CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG thước dài rộng cao sẽ được tiến hành xử lý, sau đó gởi tọa độ cho robot để thực hiện hút các phôi. Thứ nhất: Gắp vật tại một vị trí cố định trên mặt phẳng. Cụ thể khi đặt vật trên mặt phẳng và ở vị trí xác định trước, cho robot chạy động học nghịch đến gắp. Thứ hai: Gắp vật tại một vị trí cố định trên mặt phẳng.
Cụ thể khi đặt vật trên mặt phẳng và xử dụng camera để xử lý ảnh, tính toán tọa độ trong không gian, sau đó gửi tọa độ đó xuống vi điều khiển, chạy động học nghịch đến gắp. Thứ ba: Gắp vật tại một vị trí đã bị thay đổi vị trí và giữa nhiều vật trong mặt phẳng. Cụ thể khi đặt nhiều vật trên mặt phẳng, xử lý ảnh xác định tọa độ các vật, sau đó tác động vào vị trí cảu vật đó, xử lý ảnh lại và cập nhật vị trí mới của vật, đặt vật trên mặt phẳng và xử dụng camera để xử lý ảnh, tính toán tọa độ trong không gian, sau đó gửi tọa độ đó xuống vi điều khiển, chạy động học nghịch đến gắp. Nội dung thực hiện: - Thiết kế, tính toán phương trình động học, quy hoạch quỹ đạo cho cánh tay máy 4 bậc tự do đồng thời kiểm chứng trên mô phỏng và chạy thực tế.
- Thi công một hệ thống phần cứng và lập trình phần mềm điều khiển robot bốn bậc tự do để thực hiện ý tưởng nghiên cứu của đề tài. - Tìm hiểu về thuật toán xử lý ảnh xác định vật qua camera sử dụng thư viện opencv. - Kết hợp thành công phần cơ khí của robot và phần xử lý ảnh.3 Giới hạn đề tài Trong khuôn khổ đề tài này, chỉ xét và nghiên cứu: - Quỹ đạo quy hoạch là một quỹ đạo bậc đa thức, cụ thể là đa thức bậc 3 và quy hoặc điểm điểm, không phải là một quỹ đạo tối ưu như quỹ đạo hình thang đi qua nhiều điểm, quỹ đạo đa thức bậc cao, do đó sẽ ảnh hưởng đến kết quả hoạt động của robot. - Hình dạng phôi hàng chỉ giới là hình khối đơn giản và số lượng loại hình dạng khác nhau chỉ là hai.
- Đề tài sử dụng camera điện thoại để đưa dữ liệu hình ảnh về máy tính xử lý nên trong quá trình kết nối có thể bị gián đoạn ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thống. - Xử lý ảnh sử dụng python bằng thư việc OpenCV nên thuật toán sẽ chưa được tối ưu nhất. Khung hình trả ra từ xử lý ảnh chỉ từ 10-20fps nên sẽ rất dễ bị bắt trượt khung hình sẽ dẫn tới robot gắp vật sẽ có sai số. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG - Mô hình sử dụng động cơ bước, phần cơ khí phải đo đạc lại bằng tay nên khi hoạt động nhiều lần sẽ tích lũy sai số.4 Phương pháp nghiên cứu: Phân tích toán học: - Tính toán so sánh kết quả với các bài báo khoa học Phân tích mô phỏng: - Quan sát mô phỏng, đánh giá khách quan.
- Dựa vào mô phỏng đánh giá với thực tế. Phân tích thí nghiệm: - Sử dụng mô hình thực tế để đánh giá và so sánh tính hiệu quả các phương pháp đề xuất.5 Nội dung đề tài Phần còn lại của đề tài có nội dung như sau: Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Ở chương này, trình bày tổng quan về cánh tay máy trong công nghiệp, phân loại cánh tay máy công nghiệp theo cơ cấu cơ khí. Trình bày phương pháp tính toán động học, áp dụng đối với hệ cánh tay máy.
Đưa ra tổng quan về các phương pháp quy hoạch quỹ đạo điều khiển cánh tay robot bốn bậc tự do. Đồng thời nêu ra giải thuật xử lý ảnh đo kích thước và xác định tọa độ phôi hàng. Chương 3: Tính toán và áp dụng phương pháp điều khiển cho hệ thống. Từ phương pháp tính toán đã được trình bày trong chương 2, chương này trình bày cách đặt trục, nêu ra các bước để tính toán động học, vận tốc, và phương trình quy hoạch quỹ đaọ để áp dụng cho mô hình cánh tay máy bốn bậc tự do.
Chương 4: Mô phỏng kiểm chứng hệ thống. Trong chương này, đưa ra yêu cầu thiết kế cho hệ thống, đồng thời thiết kế cho chương trình mô phỏng hệ thống để kiểm chứng kết quả tính toán động học, dựa trên MATLAB Simscape Multibody. Ngoài ra, thiết kế mô phỏng các phương trình quy hoạch quỹ đạo để kiểm chứng để từ đó áp dụng vào mô hình thực tế. Chương 5: Thiết kế và thi công hệ thống.
Trong chương này, trình bày yêu cầu thiết kế của hệ thống, phân tích sơ đồ khối hệ thống, chức năng các khối trong hệ thống, lựa chọn thiết bị phù hợp và đưa ra sơ đồ nối dây của hệ thống. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài. Ở chương này, em trình bày về các kết quả đã thực hiện dựa trên mô phỏng và tế. Nhìn vào các mục tiêu, kết quả đạt được từ việc mô phỏng trên matlab và chạy BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG thực tế đưa ra các hạn chế mà em còn thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài, đồng thời đề xuất các hướng phát triển có thể thực hiện cho đề tài trong tương lai.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ở chương này, trình bày tổng quan về cánh tay máy trong công nghiệp, phân loại cánh tay máy công nghiệp theo cơ cấu cơ khí. Trình bày phương pháp tính toán động học, áp dụng đối với hệ cánh tay máy. Đưa ra tổng quan về các phương pháp quy hoạch quỹ đạo điều khiển cánh tay robot bốn bậc tự do.
Đồng thời nêu ra giải thuật xử lý ảnh đo kích thước và xác định tọa độ phôi hàng.1 Tổng quan về cánh tay máy công nghiệp Nhờ sự phát triển của máy tính, năm 1965, George C. Devol (Mỹ, 1912-2011) và Josheph F. Robot Unimate được dung để lấy liệu ra khỏi máy dập khuôn của hang General Motor vào năm 1916. Các công ty sản xuất ô tô bắt đầu sử dụng robot và robot đã giúp tăng năng suất các nhà máy.
Năm 1958 hãng AMF (Amerivan Machine and Foundry Company) sản xuất robot trụ Versatran. Năm 1967 châu Âu lần đầu tiên lắp đặt robot. Năm 1967, Nhật mua robot của công ty AMF. Năm 1968 công ty Kawwasaki Heavy Industries mua bản quyền robot của hang Unimation, sản xuất robot đầu tiên tại Nhật năm 1969 và từ đó Nhật bắt đầu tự sản xuất robt, vươn lên thành cường quốc về robot.
Cùng với sự hoàn tiến bộ của máy tính, vi xử lý và kỹ thuật điện từ-tự động-máy tính, các robot ngày càng hoàn thiện. Trải qua nhiều năm phát triển, robot hiện nay có rất nhiều tính năng, trang bị nhiều cảm biến và được điều khiển bởi nhiều bộ vi xử lý mạnh. Robot có rất nhiều áp dụng trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Bên cạnh các robot công nghiệp thường đảm nhiệm công việc như sắp xếp, lắp ráp, sơn, hàn, còn có robot di động và làm công việc như con người Trong thời đại của dây chuyền sản xuất thông minh và tự động hóa nhà máy, cánh tay robot công nghiệp được áp dụng để thực hiện các nhiệm vụ nặng nhọc, lặp đi lặp lại nhiều hoặc cực kỳ nguy hiểm để cải tiến sản xuất linh hoạt, giảm chi phí nhân lực và tiết kiệm thời gian phát triển.
Khi kết hợp với camera và hệ thống 4 thị giác máy hỗ trợ các thông tin trực quan về môi trường hoạt động để robot xử lí, sẽ cung cấp một hệ thống tự động linh hoạt trong nhiều tác vụ và chính xác hơn con người. Những tiến bộ trong công nghệ thị giác máy và các công cụ liên quan đã cho phép nhiều nhà máy áp dụng sản xuất trên thế giới. Tuy nhiên việc ứng dụng cánh tay máy và thị giác máy tại Việt Nam chưa được phổ biến rộng rãi do giá thành công nghệ khá cao.2 Lý thuyết động học Để biểu diễn toán học mô hình cánh tay máy, hệ trục tham chiếu thường gắn tại một điểm để từ đó có thể xác định mối quan hệ với cánh tay máy. Mỗi khâu của BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT cánh tay máy được gắn với một hệ trục tham chiếu nhằm mục đích bám theo vị trí, hướng của khâu và mô hình hoá toàn bộ hệ thống cánh tay máy di chuyển trong không gian mà không quan tâm đến các lực xung quanh tác động.
Các cảm biến tại các khớp đo góc quay đối với các khớp chuyển động quay hoặc đo khoảng cách trượt đối với các khớp chuyển động tịnh tiến cho phép bộ điều khiển tính toán giá trị điều khiển một cách chính xác để điều khiển các cơ cấu chấp hành. Việc tính toán ma trận vị trí và hướng từ các biến khớp cũng như mối quan hệ này theo chiều ngược lại được gọi là tính toán động học thuận, động học nghịch (còn được gọi là tính toán động học) cho cánh tay máy.1 Lý thuyết động học thuận Bài toán động học thuận là xác định vị trí và hướng của điểm đầu cuối trong hệtọa độ Dercartes so với hệ trục tọa độ gốc từ các tham số đã cho trước như vị trí của tất cả các khớp và các thông số của từng khâu. Để biểu diễn phương trình động học thuận thì tại mỗi khâu của robot được gắn một hệ tọa độ tham chiếu nhằm mục đích xác định được vị trí và hướng trong của điểm cuối cùng robot trong hệ tọa độ cuối bằng cách suy ra từ hệ tọa độ trước đó, từ đó ta xác định được vị trí và hướng của khâu chấp hành robot so với tọa độ gốc. Ngoài phương pháp Denavit-Hartenberg đã được đề cập để tính toán động học thuận trong đề tài này, thì có thể sử dụng phương pháp Bruno để tính toán.
- Tính toán động học thuận cho cánh tay máy. Ma trận xoay: r11 r12 r13 A B R r21 r22 r23 (2.1) r31 r32 r33 1 0, 2 45,3 45, 4 90(deg) Ma trận vị trí: Px A PBORG Py (2.2) Pz Ma trận chuyển đổi: BA R A PBORG A BT (2.