Báo cáo Đề tài Robotic Arm Design for Manipulation in Tabletop Clutter

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
TÊN ĐỀ TÀI:   Robotic Arm Design for 
Manipulation in Tabletop Clutter
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:  
PGS.TS. HUỲNH THÁI HOÀNG
SINH VIÊN THỰC HIỆN : NHÓM 12
Ễ ÀNGUY N THANH HO NG   41101247 
NGUYỄN THÀNH NHÂN      41102376
BÙI ĐỨC SINH 41102895                           
PHAN NGỌC THIỆN              41103373
MỤC LỤC
A. Giới thiệu cánh tay robot và các công dụng   
B. Giới thiệu cánh tay robot Tabletop Clutter
• Mô tả:
• Phác thảo:
Lý th ết• uy :
• Thiết kế:
ế ả ế ế• K t qu thi t k :
• Kết luận:
A   GIỚI THIỆU CÁNH TAY ROBOT VÀ 
CÁC CÔNG DỤNG   
Cánh tay robot là một thuật ngữ thông dụng đểmô tả thiết bị
ấ ềmang dáng d p và có chức năng như tay người được đi u
khiển tự động để thực hiện một số thao tác nhất định.
Các thế hệ :
TH1: điều khiển theo chu trình cứng, ko nhận biết dc thông tin
TH2: Điều khiển theo dạng chương trình mềm và bước đầu có
khả năng nhận biết dc thông tin 
TH3: Điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận biết thông
tin và bước đầu đã có một số chức năng lí trí con người.
Sự phát triển của cánh tay robot ngày càng nâng cao năng 
suất lao động, tự động hóa trong quá trình sản xuất, giảm bớt
sức lao động cho con người
ROBOT công nghiệp:
ROBOT không gian:
B  Giới thiệu cánh tay robot Tabletop 
Clutter
I MÔ TẢ
Tay máy Tabletop Clutter là tay máy một bậc tự do, 
hoạt động trên các mô hình phạm vi nhỏ như trên
bàn với các chức năng đơn giản,  .
Giải thích một bậc tự do.
Mô hình gồmmột motor DC để tạo nên một cánh   
tay đơn giản gắp thảmột vật. Một tay gắp sẽ được
sử dụng để gắp thả đồ vật đúng nơi cần đến. 
Yêu cầu đặt ra là thả vật vào trong Drop off target 
nhanh nhất có thể.
Mô hình thiết kế
II PHÁC THẢO 
• Các giới hạn:
• Cánh tay quay được từ 20 ‐ 180 độ
S i ố á ị í hả d ới độ• a s qu v tr t ư 5 
1. DC MOTORS IN CONTROL SYSTEMS
Phương trình cơ bản của động cơ DC
Momen quay
Điện áp hồi tiếp
1.2. Mathematical Modeling of PM 
DC Motors
The armature is modeled as a circuit with               
resistance Ra connected in series with an 
inductance La and a voltage source e  ,          a, 
representing the back emf (electromotive force) 
in the armature when the rotor rotates The            .   
motor variables and parameters are defined as 
follows:
Sơ đồ phần ứng động cơ DC
Các thông số của DC Motor 
Sơ đồ dòng tín hiệu
Phương trình trạng thái
Hàm truyền tổng của DC Motor 
Sơ đồ khối tổng quát của Motor
Fig 4‐72 shows a block‐diagram representation.           
of the dc‐motor system. The advantage of using 
the block diagram is that it gives a clear picture                   
of the transfer function
2.2 Speed Control of DC Motors: 
Closed‐Loop Response 
As seen previously the output speed of the    ,           
motor is highly dependant on the value of 
torque TL We can improve the speed  .           
performance of the motor by using a 
proportional feedback controller The controller    .     
is composed of a sensor (usually a tachometer 
for speed applications) to sense the speed and               
an amplifier with gain K (proportional control).
Sơ đồ cơ động cơ có hồi tiếp
Sơ đồ khối kiểm soát tốc độ DC motor 
Hàm truyền kiểm soát tốc độ
Ngõ ra ởmiền thời gian với hàm unit 
Đáp ứng xác lập
2.3  Position Control
The position response in the open‐loop case             
may be obtained by integrating the speed 
response Φ{s) = Ω(s)/s The open‐loop transfer.      .       
function is therefore
Hàm truyền tổng điều khiển vị trí
Hàm truyền điều khiển vị trí
4.1 Kết quả thiết kế:
4.1.1 Position Sensor or Speed Sensor
For position‐control applications, an incremental 
encoder or a potentiometer may be attached 
directly to the motor shaft  to measure the rotation 
of the armature In speed control it is customary to    .      ,         
connect a tachometer to the motor shaft. Sensor‐
shaft inertia and damping are normally too small to 
b i l d d i th t d l Th t t fe  nc u e   n  e sys em mo e .  e ou pu   rom 
each sensor is proportional to the variable it is 
measuring. We will assume a proportionality gain of 
1; that is, Kt = 1 (speed control), and Ks= 1 (position 
control).
4.1.2  Power Amplifier
1. The maximum voltage that can be output by 
the amplifier is effectively limited to 20 V              . 
2. The maximum current that the amplifier can 
pro ide to the motor is limited to 8 Av                 . 
Therefore, Amp gain 2 V/V 
Amplifier input saturation limits ±10 V 
Current saturation limits ±4 A
4.1.3 Kiểm soát tốc độ 
Sơ đồ khối điều khiển tốc độ
Hàm truyền điều khiển tốc độ
Mô phỏng điều khiển tốc độ
4.1.4 Kiểm soát vị trí: 
Hàm truyền kiểm soát vị trí
Mô phỏng kiểm soát vị trí
Sơ đồ tổng quát chung
Kết luận
Việc xây dựng mô hình vật lý tay máy một bậc tự
do đã cho các kết quảmong muốn. Mô hình này
có thể dùng trong phòng thí nghiệm để quan sát
và đánh giá mức độ hoạt động cũng như điều
chỉnh các thông số kĩ thuật sao cho đáp ứng yêu
cầu sử dụng hay giảng dạy. Hướng phát triển
của đề tài là xây dựng mô hình tay máy nhiều
bậc tự do dựa trên mô hình tay máy một bậc tự
do đơn giản  .
R12 low cost small articulated bench 
top robot arm:   
Tài liệu tham khảo
Sách Kuo_Automatic Control Systems_9th ed_ 2009
Y.Itkis, Control systems of variable structure, New 
York, Wiley, 1976.
J J E Slotine and S Asada Robot analysis and control. .     . ,        , 
A. Wiley‐Interscience Publication, John Wiley& Sons, 
Inc. 1986.
RESEARCH ON IMPLEMENTING ROBOTIC       
MANIPULATOR BASED ON FUZZY LOGIC CONTROL
An Affordable Robotic Arm Design for Manipulation in 
T bl t Cl tta e op  u er
Design and Development of a Competitive Low‐Cost 
Robot Arm with Four Degrees of Freedom.
The end 
Thank you for listening!!!