cấp 24V và encoder độ phân giải 200 xung/vòng.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Mô phỏng động học vị trí và quỹ đạo chuyển động bằng RobotStudio.
• Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển vi điều khiển PIC18F4680, giao tiếp qua chuẩn CAN và RS232.
• Xây dựng giải thuật điều khiển quỹ đạo và thuật toán tối ưu hóa đường đi của robot.
• Thực nghiệm kiểm chứng sai số và hiệu quả vận hành mô hình robot.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 8/2014 đến tháng 7/2015, bao gồm các giai đoạn thiết kế cơ khí, mô phỏng, lập trình điều khiển, chế tạo mạch điện và thực nghiệm đánh giá.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế tay máy robot 5 bậc tự do: Mô hình robot được thiết kế với 3 bậc tự do cho phần tay máy và 2 bậc tự do cho phần cổ tay, đảm bảo khả năng điều khiển vị trí và hướng của end-effector. Kích thước các khâu lần lượt là L1 = 152 mm, L2 = 120 mm, L3 = 43 mm, với góc giới hạn các khớp từ 45° đến 360° tùy khớp.

2. Lựa chọn động cơ servo cho các khớp: Động cơ servo DC được chọn nhờ khả năng điều khiển vòng kín, tốc độ cao và độ chính xác tốt. Moment cần thiết để kẹp giữ vật là 2,61 N.mm, trong khi động cơ MG996R có moment 981 N.mm, đảm bảo lực kẹp chắc chắn và ổn định.

3. Mạch điều khiển và giao tiếp: Hệ thống sử dụng vi điều khiển PIC18F4680 với giao tiếp CAN để truyền nhận tín hiệu giữa các vi điều khiển, đảm bảo độ chính xác và chống nhiễu trong điều khiển thời gian thực. Giao tiếp RS232 được sử dụng để kết nối với máy tính, thuận tiện cho việc lập trình và giám sát.

4. Hiệu quả thực nghiệm: Qua 5 lần lặp lại thực nghiệm gắp khối lập phương, sai số lắp vật trung bình là 2,6 mm, cho thấy độ chính xác của hệ thống trong phạm vi chấp nhận được cho ứng dụng công nghiệp. Mô phỏng quỹ đạo chuyển động trên RobotStudio cho thấy đường đi của robot được tối ưu hóa, tránh va chạm và đảm bảo tốc độ vận hành phù hợp với băng tải.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của thành công trong thiết kế là việc lựa chọn động cơ servo phù hợp với yêu cầu về moment và tốc độ, kết hợp với giải thuật điều khiển quỹ đạo tối ưu. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, sai số 2,6 mm là mức chấp nhận được, tương đương hoặc tốt hơn một số hệ thống robot công nghiệp tương tự.

Việc sử dụng phần mềm RobotStudio giúp mô phỏng chính xác quỹ đạo và phát hiện xung đột, giảm thiểu rủi ro khi đưa hệ thống vào vận hành thực tế. Hệ thống mạch điều khiển với giao tiếp CAN đảm bảo tính ổn định và khả năng mở rộng trong tương lai.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ dừng lại ở việc thay thế sức lao động thủ công mà còn mở ra hướng phát triển cho các dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn, giảm thiểu sai sót và tăng năng suất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng thực tế trong dây chuyền sản xuất: Áp dụng mô hình tay máy robot 5 bậc tự do vào các nhà máy có quy mô vừa và lớn để thay thế công đoạn gắp và sắp xếp thùng carton, nhằm giảm thiểu sức lao động và tăng năng suất. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 6-12 tháng, chủ thể là bộ phận kỹ thuật và quản lý sản xuất.

2. Nâng cấp hệ thống điều khiển và giao tiếp: Tích hợp thêm các cảm biến lực và camera để nâng cao khả năng nhận biết và điều chỉnh lực kẹp, đồng thời cải thiện độ chính xác trong quá trình vận hành. Thời gian nghiên cứu và phát triển khoảng 12 tháng, do phòng R&D đảm nhiệm.

3. Phát triển giải thuật tối ưu hóa quỹ đạo nâng cao: Áp dụng các thuật toán học máy hoặc thuật toán tối ưu đa mục tiêu để cải thiện hiệu quả quỹ đạo, giảm thời gian di chuyển và tiêu hao năng lượng. Chủ thể thực hiện là nhóm nghiên cứu công nghệ tự động hóa, thời gian 9-12 tháng.

4. Đào tạo và nâng cao kỹ năng vận hành cho nhân viên: Tổ chức các khóa đào tạo vận hành và bảo trì hệ thống robot cho công nhân và kỹ thuật viên nhằm đảm bảo vận hành ổn định và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm, do phòng nhân sự phối hợp với nhà cung cấp thiết bị thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư tự động hóa và cơ điện tử: Luận văn cung cấp kiến thức thiết kế và điều khiển tay máy robot 5 bậc tự do, giúp họ phát triển các hệ thống robot công nghiệp tương tự hoặc nâng cao.

2. Doanh nghiệp sản xuất và chế biến: Các nhà quản lý và kỹ thuật viên trong ngành sản xuất có thể áp dụng giải pháp robot gắp thùng carton để nâng cao năng suất và giảm chi phí lao động.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ điện tử: Tài liệu nghiên cứu chi tiết về động học robot, thiết kế cơ khí và mạch điều khiển vi điều khiển, phù hợp làm tài liệu tham khảo và đề tài nghiên cứu.

4. Nhà phát triển phần mềm điều khiển robot: Các lập trình viên và nhà nghiên cứu có thể tham khảo giải thuật điều khiển quỹ đạo và mô phỏng RobotStudio để phát triển các ứng dụng điều khiển robot chính xác hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn robot 5 bậc tự do cho ứng dụng này?
   Robot 5 bậc tự do đủ để điều khiển vị trí và hướng của end-effector trong không gian 3 chiều, phù hợp với yêu cầu gắp và sắp xếp thùng carton có kích thước và trọng lượng nhất định, đồng thời giảm chi phí và độ phức tạp so với robot nhiều bậc hơn.

2. Động cơ servo có ưu điểm gì so với động cơ bước trong hệ thống này?
   Động cơ servo có vòng điều khiển kín, tránh hiện tượng trượt bước, hoạt động ổn định ở tốc độ cao và có moment lớn, phù hợp với yêu cầu kẹp giữ vật chắc chắn và di chuyển nhanh của tay máy.

3. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác trong quá trình gắp thùng carton?
   Độ chính xác được đảm bảo nhờ mô phỏng quỹ đạo trên phần mềm RobotStudio, sử dụng động cơ servo có encoder độ phân giải cao, và thiết kế cơ cấu tay kẹp có lực kẹp đủ lớn, đồng thời kiểm soát sai số qua thực nghiệm với sai số trung bình khoảng 2,6 mm.

4. Giao tiếp CAN có vai trò gì trong hệ thống điều khiển?
   Giao tiếp CAN giúp truyền nhận tín hiệu giữa các vi điều khiển trong hệ thống một cách ổn định, chống nhiễu tốt và hỗ trợ điều khiển thời gian thực, đảm bảo đồng bộ chuyển động của các khớp robot.

5. Có thể mở rộng hệ thống robot này cho các ứng dụng khác không?
   Có thể, thiết kế mô hình và giải thuật điều khiển có tính mở, có thể tích hợp thêm cảm biến và nâng cấp phần mềm để ứng dụng cho các nhiệm vụ khác như lắp ráp, hàn hoặc vận chuyển trong dây chuyền sản xuất tự động.

Kết luận

• Thiết kế thành công mô hình tay máy robot 5 bậc tự do với khả năng gắp và sắp xếp thùng carton 25 kg lên pallet theo quỹ đạo lập trình sẵn.
• Lựa chọn động cơ servo DC và cơ cấu tay kẹp tay quay con trượt đảm bảo lực kẹp chắc chắn và độ chính xác cao.
• Hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển PIC18F4680 với giao tiếp CAN và RS232, đảm bảo truyền tín hiệu ổn định và thời gian thực.
• Thực nghiệm cho thấy sai số lắp vật trung bình là 2,6 mm, phù hợp với yêu cầu công nghiệp.
• Hướng phát triển tiếp theo là nâng cấp giải thuật điều khiển, tích hợp cảm biến và mở rộng ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn.

Để tiếp tục phát triển, đề nghị các đơn vị sản xuất và nghiên cứu phối hợp triển khai ứng dụng thực tế, đồng thời đầu tư nghiên cứu nâng cao giải thuật và hệ thống điều khiển nhằm tối ưu hóa hiệu quả sản xuất. Hãy bắt đầu hành trình tự động hóa ngay hôm nay để nâng cao năng lực cạnh tranh và bảo vệ sức khỏe người lao động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 1.1 Giới thiệu sơ lƣợc về robot Khoa học công nghệ đã và đang từng bước thay đổi cuộc sống của chúng ta, với sự phát triển không ngừng của khoa học, con người đã và đang biến những điều không thể thành có thể.

Một trong số những phát minh lớn nhất mà chúng ta đã tạo ra chính là những con Robot. Với những Robot đủ lĩnh vực và kích cỡ, chúng ta có thể thực hiện được nhiều việc nặng nhọc hơn, tỉ mỉ hơn và nhất là tăng hiệu quả công việc một cách nhanh chóng.1: Robot hàn trong công nghiệp. Ngày nay, ngành công nghiệp chiếm một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế của mỗi quốc gia. Từ những ngành sản xuất, chế biến lương thực thực phẩm, nước uống cho đến các ngành công nghệ chế tạo máy, công nghệ chế tạo ôtô, các ngành công nghệ cao.

Tất cả những ngành đó ngày càng phát triển đòi hỏi nhu cầu về nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm. 2 Robot công nghiệp có khả năng chương trình hóa linh hoạt trên nhiều trục chuyển động, biểu thị cho số bậc tự do của chúng .