Hướng dẫn cách chế tạo cánh tay robot 3 bậc tự do đơn giản

Share

Đây là 1 sản phẩm được đề cập đến trong 1 bài báo công nghệ uy tín quốc tế. Trình bày phương pháp hiệu quả trong việc xây dựng bộ điều khiển cho Cánh tay Robot 3 bậc tự do Fischertechnik.  Sau đây hãy cùng Uniduc tìm hiểu nghiên cứu và khảo sát robot 3 bậc tự do này nhé.

Tổng quan về cánh tay Robot 3 bậc

Ngày nay, tay máy hay cánh tay Robot đang được áp dụng rất nhiều trong các ngành sản xuất công nghệ cao. Với đầy đủ chức năng phù hợp tất cả loại sản xuất như: sơn, hàn, bốc vác, lắp đặt,… Do vậy, nhu cầu cải tiến cũng như phát triển ứng dụng Robot đang được các hãng sản xuất Robot vô cùng quan tâm. Mỗi thiết bị cánh tay Robot luôn phù hợp với những công việc khác nhau. Những công việc đòi hỏi sự chính xác tính xảo thì cần cánh tay Robot 6 bậc trở lên, những công việc đơn giản chỉ là vận chuyển hàng hóa thì cần cánh tay Robot 3 bậc trở xuống là có thể đáp ứng được nhu cầu.

Cánh tay Robot 3 bậc có 3 khớp quay phù hợp với những công việc yêu cầu độ chính xác trung bình. Nó có kích thước nhỏ và giá rẻ hơn rất nhiều so với các loại cánh tay có số bậc cao hơn.

Fischertechnik là 1 mô hình Robot được chế tạo bởi nhà sáng chế DR Artur Fischer người Đức vào năm 1964. Sản phẩm phù hợp để làm thí nghiệm cho các ngành tự động hóa, chế tạo máy của các trường đại học. Ngoài ra các hãng sản xuất phần mềm phần cứng lớn cùng dùng mô hình này để trình bày mô phỏng dây chuyền sản xuất của công ty như: BMW hay Siemen. Với chi phí khoảng 400$ / 1 bộ mô hình chính hãng, khá phù hợp với doanh nghiệp cũng như trường học. Nhưng đối với cá nhân muốn nghiên cứu tìm hiểu thì còn rất đắt. Hiện nay, Robot hoàn thiện hơn với việc lắp đặt thêm Vision để tăng độ chính xác.

Phương pháp thực hiện mô hình Robot 3 bậc tự do

Tổng quan về mô hình cánh tay robot 3 bậc

Hệ thống robot có các thành phần chính sau:

  • 1 mô hình cánh tay Robot Fischertechnik: Robotic TXT Automation Robot – đây là cánh tay Robot 3 bậc tự do. Có tọa độ trụ và phạm vi làm việc hình trụ trong không gian)
  • 1 Mô hình băng tải (Conveyor) được lắp từ khối Fischertechnik
  • 1 khay chứa sản phẩm cũng được lắp ghép từ Fischertechnik
  • 1 Camera Webcam hxsj S20
  • 1 cảm biến tiệm cận E18-D80
  • Và 1 mạch Arduino Mega để điều khiển mô hình

mô hình thí nghiệm Robot 3 bậc

Nguyên lý điều khiển

Băng tải có nhiệm vụ đưa sản phẩm đến vị trí cánh tay Robot, khi đến gần cảm biến E18-D80. Cảm biến nhận diện được sản phẩm và truyền thông tin về bộ điều khiển Arduino Mega làm băng tải dừng. Tiếp theo bộ điều khiển truyền thông tin đến tọa độ được cài đặt sẵn phía trên sản phẩm. Camera nhận diện lại vị trí màu sắc và tiến cánh tay robot tiến hành gắp sản phẩm qua mạch L293D điều khiển công suất. Tín hiệu hình ảnh sẽ gửi về bộ điều khiển trung tâm để đưa về vị trí hàng đúng màu sắc đã cài đặt.

Sơ đồ điều khiển hệ thống

Tìm hiểu thông số kỹ thuật của động cơ ở các khớp

Phạm vi làm việc theo từng loại khớp

Khớp Loại khớp Phạm vi làm việc
1 Khớp quay Quay ngược chiều kim đồng hồ, 00 đến 3600
2 Khớp tịnh tiến Tịnh tiến theo chiều cao từ 0cm đến 15cm
3 Khớp tịnh tiến Tịnh tiến theo phương ngang từ 0cm đến 9cm

Thông số kỹ thuật động cơ

Động cơ Nguồn cấp (V) Công suất (W) Vận tốc (vòng/phút)
DC tích hợp encoder 9 V 1,2 W 105 vòng/phút
XS motor DC 9 V 1 W 6000 vòng/phút

Xem thêm: Mô phỏng cánh tay Robot 2 bậc đơn giản trên Matlab

Bài toán điều khiển tọa độ cánh tay Robot 3 bậc

Để điều khiển chính xác vị trí Robot cần đến điều đầiều tiên phải xác định được gốc tọa độ, phương trình động học thuận và nghịch của Robot. Nguyên lý điều khiển cánh tay Robot:

Sơ đồ điều khiển cánh tay Robot

Đưa ra tọa độ mong muốn (X,Y,Z) từ đó các thông số vị trí các khớp quay Robot được tìm qua phương trình động học ngược. Giá trị thông số khớp này sẽ được so sánh với thông số khớp được phản hồi về từ cảm biến Encoder. Sai lệch sẽ được bộ điều khiển xử lý và tác động trực tiếp vào động cơ của cánh tay. Các thông số khớp được phản hồi liên tục từ Encoder, qua phương trình động học thuận. Các vị trí tọa độ hiện tại của khâu chấp hành sẽ tính theo thời gian thực

LabVIEW xử lý hình ảnh

LabView phân loại màu sắc theo 16 kệ trong khoảng từ 0 đến 15 (màu xanh ở vị trí kệ 6 và trắng ở kệ 15). Hàm sẽ phân loại để đặt sản phẩm vào ô tương ứng chính xác. Để xác định đúng chọn ngưỡng tham chiếu giá trị lớn hơn 0.4. Nếu giá trị thuộc kệ 6 lớn hơn 0.4 thì xác định đó là màu xanh, và tương tự với kệ 15 để xác định màu trắng. Lưu đồ tổng quát

Lưu đồ xử lý hình ảnh Labview

Giao diện phần mềm

Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển

Lưu đồ thuật toán điều khiển

Giao diện điều khiển bằng tay (Manual)

giao diện Manual

Giao diện điều khiển tự động (Auto)

Giao diện Auto

Mô phỏng mô hình cánh tay Robot 3 bậc

Chúng ta sẽ mô phỏng trong Simmechanics của Matlab để có thể chuyển đổi mô hình Autodesk Inventor. Từ Inventor sang Simulink dưới dạng khối. Mô hình trong Simulink Matlab

mô hình mô phỏng cánh tay robot 3 bậc trên matlab

Thuật toán điều khiển

Bộ điều khiển PID được dùng để điều khiển cánh tay Robot 3 bậc tự do được thiết kế như sau

Bộ điều khiển PID của cánh tay robot 2 bậc

Trên đây là một số kiến thức của chúng tôi về ứng dụng của bộ mô hình cánh tay Robot 3 bậc Fischertechnik. Các bạn có thể tham khảo thêm những bài viết và giải pháp công nghệ mới nhất tại Uniduc.

UNIDUC – KIẾN TẠO NHÀ MÁY SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

 

Zalo Chat
Gọi Điện Thoại