<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO</b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

GVHD: TS. Nguyễn Văn Thái SVTH: Nguyễn Phong Anh 19151004

Hà Gia Thái 19151172 Trịnh Duy Khánh 19151141

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>LỜI NÓI ĐẦU</b>

Chúng ta đang sống trong một xã hội với trình độ cơng nghệ phát triển một cách chóng mặt, các máy móc tự động và đặc biệt là Robot đang dần thay thế con người làm những công việc từ cơ bản đến phức tạp. Robot giúp con người tránh làm những việc lặp đi lặp lại, hoặc những công việc có tính chất động hại, nguy hiển và khó khăn hoặc thậm chí khơng thể hồn thành trong các trường hợp thơng thường. Trong ngành cơng nghiệp hiện nay, có rất nhiều loại Robot đã được thiết kế nhằm phục phụ những công việc cụ thể như: sản xuất, giám sát, nghiên cứu, … Ngồi ra Robot cịn được phổ biến trong rất nhiều lĩnh vực chẳng hạn như: công nghiệp, quân sự, y học, …

Mục đích của đề tài này hướng đến phương pháp nghiên cứu cách thức chế tạo, mơ phỏng và điều khiển một mơ hình cánh tay Robot hoạt động một cách linh hoạt và ổn định. Từ đó, hy vọng có thể đóng góp một phần cơng sức trong cơng trình nghiên cứu Robot vào phịng thí nghiệm của các trường cao đẳng, đại học

Với một tinh thần làm việc nhiệt huyết cùng với sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn, nhóm đã hồn thành luận văn: “Thiết kế và điều khiển PID cho cánh tay Robot ba bậc tự do”

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>MỤC LỤC</b>

LỜI NĨI ĐẦU...1

MỤC LỤC...2

MỤC LỤC HÌNH ẢNH...3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN...4

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH...5

1.1 Thiết kế và xây dựng mơ hình...5

1.2 Các thiết bị được sử dụng trong mơ hình...5

1.2.1 Thiết bị thực hiện chức năng truyền động...5

1.2.2 Thiết bị điều khiển...7

1.2.3 Mạch cầu điều khiển động cơ DC L298N...8

1.2.4 Nguồn tổ ong...9

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN KẾT QUẢ VÀ KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ ĐỘNG HỌC CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO...10

2.1 Tính tốn động học thuận...10

2.2 Tính toán động học nghịch cho cánh tay robot 3 bậc tự do...13

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN...16

3.1 Sơ đồ khối điều khiển cánh tay robot 3 bậc tự do...16

3.2 Giao diện điều khiển...16

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...18

4.1 Kết quả...18

4.2 Hướng phát triển...18

TÀI LIỆU THAM KHẢO...19

PHỤ LỤC...20

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Hình 1. 9 Nguồn tổ ong 12VDC-5A...9Y Hình 2. 1 Hệ trục tọa độ của robot...10

<small>Y</small>Bảng 1 Thơng số vật lý của mơ hình

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN</b>

<b><small>TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022Giảng viên hướng dẫn</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH1.1 Thiết kế và xây dựng mơ hình </b>

Mơ hình cánh tay robot 3 bậc tự do được xây dựng ngoài thực tế bằng vật liệu nhựa mica với tỉ lệ 1:1.

Hình 1. 1 Mơ hình thực tế

<b>1.2 Các thiết bị được sử dụng trong mơ hình 1.2.1 Thiết bị thực hiện chức năng truyền động</b>

- Puly GT2

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>1.2.2 Thiết bị điều khiển</b>

- Board Arduino Uno:

Hình 1. 7 Board Arduino Mega2560 Thơng số kỹ thuật:

Vi điều khiển: Atmega2560

IC nạp và giao tiếp UART: Atmega16U2

Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc tròn DC Số chân Digital I/O: 54 (trong đó 15 chân có khả năng xuất xung PWM) Số chân Analog Input: 16

Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20mA Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50mA

Flash Memory: 256 KB trong đó 8 KB sử dụng cho bootloader.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hình 1. 8 Mạch cầu L298N Thông số kỹ thuật

Điện áp đầu vào: 5~30VDC

Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dịng càng nhỏ, cơng suất có định 25W).

Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss Kích thước: 43x43x27mm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN KẾT QUẢ VÀ KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ ĐỘNGHỌC CÁNH TAY ROBOT 3 BẬC TỰ DO</b>

<b>2.1 Tính tốn động học thuận</b>

Mục đích của bài tốn động học thuận là xác định vị trí của khâu tác động cuối của tayo máy khi biết các biến khớp của tay máy.

Các bước tính tốn động học thuận của cánh tay robot 3 bậc tự do được trình bày như sau:

<b>Bước 1: Đặt trục tọa độ cho hệ cánh tay robot</b>

Hình 2. 1 Hệ trục tọa độ của robot

Bảng 1 Thơng số vật lý của mơ hình:

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>Bước 2: Lập bảng D-H (Denavit – Hartenberg).</b>

- a_{là chiều dài của mỗi khâu được xác định bằng đường vuông}

chung giữa hai trục Z.

- là độ xoắn của mỗi khâu được xác định bằng góc lệch giữa hai trục Z.

- d_{là độ lệch của khớp được xác định bằng đường vng góc chung}

hay khoảng cách giữa hai mặt phẳng chứa trục tọa độ x<small>i</small>_vàx_i₁_.

- là góc khớp được xác định bằng góc lệch giữa hai khâu liền kề.

<b>Bước 3: Ta tiến hành thay lần lượt các giá trị trong bảng D-H vào ma trận chuyển</b>

đổi sau:

Ta có ma trận chuyển đổi tổng quát từ hệ thứ i sang hệ thứ i+1 [1]:

<small>1</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<small>1</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>2.2 Tính tốn động học nghịch cho cánh tay robot 3 bậc tự do.</b>

Mục đích của bài tốn động học nghịch là tìm các biến khớp của tay máy khi biết vị trí khâu tác động cuối của tay máy. Có 2 phương pháp để giải bài toán động học nghịch là phương pháp hình học và phương pháp đại số. Ở đây nhóm đã áp dụng phương pháp đại số để giải. Các bước thực hiện được trình bày dưới đây:

<b>Bước 1: Từ 05 ta nhân hai vế của đẳng thức cho ma trận </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN3.1 Sơ đồ khối điều khiển cánh tay robot 3 bậc tự do.</b>

Điều khiển cánh tay robot 3 bậc tự do dựa trên sơ đồ Error: Reference source not found. Trong đó khối giao diện có chức năng tuỳ chỉnh các thơng số robot và các tuỳ chọn điều khiển robot từ đó gửi bộ góc qua Arduino thơng giao tiếp serial (UART). Khối vi điều khiển có chức năng nhận bộ góc, xử lí, tính tốn sau đó tạo ra các xung để cung cấp điều khiển từng step motor. Từng động cơ step sẽ gắn vào mạch Arduino CNC Shield V3 nhận tín hiệu trả về từ Arduino và thực hiện chuyển động trong robot.

Hình 3. 1 Sơ đồ khối điều khiển

<b>3.2 Giao diện điều khiển</b>

Để thuận tiện cho việc điều khiển cũng như theo dõi hoạt động của robot, các giá trị biến khớp, tọa độ cơng tác. Nhóm đã tạo giao diện điều khiển trên phần mềm Visual Studio bằng ngôn ngữ C Sharp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Hình 3. 2 Giao diện chính

Hình 3. 3 Giao diện điều khiển

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN4.1 Kết quả </b>

Đề tài “Thiết kế và điều khiển cánh tay robot 3 bậc tự do” là đề tài mang tính ứng dụng thực tế. Mơ hình đáp ứng được các yêu cầu đề ra và hoạt động tốt trong một mơi trường nhất định.

Thơng qua q trình nghiên cứu cơ sở lý thuyết, mô phỏng và xây dựng mô hình, đồ án đạt được kết quả như sau:

+ Thiết kế mơ hình sử dụng phần mềm Solidworks + Xây dựng mơ hình thực tế với tỉ lệ 1:1 so với thiết kế.

+ Lập tzrình điều PID động cơ DC Encoder để robot hoạt động trên phần mềm

Tăng số bậc tự do cho robot để tăng không gian làm việc và robot sẽ hoạt động linh hoạt hơn.

Ứng dụng xử lý ảnh để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp và nâng cao sự thơng mình của robot.

Áp dụng các thuật toán điều khiển để tăng tốc độ di chuyển của robot trong ứng dụng gắp và đặt vật. Và hạn chế các tác động ngoại vi như nhiễu, rung lắc gây ra trong quá trình hoạt động.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b>

[1] J. J. Craig, Introduction to Robotics Mechanics and Control. Pearson Education International.

[2] K. S. FU, ROBOTICS: Control, Sensing, Vision, and Intelligence. The United States of America, 1987.

[3] K. Z. A. War War Naing, Aung Thike, "Position Control of 3-DOF Articulated Robot Arm using PID Controller," International Journal of Science and Engineering Applications, vol. 7, no. 09,254-259, 2018.

[4] B. S. L. Sciavicco and L. V. G. Oriolo, Robotics Modelling, Planning and Control Springer, 2009.

[5] P. T. N. T. THỊNH, GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ROBOT. NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2014.

[6] H. Z. Hossein Sadegh Lafmejani, "Modeling, Simulation and Position Control of 3DOF Articulated Manipulator," Indonesian Journal of Electrical Engineering and Informatics (IJEEI), vol. 2, 2014.

</div>