GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Robot công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hiện đại, là ứng dụng tiên tiến của khoa học kỹ thuật trong điều khiển tự động Chúng thực hiện các công việc lặp đi lặp lại như lắp ráp, đóng gói và vận chuyển sản phẩm, đồng thời thực hiện các nhiệm vụ yêu cầu độ chính xác cao và những công việc nguy hiểm trong môi trường khắc nghiệt Việc sử dụng robot giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu xã hội Nhiều quốc gia như Mỹ, Nhật Bản, Pháp và Hàn Quốc đã áp dụng công nghệ robot trong sản xuất với các thương hiệu nổi tiếng như Mitsubishi, Siemens, Honda và Sony, cùng với các loại robot phổ biến như SCARA, PUMA, ASV và STANFORD.
Việc ứng dụng robot trong sản xuất công nghiệp đã trở nên phổ biến trên toàn cầu, trong khi tại Việt Nam, mặc dù đã bắt đầu nghiên cứu và áp dụng công nghệ này, nhưng vẫn còn ở giai đoạn mới mẻ.
Để ngành này phát triển và hòa nhập với thế giới, việc đào tạo từ bậc học phổ thông là rất cần thiết, nhằm góp phần vào sự xây dựng và đổi mới đất nước.
Nhóm đã chọn đề tài “Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA” nhằm cải thiện chất lượng điều khiển cho Robot SCARA 4 bậc tự do Mục tiêu là nâng cao tốc độ điều khiển để áp dụng trong giảng dạy và sản xuất thực tế.
Định nghĩa và giới thiệu về Robot SCARA
Robot công nghiệp có thể được định nghĩa theo một số tiêu chuẩn sau:
Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp, robot công nghiệp được định nghĩa là một cơ cấu chuyển động tự động có khả năng lập trình và lặp lại các chương trình đã được thiết lập Robot này có khả năng định vị, định hướng và di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ và gá lắp theo những hành trình đã được lập trình nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ đa dạng.
Theo tiêu chuẩn RIA của Mỹ, robot được định nghĩa là một tay máy đa năng có khả năng lặp lại các chương trình Robot này được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dụng thông qua các chương trình chuyển động linh hoạt, nhằm thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau.
Theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga, robot công nghiệp được định nghĩa là một máy tự động, có thể cố định hoặc di động, kết nối giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển.
1 thống điều khiển theo chương trình, có thể lặp đi lặp lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.
Robot công nghiệp là thiết bị tự động linh hoạt, có khả năng thực hiện các nhiệm vụ lao động công nghiệp thay cho con người Chúng hoạt động dưới sự điều khiển của một hệ thống đã được lập trình trước, cho phép thực hiện các chức năng một cách hiệu quả và chính xác.
Robot công nghiệp, với khả năng lập trình lại, đang trở thành phần không thể thiếu trong các hệ thống sản xuất linh hoạt Chúng là công cụ hiệu quả để tự động hóa quy trình, nâng cao năng suất lao động và giảm bớt gánh nặng cho con người trong các công việc nặng nhọc, độc hại, dưới sự giám sát của con người.
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về Robot theo những quan điểm khác nhau. Dưới đây là một số định nghĩa về Robot:
- Robot là những máy móc có khả năng thay thế sức lao động của con người
Cơ cấu chấp hành đa chức năng là thiết bị vận chuyển vật liệu, chi tiết hoặc máy móc, thiết bị Những cơ cấu này có khả năng lập trình để điều chỉnh chuyển động, giúp phù hợp với yêu cầu công việc cụ thể.
Robot là thiết bị có khả năng lập trình để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể Theo quan điểm này, máy tính cũng có thể được coi là một loại robot, vì nó là một mạch điện có thể được lập trình để thực hiện nhiều công việc khác nhau.
Robot SCARA, được giới thiệu lần đầu tại Nhật Bản vào năm 1979, đã trở thành sản phẩm phổ biến với nhiều ứng dụng như hàn, lắp ráp, vận chuyển, khoan và doa Nhiều hãng nổi tiếng như General Motors, Hitachi, Mitsubishi, IBM, MOTOMAN, EPSON, PANASONIC và SONY đã tham gia vào việc sản xuất Robot SCARA Hiện nay, các công ty này tiếp tục cải tiến bộ điều khiển và cấu trúc cơ khí để tăng cường tính linh hoạt của robot.
Máy tay SCARA có vùng hoạt động hình trụ, là cấu hình dễ thực hiện nhất cho robot với khớp nối bản lề và khớp trượt Loại robot này rất phổ biến trong ứng dụng công nghiệp nhờ vào tính trực tiếp và dễ dàng trong việc sử dụng, cùng với các khâu và khớp mang lại nhiều ưu điểm cho các nhà sản xuất.
- Mặc dù chiếm diện tích làm việc ít song tầm vươn khá lớn.
- Tỉ lệ kích thước/tầm vươn được đánh giá cao.
Cấu hình khớp nối bản lề với ba trục quay theo phương thẳng đứng là hình thức đơn giản và hiệu quả nhất cho việc gắp đặt và đặt chi tiết theo phương thẳng Trong trường hợp này, bài toán tọa độ trở nên dễ dàng hơn.
Robot có thể hoạt động hiệu quả bằng cách điều chỉnh quỹ đạo chuyển động trong hai phương x và y, đồng thời kết hợp ba chuyển động quay quanh ba trục song song với trục z.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nhằm nghiên cứu và học tập về Robot công nghiệp, nhóm đã chọn đề tài “Nghiên cứu phương án điều khiển Robot SCARA” với các mục tiêu cụ thể.
Tham gia nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực Robot công nghiệp.
Nghiên cứu sản phẩm đáp ứng nhu cầu thực tiễn đời sống và công nghiệp.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Tìm hiểu và tính toán các bài toán động học của Robot SCARA 4 bậc tự do.
Thiết kế hệ thống truyền động và lắp đặt động cơ DC Servo cho khớp thứ 4.
Lắp đặt phễu hút khí nén cho Robot SCARA.
Thiết kế mạch điều khiển.
Lâp sơ đồ giải thuật điều khiển cho hệ thống.
Điều khiển vị trí Robot SCARA.
Giới hạn đề tài
Động học Robot SCARA 4 bậc tự do.
Thuật toán điều khiển vị trí Robot
SCARA Phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu ứng dụng của thuật toán điều khiển Robot SCARA.
Điều khiển vị trí Robot và khảo sát đáp ứng.
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế và bổ sung hệ thống truyền động cùng động cơ cho khớp thứ 4 của Robot SCARA, đồng thời lắp đặt hệ thống phễu hút khí nén để thu hút sản phẩm Việc điều khiển Robot SCARA được thực hiện thông qua việc nghiên cứu và hoàn thiện thuật toán điều khiển vị trí với tốc độ cao Hướng phát triển tiếp theo là áp dụng thuật toán điều khiển vận, nhằm hiểu rõ nguyên lý hoạt động của Robot SCARA và các thuật toán điều khiển liên quan, từ đó rút ra những kinh nghiệm thực tiễn trong việc điều khiển cánh tay Robot.
Nguồn tài liệu chủ yếu được thu thập từ sách báo trong nước, kết hợp với các bài báo nghiên cứu khoa học quốc tế từ Anh, Pháp, Indonesia và một số luận án của sinh viên khóa trước.
Dựa trên tài liệu và nghiên cứu trên Internet, nhóm đã xây dựng kế hoạch thực hiện cùng với các phương án thiết kế, tính toán động học và nghiên cứu giải thuật điều khiển tốc độ cao cho Robot SCARA.
Sau khi hoàn thiện Robot SCARA, chúng tôi tiến hành kiểm tra và chạy thử để phát hiện lỗi Mục tiêu là khắc phục các vấn đề phát sinh, tăng cường độ ổn định và khảo sát các sai lệch trong quá trình hoạt động, từ đó rút ra những kết luận quan trọng.
TỔNG QUAN VỀ ROBOT
Sự phát triển của robot công nghiệp
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Séc (Czech) “Robota” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921.
Thuật ngữ "Robot công nghiệp" (IR) lần đầu tiên được giới thiệu tại Mỹ bởi công ty AMF (American Machine and Foundry Company) Họ đã quảng cáo một thiết bị tự động có hình dáng và chức năng tương tự như bàn tay con người, có khả năng thực hiện một số thao tác sản xuất và được gọi là "Versatran".
Quá trình phát triển của Robot công nghiệp được tóm tắt như sau:
- Năm 1950 ở Mỹ thành lập viện nghiên cứu đầu tiên.
- Đầu năm 1960 công ty AMF cho ra đời sản phẩm đầu tiên có tên gọi là Versatran.
- Từ năm 1967, ở Anh, người ta đã bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của Mỹ.
- Từ năm 1970, việc nghiên cứu các tính năng của robot đã được chú ý nhiều hơn và cũng bắt đầu xuất hiện ở các nước Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển.
- Từ năm 1968, ở Châu Á, Nhật bắt đầu nghiên cứu những ứng dụng của IR.
Từ những năm 1980 và đặc biệt là những năm 1990, sự phát triển nhanh chóng của vi xử lý và công nghệ thông tin đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể số lượng robot công nghiệp với nhiều tính năng vượt trội Điều này đã giúp robot công nghiệp trở thành một phần quan trọng trong các dây chuyền sản xuất tự động hiện đại Hiện nay, trên thế giới có hơn 200 công ty sản xuất robot công nghiệp (IR).
Mỹ có nhiều công ty nổi bật trong lĩnh vực robot, trong đó có Robots.Pro, Vecna Robotics, và Robot Dynamics Những sản phẩm tiêu biểu của họ bao gồm robot lấy sách tự động, robot HOAP-3, robot BEAR, và robot tự hành Spirit.
- 80 công ty của Nhật, ta có thể lấy một số công ty điển hình như: Yaskawa (
Các công ty hàng đầu trong lĩnh vực robot bao gồm Motoman, Fanuc, Toyota, Honda, Hitachi, Kawasaki, Shikawajima-Harima và Yasukawa Những sản phẩm robot nổi bật được áp dụng rộng rãi như robot Asimo, robot EMIEW 2, robot Simroid, robot chơi vĩ cầm và robot phẫu thuật.
Trên thế giới, có khoảng 90 công ty từ Tây Âu cùng một số công ty của Nga và Tiệp, cho thấy robot là một lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng thiết yếu đối với các quốc gia phát triển.
Trong 25 năm qua, nghiên cứu và phát triển robot tại Việt Nam đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể Các cơ sở nghiên cứu như Trung tâm Tự động hoá - Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Điện tử - Tin học, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, và Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN đã thực hiện nhiều nghiên cứu cơ bản và ứng dụng về robot.
Công ty Cổ phần Robot TOSY là một doanh nghiệp nổi bật trong lĩnh vực thiết kế và chế tạo robot tại Việt Nam, với nhiều sản phẩm ấn tượng được công nhận trên thị trường quốc tế.
Các nghiên cứu về động học và động lực học robot đang thu hút sự chú ý từ các khoa cơ khí và chế tạo máy tại các trường đại học và viện nghiên cứu Bên cạnh việc tìm kiếm các phương pháp giải quyết các bài toán cơ học cho các loại robot nối tiếp, song song và di động, việc phát triển các chương trình mô phỏng kết cấu và chuyển động 3D cũng được chú trọng nhằm minh họa và phục vụ cho phân tích, thiết kế robot.
Lĩnh vực điều khiển robot bao gồm nhiều phương pháp đa dạng, từ các kỹ thuật truyền thống như PID, tính mô-men và điều khiển trượt, đến các phương pháp hiện đại như mạng nơ ron, logic mờ, thuật toán gen và điều khiển tự thích nghi Ngoài ra, còn có các phương pháp học cho robot và hệ thống Visual Servoing, tạo ra sự phát triển mạnh mẽ trong công nghệ điều khiển robot.
Phân loại robot công nghiệp
2.2.1 Phân loại theo kết cấu
Phân loại theo kết cấu gồm có robot chuỗi và robot song song.
Robot chuỗi là một hệ thống động học hở, bao gồm một khâu cố định gọi là đế và nhiều khâu động được sắp xếp nối tiếp Các khâu động này được liên kết với nhau thông qua các khớp nối, cho phép chúng hoạt động linh hoạt và hiệu quả.
- Robot song song: là một chuỗi động học kín, ở đó mỗi khâu luôn luôn được liên kết với ít nhất hai khâu khác.
2.2.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển
Có 2 kiểu điều khiển robot: Điều khiển hở và Điều khiển kín.
Điều khiển hở là phương pháp sử dụng truyền động bước, bao gồm động cơ điện, động cơ thủy lực hoặc khí nén, trong đó quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ thuận với xung điều khiển Mặc dù kiểu điều khiển này đơn giản, nhưng nó mang lại độ chính xác tương đối thấp.
Điều khiển kín, hay còn gọi là điều khiển servo, sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí nhằm nâng cao độ chính xác trong quá trình điều khiển Có hai loại điều khiển servo phổ biến: điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đường (contour).
Kiểu điều khiển điểm-điểm là phương pháp di chuyển từ một điểm đến điểm khác theo đường thẳng với tốc độ chậm Phương pháp này thường được áp dụng trong các loại robot như robot hàn điểm, robot vận chuyển, tán đinh và bắn đinh.
Điều khiển contour là phương pháp cho phép phần công tác di chuyển theo quỹ đạo tùy ý với tốc độ có thể điều chỉnh Kiểu điều khiển này thường được áp dụng trong các robot hàn hồ quang và phun sơn.
2.2.3 Phân loại theo ứng dụng
Trong lĩnh vực sản xuất, có nhiều loại robot được ứng dụng rộng rãi, bao gồm robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp, robot phục vụ trong ngành dịch vụ, và robot chuyển phôi Những loại robot này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm.
Tình hình nghiên cứu Robot SCARA ở nước ngoài
Các quốc gia như Mỹ, Anh, Pháp, Đức và Nhật Bản là những nước tiên phong trong công nghệ thiết kế và chế tạo robot, đặc biệt là trong lĩnh vực robot công nghiệp Trong số đó, Robot SCARA nổi bật là loại robot được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp và trong đời sống hàng ngày.
Hiện nay, Robot SCARA đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp với nhiều kiểu dáng và hình dạng khác nhau Chúng hoạt động với tốc độ cao, độ chính xác và hiệu suất tối ưu, giúp thay thế con người trong những công việc nặng nhọc và đòi hỏi sự nhanh nhẹn Robot SCARA đặc biệt hữu ích trong các môi trường độc hại, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho doanh nghiệp.
Theo khảo sát về công nghệ chế tạo Robot SCARA toàn cầu, để điều khiển Robot SCARA với tốc độ và độ chính xác cao, việc đầu tiên cần thực hiện là phát triển phương pháp điều khiển tối ưu nhằm cải thiện thuật toán điều khiển Dưới đây là một số phương pháp điều khiển Robot SCARA phổ biến nhất.
Điều khiển động học ngược
Điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến
Các phương pháp điều khiển thích nghi:
Điều khiển thích nghi theo sai lệch
Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC)
Điều khiển động lực học ngược thích nghi
Một số hình ảnh về Robot SCARA:
Tình hình nghiên cứu Robot SCARA trong nước
Hiện nay, nghiên cứu và phát triển robot SCARA tại Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn do tiếp cận công nghệ muộn và trình độ gia công chế tạo chưa đạt độ chính xác cao Điều này ảnh hưởng đến khả năng chế tạo robot hoàn chỉnh với tốc độ cao Hơn nữa, vấn đề tối ưu hóa thuật toán điều khiển robot vẫn chưa được giải quyết, khiến cho việc điều khiển robot thực tế với độ chính xác và hiệu suất cao như các robot nước ngoài trở thành thách thức lớn.
Hiện nay, nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển robot tại Việt Nam chủ yếu dựa vào lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm CAD và Matlab, dẫn đến tính ứng dụng thực tiễn còn thấp Mặc dù lý thuyết có thể hoàn thiện, nhưng khi áp dụng vào robot thực tế thường gặp khó khăn, cho thấy cần thiết phải thay đổi phương pháp nghiên cứu để đạt được kết quả khả thi hơn cho sản xuất Tuy nhiên, việc này đòi hỏi thời gian và nguồn lực, do điều kiện kinh tế hạn chế và chi phí robot còn cao so với khả năng của Việt Nam.
Do những hạn chế hiện có, phương pháp nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot SCARA ở Việt Nam còn rất hạn chế, chủ yếu tập trung vào một số nghiên cứu nhất định.
Một trong những phương pháp phổ biến trong lĩnh vực robot là mua lại phần cơ khí từ nước ngoài và sau đó lập trình để điều khiển robot Các phương pháp điều khiển thường được áp dụng bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tính chính xác của robot trong các nhiệm vụ cụ thể.
Nghiên cứu điều khiển thực tế:
Điều khiển động học ngược
Nghiên cứu điều khiển trên lý thuyết:
Điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến
Các phương pháp điều khiển thích nghi:
Điều khiển thích nghi theo sai lệch
Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC)
Điều khiển động lực học ngược thích nghi
Trong những năm qua, nghiên cứu và phát triển robot ở Việt Nam đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, mặc dù vẫn gặp phải một số khó khăn liên quan đến máy móc và thiết bị trong quá trình thiết kế và chế tạo.
Tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, trung tâm nghiên cứu kỹ thuật tự động hóa đã phát triển robot SCA, một biến thể của robot SCARA Robot SCA sở hữu cấu hình RRRt với 4 bậc tự do và hoàn toàn sử dụng động cơ bước.
Hình 2.2: Mô hình robot SCARA
2.5 Một số ứng dụng thực tế của Robot SCARA trong công nghiệp
Hiện nay, nhu cầu sử dụng robot trong sản xuất phức tạp đang gia tăng trên toàn cầu, nhằm nâng cao năng suất cho các dây chuyền công nghệ.
Robot công nghiệp cần được cải tiến để giảm giá thành, nâng cao chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Để đạt được điều này, robot phải có khả năng thích ứng tốt hơn và thông minh hơn với các cấu trúc đơn giản và linh hoạt.
Có thể kể đến một số ứng dụng điển hình của robot trên thế giới như:
Robot đóng gói sản phẩm có khả năng gắp các hộp vắc xin bại liệt từ băng tải và xếp chúng vào thùng chứa 20 hộp một cách chính xác và hiệu quả.
Robot vận chuyển và đóng gói sản phẩm đang trở thành giải pháp hiệu quả cho nhiều loại hàng hóa khác nhau, bao gồm giường đóng gói phẳng và ngăn kéo Công nghệ này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong quá trình đóng gói và vận chuyển Sự phát triển của robot trong lĩnh vực logistics đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu chi phí.
Bên cạnh đó, robot công nghiệp còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như trong môi trường độc hại, ngành nông nghiệp và ngành thực phẩm.
Tại Việt Nam, robot công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau, mỗi lĩnh vực có thể sử dụng các loại robot chuyên biệt phù hợp với yêu cầu công việc Dưới đây là một số ngành trong hệ thống sản xuất mà robot công nghiệp đang được áp dụng.
Trong ngành công nghiệp đúc, robot đảm nhiệm nhiều nhiệm vụ quan trọng như rót kim loại nóng chảy vào khuôn, cắt bỏ các mép thừa, làm sạch sản phẩm đúc, và tăng cường độ bền của vật đúc thông qua quá trình phun cát.
Ngành gia công áp lực thường liên quan đến các quá trình hàn và nhiệt luyện, trong đó người lao động phải đối mặt với nhiều công việc độc hại và nhiệt độ cao Điều kiện làm việc trong các phân xưởng rèn dập thường rất nặng nề, dễ gây mệt mỏi cho công nhân.
Ngành gia công và lắp ráp hiện nay thường sử dụng robot để thực hiện các công việc tháo lắp phôi và sản phẩm, đặc biệt cho các loại máy như máy gia công bánh răng, máy khoan và máy tiện bán tự động Việc ứng dụng robot không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo độ chính xác và tiết kiệm thời gian trong quy trình lắp ráp.
Robot đang được nghiên cứu và phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm robot dịch vụ, robot quân sự và robot di động Những loại robot này kết hợp khả năng nhận dạng và điều khiển thông qua việc xử lý thông tin hình ảnh, đồng thời tích hợp công nghệ xử lý ngôn ngữ để nâng cao hiệu quả hoạt động.
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Thông số kỹ thuật của Robot SCARA
3.1.1 Cấu hình của Robot SCARA
Bao gồm một chuổi các thanh cứng liên kết với nhau bởi các khớp:
Hình 3.1: Mô hình Robot SCARA trong Solidworks
Khớp 1 và 2 sử dụng bộ truyền Harmonic gear.
Khớp 3 và 4 sử dụng bộ truyền đai cùng với vít-me bi với thông số D = 20mm, bước vít 20mm Tỉ số truyền lần lượt là 1.5:1 và 1.8:1.
Hình 3.2:Thông số kích thước của Robot SCARA
Bậc tự do của Robot SCARA
3.1.2 Giới hạn không gian làm việc
Khớp quay 1 và 2 với các biến khớp có giới hạn làm việc như sau: θ 1 = -140 o ÷ 140 o θ 2 = -150 o ÷ 150 o
Do đó, ta có hình chiếu giới hạn của không gian làm việc như sau:
Hình 3.3: Giới hạn làm việc của khớp 1 và 2
Khớp 3 tịnh tiến với biến khớp d3 trong giới hạn làm việc 350 mm. Khớp 4 quay quanh trục thẳng đứng.
Hình 3.4: Giới hạn làm việc của khớp 3 và 4
Hệ toạ độ gắn lên các khâu như sau:
- Trục Z i đặt dọc theo trục khớp i+1.
- Trục X i đặt dọc theo phương pháp tuyến chung giữa Z i-1 và Z i , hướng từ khớp i đến khớp i+1.
- Trục Y i vuông góc với X i và Y i theo qui tắc bàn tay phải.
- Gốc toạ độ Oi là giao của trục Z i và pháp tuyến chung của trục Z i-1 và Z i
- Gốc toạ độ O i’ là giao của trục Z i-1 và pháp tuyến chung của trục Z i-1 và Z i
- Khoảng cách giữa 2 khớp liên tiếp theo phương X i là ai (tham số).
- Khoảng cách giữa 2 khớp liên tiếp theo phương Z i-1 là di (tham số hoặc biến khớp)
- Góc quay quanh trục X i giữa trục Z i-1 và trục Z i là α i (tham số)
- Góc quay quanh trục Z i-1 giữa trục X i-1 và trục X i là θ i (tham số hoặc biến khớp)
Hình 3.5: Định nghĩa hệ toạ độ và các thông số Denavit Hartenberg
Xác định ma trận chuyển đổi từ hệ toạ độ thứ i vế hệ toạ độ thứ i-1
Ma trận chuyển đổi từ hệ toạ độ thứ i về hệ toạ độ trung gian int Xoay quanh trục
X int góc α i sau đó tịnh tiến theo trục X int đoạn a i
Ma trận chuyển đổi từ hệ trung gian int về hệ i-1 Xoay quanh trục Z i góc θ i sau đó tịnh tiến theo trục Z int đoạn d i i- 1 A int = [ S
Vậy ma trận chuyển đổi từ hệ i về hệ i-1 là i-1A i = i-1 A int int A i
Ưu điểm
So với mục tiêu ban đầu, sau quá trình thực hiện nhóm đã đạt được những kết quả sau:
Về nghiên cứu lý thuyết:
- Tìm hiểu cơ cấu robot SCARA.
- Tính toán động học thuận – nghịch, jacobian của robot SCARA.
- Tìm hiểu về kit ARM.
- Phương pháp điều khiển động cơ DC servo.
- Phương pháp điều khiển vị trí Robot SCARA.
- Tính toán lựa chọn cơ cấu phù hợp cho khớp thứ 4.
- Lắp đặt động cơ DC servo cho khớp thứ 4.
- Lắp đặt hệ thống phễu hút khí nén.
- Thiết kế gia công đế cho robot SCARA.
- Hoàn thành bản vẽ cho robot SCARA.
- Sửa chửa hoàn chỉnh robot SCARA.
Về thiết kế điện tử:
- Lựa chọn động cơ và IC phù hợp với yêu cầu điều khiển.
- Thiết kế và thi công mạch Driver điều khiển.
- Thiết kế hệ thống điều khiển khí nén.
- Viết thuật toán PID điều khiển vị trí động cơ DC Servo.
- Viết thuật toán điều khiển vị trí đầu công tác Robot SCARA qua phương trình động học.
- Điều khiển robot SCARA bằng thuật toán điều khiển vị trí.
- Khảo sát được các thông số điều khiển và vẽ đồ thị đáp ứng của Robot.
Nhược điểm
Mặc dù hệ thống có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm cần được khắc phục để cải thiện hiệu suất của robot SCARA Để robot hoạt động hiệu quả hơn và đạt được tốc độ cao hơn, các hạn chế hiện tại cần phải được giải quyết.
- Tốc độ khi di chuyển theo quy trình tự động chậm hơn khi di chuyển theo quy trình bằng tay.
- Chưa có hệ thống khôi phục khi sự cố mất điện.
- Hệ thống khôi phục vị trí ban đầu và an toàn từng khớp chưa hoàn thiện.
Hướng phát triển
- Nghiên cứu khắc phục những nhược điểm: tốc độ chưa cao khi di chuyển quy trình tự động, tự động nhớ vị trí khi mất điện.
- Lập trình điều khiển vận tốc Robot SCARA, di chuyển theo quỹ đạo.
- Hoàn chỉnh lại robot SCARA đưa vào thực tế nhằm đáp ứng các yêu cầu đặt ra.
- Ứng dụng thiết bị vào điều khiển tự động hóa trong công nghiệp.
