Nghiên cứu, chế tạo và điều khiển robot Tripteron sáu bậc tự do

• Tác giả: Nguyễn Anh Khoa
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Quang Duy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu, Chế Tạo Và Điều Khiển Robot Tripteron Sáu Bậc Tự Do
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT ĐỀ TÀI
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Ý nghĩa của đề tài
• 1.3. Hạn chế của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu và tìm hiểu
• 1.5. Cách thức nghiên cứu
• 1.6. Phương tiện nghiên cứu
• 1.7. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi của đồ án tốt nghiệp
• 1.8. Hướng phát triển của đồ án
• 1.9. Kết cấu nội dung
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Cơ sở lý thuyết về phần cơ khí
• 2.2. Cơ sở lý thuyết về các chế độ đọc encoder
• 2.3. Cơ sở lý thuyết về động học Robot
• 2.4. Sơ lược về động học Robot
• 2.5. Sơ lược về động học nghịch
• 2.6. Sơ lược về động học thuận
• 2.7. Sơ lược về động lực học
• 2.8. Cơ sở lý thuyết về Webserver
• 2.9. Giới thiệu về ESP32 NodeMCU LuaNode32
• 2.10. Thư viện ESPAsyncWebServer
• 2.11. Cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh
• 2.12. Phân loại ảnh
• 2.13. Thư viện OpenCV
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ
• 3.1. Yêu cầu thiết kế và đề xuất ý tưởng của hệ thống
• 3.2. Yêu cầu thiết kế
• 3.3. Đề xuất nguyên lí hoạt động
• 3.4. Đề xuất kết cấu sơ bộ
• 3.5. Thông số thiết kế và tổng quan robot
• 3.6. Các chi tiết cơ khí được sử dụng
• 3.7. Ke góc 90 nhôm định hình
• 3.8. Ke góc 135 nhôm định hình
• 3.9. Ke góc vuông chìm nhôm định hình
• 3.10. Con chạy bi nhôm định hình
• 3.11. Nối góc T nhôm định hình
• 3.12. Khớp nối trục
• 3.13. Gối đỡ vòng bi mặt bích
• 3.14. Vòng bi trượt
• 3.15. Con trượt mặt bích
• 3.16. Ray trượt
• 3.17. Vòng bi chà
• 3.18. Vòng phanh trục
• 3.19. Vòng bi cầu
• 3.20. Phương án thiết kế robot
• 3.21. Phương án thiết kế khớp dẫn hướng tuyến tính
• 3.22. Phương án thiết kế thứ nhất cho hệ khớp
• 3.23. Phương án thiết kế thứ hai cho hệ khớp
• 3.24. Phương án thiết kế hệ khớp xoay thụ động
• 3.25. Phương án thiết kế thứ nhất cho hệ khớp
• 3.26. Phương án thiết kế thứ hai cho hệ khớp
• 3.27. Phương án thiết kế khung cho robot
• 3.28. Phương án thiết kế thứ nhất cho khung
• 3.29. Phương án thiết kế thứ hai cho khung
• 3.30. Phương án thiết kế thứ ba cho khung
• 3.31. Trình tự các bước thiết kế robot
• 3.32. Trình tự thiết kế hệ khớp tịnh tiến
• 3.33. Trình tự thiết kế hệ khớp tự do
• 3.34. Trình tự thiết kế khung robot
• 3.35. Trình tự thiết kế đầu công tác robot
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống
• 4.2. Các thiết bị điện được sử dụng
• 4.3. Động cơ Hybrid Servo PFDE 1
• 4.4. Mạch điều khiển động cơ bước TB6600
• 4.5. Mạch giảm áp XL4015
• 4.6. Thiết kế sơ đồ nối dây của các ngoại vi
• 4.7. Sơ đồ vòng kín điều khiển động cơ
• 4.8. Chống dội phần cứng cho các tiếp điểm cơ khí
• 4.9. Động học Tripteron Parallel Robot
• 4.10. Động học nghịch
• 4.11. Động học thuận
• 4.12. Kiểm nghiệm động học của Tripteron Parallel Robot
• 4.13. Động học vận tốc Jacobi
• 4.14. Không gian làm việc của Robot
• 4.15. Điều khiển Robot
• 4.16. Di chuyển điểm-điểm (Point to Point)
• 4.17. Di chuyển đường thẳng (Linear Control)
• 4.18. Di chuyển cung tròn (Arc Control)
• 4.19. Lưu đồ giải thuật điều khiển trên STM32
• 4.20. Lưu đồ giải thuật hàm chính của hệ thống
• 4.21. Lưu đồ giải thuật các hàm interrupt handler của hệ thống
• 4.22. Lưu đồ giải thuật Timer điều khiển một động cơ Step
• 4.23. Lưu đồ giải thuật giải động học ngược
• 4.24. Lưu đồ giải thuật điều khiển đi từ điểm hiện tại đến điểm mong muốn
• 4.25. Lưu đồ giải thuật điều khiển đầu công tác đi đường thẳng và cung tròn
• 4.26. Lưu đồ giải thuật nhận dữ liệu tọa độ và vẽ hình ảnh
• 4.27. Lưu đồ giải thuật điều khiển manual từ Webserver
• 4.28. Thuật toán kiểm nghiệm điều khiển Robot
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 5.1. Kiểm nghiệm độ chính xác điều khiển và độ chính xác lặp lại của Robot
• 5.2. Kiểm nghiệm động học với phương pháp vẽ hình
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu robot Tripteron sáu bậc tự do

Robot Tripteron sáu bậc tự do là một trong những sản phẩm công nghệ tiên tiến, được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong môi trường công nghiệp. Đề tài này không chỉ mang lại giá trị thực tiễn mà còn góp phần vào sự phát triển của ngành công nghệ robot. Việc nghiên cứu và chế tạo robot này giúp nâng cao năng suất lao động và giảm thiểu rủi ro cho con người trong các công việc nặng nhọc.

1.1. Ý nghĩa của robot Tripteron trong công nghiệp

Robot Tripteron sáu bậc tự do có khả năng thực hiện nhiều thao tác phức tạp, từ lắp ráp đến vận chuyển hàng hóa. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất.

1.2. Lịch sử phát triển của robot Tripteron

Robot Tripteron đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ những năm 60, với sự cải tiến không ngừng về công nghệ và tính năng. Sự phát triển này đã mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp chế tạo robot.

II. Thách thức trong nghiên cứu và chế tạo robot sáu bậc tự do

Mặc dù robot Tripteron sáu bậc tự do mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc nghiên cứu và chế tạo vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như chi phí chế tạo cao, độ tin cậy chưa cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp là những rào cản lớn.

2.1. Chi phí và nguồn lực trong chế tạo robot

Chi phí chế tạo robot Tripteron thường cao do yêu cầu về linh kiện và công nghệ tiên tiến. Điều này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm kiếm nguồn tài trợ và hợp tác để giảm bớt gánh nặng tài chính.

2.2. Độ tin cậy và hiệu suất của robot

Độ tin cậy của robot Tripteron là một yếu tố quan trọng. Các vấn đề về hiệu suất có thể ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của robot trong môi trường thực tế, đòi hỏi phải có các giải pháp cải tiến liên tục.

III. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế robot Tripteron

Để chế tạo robot Tripteron sáu bậc tự do, nhóm nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Từ việc thiết kế cơ khí đến lập trình điều khiển, mỗi bước đều được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.1. Thiết kế cơ khí cho robot Tripteron

Thiết kế cơ khí là bước đầu tiên trong quá trình chế tạo robot. Sử dụng phần mềm Solidworks, nhóm đã tạo ra các mô hình 3D chi tiết, giúp tối ưu hóa cấu trúc và chức năng của robot.

3.2. Lập trình điều khiển robot

Lập trình điều khiển là một phần quan trọng trong việc vận hành robot. Sử dụng các ngôn ngữ lập trình như C++ và Python, nhóm đã phát triển các thuật toán điều khiển hiệu quả cho robot Tripteron.

IV. Ứng dụng thực tiễn của robot Tripteron sáu bậc tự do

Robot Tripteron sáu bậc tự do có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, từ sản xuất công nghiệp đến y tế. Khả năng di chuyển linh hoạt và thực hiện các thao tác phức tạp giúp robot trở thành một công cụ hữu ích trong nhiều lĩnh vực.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp

Robot Tripteron được sử dụng để tự động hóa các quy trình sản xuất, giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình lắp ráp.

4.2. Ứng dụng trong y tế

Trong lĩnh vực y tế, robot Tripteron có thể hỗ trợ trong các ca phẫu thuật hoặc vận chuyển thiết bị y tế, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của robot Tripteron

Robot Tripteron sáu bậc tự do không chỉ là một sản phẩm công nghệ tiên tiến mà còn là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo robot. Hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải tiến hiệu suất và mở rộng ứng dụng của robot.

5.1. Cải tiến công nghệ và hiệu suất

Để nâng cao hiệu suất của robot, cần nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới, từ động cơ đến cảm biến, nhằm tối ưu hóa khả năng hoạt động.

5.2. Mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Hướng phát triển tiếp theo là mở rộng ứng dụng của robot Tripteron sang các lĩnh vực như nông nghiệp, dịch vụ và giáo dục, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.