Đồ Án Tốt Nghiệp: Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa Cho Robot Nối Tiếp Linh Hoạt 6 Bậc Tự Do

• Tác giả: Huỳnh Văn Sang
• Người hướng dẫn: TS. Trần Đức Thiện
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá
• Đề tài: Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa Cho Robot Nối Tiếp Linh Hoạt 6 Bậc Tự Do
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Mục đích và mục tiêu của đề tài
• 1.3.1. Mục đích của đề tài
• 1.3.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Giới hạn đề tài
• 1.6. Giới thiệu nội dung
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan robot nối tiếp
• 2.2. Động học robot
• 2.2.1. Động học thuận
• 2.2.2. Động học nghịch
• 2.2.3. Lý thuyết về phương pháp Jacobian
• 2.2.3.1. Các thành phần vận tốc từ khớp tới khớp trong cánh tay robot
• 2.2.3.2. Ma trận Jacobian
• 2.2.3.3. Phương pháp Jacobian transpose
• 2.4. Phương pháp pseudoinverse
• 2.5. Quy hoạch quỹ đạo
• 2.5.1. Quy hoạch quỹ đạo theo không gian làm việc
• 2.5.2. Quy hoạch quỹ đạo theo không gian khớp
• 2.5.3. Hàm đa thức bậc ba
• 2.6. Lý thuyết về mạng CAN
• 2.6.1. Tổng quan về mạng CAN
• 2.6.2. Các loại khung truyền
• 2.7. Lý thuyết về hệ thống điều khiển từ xa
• 2.8. Lý thuyết về phương pháp phản hồi lực
• 2.9. Lý thuyết về phản hồi thị giác
• 2.10. Lý thuyết về hệ điều khiển phân tán
• 2.11. Lý thuyết về mô phỏng phần cứng trong vòng lặp
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
• 3.1. Tổng quan về hệ thống thi công
• 3.2. Thiết kế và thi công mô hình robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do
• 3.2.1. Thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm
• 3.2.2. Thiết kế và thi công mô hình phần cứng trong vòng lặp
• 3.3. Thiết kế và thi công mạng truyền thông UART - CAN cho hệ thống
• 3.3.1. Tổng quan hệ thống mạng truyền thông
• 3.3.2. Tổng quan module PCB STM32F103C8T6
• 3.3.3. Thiết kế mạng truyền thông UART – CAN cho hệ thống
• 3.4. Thiết kế và thi công tủ điều khiển
• 3.4.1. Tổng quan hệ thống điều khiển
• 3.4.2. Hộp điều khiển hệ thống ở khối Master
• 3.4.3. Hộp điều khiển hệ thống ở khối Slave
• 3.4.4. Tủ điện điều khiển hệ thống
• 3.4.5. Xây dựng giao diện quan sát và thu thập dữ liệu
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Tính toán động học thiết bị Joystick
• 4.1.1. Động học nghịch Joystick
• 4.1.2. Động học thuận Joystick
• 4.2. Động học robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do
• 4.2.1. Đặt trục robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do
• 4.2.2. Động học thuận robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do
• 4.2.3. Động học nghịch robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do
• 4.3. Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa
• 4.3.1. Xây dựng giải thuật ánh xạ vị trí
• 4.3.2. Xây dựng phương pháp điều khiển phản hồi lực
• 4.3.3. Xây dựng hệ thống phản hồi thị giác
• 5. CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Đánh giá mô phỏng hệ thống
• 5.1.1. Tổng quan về hệ thống mô phỏng
• 5.1.2. Mô phỏng kiểm chứng giải thuật Jacobian với quỹ đạo hình tròn
• 5.1.3. Mô phỏng hệ thống điều khiển từ xa với không gian ánh xạ cố định
• 5.1.4. Mô phỏng hệ thống điều khiển từ xa với không gian ánh xạ mở rộng 2D
• 5.1.5. Mô phỏng hệ thống điều khiển từ xa với không gian ánh xạ mở rộng 3D
• 5.1.6. Mô phỏng điều khiển từ xa cho robot có phản hồi lực
• 5.2. Đánh giá thực nghiệm hệ thống
• 5.2.1. Tổng quan mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển từ xa
• 5.2.2. Thực nghiệm hệ thống mạng truyền thông dữ liệu
• 5.2.3. Thực nghiệm khảo sát giải thuật Jacobian với quỹ đạo hình tròn
• 5.2.4. Thực nghiệm điều khiển từ xa cho robot trong không gian ánh xạ cố định
• 5.2.5. Thực nghiệm điều khiển từ xa cho robot trong không gian ánh xạ mở rộng 2D
• 5.2.6. Thực nghiệm điều khiển từ xa cho robot trong không gian ánh xạ mở rộng 3D
• 5.2.7. Thực nghiệm điều khiển từ xa cho robot kết hợp phản hồi lực và thị giác
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa Cho Robot Nối Tiếp Linh Hoạt 6 Bậc Tự Do

Hệ thống điều khiển từ xa cho robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do đang trở thành một trong những xu hướng công nghệ quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại. Robot này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện độ chính xác trong các quy trình sản xuất. Việc áp dụng công nghệ điều khiển từ xa cho phép người dùng điều khiển robot từ xa, mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực như sản xuất, y tế và dịch vụ. Theo nghiên cứu của Bộ Giáo dục và Đào tạo, việc phát triển hệ thống này có thể giúp giảm thiểu rủi ro cho con người trong các môi trường làm việc nguy hiểm.

1.1. Định nghĩa và Cấu Trúc Của Robot Nối Tiếp Linh Hoạt

Robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do là loại robot có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau nhờ vào cấu trúc khớp nối linh hoạt. Mỗi bậc tự do cho phép robot di chuyển trong không gian ba chiều, giúp nó có thể thực hiện các thao tác phức tạp. Cấu trúc này bao gồm các khớp và liên kết, cho phép robot hoạt động một cách linh hoạt và chính xác.

1.2. Lợi Ích Của Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa

Hệ thống điều khiển từ xa mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. Đầu tiên, nó giúp giảm thiểu rủi ro cho con người khi làm việc trong môi trường nguy hiểm. Thứ hai, việc điều khiển từ xa cho phép người dùng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp mà không cần tiếp xúc trực tiếp với robot. Cuối cùng, hệ thống này còn giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình sản xuất.

II. Thách Thức Trong Việc Phát Triển Hệ Thống Điều Khiển Robot

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc phát triển hệ thống điều khiển từ xa cho robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do cũng gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là đảm bảo tính ổn định và độ chính xác của hệ thống trong quá trình hoạt động. Ngoài ra, việc tích hợp các công nghệ mới như mạng truyền thông UART-CAN cũng đòi hỏi sự nghiên cứu và phát triển kỹ lưỡng.

2.1. Vấn Đề Về Độ Chính Xác Trong Điều Khiển

Độ chính xác là yếu tố quan trọng trong việc điều khiển robot. Các sai số trong quá trình điều khiển có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt trong các ứng dụng y tế hoặc sản xuất. Do đó, cần phải phát triển các thuật toán điều khiển chính xác để giảm thiểu sai số.

2.2. Khó Khăn Trong Tích Hợp Công Nghệ Mới

Việc tích hợp công nghệ mới như mạng truyền thông UART-CAN vào hệ thống điều khiển từ xa không phải là điều dễ dàng. Cần phải đảm bảo rằng các thiết bị có thể giao tiếp hiệu quả với nhau và dữ liệu được truyền tải một cách nhanh chóng và chính xác.

III. Phương Pháp Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa

Để xây dựng hệ thống điều khiển từ xa cho robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu và phát triển hiện đại. Việc sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến và công nghệ truyền thông hiện đại sẽ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống.

3.1. Ứng Dụng Phương Pháp Jacobian Trong Động Học

Phương pháp Jacobian là một trong những phương pháp quan trọng trong việc tính toán động học nghịch của robot. Phương pháp này cho phép xác định vị trí và hướng di chuyển của robot dựa trên các thông số đầu vào từ các khớp. Việc áp dụng phương pháp này giúp cải thiện độ chính xác trong điều khiển robot.

3.2. Thiết Kế Giao Diện Điều Khiển Thân Thiện

Giao diện điều khiển là yếu tố quan trọng giúp người dùng tương tác với robot một cách dễ dàng. Thiết kế giao diện thân thiện và trực quan sẽ giúp người dùng dễ dàng điều khiển robot từ xa mà không gặp khó khăn.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Điều Khiển Robot

Hệ thống điều khiển từ xa cho robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Từ sản xuất công nghiệp đến y tế, hệ thống này đang chứng minh được giá trị của mình trong việc nâng cao hiệu quả công việc.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Sản Xuất

Trong ngành sản xuất, robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ như lắp ráp, hàn và kiểm tra chất lượng sản phẩm. Việc sử dụng robot giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Trong Y Tế

Trong lĩnh vực y tế, hệ thống điều khiển từ xa cho phép thực hiện các phẫu thuật từ xa, giúp bác sĩ có thể điều trị bệnh nhân mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro cho bệnh nhân mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong điều trị.

V. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Hệ thống điều khiển từ xa cho robot nối tiếp linh hoạt 6 bậc tự do đang mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, để phát triển bền vững, cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến công nghệ. Việc áp dụng các công nghệ mới và cải tiến quy trình điều khiển sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của hệ thống.

5.1. Tương Lai Của Robot Trong Ngành Công Nghiệp

Robot sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong các quy trình sản xuất tự động hóa. Việc phát triển các hệ thống điều khiển thông minh sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

5.2. Nghiên Cứu Và Phát Triển Công Nghệ Mới

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để cải thiện hiệu suất của hệ thống điều khiển từ xa. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy vào điều khiển robot sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong tương lai.