Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, các ngành sản xuất hàng hóa và chế tạo máy móc đòi hỏi mức độ tự động hóa ngày càng cao. Việc ứng dụng máy móc hiện đại vào quy trình sản xuất là yêu cầu thiết yếu nhằm nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng và giảm giá thành sản phẩm. Công nghệ chế tạo robot phát triển mạnh mẽ nhằm thay thế con người thực hiện các công việc đòi hỏi độ chính xác cao, các công việc lặp đi lặp lại mang tính đơn điệu, hoặc làm việc trong môi trường nguy hiểm (như lò phản ứng hạt nhân, rà phá bom mìn, thám hiểm không gian vũ trụ). Tại Việt Nam, robot công nghiệp chưa xuất hiện phổ biến trong các dây chuyền sản xuất do rào cản chi phí thiết bị nhập khẩu còn cao so với thị trường trong nước.

Nhằm hướng tới mục tiêu nội địa hóa thiết bị, nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy nghiên cứu công nghệ chế tạo robot và xây dựng giải thuật điều khiển tối ưu cho các đối tượng sản xuất, tác giả đã lựa chọn thực hiện đề tài "Điều khiển cánh tay robot học lệnh gắp sản phẩm trên băng chuyền".

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định trong đồ án gồm:

  1. Nghiên cứu cấu tạo và các phương pháp điều khiển thích hợp trên cơ sở ứng dụng vi điều khiển Arduino để hiểu rõ nguyên lý bộ điều khiển cánh tay robot học lệnh gắp sản phẩm trên băng chuyền.
  2. Tìm hiểu lịch sử hình thành, phát triển và phân loại các cấu trúc robot công nghiệp.
  3. Nghiên cứu tổng quan phần cứng và phần mềm, bao gồm bo mạch Arduino Uno, các cảm biến, động cơ servo, biến trở, động cơ giảm tốc, relay và phần mềm Arduino IDE.
  4. Thiết kế mạch kết nối, xây dựng lưu đồ thuật toán và mã nguồn điều khiển mô hình thực tế (chế độ học lệnh, chế độ tự động, lưu trữ dữ liệu EEPROM).
  5. Chế tạo mô hình thực tế, thử nghiệm khả năng gắp sản phẩm khi phát hiện vật cản trên băng tải và đánh giá kết quả nhằm ứng dụng trong phòng thí nghiệm trường học hoặc sản xuất công nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cánh tay robot nhiều bậc tự do (5 động cơ servo) có khả năng ghi nhớ vị trí thông qua biến trở điều khiển và hệ thống băng chuyền vận chuyển sản phẩm tích hợp cảm biến phát hiện vật thể.
  • Phạm vi không gian: Thực hiện tại Khoa Công nghệ Kỹ thuật – Nông nghiệp Công nghệ cao, Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao từ tháng 11/2020 và hoàn thành vào tháng 01/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng nội dung dựa trên các khái niệm, định nghĩa và tiêu chuẩn quốc tế về robot công nghiệp, kết hợp nguyên lý điện tử - tự động hóa:

  • Khái niệm và định nghĩa:
    • Nguồn gốc thuật ngữ "Robot" xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm "Rossum’s Universal Robot" của Karel Čapek; ba nguyên tắc cơ bản về robot của nhà văn Isaac Asimov.
    • Định nghĩa theo Viện Kỹ thuật Robot Hoa Kỳ (RIA): Robot là tay máy nhiều chức năng, chương trình làm việc thay đổi được, dùng để thực hiện một số thao tác sản xuất.
    • Định nghĩa theo Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO): Robot công nghiệp là tay máy đa mục tiêu, có một số bậc tự do, dễ dàng lập trình, điều khiển trợ động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ hoặc vật dụng khác.
    • Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JIS B 0134-1979) về phân loại robot công nghiệp.
  • Phân loại kết cấu hình học tay máy: Đồ án tổng hợp 6 cấu trúc robot cơ bản:
    1. Robot Cartesian / Gantry (tọa độ Đề-các): Gồm 3 khớp trượt lăng trụ.
    2. Robot tọa độ trụ (Cylindrical): Các trục tạo thành hệ tọa độ trụ.
    3. Robot hình cầu (Polar/Spherical): Các trục tạo thành hệ tọa độ cực.
    4. Robot SCARA: Gồm hai khớp nối xoay song song cung cấp độ linh hoạt trong mặt phẳng.
    5. Robot khớp nối (Articulated): Cánh tay có ít nhất 3 khớp quay.
    6. Robot song song (Parallel / 3-PRS): Cánh tay có các khớp lăng trụ hoặc khớp quay song song đồng thời.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:
    • Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu lý thuyết vi điều khiển AVR (chip ATmega328), kỹ thuật điều biến độ rộng xung (PWM/PPM) điều khiển động cơ servo, nguyên lý cầu phân áp của chiết áp và mạch so sánh điện áp LM393 của cảm biến hồng ngoại.
    • Phương pháp thiết kế - chế tạo thực nghiệm: Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch, đấu nối dây tín hiệu ngoại vi với bo mạch Arduino Uno, lắp ráp khung cơ khí cánh tay robot và băng chuyền thực tế.
    • Phương pháp lập trình nhúng: Xây dựng thuật toán xử lý tín hiệu analog, ánh xạ góc quay, quản lý mảng dữ liệu vị trí trên bộ nhớ RAM, ghi/đọc bộ nhớ tĩnh EEPROM và kỹ thuật tạo trễ phi khối (non-blocking) bằng hàm millis().
  • Nguồn dữ liệu và tài liệu tham khảo: Dựa trên các giáo trình kỹ thuật điện tử, giáo trình cảm biến của Phan Quốc Phô - Nguyễn Đức Chiến (NXB Khoa học và Kỹ thuật), tài liệu vi điều khiển của Kiều Xuân Thực - Vũ Thị Hương - Vũ Trung Kiên (NXB Giáo Dục) cùng các nguồn dữ liệu kỹ thuật từ alldatasheet, arduino.cc, codientu, webdien, hocarm.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module gồm 5 khối chức năng chính: Khối điều khiển trung tâm (Arduino Uno R3), Khối cảm biến (Cảm biến vật cản hồng ngoại), Khối băng tải (Động cơ DC giảm tốc và Relay), Khối cánh tay robot (5 động cơ servo và khung cơ khí), và Khối nguồn cung cấp.

Thành phần phần cứng Thông số kỹ thuật / Đặc tính trong văn bản
Arduino Uno R3 Chip ATmega328 (16 MHz); 14 chân I/O số (6 chân PWM); 6 chân Analog 10-bit; Bộ nhớ: 32 KB Flash, 2 KB SRAM, 1 KB EEPROM; Nguồn hoạt động khuyên dùng: 7V – 12V.
Servo RC FR1510 Động cơ Digital, nhông kim loại; Trọng lượng: 60g; Kích thước: 40x20x40 mm; Lực kéo: 17 kg/cm (tại 4.8V/6V); Dòng tiêu thụ: >600 mA; Chiều dài cáp: 32 cm.
Servo RC 9G Động cơ mini, nhông nhựa; Khối lượng: 9g; Kích thước: 22.3x12.3x32 mm; Momen xoắn: 1.8 kg/cm; Tốc độ: 60° trong 0.1s; Điện áp: 4.8V – 5V; Nhiệt độ: 0°C – 55°C.
Cảm biến hồng ngoại Bộ so sánh LM393; Khoảng cách hiệu quả: 2 – 5 cm; Điện áp: 3.3V – 5V; Đầu ra digital mức thấp (0V) khi có vật cản; Chỉnh ngưỡng bằng chiết áp.
Module 1 Relay Điện áp nuôi: 5VDC; Kích mức thấp (0V); Tiếp điểm chịu tải: 250VAC 10A / 30VDC 10A; Có IC cách ly quang và transistor bảo vệ vi điều khiển.
Motor giảm tốc DC Động cơ vàng; Điện áp: 3 – 9VDC; Dòng tiêu thụ: 110 – 140 mA; Tỉ số truyền: 1:120; Tốc độ: 50 vòng/phút (tại 3V), 83 vòng/phút (tại 5V); Kèm bánh xe V1 (Ø 65 mm).
Chiết áp (Biến trở) Dạng bộ chia điện áp điều chỉnh được, trích xuất điện áp đưa về chân Analog Arduino làm giá trị tham chiếu góc quay.

Sơ đồ kết nối chân trên bo mạch Arduino Uno được thực hiện như sau:

Thiết bị ngoại vi Chân kết nối trên Arduino Uno / Mạch
Servo 1, 2, 3, 4, 5 Chân tín hiệu lần lượt nối với các chân PWM số: 3, 5, 6, 9, 10 (Chân VCC nối nguồn ngoài, GND chung).
Biến trở 1, 2, 3, 4, 5 Chân tín hiệu giữa nối với các chân Analog: A0, A1, A2, A3, A4 (Hai chân còn lại nối VCC và GND).
Nút nhấn điều khiển Play/Pause nối chân Digital 12; Record nối chân Digital 7; Enable EEPROM nối chân Digital 2.
Đèn LED báo hiệu Chân Digital 13 (kèm điện trở hạn dòng nối GND).
Cảm biến hồng ngoại Chân OUT nối đồng thời vào chân Digital 8 của Arduino và chân IN của Module Relay.
Module Relay & Băng tải Chân IN nối OUT cảm biến; Tiếp điểm COM nối nguồn motor, chân NC nối mass motor giảm tốc.

Quy trình vận hành và thuật toán điều khiển:

  1. Chế độ học lệnh (Teach Mode): Người vận hành xoay từng biến trở (A0 - A4), tín hiệu analog đọc về (analogRead trong khoảng 200 - 823) được ánh xạ tuyến tính qua hàm map() thành góc quay servo tương ứng (từ 4° - 175° cho các khớp thân, và 100° - 175° cho kẹp gắp). Nhấn nút Record (chân 7) để lưu tọa độ các góc hiện tại vào mảng 2 chiều goc_servo[servo_max][step_max] trong RAM (hỗ trợ tối đa step_max = 200 bước cho servo_max = 5 servo, tiêu tốn 1000 bytes SRAM).
  2. Lưu trữ EEPROM: Nhấn nút Enable EEPROM (chân 2) để nạp toàn bộ mảng dữ liệu từ RAM sang bộ nhớ EEPROM 1024 bytes (ghi trễ 15 ms cho mỗi byte) nhằm lưu trữ vĩnh viễn khi ngắt nguồn điện. Khi khởi động lại hệ thống, hàm nap_eeprom_sang_ram() tự động khôi phục dữ liệu để chạy trực tiếp.
  3. Chế độ tự động (Playback Mode): Nhấn nút Play/Pause (chân 12). Động cơ băng tải quay đưa sản phẩm đến vị trí; khi cảm biến hồng ngoại phát hiện vật thể, tín hiệu mức 0 kích ngắt relay dừng băng tải, đồng thời báo cho Arduino kích hoạt hàm auto_move(). Robot thực hiện chuỗi chuyển động tuần tự theo các bước đã ghi nhớ để gắp và thả vật.
  4. Giải thuật điều khiển chuyển động mượt và xử lý phi khối: Để tránh hiện tượng dừng đột ngột gây hư hỏng cơ khí và đáp ứng nút nhấn tức thời, chương trình sử dụng biến gia tốc loading để điều chỉnh biến time (chậm ở đầu, nhanh ở giữa, chậm ở cuối hành trình). Việc tạo trễ được hiện thực qua vòng lặp kiểm tra while ((millis() % delay_toc_do) != 0) lồng hàm pause() bên trong, thay vì dùng lệnh delay() làm treo vi điều khiển.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này tập trung phân tích lý do chọn đề tài dựa trên thực trạng phát triển công nghiệp 4.0 và nhu cầu nâng cao năng suất sản xuất tại Việt Nam. Tác giả chỉ ra rằng rào cản chi phí robot nhập khẩu là nguyên nhân chính khiến thiết bị tự động chưa phổ biến rộng rãi. Mục tiêu của đề tài là làm chủ công nghệ thiết kế, lắp ráp và lập trình bộ điều khiển cánh tay robot học lệnh gắp sản phẩm trên băng chuyền sử dụng Arduino, hướng tới ứng dụng trong các phòng thí nghiệm đào tạo và các dây chuyền sản xuất quy mô vừa và nhỏ.

Chương 2: Tổng quan đề tài

Nội dung chương trình bày toàn diện về lịch sử ngành robot từ những cột mốc đầu tiên (năm 1922 với tác phẩm của Karel Čapek; các tay máy chép hình thập niên 1940-1950 tại Hoa Kỳ; robot công nghiệp đầu tiên của General Motors tại New Jersey; việc Nhật Bản nhập khẩu robot năm 1967 và sự gia nhập của Hitachi, Mitsubishi vào năm 1990). Chương này hệ thống hóa các định nghĩa theo RIA, ISO, tiêu chuẩn JIS B 0134-1979; phân loại chi tiết 6 dạng cấu trúc tay máy (Cartesian, Trụ, Cầu, SCARA, Khớp nối, Song song 3-PRS) và nêu rõ 5 lợi ích kinh tế - kỹ thuật: nâng cao hiệu quả, tiết kiệm không gian, tiết kiệm chi phí, hạn chế sai sót và giảm tai nạn lao động.

Chương 3: Tổng quan thiết bị và phần mềm sử dụng

Chương 3 trình bày thông số kỹ thuật và nguyên lý làm việc của từng linh kiện trong hệ thống:

  • Cấu trúc phần cứng bo mạch Arduino Uno R3 và vi điều khiển ATmega328 (bộ nhớ Flash, SRAM, EEPROM, các thanh ghi chân số, chân analog, giao tiếp SPI, I2C).
  • Cảm biến vật cản hồng ngoại dùng IC LM393 có cự ly phát hiện 2 - 5 cm.
  • Đặc tính hai loại động cơ: Servo RC Digital FR1510 (nhông kim loại, lực kéo 17 kg/cm) và Servo 9G (nhông nhựa, lực kéo 1.8 kg/cm, tốc độ 60°/0.1s).
  • Nguyên lý hoạt động của chiết áp phân áp và module 1 Relay đóng ngắt 5VDC (chịu tải 250VAC 10A / 30VDC 10A).
  • Motor giảm tốc DC vàng tỉ số truyền 1:120 kết hợp bánh xe V1 đường kính 65 mm.
  • Môi trường phát triển Arduino IDE (trình biên dịch GNU toolchain, AVR Libc, nạp avrdude, cấu trúc hai hàm setup() và loop()).

Chương 4: Tổng quan mô hình thực tế

Chương 4 là phần trọng tâm triển khai kỹ thuật của đồ án:

  • Trình bày sơ đồ kết nối chân chi tiết giữa Arduino Uno với 5 servo (chân 3, 5, 6, 9, 10), 5 biến trở (A0 - A4), 3 nút bấm (chân 12, 7, 2), đèn LED (chân 13), relay và cảm biến hồng ngoại (chân 8).
  • Cung cấp hình ảnh trực quan về mô hình thực tế hoàn thiện, bảng mạch điều khiển trung tâm và kết cấu khung cơ khí cánh tay robot.
  • Xây dựng sơ đồ khối chức năng và lưu đồ giải thuật cho toàn bộ hệ thống.
  • Cung cấp toàn bộ mã nguồn lập trình C++ nhúng điều khiển hệ thống, giải thích chi tiết các thuật toán đọc góc, khử nhiễu tín hiệu biến trở, ghi/đọc bộ nhớ EEPROM, thuật toán điều khiển gia tốc động cơ và giải pháp xử lý trễ thời gian thực phi khối bằng hàm millis().

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương cuối cùng tổng kết các nhiệm vụ đã hoàn thành trong quá trình nghiên cứu, nêu rõ những thuận lợi, khó khăn trong quá trình làm đồ án, đồng thời phân tích ưu điểm, nhược điểm kỹ thuật của sản phẩm thực nghiệm và đề xuất các hướng mở rộng phát triển đề tài trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả kỹ thuật đạt được:
    • Chế tạo thành công mô hình phần cứng hoàn chỉnh gồm cánh tay robot 5 bậc tự do gắn liền hệ thống băng tải cấp phôi và hộp mạch điều khiển trung tâm.
    • Hiện thực hóa chức năng "Học lệnh" (Teach & Playback): Cho phép người dùng trực tiếp điều chỉnh góc quay của 5 động cơ servo thông qua 5 biến trở và ghi nhớ chuỗi thao tác gắp vào bộ nhớ bằng nút bấm Record.
    • Quản lý mảng dữ liệu chuyển động linh hoạt với dung lượng tối đa 200 bước cho 5 kênh servo (goc_servo[5][200]), đồng thời hỗ trợ ghi nhớ bền vững vào bộ nhớ EEPROM 1024 bytes qua nút Enable EEPROM để tránh mất dữ liệu khi mất nguồn.
    • Tích hợp thành công cơ chế phối hợp tự động giữa cảm biến hồng ngoại LM393 và module relay: Băng tải tự động ngắt khi phát hiện sản phẩm đi vào vùng nhận diện (cự ly 2 - 5 cm), kích hoạt chu trình cánh tay robot gắp và đưa sản phẩm đến vị trí định sẵn.
    • Tối ưu hóa chuyển động của servo nhờ giải thuật điều khiển gia tốc phi tuyến (chậm - nhanh - chậm) và kỹ thuật lập trình ngắt mềm bằng millis(), giúp hệ thống phản hồi nút Play/Pause tức thời mà không bị treo chương trình.
  • Giải pháp và đóng góp của đề tài:
    • Đề xuất giải pháp cánh tay robot học lệnh giá thành thấp, sử dụng nền tảng nguồn mở Arduino Uno, giúp đơn giản hóa quá trình vận hành mà không yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức lập trình phức tạp khi thay đổi vị trí gắp phôi.
    • Cung cấp mô hình học cụ trực quan, có khả năng ứng dụng hiệu quả trong các phòng thực hành, xưởng thí nghiệm của các trường đại học, cao đẳng thuộc khối ngành Điều khiển và Tự động hóa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được ghi nhận trong văn bản:
    • Nhiễu tín hiệu: Hệ thống còn chịu ảnh hưởng bởi nhiễu kết nối cơ khí tại các đường dây và hiện tượng nhiễu do sử dụng các linh kiện điện tử phân khúc giá rẻ.
    • Thời gian nghiên cứu: Quá trình thực hiện đề tài diễn ra trong thời gian ngắn (từ 11/2020 đến 01/2021) do sinh viên phải kết hợp đi thực tập tốt nghiệp và hoàn thành các học phần trên lớp.
    • Tài liệu tham khảo: Tài liệu chuyên sâu về công nghệ tay máy chủ yếu bằng tiếng Anh, dẫn đến một số hạn chế trong quá trình chuyển ngữ thuật ngữ kỹ thuật.
    • Tính năng phân loại: Hệ thống hiện tại chỉ mới dừng lại ở việc gắp sản phẩm cố định khi có vật cản, chưa có khả năng tự động nhận diện và phân loại theo đặc tính của phôi.
  • Hướng phát triển đề tài:
    • Nâng cấp hệ thống thành phiên bản cánh tay robot phân loại sản phẩm thông minh dựa trên các đặc tính kỹ thuật: Phân loại theo màu sắc, phân loại theo kích thước, nhận diện mã vạch hoặc phân loại theo nhiệt độ sản phẩm.
    • Mở rộng chức năng làm việc của cánh tay robot để ứng dụng trong các nguyên công công nghiệp khác như gắp linh kiện chính xác, hàn, cắt kim loại, khoan lỗ hoặc vẽ kỹ thuật tự động theo mẫu có sẵn.
    • Hoàn thiện thiết kế bo mạch in (PCB) chuyên dụng nhằm giảm thiểu tối đa hiện tượng nhiễu đường dây và cải thiện độ ổn định cơ cấu chấp hành.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử đang thực hiện các đồ án chuyên ngành, đồ án tốt nghiệp liên quan đến robot và tự động hóa dây chuyền.
    • Giảng viên cần tài liệu tham khảo để xây dựng các bài tập lớn, mô hình thí nghiệm điều khiển cánh tay robot và hệ thống phân loại phôi tự động.
    • Kỹ sư, người nghiên cứu bắt đầu tiếp cận kỹ thuật điều khiển động cơ servo nhiều bậc tự do, giao tiếp cảm biến và xử lý bộ nhớ trên vi điều khiển 8-bit AVR.
  • Nội dung đáng tham khảo:
    • Cấu trúc mã nguồn điều khiển hoàn chỉnh (Chương 4), đặc biệt là kỹ thuật ánh xạ góc biến trở sang xung servo, thuật toán lưu trữ đồng bộ mảng 2 chiều giữa RAM và EEPROM.
    • Phương pháp giải quyết bài toán trễ thời gian thực phi khối (Non-blocking timing) kết hợp hàm dừng khẩn cấp/tạm dừng (pause()) bằng millis().
    • Sơ đồ mạch phối hợp liên động giữa tín hiệu cảm biến hồng ngoại, module relay đóng cắt tải công suất (motor băng tải) và khối điều khiển trung tâm Arduino.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống thực hiện việc "học lệnh" và ghi nhớ vị trí của cánh tay robot bằng cách nào?
Người dùng xoay trực tiếp 5 biến trở tương ứng với 5 khớp servo; điện áp phân áp từ biến trở được bộ ADC trên Arduino Uno đọc về (dải 200 – 823) và chuyển đổi sang góc quay từ 4° đến 175°. Khi ấn nút Record (chân 7), tọa độ góc hiện tại của cả 5 servo được ghi vào mảng goc_servo[5][200] trong bộ nhớ RAM, cho phép lưu tối đa 200 bước chuyển động liên tiếp.

2. Làm thế nào để dữ liệu vị trí đã dạy không bị mất khi hệ thống mất điện hoặc tắt nguồn?
Đồ án tích hợp nút bấm Enable EEPROM (chân 2). Khi nhấn nút này, chương trình sẽ kích hoạt hàm luu_vao_eeprom() để chuyển toàn bộ dữ liệu từ mảng RAM sang bộ nhớ tĩnh EEPROM dung lượng 1024 bytes của chip ATmega328 (với thời gian trễ 15 ms cho mỗi byte ghi). Khi cấp điện lại, hàm nap_eeprom_sang_ram() sẽ tự động nạp lại dữ liệu để chạy mà không cần dạy lại lệnh từ đầu.

3. Tại sao tác giả sử dụng vòng lặp while ((millis() % delay_toc_do) != 0) thay vì hàm delay() tiêu chuẩn?
Về bản chất, lệnh delay() sẽ vô hiệu hóa hoàn toàn vi điều khiển trong khoảng thời gian chờ, khiến hệ thống không thể đọc được tín hiệu nút bấm tạm dừng (Play/Pause). Bằng cách sử dụng vòng lặp kiểm tra thời gian qua millis() và lồng hàm pause() bên trong, hệ thống vẫn duy trì việc quét tín hiệu ngắt liên tục, giúp robot dừng ngay lập tức khi người vận hành nhấn nút tạm dừng.

4. Mô hình sử dụng những loại động cơ servo nào và sự khác biệt về vai trò của chúng là gì?
Hệ thống sử dụng hai loại servo: Động cơ RC Servo Digital FR1510 (trọng lượng 60g, nhông kim loại, lực kéo 17 kg/cm) được sử dụng cho các khớp chịu tải lớn của cánh tay robot nhằm đảm bảo xoay êm, không rung và giữ vị trí tốt; Động cơ RC Servo 9G (trọng lượng 9g, nhông nhựa, momen xoắn 1.8 kg/cm) được dùng cho các cơ cấu chuyển động nhẹ như khâu kẹp gắp sản phẩm.

5. Cơ chế phối hợp hoạt động giữa băng tải và cánh tay robot diễn ra như thế nào?
Băng tải vận chuyển sản phẩm hoạt động thông qua động cơ giảm tốc DC được cấp nguồn qua tiếp điểm thường đóng (NC) của module relay. Khi sản phẩm đi qua vùng quét (2 – 5 cm) của cảm biến hồng ngoại LM393, chân tín hiệu OUT phát mức 0 kích hoạt relay mở tiếp điểm làm dừng băng tải, đồng thời gửi tín hiệu về chân 8 của Arduino để kích hoạt chu trình cánh tay robot gắp sản phẩm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Hiếu đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và chế tạo thành công mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do học lệnh gắp sản phẩm trên băng chuyền ứng dụng vi điều khiển Arduino Uno R3. Nghiên cứu đã giải quyết hiệu quả bài toán tự động ghi nhớ và tái hiện quỹ đạo chuyển động thông qua biến trở và bộ nhớ EEPROM, kết hợp cơ chế phối hợp tự động với cảm biến hồng ngoại và băng tải cấp phôi. Mặc dù còn một số hạn chế về hiện tượng nhiễu phần cứng tầm thấp, đề tài đã xây dựng được giải thuật điều khiển phi khối tối ưu và tạo ra một mô hình thực nghiệm có giá trị ứng dụng cao trong công tác giảng dạy kỹ thuật và định hướng phát triển tự động hóa công nghiệp.