chương 1, tác giả sẽ tìm hiểu tình hình nghiên cứu các đề tài liên quan đến lĩnh vực cánh tay Robot ở trong và ngoài nước. Điều này giúp tác giả có cái nhìn tổng quan về đối tượng SCARA Robot và mục tiêu điều khiển mà tác giả lựa chọn để nghiên cứu trong khóa luận này. Tiếp theo, tác giả trình bày mục đích luận văn, nhiệm vụ giới hạn đề tài và phương pháp thực hiện. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Hiện nay, sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hiện đại thì không thể thiếu sự hỗ trợ của các tay máy công nghiệp.
Dẫn đến các tay máy ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn và “Robot SCARA” là một điển hình cho các tay máy với khả năng hoạt động linh hoạt, chính xác và dễ điều khiển. Chính vì vậy tác giả chọn Robot SCARA làm đối tượng nghiên cứu trong khóa luận này. Một số kết quả nghiên cứu trong nƣớc Thông qua các kênh thông tin trên internet, tạp chí khoa học, luận văn… cho thấy một số tài liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu của tác giả. Nghiệm thu dự án Thiết kế chế tạo Robot Scara 3 và 4 bậc tự do [7] Trong hu n hổ chương tr nh chế tạo Robot c ng nghiệp, ngày 04 0 2013, Sở Khoa học và C ng nghệ thành phố đã tổ chức nghiệm thu dự án “T S 3 4 ” do ThS.
han Văn Đức làm chủ nhiệm dự án và C ng ty TNHH Sản xuất Thương mại D ch vụ AUTE làm Cơ quan chủ tr. Sản ph m dự án g m: HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 1 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 1 tay máy Scara 3 bậc tự do, 1 tay máy Scara 4 bậc tự do và m theo bộ tài liệu g m 1 bài thực hành cơ bản.1: Robot Scara 3 và 4 b c t do. Robot Việt Nam dự triển lãm lớn nhất thế giới [8] Bốn mẫu robot công nghiệp "made in Vietnam" tham dự International Robot Exhibition (IREX 2009) - triển lãm lớn nhất thế giới về robot diễn ra tại trung tâm triển lãm Tokyo Big Sight (Nhật Bản), ngày 25-28/11/2009. HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 2 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Đây là các sản ph m mới nhất do Công ty CP Robot TOSY Việt Nam nghiên cứu và chế tạo.
Hai Arm Robot là tay máy đa năng có thể làm nhiều công việc như hàn, sơn, lắp ráp, đóng gói, di chuyển vật liệu, xếp dỡ pallet. Còn SCARA Robot và Parallel Robot có tốc độ cao, ứng dụng gắp các sản ph m trên băng chuyền chuyển động nhanh. Các robot này có độ chính xác 0,1 mm, tầm hoạt động 0,6-2 mét, tải trọng 1-30 kg. Ngoài giải thưởng Sản ph m được yêu thích nhất do tạp chí Popular Science Magazine bình chọn thì Robot nhảy TOSY còn vinh dự được xuất hiện trên nhiều kênh truyền hình lớn của Mỹ như Fox News, NBC, MTV như một điểm sáng của triển lãm CES 2013.
Robot nhảy TOSY sử dụng công nghệ cảm biến âm thanh. Nghiên cứu ứng dụng chuyển động của cánh tay người cho Robot [5] Mạng thần inh (Neural networ ) được phát triển để điều khiển cánh tay robot khi cần tạo ra những đường di chuyển cho robot. Trong nghiên cứu này, một mạng thần kinh nhiều lớp bac propagation đã được sử dụng để tạo ra các đường chuyển động nằm trong mặt phẳng thẳng đứng từ bộ dữ liệu chuyển động cánh tay HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 3 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI của con người. Các mạng thần inh được huấn luyện để có thể tạo ra các đường chuyển động theo thời gian thực.
Các bộ dữ liệu của chuyển động cánh tay của người trong mặt phẳng thẳng đứng thu được từ hệ thống chụp chuyển động VICON và được phân loại thành hai loại đường chuyển động trước khi chuyển đến hệ thống thần kinh. Loại đường I, chuyển động cánh tay của con người đơn giản, có thể được dạy học và lặp lại một cách ổn đ nh. Tuy nhiên, độ chính xác lặp lại chưa cao 1.2 cm trên 10 lần lấy mẫu; Nhưng loại đường II - chuyển động của cánh tay con người phức tạp hơn do đó mạng thần kinh cần được sửa đổi trước khi thực hiện các đường chuyển động dạng này. Một thuật toán huấn luyện hiệu quả đã được phát triển và tạo ra những chuyển động giống như cánh tay con người.
Nghiên cứu chế tạo Robot 5 bậc tự do [6] Luận văn xây dựng thành công cánh tay máy 5 bậc tự do với những phương pháp điều khiển điểm đến điểm dùng kỹ thuật PWM. Luận văn cũng phát huy khả năng thiết kế và kỹ năng sử dụng các công cụ hỗ trợ, thực hành gia công các chi tiết, sử dụng các cơ cấu một cách linh hoạt và hợp lý nhất. Làm chủ được quá tr nh điều khiển động cơ RC servo dựa trên nền tảng vi điều khiển, phát huy tư duy lập trình, tính toán…tác giả cũng đã ết hợp một cách hài hòa giữa cơ hí và điện tử, đ ng thời qua đó cũng đã thấy được sợi dây ràng buộc vững chắc giữa lý thuyết và thực hành. Luận văn đã giúp tác giả vận dụng một cách hoàn hảo lý thuyết vào trong thực tế và dùng thực tế để kiểm tra lại lý thuyết.
HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 4 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hì 1.1 ê 15 lầ l ẫ ; N ễ ADC ũ â ì lắ q ì ọ … ư ũ í l ê ứ ắ ữ ê â í ọ ằ (GA) ằ ì ô ố PID SCARA e q ì ò ở l lầ ẽ ô ở l í ADC ằ â ễ ADC ô ố. HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 5 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Vibration Control Comparison Of A Single Link Flexible Manipulator Between Fuzzy Logic Control And Pole Placement Control [8] Bài báo này nhóm tác giả đưa ra hai phương pháp điều khiển Fuzzy Logic và Đặt cực nhằm kiểm soát các dao động và sai lệch ở các khớp đơn. ua đó so sánh đối chiếu để tìm ra giải pháp tối ưu.
Nhóm tác giả đã xây dựng thuật toán trên môi trường MATLAB Simulink và thuật toán Fuzzy Logic đã được lựa chọn. Kết quả cho thấy phương pháp Fuzzy Logic iểm soát các dao động và sai lệch ở các khớp đơn tốt hơn hẳn so với phương pháp Đặt Cực. Tham khảo bảng 1.1 Kết quả: hương pháp Vọt lố (đơn v Vọt lố (đơn v Sai lệch tối đa Sai lệch tối đa điều khiển độ) với tải độ) với tải (đơn v độ) với (đơn v độ) với trọng 0g trọng 30g tải trọng 0g tải trọng 30g Fuzzy logic 0 2.1: Kết quả của hai phương pháp Fuzzy logic và đặt cực. From Motion Planning to Kinematic control of SCARA robot [9] Các công nghệ mới bên trong robot, đòi hỏi hệ thống của nó ngày càng trở nên th ng minh hơn.
Điều quan trọng là kết hợp các hệ thống phụ khác nhau cho phép một robot d ch vụ nhận được nhiều hơn ứng dụng làm việc trong các lĩnh vực hác nhau. Như vậy, việc phát triển các ứng dụng cụ thể là cần thiết. Bài viết này đề ra cách thay thế ứng dụng cho các robot bằng tay kết hợp với nhiều kỹ thuật khác nhau thuộc lĩnh vực Robot, chẳng hạn như: hoạch đ nh chuyển động, hoạch đ nh và kiểm soát quỹ đạo mục tiêu. Điều này liên quan đến cấu hình một SCARA robot và cuối cùng là thực hiện xác nhận mô phỏng.
HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 6 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hình 1.4: C u hình robot SCARA Bài báo này nhóm tác giả đề cập đến quỹ đạo điểm đến điểm và quỹ đạo đa điểm. Vận tốc được đề xuất là dạng tam giác. Hạn chế của bài báo này là chỉ đưa ra quỹ đạo dạng m phỏng và chưa được iểm chứng thực tế. hương pháp điều hiển là động lực học v trí, sử dụng bộ điều hiển ID.5: V n tốc với biên d ng tam giác HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 7 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hình 1.6: H thố u khi n vòng lặp.7: Gi ồ v n tốc d ược.8: Qu o mong muốn.
HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 8 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Trajectory Planning Design Equations and Control of a 4 - axes Stationary Robotic Arm [10] Bài báo này đề cập đến việc thiết kế quỹ đạo di chuyển cho robot SCARA 4 trục, dùng trong phòng thí nghiệm. Ý chính của bài báo này là việc thiết kế quỹ đạo di chuyển liên tục cho cánh tay robot SCARA trong quá trình học việc của nó từ điểm đến điểm trong không gian làm việc và tránh tất cả chướng ngại vật thuộc quỹ đạo đường đi của nó. động học thuận cho v trí và hướng của cánh tay robot trong h ng gian 3D. Động học ngược cho tập hợp các biến khớp sẽ đáp ứng cùng với việc xử lý v trí và đ nh hướng.
Kết quả chỉ dừng ở cấp độ mô phỏng, kết quả thực nghiệm chưa thấy tác giả đề cập.9: H thống Robot SCARA và máy tính HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 9 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Hình 1.10: Qu o di chuy n của Robot SCARA hương tr nh quãng đường là dạng bậc 3: a*t^3+b*t^2+c*t+d=P hương tr nh vận tốc là dạng bậc 2 (Quãng đường chia thời gian): a*t^2+b*t+c+d/t=V hương tr nh gia tốc là dạng bậc nhất (bằng đạo hàm của vận tốc): 2a*t+b- d/t^2=A với a=-6; b=30; d=0 Hình 1.11: Bi ồ vị trí, v n tốc và gia tốc theo thời gian HVTH: LÊ MINH NGỌC Trang 10 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI 1. Giới thiệu về luận văn 1. Mục đích luận văn - Nghiên cứu, xây dựng và mô phỏng chương tr nh sử dụng giải thuật GA để tìm ra bộ thông số PID nhằm điều khiển tay máy SCARA bám theo quỹ đạo đường tròn dựa trên m i trường Matlab. - Kiểm chứng kết quả của giải thuật di truyền trên mô hình thực Robot SCARA.
Nhiệm vụ giới hạn của đề tài Đề tài “Sử dụng giải thuật GA tìm kiếm thông số ID điều khiển Robot SCARA bám theo quỹ đạo cho trước” đưa ra ết quả mô phỏng. Từ đó, thi c ng và thực nghiệm kết quả mô phỏng trên mô hình thực tế. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài nghiên cứu: Nhiệm vụ mô hình hóa mô phỏng: Tìm ra mô hình toán của hệ thống. Xây dựng giải thuật tìm kiếm GA.
Về phần thiết kế cơ khí đặt ra những nhiệm vụ như sau: Thiết kế Robot SCARA trên AutoCAD và Solidworks. Xây dựng mô hình hoàn chỉnh. Kiểm tra khả năng hoạt động của mô hình. Về phần mạch điều khiển: Thiết kế mạch điện trên OrCAD và sử dụng module PIC18F4431 có bán trên th trường.