CHƯƠNG 1.1 Lý do chọn đề tài .2 Ý tưởng thiết kế.1 Giới thiệu về robot và robotic .2 Giới thiệu về robot công nghiệp .3 Chọn mẫu robot và tính toán động học .1 Giới thiệu Robot AR3 .2 Tính toán động học cho robot AR3. THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO ROBOT.1 Thiết kế 3D của Robot .2 Các bộ truyền và động cơ. THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN .1 Ý tưởng thiết kế.1 Bộ điều khiển sử dụng FX3U .2 Driver cho động cơ.4 Nút dừng khẩn cấp .2 Bố cục các thành phần trong tủ điện .4 Lắp đặt thực tế và đi dây. THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN .1 Phương pháp điều khiển .1 Hệ thống điều khiển .2 Điều khiển sử dụng .3 Sử dụng MX Component kết nối .4 Chương trình PLC viết trên GX Works2 .1 Giới thiệu về phần mềm GX Works2 .2 Tín hiệu điều khiển xung .3 Lệnh phát xung trên PLC Mitsubishi FX3U .5 Giao diện thiết kế trên C# .1 Phần mềm Visual Studio và C# .2 Giao diện điều khiển robot trên C# .6 Đấu nối giữa các Driver và động cơ tại các khớp .7 Tải lên chương trình và chạy thử.
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .1 Kết quả và đánh giá sai số .1 Hiệu chỉnh Robot .2 Hiệu chỉnh Bộ điều khiển. 56 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 57 PHỤ LỤC – CHƯƠNG TRÌNH PLC. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
73 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Thông số robot AR3. Không gian làm việc robot. Hệ trục toạ độ gắn vào các khâu robot.
Biểu đồ góc khớp theo thời gian. Qũy đạo chuyển động điểm cuối E. Động học ngược khớp đầu. Hai trường hợp động học ngược 3 khớp đầu.
Mô hình robot. 3D Robot trên Solidworks. Một số kích thước chính Robot. Chiều quay các khớp Robot.
Robot thực tế. Bộ truyền vít me- đai ốc bi. Bộ truyền đai khớp 1, 3, 4 và 5. Động cơ khớp 1: 17HS15-1684DHG10.
Động cơ khớp 2: 23HS22-2804DHG100. Động cơ khớp 3: 17HS15-1684DHG50. Động cơ khớp 4: 11HS20-0674DPG14. Động cơ khớp 5: 17LS19-1684E-200G.
Động cơ khớp 6: 14HS11-1004DPG19. PLC FX- 3U 64MT. Module truyền thông 485. Nguồn tổ ong.
Nút dừng EMERGENCY STOP. Thiết kế bên ngoài tủ điện. Thiết kế bên trong tủ điện. Lắp đặt thực tế.
Đi dây các thiết bị trong tủ điện. Điều khiển hồi tiếp. Sơ đồ điều khiển trong bài. Sơ đồ khối điều khiển chung.
Biểu tượng của MX Component. Giao diện sau khi khởi động. Các cổng kết nối trong List view. Giao diện kết nối thành công.
Màn hình chọn số cổng. Chọn cổng kết nối. Chọn loại PLC. Đặt tên cổng.
Tuỳ chọn dòng PLC. Tuỳ chọn loại PLC. Giao diện phần mềm GX Works2. Lệnh phát xung tương đối.
Lệnh phát xung tuyệt đối. Cửa sổ thuộc tính. Giao diện C# điều khiển robot. Kết nối C# với PLC bằng MX Component.
Trạng thái kết nối. Code hiển thị trạng thái kết nối. Hiển thị thông số góc khâu cuối. Code hiển thị thông số góc khâu cuối.
Hiển thị, tăng giảm các góc. Code hiển thị nút tăng góc q1. Hiển thị, tăng giảm toạ độ khâu cuối. Code hiển thị toạ độ khâu cuối.
Code giảm toạ độ x khâu cuối. Tính động học ngược robot và hiển thị các góc. Code tính toán động học ngược và hiển thị các góc. Code lưu điểm và hiển thị trên bảng.
Giao diện chạy theo điểm. Chế độ điều khiển bằng tay. Code bật tắt chương trình điều khiển bằng tay. Code bật tắt chương trình con chạy tự động.
Nút dừng khẩn cấp. Giao diện hiệu chỉnh robot. Truyền nhận dữ liệu. Code truyền nhận dữ liệu giữa giao diện và PLC.
Đấu nối giữa Driver và động cơ. Chọn cổng COM kết nối. Nạp chương trình. Giám sát chương trình.
Kết nối tủ điện với robot. 55 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Bảng giới hạn về góc và tốc độ quay. Bảng DH của robot.
Momen quán tính các khâu. Khối lượng các khâu 1. Bảng thông số các động cơ. Bảng thông số Driver TB6600.
Bảng cài đặt dòng điện trên Driver. Bảng cài đặt số xung/ vòng trên Driver. Các thành phần tủ điện. Ngõ vào PLC.
Chức năng các thanh ghi. Bảng kết quả và đánh giá sai số .1 Lý do chọn đề tài Ở nước ta, việc sử dụng robot công nghiệp trong sản xuất đã bắt đầu nhiều năm từ khi cuộc cách mạng” Hiện đại hóa- Công nghiệp hóa” được phát động. Robot được ứng dụng trong nhiều ngành như: hàn, sơn, gia công, …thậm chí trong nhiều trường đại học như Đại Học Bách Khoa Hà Nội robot công nghiệp đã được đưa vào giảng dạy như một môn học bắt buộc của nhiều chuyên ngành. Tuy nhiên, sau nhiều năm đưa vào sử dụng, việc thay thế, sửa chữa còn gặp nhiều bất cập vì robot sản xuất ở nước ngoài, hầu hết phụ tùng, công nghệ đều nhập khẩu từ nước ngoài.
Kết quả là chi phí bị đội lên quá cao, robot hỏng hóc nặng sẽ bị bỏ đi và mua mới để tiết kiệm chi phí. Sau nhiều năm tiếp xúc, kết cấu robot công nghiệp đã được bóc tách, nhiều dự án, bài báo về chế tạo robot công nghiệp từ chính người Việt đã được triển khai. Nhưng phần mềm điều khiển cho robot công nghiệp vẫn còn bị bỏ ngỏ, chưa được tối ưu. Để góp phần giải quyết vấn đề này, nhóm đã chọn đề tài “Thiết kế và điều khiển robot công nghiệp sử dụng PLC”.2 Ý tưởng thiết kế 1.1 Giới thiệu về robot và robotic Từ thời cổ xưa, con người đã mong muốn tạo ra những vật giống như mình để bắt chúng phục vụ cho bản thân mình.
Ví dụ, trong kho thần thoại Hy Lạp có chuyện người khổng lồ Promethe đúc ra con người từ đất sét và truyền cho họ sự sống, hoặc chuyện tên nô lệ Talus khổng lồ được làm bằng đồng và được giao nhiệm vụ bảo vệ hoang đảo Crete. Đến năm 1921, từ "Robot" xuất hiện lần đầu trong vở kịch "Rossum's Universal Robots" của nhà viết kịch viễn tưởng người Sec, Karel Capek. Trong vở kịch này, ông dùng từ "Robot", biến thể của từ gốc Slavơ "Rabota", để gọi một thiết bị - lao công do con người (nhân vật Rossum) tạo ra. Vào những năm 40 nhà văn viễn tưởng Nga, Issac Asimov, mô tả robot là một chiếc máy tự động, mang diện mạo của con người, được điều khiển bằng một hệ thần kinh khả trình Positron, do chính con người lập trình.
Asimov cũng đặt tên cho ngành khoa học nghiên cứu về robot là Robotics, trong đó có 3 nguyên tắc cơ bản: robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người, hoạt động của robot phải tuân theo các quy tắc do con người đặt ra. Các quy tắc này không được vi phạm nguyên tắc thứ nhất. Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình, nhưng không được vi phạm hai nguyên tắc trước. Các nguyên tắc trên sau này trở thành nền tảng cho việc thiết kế robot.
Từ sự hư cấu của khoa học viễn tưởng, robot dần dần được giới kỹ thuật hình dung như những chiếc máy đặc biệt, được con người phỏng tác theo cấu tạo và hoạt động của chính mình, dùng để thay thế mình trong một số công việc xác định. Để hoàn thành nhiệm vụ đó, robot cần có khả năng cảm nhận các thông số trạng thái của môi trường và tiến hành các hoạt động tương tự con người. 1 Khả năng hoạt động của robot được đảm bảo bởi hệ thống cơ khí, gồm cơ cấu vận động để đi lại và cơ cấu hành động để có thể làm việc. Việc thiết kế và chế tạo hệ thống này thuộc lĩnh vực khoa học về cơ cấu truyền động, chấp hành và vật liệu cơ khí.
Chức năng cảm nhận, gồm thu nhận tín hiệu về trạng thái môi trường và trạng thái của bản thân hệ thống, do các cảm biến (sensor) và các thiết bị liên quan thực hiện. Hệ thống này được gọi là hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu, hay đơn giản là hệ thống cảm biến. Muốn phối hợp hoạt động của hai hệ thống trên, đảm bảo cho robot có thể tự điều chỉnh "Hành vi" của mình và hoạt động theo đúng chức năng quy định trong điều kiện môi trường thay đổi, trong robot phải có hệ thống điều khiển. Xây dựng các hệ thống điều khiển thuộc phạm vi điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin.
Robotics được hiểu là một ngành khoa học có nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các robot và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của xã hội loài người, như nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng và dân sinh. Từ hiểu biết sơ bộ về chức năng và kết cấu của robot, chúng ta hiểu robotics là một khoa học liên ngành, gồm cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin. Theo thuật ngữ hiện nay, robot là sản phẩm của ngành cơ - điện tử (Mechatronics). Khía cạnh nhân văn và khía cạnh khoa học - kỹ thuật của việc sản sinh ra robot thống nhất ở một điểm: thực hiện hoài bão của con người, là tạo ra thiết bị thay thế mình trong những hoạt động không thích hợp với mình như các công việc lặp đi lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu, lắp ráp, lau cọ nhà,.
hay trong môi trường khắc nghiệt hoặc nguy hiểm: như ngoài khoảng không vũ trụ, trên chiến trường, dưới nước sâu, trong lòng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ cao,. hay những việc đòi hỏi độ chính xác cao, như thông tắc mạch máu hoặc các ống dẫn trong cơ thể, lắp ráp các cấu tử trong vi mạch,. Lĩnh vực ứng dựng của robot rất rộng và ngày càng được mở rộng thêm. Ngày nay, khái niệm về robot đã mở rộng hơn khái niệm nguyên thuỷ rất nhiều.
Sự phỏng tác về kết cấu, chức năng, dáng vẻ của con người là cần thiết nhưng không còn ngự trị trong kỹ thuật robot nữa. Kết cấu của nhiều "con" robot khác xa với kết cấu các bộ phận của cơ thể người và chúng cũng có thể thực hiện được những việc vượt xa khả năng của con người.2 Giới thiệu về robot công nghiệp Mặc dù, như định nghĩa chung về robot đã nêu, không có gì giới hạn phạm vi ứng dụng của robot, nhưng có một thực tế là hầu hết robot hiện đang có đều được dùng trong công nghiệp. Chúng có đặc điểm riêng về kết cấu, chức năng, đã được thống nhất hoá, thương mại hoá rộng rãi.