ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY BA BẬC TỰ DO DÙNG THỊ GIÁC MÁY TÍNH

115 213 3
ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY BA BẬC TỰ DO DÙNG THỊ GIÁC MÁY TÍNH

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY BA BẬC TỰ DO DÙNG THỊ GIÁC MÁY TÍNH MỤC LỤC GIỚI THIỆU: 1. Nhận xét của giáo viên hướng dẫn. 2. Nhận xét của giáo viên phản biện. 3. Mục lục. PHẦN A: MỞ ĐẦU 1 PHẦN B: NỘI DUNG 3 Chương 1: Cở sở lý thuyết 4 1.1 Lý thuyết PLC S7200 4 1.1.1 Giới thiệu PLC S7200 4 1.1.2 Bộ nhớ PLC S7200 6 1.1.3 Bộ điều rộng xung (PTOPWM) 7 1.1.4 Bộ đếm xung tốc độ cao 11 1.2 Tổng quan về Robot 18 1.2.1 Lịch sử phát triển 18 1.2.2 Hệ thống Robot 20 1.2.3 Phân loại Robot 20 1.2.4 Các khái niệm cơ bản 22 1.3 Khảo sát tay máy 3 bậc tự do 29 1.3.1 Quy tắc DenavitHartenberg 29 1.3.2 Động học và động lực học thuận 30 1.3.3 Động học ngược 39 1.4 Ứng dụng MATLAB 41 1.4.1 Xử lý ảnh trong MATLAB 41 1.4.2 OPC Toolbox 50 1.5 Sơ lược các bộ truyền động 55 1.5.1 Bộ truyền động bánh răng thẳng 55 1.5.2 Bộ truyền động bánh vít 56 1.6 Động cơ DC 57 1.6.1 Cấu tạo 57 1.6.2 Nguyên tắc hoạt động 58 1.6.3 Các phương pháp điều khiển 58 1.7 Rotary Encoder 59 1.7.1 Cấu tạo 59 1.7.2 Nguyên tắc hoạt động 60 1.8 Van khí nén 61 1.9 Xi lanh khí nén 62 Chương 2: Thiết kế và thi công phần cứng 63 2.1 Thiết kế mạch 63 2.1.1 Mạch nguồn 63 2.1.2 Mạch chuyển đổi áp 64 2.1.3 Mạch công suất 64 2.1.4 Mạch đảo chiều động cơ 65 2.1.5 Mạch lấy tín hiệu xung Encoder 65 2.1.6 Relay đóng mở van khí 66 2.2 Thông số khâu, khớp của tay máy 68 2.2.1 Thông số khâu 68 2.2.2 Góc ban đầu 68 2.2.3 Thông số encoder 68 2.2.4 Cách tính xung từ góc của khớp 68 2.3 Thi công 69 2.3.1 Mạch điều khiển 69 2.3.2 Hộp điều khiển 70 2.3.3 Không gian làm việc 70 2.3.4 Tay máy 71 Chương 3: Xây dựng phần mềm 72 3.1 Lưu đồ giải thuật cho toàn hệ thống 72 3.2 Lưu đồ giải thuật cho xử lý ảnh 73 3.3 Lưu đồ giải thuật cho chương trình PLC 74 3.3.1 Lưu đồ giải thuật cho chương trình chính 74 3.3.2 Lưu đồ giải thuật cho chương trình con 75 3.4 Giao diện điều khiển bằng MATLAB 77 PHẦN C: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 78 Phụ lục 80 Tài liệu tham khảo 110

Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY BA BẬC TỰ DO DÙNG THỊ GIÁC MÁY TÍNH GVHD : ThS TRẦN VĂN TRINH SVTH : VÕ HỒNG TRƠVI NGUYỄN SĨ BÍCH LỚP : DHDT1B KHĨA : 2005 – 2009 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2009 Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh Sau năm học Đại học chúng em có ngày hôm nhờ giúp đỡ, động viên lớn từ nhiều phía Chúng em xin chân thành cảm ơn: Gia đình ln ủng hộ, giúp đỡ chúng em vượt qua khó khăn thử thách suốt thời gian qua Quý Thầy cô khoa Công nghệ Điện tử giúp chúng em có kiến thức tốt để thực đề tài Thầy Trần Văn Trinh tận tình hướng dẫn chúng em trình chuẩn bị thực đề tài Cùng tất bạn giúp dỡ cho chúng tơi Võ Hồng Trơvi Nguyễn Sĩ Bích NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009 Chữ ký giáo viên: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN: Võ Hoàng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009 Chữ ký giáo viên: MỤC LỤC GIỚI THIỆU: Nhận xét giáo viên hướng dẫn Nhận xét giáo viên phản biện Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh Mục lục PHẦN A: MỞ ĐẦU PHẦN B: NỘI DUNG Chương 1: Cở sở lý thuyết .4 1.1 Lý thuyết PLC S7-200 1.1.1 Giới thiệu PLC S7-200 1.1.2 Bộ nhớ PLC S7-200 .6 1.1.3 Bộ điều rộng xung (PTO/PWM) 1.1.4 Bộ đếm xung tốc độ cao .11 1.2 Tổng quan Robot 18 1.2.1 Lịch sử phát triển .18 1.2.2 Hệ thống Robot 20 1.2.3 Phân loại Robot 20 1.2.4 Các khái niệm 22 1.3 Khảo sát tay máy bậc tự .29 1.3.1 Quy tắc Denavit-Hartenberg .29 1.3.2 Động học động lực học thuận 30 1.3.3 Động học ngược 39 1.4 Ứng dụng MATLAB 41 1.4.1 Xử lý ảnh MATLAB 41 1.4.2 OPC Toolbox .50 1.5 Sơ lược truyền động 55 1.5.1 Bộ truyền động bánh thẳng 55 1.5.2 Bộ truyền động bánh vít .56 1.6 Động DC 57 1.6.1 Cấu tạo .57 1.6.2 Nguyên tắc hoạt động 58 1.6.3 Các phương pháp điều khiển 58 1.7 Rotary Encoder 59 1.7.1 Cấu tạo 59 1.7.2 Nguyên tắc hoạt động 60 1.8 Van khí nén 61 1.9 Xi lanh khí nén 62 Chương 2: Thiết kế thi công phần cứng 63 2.1 Thiết kế mạch 63 Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh 2.1.1 Mạch nguồn .63 2.1.2 Mạch chuyển đổi áp 64 2.1.3 Mạch công suất 64 2.1.4 Mạch đảo chiều động 65 2.1.5 Mạch lấy tín hiệu xung Encoder 65 2.1.6 Relay đóng mở van khí 66 2.2 Thông số khâu, khớp tay máy .68 2.2.1 Thông số khâu 68 2.2.2 Góc ban đầu .68 2.2.3 Thông số encoder .68 2.2.4 Cách tính xung từ góc khớp 68 2.3 Thi cơng 69 2.3.1 Mạch điều khiển 69 2.3.2 Hộp điều khiển 70 2.3.3 Không gian làm việc 70 2.3.4 Tay máy .71 Chương 3: Xây dựng phần mềm 72 3.1 Lưu đồ giải thuật cho toàn hệ thống 72 3.2 Lưu đồ giải thuật cho xử lý ảnh 73 3.3 Lưu đồ giải thuật cho chương trình PLC 74 3.3.1 Lưu đồ giải thuật cho chương trình 74 3.3.2 Lưu đồ giải thuật cho chương trình 75 3.4 Giao diện điều khiển MATLAB 77 PHẦN C: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 78 Phụ lục 80 Tài liệu tham khảo 110 Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh PHẦN A Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp T GVHD: ThS Trần Văn Trinh rong thời đại ngày nay, ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng kinh tế Từ ngành sản xuất, chế biến lương thực thực phẩm, nước uống ngành công nghệ chế tạo máy, công nghệ chế tạo ôtô, ngành cơng nghệ cao v.v…Tất ngành có hiệu kinh tế cao khơng nhờ vào hệ thống sản xuất tự động, Robot tự động, tay máy công nghiệp, chúng thay sức lao động người cách hiệu Robot sử dụng rộng rãi từ nơi mà môi trường có tính độc hại, nguy hiểm, độ xác cao công nghiệp công việc ngày Do Robot có tầm quan trọng lớn lĩnh vực nghiên cứu hàng đầu thời đại ngày Là sinh viên chuyên ngành điện tử tự động, để bổ sung kiến thức học nghiên cứu vấn đề lĩnh vực điều khiển nên chúng em định chọn đề tài “Điều khiển tay máy bậc tự dùng thị giác máy tính” Thơng qua luận văn chúng em khảo sát, nghiên cứu điều khiển tay máy bậc tự để gắp vật cố định mặt phẳng nhờ trợ giúp Camera xác định tọa độ vật Để điều khiển tay máy dùng vi xử lý, vi điều khiển PLC kết hợp với mạch công suất, mạch cảm biến Song thực tế cho thấy xử lý ảnh dùng Camera số vi điều khiển PLC khó thực hiện, tốc độ xử ảnh chậm giá thành cao Chúng em chọn phương pháp dùng máy tính để xử lý ảnh điều khiển tay máy thông qua PLC Mọi việc dễ dàng nhiều MATLAB trở thành phần mềm hữu hiệu để thực theo cách MATLAB tích hợp nhiều cơng cụ cho nhiều lĩnh vực có hai Toolbox cần thiết là: Image Processing Toolbox cho việc xử lý ảnh OPC Toolbox cho việc kết nối PLC Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn thời hạn q trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến từ q Thầy bạn để đề tài chúng em ngày hoàn thiện Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh PHẦN B Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Lý thuyết PLC S7-200 Lý thuyết PLC rộng nên chương chúng em trình bày khái niệm phần lý thuyết liên quan PLC S7-200 loại CPU 224 sử dụng luận văn 1.1.1 Giới thiệu PLC S7-200: Trong hệ thống tự động thường gặp thiết bị làm việc theo nguyên tắc tuần tự, tuân theo quy luật thiết kế sẵn với tín hiệu vào nằm hai mức có khơng contact, relay, mạch định thời Các hệ thống có sơ đồ phức tạp, độ tin cậy kém, đáp ứng không nhanh, dễ hỏng v.v…Từ năm 70 để đáp ứng nhu cầu thực tế sản xuất, mạch điều khiển relay, định thời khơng phù hợp, điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller – PLC) đời Các PLC đời đầu thực phép tính logic, tín hiệu vào tín hiệu rời rạc Hiện PLC thực phép tính số học, logic làm việc với tín hiệu vào tín hiệu liên tục PLC S7-200 PLC mạnh hãng Siemens PLC S7-200 gồm phần sau: - Khối CPU - Khối nhớ RAM, ROM, EPROM, EEPROM - Khối vào – - Khối nguồn - Khối mở rộng Power Supply Input Interface Central Processing Unit ( CPU) Output Interface Memory Hình 1.1: Cấu tạo chung PLC Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh end function edit_dat3_Callback(hObject, eventdata, handles) % - Executes during object creation, after setting all properties function edit_dat3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit_d1_Callback(hObject, eventdata, handles) % - Executes during object creation, after setting all properties function edit_d1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to edit_d1 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called % Hint: edit controls usually have a white background on Windows % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit_d2_Callback(hObject, eventdata, handles) % - Executes during object creation, after setting all properties function edit_d2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end function edit_d3_Callback(hObject, eventdata, handles) % - Executes during object creation, after setting all properties function edit_d3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % See ISPC and COMPUTER if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % - Executes on button press in cmd_manual function cmd_manual_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to cmd_manual (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global bit_manual manual if bit_manual==1 bit_manual=0 writeasync(manual,0) set(handles.text_manual,'string','Automatic') else bit_manual=1 writeasync(manual,1) set(handles.text_manual,'string','Manual') end Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 101 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh % - Executes on button press in cmd_kep function cmd_kep_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to cmd_kep (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global van_khi writeasync(van_khi,1) % - Executes on button press in cmd_tha function cmd_tha_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to cmd_tha (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global van_khi writeasync(van_khi,0) % - Executes on button press in cmd_dung function cmd_dung_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to cmd_dung (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global dung writeasync(dung,1) writeasync(dung,0) % - Executes on button press in cmd_reset function cmd_reset_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to cmd_reset (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global goc1 goc2 goc3 % GOC BAN DAU goc1=0%12 goc2=180%130; goc3=90%49 % - Executes on button press in cmd_stop function cmd_stop_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to cmd_stop (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global start control writeasync(start,0) writeasync(control,10) % - Executes on button press in exit function exit_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to exit (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global run run = 0; close all % - Executes on button press in cmd_begin function cmd_begin_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to cmd_begin (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global control start writeasync(start,0) writeasync(control,11) Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 102 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh 2.Code chương trình PLC: Đặt tên cho Bit: 2.1 Chương trình MAIN: Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 103 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 104 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 105 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 106 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 107 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 108 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 109 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 110 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 111 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh 2.2 Chương trình khởi tạo chế độ điều xung cho Q00,Q01: Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 112 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh 2.3 Chương trình Reser Counter: 2.4 Chương trình khởi tạo motor: 2.5 Chương trình vị trí ban đầu: Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 113 Đồ án tốt nghiệp Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích GVHD: ThS Trần Văn Trinh 114 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Thành, MATLAB ứng dụng điều khiển , nhà xuất bản: Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [2] Trần Thế San biên dịch, Cở sở nghiên cứu sáng tạo ROBOT , nhà xuất Thống Kê [3] Nguyễn Đức Thành, Đo lường điều khiển máy tính, nhà xuất bản: Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [4] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, Nhập môn xử lý ảnh số, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [5] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, nhà xuất bản: Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh [1] Nguyễn Đức Thành, MATLAB ứng dụng điều khiển, nhà xuất bản: Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [2] Trần Thế San biên dịch, Cở sở nghiên cứu sáng tạo ROBOT , nhà xuất Thống Kê [3] Nguyễn Đức Thành, Đo lường điều khiển máy tính, nhà xuất bản: Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [4] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, Nhập môn xử lý ảnh số, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [5] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, nhà xuất bản: Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh [6] http://www.ebookee.com/Digital-Image-Processing-UsingMatlab_157277.html [7] http://www.mathworks.com/products/image/ [8] http://www.mathworks.com/products/opc/ [9] http://www.softwaretoolbox.com/Prod_Services/OPC/opc.asp [10].http://www.mathworks.de/products/opc/functionlist.html [11].http://www.learnaboutrobots.com/inverseKinematics.htm Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 115 ... vấn đề lĩnh vực điều khiển nên chúng em định chọn đề tài Điều khiển tay máy bậc tự dùng thị giác máy tính Thơng qua luận văn chúng em khảo sát, nghiên cứu điều khiển tay máy bậc tự để gắp vật... có bậc tự Robot có bậc tự dư mà Võ Hồng Trơvi – Nguyễn Sĩ Bích 26 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trần Văn Trinh bậc tự thiếu Robot có số bậc tự lớn đơi dùng để di chuyển Trong số trường hợp bậc tự. .. tiếp điều khiển Một số điều khiển có khả tự học, tự tương tác với máy tính Robot Điều khiển Hồi tiếp Camera Tín hiệu quan sát Hồi tiếp Máy tính Bộ điều khiển Lệnh Hình 1.13 : Minh họa hệ thống

Ngày đăng: 18/09/2019, 15:10

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Sau 4 năm học Đại học chúng em có được như ngày hôm nay là nhờ sự giúp đỡ, động viên rất lớn từ nhiều phía.

  • Chúng em xin chân thành cảm ơn:

  • Gia đình đã luôn ủng hộ, giúp đỡ chúng em vượt qua khó khăn thử thách trong suốt thời gian qua.

  • NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

  • Chữ ký giáo viên:

  • NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:

  • Chữ ký giáo viên:

  • MỤC LỤC

  • GIỚI THIỆU:

  • PHẦN A: MỞ ĐẦU 1

  • PHẦN B: NỘI DUNG 3

  • Chương 1: Cở sở lý thuyết 4

  • CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

  • 1.1 Lý thuyết PLC S7-200

  • Lý thuyết PLC thì rất rộng nên trong chương này chúng em chỉ trình bày những khái niệm cơ bản và những phần lý thuyết liên quan PLC S7-200 loại CPU 224 được sử dụng trong luận văn.

  • 1.1.1 Giới thiệu PLC S7-200:

    • 1.1.2 Bộ nhớ PLC S7-200:

    • Bộ nhớ của PLC thường có 3 vùng nhớ chính:

    • 1.1.2.1 Vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng:

    • - OB1( Organisation block): vùng nhớ chứa chương trình chính, PLC luôn quét các lệnh trong vùng nhớ này.

    • - Subroutine ( chương trình con): vùng nhớ chứa chương trình con, chương trình con được thực hiện khi được gọi bởi chương trình chính.

    • - Interrup ( chương trình ngắt): vùng nhớ chứa chương trình ngắt, chương trình này sẽ thực hiện khi có một ngắt xảy ra, như: ngắt Timer, ngắt của HSC…

    • 1.1.2.2 Vùng nhớ chứa tham số:

    • Thông thường có 5 vùng như sau:

    • - Vùng nhớ I ( Process image input): vùng dữ liệu các cổng vào số, khi thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic tất cả các cổng đầu vào rồi cất chúng trong vùng nhớ I. Chương trình sẽ đọc giá trị logic các cổng vào thông qua vùng nhớ I.

    • - Vùng nhớ Q ( Process Image Output): vùng nhớ đệm cho các cổng ra số. Khi kết thúc thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số.

    • - Vùng nhớ M: chương trình sử dụng các tham số này cho việc lưu giữ các biến cần thiết. Vùng nhớ này có thể truy cập theo bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MD).

    • - Vùng nhớ T (Timer): dùng để lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị hiện tại cũng như giá trị đầu ra của Timer.

    • - Vùng nhớ C ( Counter): dùng để lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị hiện tại cũng như giá trị đầu ra của Counter.

    • 1.1.2.3 Vùng chứa các khối dữ liệu:

    • - Data Block: vùng chứa dữ liệu được chia thành khối. Kích thước do người sử dụng quy định. Vùng nhớ này có thể truy cập theo từng bit (DBX), byte(DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD).

    • - Local Data Block: vùng dữ liệu địa phương, các khối chương trình chính, chương trình con, chương trình ngắt sử dụng và tổ chức cho các biến nháp tạm thời. Nội dung của khối dữ liệu trong vùng nhớ này khi kết thúc chương trình tương ứng

    • trong chương trình chính, chương trình con hay chương trình ngắt. Vùng nhớ này có thể truy cập theo từng bit (L), byte(LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD).

    • 1.1.3 Bộ điều rộng xung (PWM, PTO):

      • 1.1.3.1 Điều rộng xung 50% (PTO):

      • 1.1.3.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM):

    • - Chọn ngõ ra xung Q0.0 hay Q0.1.

    • - Chọn loại xung PTO hay PWM.

    • Sau đó chọn tốc độ Min max và tốc độ ban đầu.

    • Chọn thời gian khởi động đạt Max và thời gian Stop về Min.

    • Sau đó chọn Byte bắt đầu:

    • Kết thúc tạo Wizard chương trình sẽ tạo hai chương trình con X_CTRL và X_MAN. Chúng ta sử dụng chương trình này cho việc định dạng xung.

    • 1.1.4 Bộ đếm xung tốc độ cao (High-Speed Counter):

  • 1.2.4.1 Khâu và khớp:

  • 1.2.4.2 Bậc tự do:

  • Trong nghiên cứu động học Robot thì vấn đề đầu tiên là số bậc tự do của cơ cấu. Số bậc tự do là số các thông số độc lập hoặc các thông số ngõ vào cần thiết để cấu thành cơ cấu hoàn chỉnh. Ta có các ký hiệu sau dùng cho các phương trình về cơ cấu:

  • Ci: số ràng buộc của khớp i.

  • F : số bậc tự do của cơ cấu.

  • fi : số chuyển động tương đối của khớp i

  • j : số khớp trong cơ cấu.

  • ji : số khớp với i bậc tự do.

  • L : số vòng độc lập trong cơ cấu.

  • n : số khâu trong cơ cấu, kể cả khâu cố định.

  • λ : số bậc tự do trong không gian làm việc.

  • Giả thiết các khớp đều là khớp hai chiều , khớp 3 chiều được coi là khớp 2 chiều, khớp 4 chiều được coi là khớp 3 chiều. Giá trị bậc tự do của cơ cấu bằng bậc tự do liên quan tới tất cả các khâu chuyển động trừ đi số ràng buộc của khớp. Nếu tất cả các khâu đều không bị ràng buộc thì số bậc tự do của cơ cấu n khớp sẽ bằng

  • λ(n-1). Tuy nhiên tổng các ràng buộc của các khớp bằng , do đó giá trị bậc tự do của cơ cấu được tính theo phương trình:

  • (*)

  • Số ràng buộc của một khâu và số bậc tự do của khâu đó bằng thông số chuyển động λ, do đó:

  • λ = ci + fi .

  • Tổng ràng buộc các khâu là:

  • .(**)

  • Thay vào phương trình (*) ta có:

  • Ví dụ: Với cơ cấu năm khâu phẳng. Ta có: λ =3, n =5, j = ji = 5

  • Ta có F = 3(5-5-1)+5x1 =2. Cơ cấu này là cơ cấu 2 DOF.

  • 1.2.4.3 Hệ trục tọa độ:

  • Mỗi robot gồm nhiều khâu liên kết với nhau bởi các khớp tạo thành những mắc xích động học xuất phát từ những khâu cơ bản đứng yên. Hệ tọa độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ tọa độ cơ bản ( hay hệ tọa độ chuẩn). Các hệ tọa độ khác gọi là hệ tọa độ suy rộng xác định cấu hình của Robot. Các hệ tọa độ suy rộng gọi là các biến khớp.

  • Các hệ tọa độ gắn lên khâu phải tuân theo quy tắc bàn tay phải. Thường dùng chữ O các chỉ số n chỉ hệ tọa độ gắn lên khâu n. Hệ tọa độ cơ bản kí hiệu là O­0, các khâu trung gian tương ứng là O1, O2, …On-1. Hệ tọa độ trên khâu cuối cùng On.

  • 1.2.4.4 Trường công tác:

  • Trường công tác của Robot là toàn bộ thể tích mà khâu chấp hành cuối được quét khi robot thực hiện các chuyển động có thể. Trường công tác phụ thuộc vào cấu trúc hình học của Robot và cơ học của khớp.

  • 1.2.4.5 Động học:

  • Động học nghiên cứu chuyển động nhưng không xét đến các lực hay các “momen” gây ra chuyển động. Động học chỉ xét vị trí, vận tốc, gia tốc và các đạo hàm các biến vị trí theo các biến thời gian, do đó chỉ đề cập tới tính chất hình học và thời gian của không gian chuyển động. Giải tích động học nghiên cứu về đạo hàm, vi phân tích phân của chuyển động tương đối. Có hai dạng bài toán động học thuận và động học ngược. Động học thuận giải bài toán vị trí và định hướng của đầu tác động với các biến khớp là biến đầu vào, động học đảo thì ngược lại.

  • 1.2.4.6 Tĩnh học:

  • Tĩnh học nghiên cứu các quan hệ lực tạo ra sự cân bằng giữa các thành phần khác nhau của cơ cấu chấp hành. Khi hoạt động, Robot chịu rất nhiều lực tác động như: trọng lực, lực quán tính, trọng tải v.v…Do đó các lực phải xem xét kỹ trong gian đoạn thiết kế Robot. Cân bằng lực phụ thuộc vào hình dạng của cơ cấu.

  • 1.2.4.7 Động lực học:

  • 1.3 Khảo sát tay máy 3 bậc tự do dạng RRR:

  • 1.3.1 Quy tắc Denavit – Hartenberg (D-H):

  • Một Robot nhiều khâu cấu thành từ các khâu nối tiếp thông qua các khớp động. Gốc chuẩn của một Robot là khâu số 0, khâu 1 nối với khâu chuẩn bởi khớp 1, khâu 2 nối với khâu 1 bởi khớp 2…Bất kì khâu nào cũng đặt trưng bởi hai kích thước:

  • Độ dài pháp tuyến chung a­n.

  • Góc giữa các trục trong mặt phẳng vuông góc với an là αn.

  • Hình 1.21: Chiều dài và góc xoắn của 1 khâu.

  • Hình 1.21: Các thông số khâu θ, d, a và α

  • Mỗi trục sẽ có hai pháp tuyến, mỗi pháp tuyến dùng cho mỗi khâu. Vị trí tương đối của hai khâu liên kết với nhau được xác định bởi dn là khoảng cách giữa các pháp tuyến đo dọc theo trục khớp n và θn là góc giữa các pháp tuyến đo trong mặt phẳng vuông góc với trục. Trong thực tế thường dn và θn thường gọi là khoảng cách và góc giữa các khâu. Nguyên tắc hệ trục tọa độ như sau:

  • - Gốc của hệ tọa độ gắn lên khâu n đặt tại giao điểm của pháp tuyến an với trục khớp thứ n + 1. Trường hợp hai trục khớp cắt nhau, gốc tọa độ sẽ đặt tại chính điểm cắt đó. Nếu các trục khớp song song với nhau, gốc tọa độ được chọn trên trục khớp của khâu đế tiếp, tại điểm thích hợp.

  • - Trục z của hệ tọa độ gắn lên khâu thứ n đặt dọc theo trục khớp thứ n + 1.

  • - Trục x thường được đặt dọc theo pháp tuyến chung và hướng từ n đến n + 1. Trong trường hợp các trục khớp cắt nhau thì trục x chọn theo tích vector .

  • Trong trường hợp khớp tịnh tiến thì dn là biến khớp và an = 0.

  • Gắn hệ trục tọa độ cho các khớp phải theo quy tắc bàn tay phải:

  • 1.3.2 Động học và động lực học thuận:

  • Hình 1.22:Hệ trục tọa độ gắn cho tay máy 3 bậc tự do.

  • 1.3.2.1 Bảng thông số D-H:

  • 1.3.2.2 Các ma trận biến đổi đồng nhất:

  • Trong đó:

  • 1.3.2.3 Tìm ma trận Jacobian

  • 1.3.2.4. Viết phương trình động lực học của cánh tay robot

  • * Phương trình dạng tổng quát:

  • * Tính thông số Dik

  • * Tính thông số h

  • Tính h1

  • Tính h2

  • Tính h3

  • Tính Ci

  • Tính Uijk.

  • 1.3.3 Động học ngược cho tay máy 3 bậc tự do dạng RRR:

  • Động học ngược được giải bằng phương pháp hình học

  • 1.4 Ứng dụng MATLAB.

  • Chương trình MATLAB là một chương trình viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ cho việc tính toán khoa học và kĩ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trên máy tính do công ty “ The MATHWORKS” viết ra.

  • Thuật ngữ MATLAB là do hai từ MATRIX và LABORATORY ghép lại. Hiện nay chương trình được sử dụng nhiều trong vấn đề giải quết các toán bài toán kỹ thuật

  • như: điều khiển tự động, xử lý tín hiệu số, phân tích dữ liệu, dự báo chuỗi v.v… MATLAB được điều khiển thông qua tập lệnh tác động qua bàn phím hoặc lập trình thông qua các cú pháp lệnh đặt trong File ( M – file). Chương trình có thể liên kết với các chương trình ngôn ngữ cấp cao như C, C++, Fortran…MATLAB ngày càng được mở rộng bởi các Toolbox hay các hàm ứng dụng được xây dựng bởi người dùng.

  • Trong luận văn này chúng em chỉ sử dụng 2 Toolbox là Image Processing Toolbox và OPC Toolbox. Image Processing Toolbox dùng cho việc xử lý ảnh lấy từ Camera để xác định tọa độ vật và OPC Toobox dùng để kết nối MATLAB với PLC.

  • 1.4.1 Xử lý ảnh trong MATLAB.

  • 1.4.1.1 Các khái niệm cơ bản:

  • Điểm ảnh:

  • Độ phân giải của ảnh:

  • Mức xám:

  • 1.4.1.2 Các loại ảnh:

  • Ảnh đen trắng:

  • Ảnh màu:

  • Hình 1.23:Không gian ảnh màu RGB

  • H: Hue –đặc trưng cho màu sắc.

  • S: Saturation – đặc trưng cho mức độ đậm nhạt của màu sắc.

  • V: Value – đặc trưng cho cường độ ánh sáng.

  • Hình 1.24:Mô hình màu HSV

  • Hình 1.25: Mô hình màu YCbCr.

  • Hình 1.26:Mô hình màu YIQ.

  • 1.4.1.3 Cơ bản về xử lý ảnh bằng MATLAB:

  • Đọc một ảnh đồ họa

  • RGB=imread(‘rices.jpg’);

  • 1.4.2 OPC Toolbox của MATLAB

  • 1.4.2.1 Sơ lược OPC Toolbox:

  • Phần mềm OPC Toolbox là một phần mềm mở rộng khả năng trong môi trường MATLAB và SIMULINK. Sử dụng những hàm và khối trong Toolbox chúng ta có thể thu được dữ liệu liệu trực tiếp từ OPC vào MATLAB và SIMULINK, và khi dữ liệu trực tiếp từ MATLAB vào OPC Server. OPC Toolbox có khả năng liên kết trực tiếp với các phần mềm OPC server bằng OPC Data Access Standard.

  • Sử dụng OPC Toolbox chúng ta có thể ghi dữ liệu từ OPC Data Access Server vào đĩa hoặc bộ nhớ. Toolbox cung cấp những cách để thu dữ liệu vào workspace và chúng ta có thể phân tích hoặc sử dụng chúng.

  • Chúng ta có thể tăng cường những ứng dụng với Toolbox với việc sử dụng hàm callback như: bắt đầu nhận sự kiện, khai báo sự kiện, thay đổi sự kiện…

  • 1.4.2.2 Sử dụng OPC Toolbox:

  • Để có thể sử dụng OPC Toolbox cần phải cài đặt OPC Foundation Core Compornents. Sau khi cài đặt có thể sử dụng các tool trong OPC Toolbox. Khởi động OPC Toolbox ta chạy chương trình MATLAB vào Start ToolboxsOPCOPC.

  • Sau khi chạy OPC Toolbox ta được cửa sổ như trên. Ta cần phải tạo Host để liên kết với OPC Server.

  • Khi tạo host thì mặc định tên host đầu tiên là lcallhost. Chương trình sẽ tự động liệt kê những OPC server trên máy. Trong hình trên em sử dụng phần mềm OPC Server là PC Access để liên kết với PLC S7 – 200. Để tạo Matlab OPC Client chúng ta cần phải chọn Server, sau đó click chuột phải vào menu Create Client. Kết quả như hình dưới đây:

  • Để tương tác với PLC thông qua các biến, trước hết ta phải tạo trong PC Access các biến cần sử dụng. Sau đó OPC Toolbox sẽ liên kết các biến đó thông qua PC Access.

  • Các biến đã được Add vào Client thì có thể truy cập với bit nhớ, ô nhớ hay thanh ghi trong PLC. Ta có thể ghi, đọc hoặc thu thập dữ liệu thông qua các biến đó. Tuy nhiên thông thường các chương trình điều khiển bằng MATLAB đều có giao diện để giao tiếp dễ dàng. Các giao diện này có thể tạo bằng M – file hoặc GUI của MATLAB. Do vậy ta vẫn có thể sử dụng OPC Toolbox thông qua các hàm đặc trưng, các biến trong MATLAB điều có thể tương tác với các biến trong OPC Toolbox. Việc này giúp cho việc tạo giao diện điều khiển thiết bị dùng PLC bằng MTALAB trở nên dễ dàng.

  • Các hàm cơ bản của OPC Toolbox :

  • * Tạo một Object kết nối với Server

  • Object name = opcda( ‘locallhost’, ‘OPC Client Name’)

  • VD: da = opcda(‘locallhost’, ‘S7200.OPCServer’)

  • * Kết nối với Server:

  • Connect( Object name)

  • VD: Connect(da)

  • * Ngừng kết nối với server:

  • Disconnect( Object name)

  • VD: Disconnect( da)

  • * Tạo một nhóm để quản lý các biến:

  • grp1 =addgroup( Object name)

  • VD: grp1 =addgroup(da)

  • * Tạo biến trong một nhóm :

  • Tên biến = additm( Group name, ‘biến truy cập trên Server’)

  • VD: itm1 = additm(grp1,McroWin.s7200.Start)

  • * Xóa một Object:

  • Delete ( object name)

  • VD: Delete ( da)

  • * Lưu một Object vào Workspace của Matlab:

  • Save myopc “Oblect name”

  • * Tải lên một Object:

  • Load myopc

  • * Ghi dữ liệu vào một biến:

  • Write ( tên biến, giá trị của biến)

  • * Đọc dữ liệu một biến:

  • Read ( tên biến)

  • * Ghi dữ liệu vào một biến:

  • Writeasync ( tên biến, giá trị của biến)

  • * Đọc dữ liệu bất đồng bộ một biến:

  • Readasync ( tên biến)

  • 1.5 Sơ lược các bộ truyền động:

  • 1.5.1 Bộ truyền động bánh răng:

  • 1.5.1.1 Công dụng:

  • Bộ truyền bánh răng thẳng dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục song song. Qua bộ truyền bánh răng thẳng momen quay của trục tác động sẽ được tăng lên hoặc giảm xuống tùy thuộc vào tỷ số truyền của bánh răng.

  • Hình 1.27: Bộ truyền động bánh răng.

  • 1.5.1.2 Ưu điểm – Nhược điểm:

  • Ưu điểm:

  • - Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn.

  • - Tỷ số truyền không đổi do hiện tượng trơn trợt.

  • - Hiệu suất cao có thể đạt 0,97 đến 0,99.

  • - Làm việc với vận tốc lớn.

  • - Tuổi thọ cao.

  • Nhược điểm:

  • - Chế tạo tương đối phức tạp.

  • - Đòi hỏi độ chính xác cao.

  • - Phát ra nhiều tiếng ồn khi hoạt động.

  • 1.5.1.3 Tỷ số truyền:

  • Trong hệ thống truyền động dùng bánh răng thì tỷ số truyền của bộ bánh răng là quan trọng nhất vì nó quyết định đến tốc độ quay, momen quay của bánh răng thứ cấp. Sau đây là công thức tính tỷ số truyền:

  • Trong đó: n1,n2 là tốc độ của bánh răng 1 và 2.

  • z1,z2 là số răng của bánh răng 1 và 2.

  • 1.5.2 Bộ truyền động trục vít bánh vít:

  • 1.5.2.1 Công dụng:

  • Bộ truyền trục vít – bánh vít gọi tắt là bộ truyền trục vít được xếp vào loại răng và vít. Bộ truyền trục vít dùng để truyền chuyển động và công suất cho hai trục chéo nhau. Thông thường hai trục lệch nhau 900. Đặc điểm quan trọng là bộ truyền trục vít có khả năng tự hãm.

  • Hình 1.28: Bộ truyền động trục vít – bánh vít.

  • Phân loại trục vít theo dạng mặt chia có hai loại: trục vít trụ ( mặt chia trục vít là mặt trụ) và trục vít Globoid (mặt chia lõm). Phân loại theo trục ren thì chia thành 3 loại: trục vít Archimede, trục vít Convolute và trục vít thân khai. Đối với bộ truyền trục vít truyền động thì số mối ren z = 1,2,4. Số mối ren càng ít thì khả năng tự hãm càng cao.

  • 1.5.2.2 Ưu điểm – Nhược điểm:

  • Ưu điểm: tỷ số truyền lớn, làm việc êm, không ồn, có khả năng tự hãm và có chính xác động học cao.

  • Nhược điểm:

  • - Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do vận tốc trược lớn.

  • - Vật liệu chế tạo bánh vít làm bằng kim loại màu nên đắt tiền.

  • - Phát ra nhiều tiếng ồn khi hoạt động.

  • 1.5..2.3 Tỷ số truyền:

  • Khi trục vít quay một vòng thì bánh vít sẽ quay một góc bằng z1 lần của góc 2π/z2. Để bánh vít quay một vòng thì trục vít phải quay 2π/(2πz1/z2) = z2/z1 vòng, nên:

  • Với: z1: số đầu mối của trục vít.

  • z2 : số răng của bánh vít.

  • 1.6 Động cơ DC:

  • 1.6.1 Cấu tạo:

  • 1.6.2 Nguyên tắc hoạt động:

  • Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Roto.

  • Hình 1.29: Nguyên lý hoạt động của đông cơ DC

  • 1.6.3 Các phương pháp điều khiển:

  • Có nhiều cácnh để điều khiển tốc độ động cơ DC như bằng phương pháp thay đổi điện áp, thay đổi từ thông hoặc phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM). Trong cánh tay máy thì chúng em chọn phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng xung. Chọn phương pháp này vì chúng dễ thực hiện, mạch cấu tạo đơn giản.

  • 1.7 Rotary Encoder:

  • 1.7.1 Cấu tạo:

  • Hình 1.31: Cấu tạo cơ bản của Encoder.

  • 1.7.2 Nguyên tắc hoạt động:

  • 1.8 Van khí nén:

  • Van khí nén dùng trong tay máy có nhiệm vụ thay đổi dòng khí vào xi lanh của tay kẹp. Van sử dụng là van đảo chiều. Có nhiều loại van đảo chiều như: van 2/2, van 3/2, van 4/2, van 5/2, 4/3, van 5/3. Tuy nhiên do cơ cấu xi lanh tay kẹp đơn giản nên chúng em dùng van đảo chiều 5/2. Trong loại van này thì cửa P là cửa cung cấp năng lượng, cửa A lắp vào bên trái của cơ cấu chấp hành, cửa B lắp vào bên phải của cơ cấu chấp hành. Cửa T và cửa R là cửa xả năng lượng. Khi con trược van di chuyển qua cửa phải, cửa P thông với cửa A, cửa B thông với cửa T. Khi con trược di chuyển qua cửa trái, cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa R.

  • Hình 1.32 : Cấu tạo van đảo chiều 5/2.

  • Hình 1.33: Van đảo chiều trong thực tế.

  • 1.9 Xi lanh khí nén:

  • Xi lanh dùng trong tay kẹp là loại xi lanh 2 chiều. Cấu tạo của xi lanh 2 chiều được thể hiện như hình dưới:

  • Hình1.10 : Xi lanh 2 chiều trong thực tế

  • CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

  • 2.1 Thiết kế mạch:

  • 2.3 Thi công:

  • 2.3.1 Mạch điều khiển:

  • Hình 2.6: Layout mạch điều khiển.

  • Hình 2.7: Mạch điều khiển.

  • Hình 2.7:Hộp điều khiển.

  • 2.3.3 Không gian làm việc:

  • Hình 2.8 : Không gian làm việc của tay máy.

  • 2.3.4 Tay máy:

  • Hình 2.9 : Hình tay máy.

  • CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM.

  • 3.3.2.2 Chương trình con khởi tạo Motor:

  • 3.3.2.5 Chương trình con dừng Motor:

  • PHẦN C

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan