Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Thiết kế một cánh tay Robot sử dụng xy lanh khí nén có khả năng lập trình để thực hiện một số thao tác đơn giản như: vận chuyển vật, lắp ghép, rót nước…Tạo tiền đề làm mô hình thực tập cho sinh viên nghành Cơ - điện tử.

Thiết kế một cánh tay Robot sử dụng xy lanh khí nén có khả năng lập trình để thực hiện một số thao tác đơn giản như: vận chuyển vật, lắp ghép, rót nước…Tạo tiền đề làm mô hình thực tập cho sinh viên nghành Cơ - điện tử.

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chương 2

TỔNG QUAN

.1. Tổng quan về robot

.1.1.

Sơ lược quá trình phát triển của Robot công nghiệp



Chiếc Robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên vào năm 1961 ở

một nhà máy ô tô ở General motor tại Trenton, Mỹ.

Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất Robot công nghi ệp: Anh – 1967,

Thụy Điển , Nhật – 1968 theo bản quyền của Mỹ, CHLB Đức – 1971, Italia –

1973…

Bảng 2.1: Số lượng Robot được sản xuất ở một vài nước công nghiệp

phát triển

Nước sản



Năm 1990



Năm 1994



Năm 1998 (ước tính)



xuất

Nhật



60.118



29.756



67.000



Mỹ



4.327



7.634



11.100



Đức



5.845



5.125



8.600



Ý



2.500



2.408



4.000



Pháp



1.488



1.197



2.000



Anh



510



1.086



1.500



13



Hàn Quốc



1000



1.200



Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra Robot, nhưng phát tri ển cao nh ất trong lĩnh

vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng Robot lại là Nhật Bản.

.1.2.



Ứng dụng của Robot công nghiệp trong sản xuất



Mục tiêu ứng dụng: nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuy ền công

nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng c ạnh tranh của s ản

phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động.

Những ứng dụng điển hình: được ứng dụng rộng rãi trong nghành cơng

nghiệp. Những ứng dụng ban đầu gồm gắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun s ơn.



a) Robot phun sơn



b) Robot hàn



Hình 2.1: Một số ứng dụng của Robot

.1.3.

Phân loại Robot công nghiệp

.1.3.1.

Phân loại theo kết cấu



Theo kết cấu tay máy Robot công nghiệp được phân thành Robot ki ểu tọa

độ Đề-các, kiểu tọa độ trụ, kiểu tọa độ cầu, ki ểu tọa độ góc, Robot ki ểu SCARA.



14



Hình 2.2: Một số kiểu cấu trúc tay máy thường gặp

.1.3.2.



Phân loại theo hệ thống truyền động



Hệ truyền động điện: thường dùng các động cơ điện một chi ều DC hoặc

các động cơ bước, loại truyền động này dễ điều khiển, kết cấu gọn.

Hệ truyền động thủy lực: có thể đạt được cơng suất cao, đáp ứng những

điều kiện làm việc nặng. Tuy nhiên, hệ truyền động th ủy l ực thường có k ết c ấu

cồng kềnh, khó điều khiển.

Hệ truyền động khí nén: có kết cấu gọn nhẹ hơn, hệ này làm vi ệc v ới cơng

suất trung bình và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thích h ợp v ới các Robot ho ạt

động theo phương trình định sẵn với các thao tác đ ơn gi ản “nh ấc lên – đ ặt

xuống”.

.1.3.3.



Phân loại theo ứng dụng



Dựa vào ứng dụng của Robot trong sản xuất có Robot sơn, Robot hàn, Robot

lắp ráp, Robot chuyển phôi…

.1.3.4.



Phân loại theo cách thức, đặc trưng của phương pháp điều



khiển

Có Robot điều khiển hở (mạch điều khiển khơng có tín hi ệu ph ản h ồi),

Robot điều khiển kín (hay điều khiển servo): sử dụng cảm bi ến, mạch ph ản h ồi

để tăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển.

.2. Một số linh kiện sử dụng trong đề tài

.2.1 Mạch vi điều khiển (Arduino)

15



Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác v ới các

thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thi ết b ị khác. Đ ặc đi ểm

nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với

một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng. Và hi ện nay, Arduino

được sử dụng khá phổ biến vì mức giá rất thấp và tính ch ất ngu ồn m ở từ ph ần

cứng đến phần mềm.



.2.1.1.



Thông số kỹ thuật của board Arduino UNO



Bảng 2.2: Các thông số kĩ thuật của board mạch Arduino UNO

Mô tả



Giá trị



Vi điều khiển



Atmega328



Điện áp cấp nguồn



5V



Tần số hoạt động



16 MHz



Dòng tiêu thụ



30 mA



Điện áp đầu vào (kiến

nghị)



7 – 12 V



Điện áp đầu vào (giới hạn)



6 – 20 V



Số chân Digital I/O



14 (có 6 chân điều chế độ rộng xung PWM)



Số chân Analog (Input)



6 (độ phân giải 10bit)



Dòng tối đa trên một chân



40 mA

16



I/O

Dòng ra tối đa (5V)



500 mA



Dòng ra tối đa (3,3V)



50 mA



Bộ nhớ flash



32 KB (Atmega328) với 0,5 KB dùng bởi

bootloader



SRAM



2 KB (ATmega328)



EEPROM



1 KB (Atmega328)



.2.1.2.



Sơ đồ chân Arduino UNO



Hình 2.3: Sơ đồ các khối thành phần của board mạch Arduino UNO

Sơ đồ các khối thành phần của board Aduino UNO được thể hiện ở hình 2.3.

Chức năng của các khối thành phần:

Cổng giao tiếp (1): Arduino sử dụng cáp USB để giao ti ếp với máy tính,

thơng qua cáp USB chúng ta có thể nạp chương trình cho Arduino hoạt đ ộng.

17



Ngồi ra, cổng USB còn là nguồn cung cấp nguồn cho Arduino và truy ền d ữ li ệu

từ vi điều khiển lên máy tính.

Năng lượng (2 và 3): khi khơng sử dụng USB làm ngu ồn thì chúng ta có th ể

sử dụng nguồn ngồi thơng qua jack cắm (2) hoặc có th ể sử dụng hai chân V in và

GND để cấp nguồn cho Arduino. Chân IOREF là chân để đo đi ện áp ho ạt đ ộng

của vi điều khiển trên board Arduino (5 V). Chân RESET là chân reset vi đi ều

khiển được nối với GND qua một điện trở 10 KΩ , chân này tương đương vơi nút

Reset (7) trên board Arduino. Chân 5 V và chân 3.3 V là các chân dùng đ ể l ấy

nguồn ra, nên không được cấp nguồn vào các chân này vì sẽ làm h ỏng board

Arduino.

Chân digital (5, 6): Arduino có 14 chân digital với chức năng input và output

sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() để đi ều khi ển.

Cũng trên 14 chân này còn có một số chức năng khác:

Serial: chân 0 (Rx), chân 1 (Tx), hai chân này đ ể truy ền (Tx) và nh ận (Rx)

dữ liệu nối tiếp TTL. Giao tiếp với cổng COM của một s ố thiết bị hoặc các linh

kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp.

PWM (pulse width modulation): Các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 trên board

mạch có dấu “~” là các chân PWM dùng để điều khi ển tốc độ động c ơ và đ ộ sáng

của đèn…

SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn

SPI.

Chân Analog (4): Nhận các tín hiệu analog từ các thi ết bị với độ phân gi ải

10 bit. Đặc biệt chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ tr ợ giao ti ếp gi ữa Arduino và các

linh kiện có chuẩn giao tiếp I2C.

Reset (7): Dùng để reset board mạch Arduino.

.2.1.4.



Một số ứng dụng của board mạch Arduino

18



Arduino được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển tự động đơn giản như

mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khi ển các loại đ ộng c ơ,…ho ặc

cao hơn là ứng dụng trong các sản phẩm như: máy in 3D, robot, khinh khí c ầu,

máy bay khơng người lái...

Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với môi trường xung quanh

như:

Hệ thống cảm biến đa dạng (đo nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, v ận tốc,

cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng, phát hiện chuy ển động, kim loại,

khí độc…).

Các thiết bị hiển thị (đèn LED, màn hình LCD…).

Các module chức năng hỗ trợ kết nối có dây với các thi ết bị khác ho ặc

các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, wifi, Bluetooth…).

Định vi GPS, nhắn tin GPRS.



.2.2.

Rơ-le

.2.2.1.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động



19



1. Lõi sắt; 2. Cuộn dây; 3. Lò xo; 4. Đòn bẫy;

Hình 2.5: Cấu tạo của rơ-le

Cấu tạo của rơ-le gồm các bộ phận chính được thể hiện ở hình 2.5a, có m ột

cuộn dây quấn quanh một lõi sắt, đòn bẫy được nối với các ti ếp đi ểm c ủa r ơ-le

và một lò xo kéo đòn bẫy.

Nguyên lý hoạt động của rơ-le điều khiển: khi dòng đi ện vào cu ộn dây c ảm

ứng, lúc đó lực từ xuất hiện, lực này sẽ hút lõi sắt trên đó có g ắn các ti ếp đi ểm.

Lúc này, cặp tiếp điểm thường hở được đóng lại, cặp tiếp đi ểm thường đóng sẽ

được ngắt, rơ-le thực hiện đóng ngắt thiết bị điện.



[1]. Chân kích; [2]. Nối mát; [3][4]. Cặp tiếp điểm th ường h ở;

[3][5]. Cặp tiếp điểm thường đóng;

Hình 2.6 : Sơ đồ chân của rơ-le

.2.2.2.



Ứng dụng của rơ-le



Rơ-le là một loại linh kiện điện tử thụ động rất hay gặp trong các ứng

dụng thực tế. Rơ-le được sử dụng trong các trường hợp cần công su ất và đ ộ ổn

định cao, có thể dễ dàng bảo trì. Thực hiện việc đóng ngắt đi ện th ế cao AC ho ặc

DC, các thiết bị tiêu thụ dòng lớn…

.2.3.

Xy lanh khí nén

.2.3.1.

Cấu tạo của xy lanh



20



1. Phần vỏ xy lanh; 2. Cán xy lanh; 3. Piston; 4. Cổng cấp khí nén vào ra;

5. Bộ gioăng phớt làm kín xy lanh; 6. Bộ phận l ắp – ghép với các thi ết b ị khác;

Hình 2.6: Cấu tạo của xy lanh

Cấu tạo của xy lanh gồm các bộ phận chính được thể hiện ở hình 2.6, vỏ

xy lanh thường được làm bằng gang hoặc bằng nhơm. Trên vỏ xy lanh có cổng

lắp van tiết lưu cấp khí nén vào ra. Piston trượt trong xy lanh được nối với cán xy

lanh, có bộ gioăng phớt làm bằng cao su để làm kín xy lanh. Vỏ và cán xy lanh có

bộ phận lắp – ghép với các thiết bị khác.



.2.3.2.



Nguyên lý hoạt động của xy lanh



Áp suất khí nén dẫn vào xy lanh thơng qua van ti ết lưu đi vào m ột đ ầu c ấp

khí nén sẽ đẩy cán xy lanh đi ra, và ngược lại, cấp khí nén vào đ ầu còn l ại cán xy

lanhh sẽ đi theo hướng ngược lạị. Độ nhanh chậm của cán xy lanh phụ thu ộc vào

áp suất khí nén đi vào đầu cấp khí nén, có th ể điều ch ỉnh áp su ất khí nén b ằng

van tiết lưa có chỉnh lưu.

Lực trong xy lanh

21



Áp suất P của khí nén tác dụng lực F lên bề mặt piston, lực này giúp xy

lanh làm việc.



Hình 2.7: Lực bề mặt piston

Lực này được tính theo cơng thức:

F = P.A (N)

Trong đó, P: là áp suất khí nén (Pa)

A: là diện tích bề mặt piston (m2 )

F: là tực tác dụng vng góc lên bề mặt piston (N)

Từ hình vẽ ta thấy các diện tích A1, A2 ở 2 bên bề mặt piston là khác nhau (A1

= A2 + A3), A3 là tiết diện của cần piston, nên các lực tác dụng cũng khác nhau

tại cùng một nguồn khí nén có áp suất P : F1 = P.A1, F2 = P.A2 và F1>F2

Tốc độ truyền động của xy lanh

Khi tải trọng của truyền động không đổi, tốc độ truyền động được xác định

theo quan hệ :

v (m/s)

Trong đó, v: Tốc độ truyền động của xy lanh (m/s)

Q : Lưu lượng khí nén (m3/s)

A: Diện tích bề mặt piston (m2)



22



Từ cơng thức ta thấy trong trường hợp dung tích hành trình của cơ cấu ch ấp

hành và trọng tải không đổi, tốc độ truyền động tỉ lệ với lưu lượng Q. Để thay

đổi tốc độ truyền của xy lanh ta thay đổi lưu l ượng khí nén đi vào xy lanh b ằng

van tiết lưu nhằm mục đích khống chế tốc độ của các cơ cấu chấp hành.

.2.3.3.



Thông số kỹ thuật của các xy lanh khí nén sử dụng trong đề



tài



Hình 2.8: Xy lanh khí nén Parker GDC-40*300

Bảng 2.3: Thơng số kỹ thuật của xy lanh khí nén Parker GDC-40*300

Đặc điểm kỹ thuật



Thơng số



Đường kính vỏ xy lanh



28 mm



Đường kính cán xy lanh



9 mm



Hành trình xy lanh



125 mm



Áp suất chịu đựng



1, 5 MPa



Thang nhiệt độ



5-60 0C



Hình 2.9: Xy lanh xoay SMC CRB2BWU10



23



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Thiết kế một cánh tay Robot sử dụng xy lanh khí nén có khả năng lập trình để thực hiện một số thao tác đơn giản như: vận chuyển vật, lắp ghép, rót nước…Tạo tiền đề làm mô hình thực tập cho sinh viên nghành Cơ - điện tử.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×