Đồ Án Thiết kế robot dùng phân loại sản phẩm

Lời mở đầu

Hiện nay, khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật cơ khí nói riêng đang phát triển với một tốc độ vũ bão mà điển hình là sự phát triển vượt bực của ngành cơ khí tự động hóa. Nước ta đang hướng tới mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Vậy nên việc nâng cao năng suất lao động cũng như giảm được sức lao động cho người sản xuất là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu của các ngành các cấp nước ta. Để phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì việc hiện đại ngành công nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng là một điều tất yếu mà một trong những vấn đề đầu tiên cần quan tâm là chúng đẩy mạnh đào tạo độ ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao về các lĩnh vực công nghiệp kinh điển đồng thời phải đáp ứng những công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động trong sản xuất cơ khí.
Từ những thực tế trên là sinh viên của ngành Cơ-Điện tử. Em đã tích lũy được một số kiến thức về tự động hoá. Để cũng cố, bổ sung thêm những kiến thức đã học và để áp dụng những kiến thức đó vào thực tế em đã được nhận và thực hiện đồ án tốt nghiệp cơ điện tử với đề tài “Thiết kế robot dùng phân loại sản phẩm”. Như đã nói ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết. Với phạm vi đồ án em sẽ tạo ra một mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống phân loại.
Việc hoàn thành đề tài của nhóm em sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót. Em rất mong được sự phê bình đánh giá của các thầy cô để nhóm đồ án có thể rút ra được kinh nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình. Em xin chân thành cảm ơn.
Lời mở đầu
CHƯƠNG 1: GIớI THIệU CHUNG 7
1.1. Khái niệm tự động hóa và cơ khí hóa 7
1.1.1. Tự động hóa: 7
1.1.2. Cơ khí hóa: 8
1.2. Phân loại tự động hóa: 9
1.2.1. Tự động hóa cứng: 9
1.2.2. Tự động hóa lập trình: 10
1.2.3. Tự động hóa linh hoạt: 10
1.2.4. Tự động hóa chu trình gia công: 11
1.2.5. Sự cần thiết phải có tự động hóa: 11
1.3. Nguyên tắc ứng dụng cơ khí hóa và tự động hóa: 13
1.4. Phương hướng phát triển tự động hóa ở Việt Nam: 13
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TAY MÁY CÔNG NGHIỆP 15
2.1. Sơ lược quá trình phát triển của robot công nghiệp (IR: INDUSTRIAL ROBOT) 15
2.2. Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất: 16
2.3. Các khái niệm và định nghĩa về robot công nghiệp: 17
2.3.1. Định nghĩa robot công nghiệp: 17
2.3.2. Bậc tự do của robot (DOF : Degrees Of Freedom) : 17
2.3.3. Hệ toạ độ (Coordinate frames) : 18
2.3.4. Trường công tác của robot (Workspace or Range of motion): 19
2.4. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp: 19
2.4.1. Các thành phần chính của robot công nghiệp: 19
2.4.2. Kết cấu của tay máy: 20
2.5 Phân loại robot công nghiệp: 20
2.5.1. Phân loại theo kết cấu: 21
2.5.2. Phân loại theo hệ thống truyền động: 21
2.5.3. Phân loại theo ứng dụng: 21
2.5.4. Phân loại theo cách thức & đặc trưng của phương pháp điều khiển: 21
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA ROBOT 22
3.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của 1 robot: 22
3.1.1. Phân tích động học robot: 23
3.1.2. Thông số kỹ thuật robot: 23
3.1.3. Không gian hoạt động của robot 24
3.2. Nhiệm vụ của robot thiết kế: 25
3.2.1. Nội dung của đề tài: 25
3.2.2. Giới hạn vấn đề: 25
3.2.3. Các giai đoạn thiết kế và phân tích hệ thống: 26
3.2.4. Các chỉ tiêu cần đạt được khi thiết kế robot 26
CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT 28
4.1. Lý thuyết mở đầu động học: 28
4.1.1. Mối quan hệ giữa các khâu khớp trong tay máy: 28
4.1.2. Các phép biến đổi thuần nhất: 29
4.1.2.1. Phép biến đổi tịnh tiến: 29
4.1.2.2. Phép quay (Rotation) quanh các trục tọa độ: 30
4.2. Biến đổi tọa độ: 30
4.2.1. Phép quay Euler: 30
4.2.2. Phép quay Roll-Pitch-Yaw : 31
4.2.3. Quan hệ giữa các hệ tọa độ biến đổi: 32
4.3. Các thông số đặc trưng của tay máy: 33
4.3.1. Bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH): 33
4.3.2. Đặc trưng của các ma trận A: 35
4.4. Phương trình động học của tay máy (RRR): 35
4.4.1. Gắn hệ tọa độ lên cơ cấu: 35
4.4.2. Lập bảng thông số DH: 36
4.4.3. Tính các ma trận đặc trưng A: 36
4.5. Động lực học cho robot 39
4.5.2. Cơ học Lagrange với các vấn đề động lực của ROBOT 40
4.5.3. Phương trình động lực học ROBOT: 40
4.5.3.1. Vận tốc của 1 điểm trên ROBOT: 40
4.5.3.2. Động năng của vi khối lượng dm 41
4.5.3.3. Thế năng của ROBOT 41
4.5.3.4. Phương trình động lực học ROBOT 41
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÀ 43
KẾT CẤU ROBOT 43
5.1. Giới thiệu hệ thống dẫn động: 43
5.1.1. Giới thiệu động cơ bước (Step motor) 43
5.1.2. Các loại động cơ bước: 43
5.1.3. Giới thiệu bộ truyền bánh răng 45
5.1.4. Các thiết bị dùng trên mô hình: 47
5.2. Phương án thiết kế và chiến lược hoạt động: 50
5.2.1. Phương án thiết kế: 50
5.2.2. Chiến lược hoạt động: 50
5.3. Thiết kế kết cấu cơ khí: 50
5.3.1. Các thành phần cánh tay 3 bậc: 50
5.3.1.1. Khâu thứ nhất: 51
5.3.1.2. Khâu thứ hai: 51
5.3.1.3. Khâu thứ 3: 52
5.4. Thiết kế kết cấu robot: 52
5.4.1. Tính toán thiết kế cơ khí của tay máy 52
5.5. Tính toán chọn động cơ: 54
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 57
6.1. Giới thiệu vi điều khiển: 57
6.1.1. Giới thiệu chung: 57
6.1.2. Phân loại: 57
6.1.2.1. Độ dài thanh ghi: 57
6.1.2.2. Kiến trúc CISC và RISC: 57
6.1.2.3. Kiến trúc Harvard và kiến trúc Vonneumann: 57
6.1.3. Cấu trúc tổng quan của vi điều khiển: 58
6.1.3.1. CPU: 58
6.1.3.2. ROM: 58
6.1.3.3. RAM 58
6.1.3.4. BUS 58
6.1.3.5. Bộ định thời: 58
6.1.3.6. ADC: 58
6.1.3.7. WATCHDOG: 59
6.3. Vi điều khiển PIC16F877A: 59
6.3.1. Đặc điểm vi điều khiển PIC16F877A: 59
6.3.2.Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A: 60
6.3.3.Tổ chức bộ nhớ: 62
6.3.3.1. Bộ nhớ chương trình: 62
6.3.3.2. Bộ nhớ dữ liệu: 62
6.4. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A: 63
6.4.1.Port A: 63
6.4.2. Port B: 64
6.4.3. Port C: 64
6.4.4. Port D: 65
6.4.5. Port E: 65
6.5. Thiết kế mạch điều khiển: 66
6.5.1.Mạch điều khiển trung tâm: 66
6.5.2. Module mạch giao tiếp máy tính: 66
6.5.3. Module điều khiển động cơ bước: 67
6.5.4. Module kết nối các thiết bị ngoại vi: 67
CHƯƠNG 7: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 68
7.1. Lưu đồ thuật toán 68
7.2. Chương trình: 69
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 75
1. Tóm tắt đề tài 75
2. Kết quả đạt được 75
3. Một vài đề nghị 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO: 77