Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam

Nghiên Cứu Lập Trình Điều Khiển Cho Robot Vận Chuyển Hàng Hóa
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT
VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA
Giáo viên hướng dẫn : ThS. Lê Minh Đức
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Minh Hoàng
Mã sinh viên : 1851060307
Lớp : Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử
Khóa học : 63
Hà Nội - 2022
i
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, các
ngành công nghiệp ngày càng đòi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật cao. Nhu cầu năng
suất và chất lượng ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động
hóa sản xuất. Xu hướng tạo ra dây chuyền và thiết bị tự động hóa đang có tinh linh
hoạt cao đang hoàn thành. Các thiết bị này thay thế dần các máy tự động, chỉ đáp
ứng một việc nhất định trong khi thị trường luôn đòi hỏi thay đổi mặt hàng về
chủng loại, về kích cỡ và tính năng.... Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng
dụng Robot để tạo ra các hệ thống sản xuất linh hoạt trong công nghiệp.
Xuất phát từ những lí do trên, em thực hiện đề tài khoá luận tốt nghiệp:
“NGHIÊN CỨU LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT VẬN CHUYỂN
HÀNG HÓA.”.
Khoá luận tốt nghiệp của em gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về Robot trong sản xuất.
Chương 2: Cơ sở lí thuyết.
Chương 3: Xây dựng chương trình điều khiển.
Chương 4: Vận hành thử nghiệm.
Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của
thầy giáo ThS.Lê Minh Đức và Giám Đốc. Phạm Hồng Dương, công ty điện tử Anh
Việt đã giúp em hoàn thành khoá luận đúng thời hạn. Do thời gian làm khóa luận có
hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh
viên để bài khóa luận này hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS.Lê Minh Đức, các thầy cô giáo
trong Bộ môn Kỹ thuật điện và Tự động hóa Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt
Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Hà nội, ngày tháng năm 2022
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Hoàng
ii
NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: ……………………………………………………….................
Mã sinh viên: ….……………………………………………………………………...
Lớp: ...………………………………………………………………………...............
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
Kết luận: Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên…………nộp báo cáo khóa
luận tốt nghiệp.
Hà Nội, ngày……. tháng…… năm……
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Chữ ký, Họ tên)
iii
NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: ……………………………………………………….................
Mã sinh viên: ….……………………………………………………………………...
Lớp: ...………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
………………………………………………………………………………………...
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Chữ ký, họ tên)
iv
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ i
NHẬN XÉT ............................................................................................................... ii
(Của giảng viên hướng dẫn)....................................................................................... ii
NHẬN XÉT .............................................................................................................. iii
(Của giảng viên phản biện) ....................................................................................... iii
MỤC LỤC................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................... vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT..................................................................1
1.1 Giới thiệu chung về Robot. ...................................................................................1
1.2. Phân loại Robot. .................................................................................................2
1.3. Ứng dụng Robot trong vận chuyển hàng hóa. ..................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ ROBOT .....................4
2.1. Thu phát sóng RF (Radio Frequency)..................................................................4
2.2. Cơ chế hoạt động của dây truyền sản xuất sử dụng PLC.....................................7
2.2.1. Bộ vi điều khiển, bộ vi xử lý, bộ xử lý tín hiệu số (DSP) và mạng truyền
thông công nghiệp. ......................................................................................................7
2.2.2. Mô hình hoạt động dây truyền sản xuất Robot. ..............................................12
2.2.3. Cơ chế hoạt động của PLC giao tiếp với các Robot. ......................................13
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ...............................14
3.1. Cơ sở lý thuyết lập trình.....................................................................................14
3.1.1. Ngôn ngữ lập trình. .........................................................................................14
3.1.2. Giới thiệu các phần mềm lập trình..................................................................15
3.3. Lưu đồ thuật toán. ..............................................................................................19
3.3.1. Cơ sở dữ liệu. ..................................................................................................21
3.4. Viết chương trình điều khiển. ............................................................................21
3.5. Giao tiếp người máy HMI (Human Machine Interface). ...................................28
3.6. Giao tiếp PLC với Robot qua sóng NFR24L01.................................................33
3.6.1. Tổ chức gói tin truyền nhận. ...........................................................................33
3.6.2. Định địa chỉ thiết bị đầu cuối bằng các đường ống dữ liệu pipe0 đến pipe5..34
3.6.3. Cơ chế giao tiếp và kiểm soát lỗi. ...................................................................35
v
3.6.4. Chương trình phục vụ giao tiếp lớp vật lý (drvier) – file nrf24l01.c,
nrf24l01.h (Trình bày ở phụ lục 6)............................................................................36
3.6.5. Chương trình phục vụ giao tiếp lớp liên kết dữ liệu (linker) – file rft_2g4hz.c,
rft_2g4hz.h (Trình bày ở phụ lục 7)..........................................................................36
CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH THỬ NHIỆM MÔ HÌNH.............................................37
4.1. Nạp chương trình ...............................................................................................37
4.2. Gỡ lỗi..................................................................................................................38
4.3. Chạy thử mô hình...............................................................................................38
Hình 4.4. Mô hình thực tế. ........................................................................................38
KẾT LUẬN...............................................................................................................39
PHỤ LỤC
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Robot Shakey. .............................................................................................1
Hình 1.2. Robot Hexapod TU Munich........................................................................2
Hình 2.1. Biểu thị sóng mang (sóng RF). ...................................................................4
Hình 2.2. Điều chế biên độ hoặc AM. ........................................................................5
Hình 2.3. Điều chế tần số hoặc FM.............................................................................5
Hình 2.4. Sóng tín hiệu từ Anten. ...............................................................................6
Hình 2.5. Cấu tạo trong của chip vi điều khiển...........................................................7
Hình 2.6. Cấu tạo trong của vi xử lý. ..........................................................................8
Hình 2.7. Bộ xử lý tín hiệu số DSP.............................................................................9
Hình 2.8. Đặc điểm nổi bật của bộ xử lý tín hiệu số DSP. .......................................10
Hình 2.9. Mô hình phân cấp mạng truyền thông công nghiệp..................................11
Hình 2.10. Sơ đồ mô hình vận chuyển hàng hóa của Robot.....................................12
Hình 3.1. File dịch mã máy và hợp ngữ của MPLAB IDE......................................14
Hình 3.2. File lập trình lập trình ngôn ngữ C++ của MPLAB IDE. .........................15
Hình 3.3. Sa hình xưởng. ..........................................................................................17
Hình 3.4. Thuật toán xếp hàng. ................................................................................19
Hình 3.5. Thuật toán dỡ hàng....................................................................................19
Hình 3.6. Thuật toán CNC A. ...................................................................................20
Hình 3.7. Thuật toán CNC B.....................................................................................20
Hình 3.8. Cài đặt Interrupt Module...........................................................................22
Hình 3.9. Cài đặt Pin module. ...................................................................................22
Hình 3.10. Cài đặt cho System Module. ...................................................................23
Hình 3.11. Cài đặt Pin Manager................................................................................23
Hình 3.12. Hiển thị PlcChayBT. ...............................................................................30
Hình 3.13. Di chuyển con trỏ đến các khâu. .............................................................30
Hình 3.14. Di chuyển con trỏ đến lệnh chấn.............................................................31
Hình 3.15. Lệnh chấn máy CNC A được thực hiện..................................................31
Hình 3.16. Chọn chế độ PLC chạy tự động. .............................................................32
Hình 3.17. Thực hiện chế độ Plc chạy tự động.........................................................33
Hình 3.18. Địa chỉ các đường ống dữ liệu. ...............................................................35
Hình 3.19. Ví dụ về địa chỉ đường ống dữ liệu trong MultiCeiver ™......................35
Hình 4.1. Sau khi dịch chương trình thành công. .....................................................37
Hình 4.2. Cấu hình cho trình biên dịch Project.........................................................37
Hình 4.3. Làm mới lại các đường truyền. .................................................................37
Hình 4.4. Mô hình thực tế. ........................................................................................38
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT
1.1 Giới thiệu chung về Robot.
Khái niệm Robot ra đời đầu tiên vào ngày 09/10/1922 tại New York, khi
nhà soạn kịch người Tiệp Khắc Karen Kapek đã tưởng tượng ra một cỗ máy
hoạt động một cách tự động, nó là niềm mơ ước của con người lúc đó. Từ đó ý
tưởng thiết kế, chế tạo Robot đã luôn thôi thúc con người. Đến năm 1948, tại
phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Goertz đã chế tạo thành công tay máy đôi
(Master - Slave Manipulator). Đến năm 1954, Goertz đã chế tạo tay máy đôi sử
dụng động cơ Servo và có thể nhận biết được lực tác động nên khâu cuối. Năm
1956 hãng Generall Mills đã chế tạo tay máy hoạt động trong việc thám hiểm
đại dương. Năm 1968 R.S. Mosher, của General Electric đã chế tạo một cỗ máy
biết đi bằng 4 chân. Hệ thống vận hành bởi động cơ đốt trong và mỗi chân vận
hành bởi một hệ thống Servo thủy lực. Năm 1969, đại học Stanford đã thiết kế
được Robot tự hành nhờ nhận dạng hình ảnh.
Năm 1970 con người đã chế tạo được Robot tự hành Lunokohod, thám
hiểm bề mặt của mặt trăng.
Hình 1.1. Robot Shakey.
Trong giai đoạn này, ở nhiều nước khác cũng tiến hành công tác nghiên
cứu tương tự, tạo ra các Robot điều khiển bằng máy tính có lắp đặt các loại cảm
biến và thiết bị giao tiếp người và máy.
Theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các Robot ngày càng được chế tạo
nhỏ gọn hơn, thực được nhiều chức năng hơn, thông minh hơn. Một lĩnh vực
được nhiều nước quan tâm là các Robot tự hành, các chuyển động của chúng
2
ngày càng đa dạng, bắt trước các chuyển động của chân người hay các loài động
vật như: bò sát, động vật 4 chân, ... Và các loại xe Robot (Robocar) nhanh
chóng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt
FMS (Flexible Manufactuing System).
Hình 1.2. Robot Hexapod TU Munich.
Từ đó trở đi con người liên tục nghiên cứu phát triển Robot để ứng dụng
trong quá trình tự động hoá sản xuất để tăng hiệu quả kinh doanh. Ngoài ra
Robot còn được sử dụng thay cho con người trong các công việc ở môi trường
độc hại, khắc nghiệt... Chuyên ngành khoa học về Robot “Robotics” đã trở
thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu
động học, động lực học, quĩ đạo chuyển động, chất lượng điều khiển... Tuỳ
thuộc vào mục đích và phương thức tiếp cận, chúng ta có thể tìm hiểu lĩnh vực
này ở nhiều khía cạnh khác nhau. Hiện nay, có thể phân biệt các loại Robot ở
hai mảng chính: Các loại Robot công nghiệp (cánh tay máy) và các loại Robot
di động (Mobile Robot). Mỗi loại có các ứng dụng cũng như đặc tính khác nhau.
Ngoài ra, trong các loại Robot công nghiệp còn được phân chia dựa vào cấu tạo
động học của nó: Robot nối tiếp (Series Robot) và Robot song song (Parallel
Robot).
1.2. Phân loại Robot.
Phân loại Robot công nghiệp theo các ngành nghề công nghiệp:
- Robot sử dụng trong ngành sản xuất oto xe máy – Automotive
Industry.
- Robot sử dụng trong gia công cơ khí.
- Robot sử dụng trong ngành dược phẩm, y tế.
- Robot sử dụng trong ngành hóa chất.
- Robot sử dụng trong ngành công nghiệp gỗ.
- Robot sử dụng trong ngành chế tạo linh kiện điện tử.
3
1.3. Ứng dụng Robot trong vận chuyển hàng hóa.
Robot vận chuyển hàng trong nhà máy, công xưởng là các sản phẩm tự động
hóa có khả năng điều hướng dưới sự lập trình của con người. Theo đó, Robot sẽ
được lập trình đi theo các điểm đánh dấu sẵn bằng băng từ, dây điện trên sàn hoặc
sử dụng laser điều hướng để để vận chuyển hàng đến đúng nơi quy định.
Hiện nay Robot vận chuyển được ứng dụng vô cùng phổ biến, chúng thường
được sử dụng trong các nhà máy để di chuyển vật tư, di chuyển sản phẩm một cách
an toàn, hiệu quả và nhanh chóng.
So với việc vận chuyển bằng các phương pháp truyền thống hay dựa vào sức
lực của công nhân thì sử dụng Robot vận chuyển trong nhà máy đạt được rất nhiều
ưu điểm vượt trội, cụ thể như sau:
Robot vận chuyển có thể hoạt động liên tục 24/24h, đây là ưu điểm vượt
trội nếu so sánh vào sức người, con người không thể làm việc liên tục 24h.
Robot vận chuyển có thể di chuyển hàng hóa từ tất cả các vị trí được lập
trình sẵn, bao quát toàn bộ nhà xưởng, điều này một nếu dùng sức người khó có thể
đáp ứng được nếu diện tích kho hàng quá lớn.
Robot vận chuyển có thể di chuyển được khối lượng hàng hóa lớn hơn,
nhanh chóng và năng suất. Con người chỉ cần giám sát và theo dõi toàn bộ quá
trình, việc còn lại sẽ hoàn toàn được tự động.
Qua một số phân tích trên đây, chúng ta có thể thấy được ưu điểm vượt trội
khi sử dụng Robot vận chuyển trong nhà máy, vừa nâng cao hiệu quả, nâng cao
năng suất lại có thể tiết kiệm chi phí và thời gian. Qua đó tiết kiệm chi phí nhân
công, tăng năng suất lao động và từ đó có thể tăng tính cạnh tranh cho doanh
nghiệp.
Robot vận chuyển trong nhà máy có thể thay thế các phương tiện vận hành
thủ công, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho các doanh nghiệp:
Đảm bảo năng suất và chất lượng công việc, tiết kiệm nhân lực và thời
gian.
Toàn bộ quy trình được vận hành tự động, người lao động chỉ cần giám sát
và lập trình theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
Cung cấp giải pháp di chuyển an toàn, hiệu quả, tiết kiệm chi phí tối ưu
cho doanh nghiệp.
Ngoài ra Robot vận chuyển còn còn làm tăng hiệu suất, tăng tính cạnh
tranh cho doanh nghiệp.
4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ ROBOT
2.1. Thu phát sóng RF (Radio Frequency).
Trong viễn thông, sóng mang hay tín hiệu sóng là một dạng sóng (thường là
hình sin) được điều chế (sửa đổi) với tín hiệu mang thông tin nhằm mục đích truyền
tải thông tin. Sóng mang này thường có tần số cao hơn nhiều so với tín hiệu đầu
vào.
Tần số của kênh RF được hiểu đúng nhất là tần số của sóng mang.
Sóng mang là sóng thuần có tần số không đổi, hơi giống sóng sin. Bản thân
nó không mang nhiều thông tin mà chúng ta có thể liên quan đến (chẳng hạn như lời
nói hoặc dữ liệu).
Hình 2.1. Biểu thị sóng mang (sóng RF).
Để bao gồm thông tin lời nói hoặc thông tin dữ liệu, cần phải đặt một sóng
khác (được gọi là tín hiệu đầu vào) lên trên sóng mang. Quá trình áp đặt tín hiệu
đầu vào lên sóng mang được gọi là quá trình điều chế. Nói cách khác, điều chế thay
đổi hình dạng của sóng mang để mã hóa bằng cách nào đó lời nói hoặc thông tin dữ
liệu mà chúng ta muốn mang theo. Điều chế giống như ẩn một đoạn mã bên trong
sóng mang.
* Bất kỳ sóng nào cũng có ba tính chất cơ bản:
o Biên độ - chiều cao của sóng.
o Tần số - một số sóng truyền qua trong một giây nhất định.
o Pha - trong đó pha ở bất kỳ thời điểm nào.
Có nhiều cách khác nhau để điều biến sóng mang. Đầu tiên, người dùng có
thể điều chỉnh chiều cao của sóng mang. Nếu cường độ của tín hiệu đầu vào thay
đổi theo độ lớn của giọng nói của người dùng và sau đó thêm tín hiệu này vào sóng
mang, thì biên độ của sóng mang sẽ thay đổi tương ứng với tín hiệu đầu vào được
đưa vào đó. Đây được gọi là điều chế biên độ hoặc AM (Amplitude Modulation).
5
Hình 2.2. Điều chế biên độ hoặc AM.
Tần số của tín hiệu đầu vào cũng có thể được thay đổi. Nếu tín hiệu đầu vào
này được thêm vào sóng mang thuần, do đó nó sẽ làm thay đổi tần số của sóng
mang. Bằng cách đó, người dùng có thể sử dụng các thay đổi của tần số để mang
thông tin giọng nói. Đây được gọi là điều chế tần số hoặc FM (Frequency
Modutation).
Hình 2.3. Điều chế tần số hoặc FM.
Hai chiến lược này có thể được kết hợp để tạo ra một sơ đồ thứ ba. Trên thực
tế, bất kỳ chiến lược nào kết hợp tín hiệu đầu vào với sóng mang để mã hóa giọng
nói hoặc thông tin hữu ích khác được gọi là sơ đồ điều chế.
Các sơ đồ điều chế có thể là tương tự hoặc kỹ thuật số. Sơ đồ điều chế tương
tự có sóng đầu vào thay đổi liên tục giống như sóng sin. Trong sơ đồ điều chế kỹ
thuật số, nó phức tạp hơn một chút. Giọng nói được lấy mẫu ở một số tốc độ và sau
đó được nén và chuyển thành một luồng bit - một luồng gồm các số 0 và 1 và điều
này đến lượt nó được tạo thành một loại sóng cụ thể sau đó được chồng lên sóng
mang.
* Anten:
Anten được định nghĩa là “phần của hệ thống truyền hay nhận được thiết kế
để bức xạ hay nhận sóng điện từ”. Nói cách khác, anten lấy tín hiệu RF (được sinh
6
ra bởi radio) và bức xạ nó vào trong không khí hay anten có thể nhận sóng điện từ
cho radio.
* Có hai chức năng trong một hệ thống thông tin liên lạc:
+ Khi kết nối với máy phát, nó thu thập các tín hiệu AC và gửi thẳng,
hoặc phát xạ sóng RF đi theo mô hình cụ thể cho từng loại anten.
+ Khi kết nối với máy thu, anten lấy sóng RF mà nó nhận được và gửi
tín hiệu AC cho máy thu. Việc truyền RF của một anten thường được
so sánh hoặc tham chiếu đến một bộ bức xạ đẳng hướng.
* Có hai cách để tăng công suất phát ra một anten:
+ Tạo ra công suất mạnh hơn tại máy phát (không ưu tiên vì tốn kém).
+ Truyền hoặc hội tụ tín hiệu RF được phát xạ từ anten.
Hình 2.4. Sóng tín hiệu từ Anten.
Là sự biến thiên của độ khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ, là nguyên nhân chủ yếu
dẫn đến hiện tượng truyền dẫn đa đường mà kết quả của nó là tổn hao tín hiệu sóng.
* Độ khuếch đại của anten:
+ Độ khuếch đại anten là kết quả việc tập trung phát sóng vô tuyến vào một
chùm hẹp hơn.
+ Bằng việc giới hạn độ rộng chùm (Beamwidth) tính theo độ ngang
(Horizontal) và độ dọc (Vertical) mà vẫn giữ nguyên công suất phát sẽ cho một
sóng vô tuyến được phát đi xa hơn.
* Có 3 chế độ truyền:
Simplex (đơn công), Half Duplex (bán song công) và full duplex (song công
toàn phần). Chế độ truyền xác định hướng của luồng tín hiệu giữa hai thiết bị được
kết nối.
* Bộ phận phát:
Bao gồm bộ mã hóa và bộ phát ASK. Bộ mã hóa tạo địa chỉ có 8 bit và 4 bit.
Chúng ta có thể đặt địa chỉ bằng cách sử dụng công tắc DIP được kết nối trong bộ
mã hóa A0 – A7. Trong trường hợp thiết lập 1 địa chỉ trong mạch phát, địa chỉ này