Chương 1: Tổng quan về đề tài. - Giới thiệu về đề tài, mục tiêu, hướng phát triển và phạm vi đồ án. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. - Đưa ra những lý thuyết, ứng dụng được sử dụng trong hệ thống.
Chương 3: Tính toán và thiết kế cơ khí. - Thiết kế, tính toán, xây dựng phần cứng cho máy. Chương 4: Thiết kế hệ thống điện và điều khiển. - Thiết kế, xây dựng hệ thống điện, điều khiển.
Chương 5: Kết quả và hướng phát triển. - Đưa ra những kết quả đạt được trên thực tế và hướng phát triển tương lai. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Từ những năm 60s của thế kỷ 20, cánh tay robot đã trở thành một phần không thể thiếu trong các nhà máy sản xuất tại châu Âu. Trải qua quá trình nghiên cứu và phát triển không ngừng, các mô hình cánh tay robot công nghiệp ngày càng hoàn thiện với nhiều tính năng và ứng dụng vượt trội.
Sau năm 2000, hệ thống dây chuyền sản xuất tự động với sự góp mặt của robot đã trở nên phổ biến trên toàn cầu, đặc biệt tại các quốc gia có nền công nghiệp phát triển. Sự phát triển vượt bậc của robot trong những thập kỷ qua minh chứng cho tiềm năng to lớn của lĩnh vực này, với ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, y tế, nông nghiệp, dịch vụ, và nhiều lĩnh vực khác. Cơ sở lý thuyết về phần cơ khí Đồ án này giúp nhóm áp dụng kiến thức đã học vào thực tế, bao gồm những kỹ năng và kiến thức sau đây: - Kiến thức về vật liệu học: Chọn lựa vật liệu phù hợp dựa trên chức năng và độ bền của các thành phần trong đề tài. - Kỹ năng về kỹ thuật: Thiết kế và tạo ra bản vẽ 2D, 3D để phục vụ cho gia công cơ khí.
Sử dụng các công cụ và phần mềm như Solidworks, Inventor để tạo ra các mô hình và thiết kế chi tiết. - Thiết kế cơ khí: Sử dụng phần mềm Solidworks, Inventor và kiến thức về cơ khí để thiết kế và tính toán các thành phần và cấu trúc liên quan trong đề tài. - Nguyên lý của chi tiết máy: Áp dụng kiến thức về nguyên lý cơ khí và các cơ cấu truyền động để tính toán và lựa chọn các phương án phù hợp cho cấu trúc và hoạt động của máy. - Dung sai kỹ thuật và đo lường: Áp dụng kiến thức về dung sai kỹ thuật và các phương pháp đo lường để kiểm tra sự chính xác và đảm bảo các chi tiết được thiết kế và gia công cơ khí đạt yêu cầu kỹ thuật.
Đề tài thiết kế robot Tripteron mang đến nhiều cơ cấu và lựa chọn đa dạng. Nhưng nhìn chung đều có bốn thành phần chính là khung máy, đầu công tác, khớp dẫn hướng tuyến tính, khớp xoay thụ động. Để kiểm soát dễ dàng các góc khớp cũng như duy trì sự cân bằng cho robot, việc tính toán và lựa chọn cấu hình robot phù hợp với yêu cầu là rất quan trọng. Với cơ cấu phù hợp, robot có thể di chuyển và hoạt động một cách linh hoạt trong không gian làm việc.
Thông qua việc tính toán độ dài các khớp, chúng ta có thể xác định vị trí của robot thông qua các phương trình động học thuận và động học nghịch. Cơ sở lý thuyết về các chế độ đọc encoder Encoder gồm có hai pha A và B đặt lệch pha nhau thường là 90° để xác định số vòng 4 quay được và chiều quay hiện tại của động cơ như hình 2.1: Giản đồ xung Clock Encoder Quy ước khi động cơ quay theo chiều thuận thì pha A sớm hơn pha B và ngược lại. Có ba chế độ đọc xung Encoder là x1, x2, x4. Chế độ x1 chỉ đọc cạnh lên của pha A.
Chế độ x2 đọc cạnh lên và cạnh xuống của pha A hoặc một trong hai cạnh của mỗi pha. Chế độ x4 sẽ đọc cạnh lên và cạnh xuống của pha A và pha B. Đây cũng là chế độ cho độ phân giải cao nhất. Nhưng hiện tại để phù hợp với hệ thống điều khiển, nhóm đã quyết định sử dụng chế độ x2 với cạnh lên hoặc cạnh xuống của pha A tùy theo chiều dương của động cơ và cạnh lên của pha B.
Pha A sớm hơn pha B, khi A có cạnh lên thì B sẽ ở cạnh xuống và ngược lại. Khi quay thuận thì biến đếm ở các chế độ tăng lên một tại các thời điểm đọc được và ngược lại. Từ lý thuyết đọc Encoder trên, ta thấy rằng việc đọc xung Encoder cho những loại Encoder có PPR lớn với phương pháp sử dụng ngắt ngoài bắt cạnh hai pha A và B sẽ rất tốn thời gian xử lý. ngoài ra còn có các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình đọc như nhiễu trên đường truyền, méo dạng xung.sẽ gây ra sai số.
Để khắc phục khuyết điểm trên, nhóm quyết định sử dụng timer để đọc xung Encoder, việc đọc xung này hoạt động độc lập với quá trình xử lý của CPU thông qua các thanh ghi của timer. Cơ sở lý thuyết về động học Robot 2. Sơ lược về động học Robot Động học của Robot là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ Robot, đặc biệt là trong Robot công nghiệp. Các khái niệm chính của động học bao gồm động học thuận và động học nghịch, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và lập trình các Robot để chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác, linh hoạt và hiệu quả.
Động học thuận và động học nghịch giúp cho các hệ thống điều khiển Robot có thể biết được cách để di chuyển End-Effector đến các vị trí và hướng cụ thể trong không gian làm việc. Điều này rất quan trọng trong việc thực hiện các nhiệm vụ như lắp ráp, hàn, cắt, hay vận chuyển hàng hóa trong môi trường sản xuất. 5 Các thuật toán động học nghịch giúp lập trình viên xác định các giá trị góc quay của các khớp để đạt được vị trí và hướng mong muốn của End-Effector. Điều này cho phép họ thiết lập các chương trình và chuỗi hành động cho Robot, từ đó tự động hóa các quy trình sản xuất và tăng năng suất lao động.
Bằng cách áp dụng các thuật toán động học, robot có thể tối ưu hóa các chuyển động để giảm thời gian hoặc tăng độ chính xác trong thực thi nhiệm vụ. Điều này làm giảm chi phí sản xuất và tăng cường khả năng đáp ứng nhu cầu của thị trường. Động học cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển và thiết kế Robot mới. Các mô hình động học thuận và nghịch giúp cho kỹ sư Robot có thể dự đoán và thiết kế các Robot có khả năng vận hành một cách hiệu quả và ổn định.
Sơ lược về động học nghịch Phát biểu bài toán động học nghịch: cho trước quy luật các biến vị trí và hướng của khâu công tác cuối trong hệ tọa độ Decartes, từ đó tính toán xác định quy luật di chuyển của các biếu di chuyển phù hợp. Bài toán động học nghịch liên quan đến phương trình chuyển đổi ngược để tìm mối liên hệ giữa các khâu thành phần khi cho trước vị trí và hướng của khâu đầu cuối. Trong thực tế, để giải bài toán động học ngược ta không quy về một cách giải chung nào được mà dựa theo tính chất của từng loại ta sẽ có những phương pháp giải khác nhau. Tuy có nhiều phương pháp nhưng ta có thể tổng hợp về ba hướng giải quyết: phương pháp hình học, phương pháp đại số và phương pháp số học.
Bài toán động học nghịch bao gồm các phương trình dạng phi tuyến và thường lời giải sẽ không đúng chính xác hoàn toàn. Bài toán sẽ có thể có nhiều lời giải, một số tập nghiệm tìm được sẽ không thỏa mãn do tính chất cơ cấu vật lý, ràng buộc về kết cấu của Robot. Tính đa nghiệm của bài toán không chỉ phụ thuộc vào số các biến khớp mà còn cả vào số lượng các tham số khác trong kết cấu. Số lượng này càng lớn thì số lời giải càng nhiều nên cần đòi hỏi các điều kiện ràng buộc phụ để giảm cơ cấu số nghiệm.
Sơ lược về động học thuận Phát biểu bài toán động học thuận: cho trước quy luật các biến di chuyển theo tọa độ suy rộng từ đó tính toán xác định quy luật các biến vị trí theo tọa độ Decartes. Bài toán động học thuận sử dụng phương trình động học thuận để xác định vị trí và hướng của điểm đầu cuối trong hệ tọa độ Decartes khi cho trước các tọa độ suy rộng. Phương pháp giải bài toán động học thuận: - Xây dựng ma trận thể hiện quan hệ tương đối giữa các khâu. 6 - Xây dựng ma trận cho từng khâu và khâu công tác cuối cùng - Xây dựng ma trận đạo hàm bậc 1 và bậc 2 cho các khâu - Tính toán vị trí, vận tốc và gia tốc của các điểm 2.
Sơ lược về động lực học Động lực học trong cánh tay máy là nghiên cứu về các lực liên kết với cánh tay máy. Để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể, cánh tay máy được tăng tốc từ trạng thái nghỉ để bắt đầu chuyển động, sau đó khâu cuối của cánh tay máy có thể được yêu cầu di chuyển với vận tốc không đổi và sau đó được giảm tốc để đưa nói về trạng thái xác lập tại điểm mong muốn. Chuyển động như vậy đòi hỏi sự biến đổi của mô-men xoắn tại các khớp bằng cơ cầu truyền động theo quỹ đạo mong muốn. Có hai phương pháp để tìm phương trình động lực học của hệ cánh tay máy đó là phương trình Lagrange dựa theo năng lượng động năng và thế năng và phương trình Newton- Euler dựa theo lực và mô-men tác động lên từng khâu của cánh tay máy.
Cơ sở lý thuyết về Webserver 2. Giới thiệu về ESP32 NodeMCU LuaNode32 ESP32 là một bộ vi điều khiển thuộc danh mục vi điều khiển trên chip công suất thấp và tiết kiệm chi phí. Hầu hết tất cả các biến thể ESP32 đều tích hợp Bluetooth và Wi-Fi chế độ kép, làm cho nó có tính linh hoạt cao, mạnh mẽ và đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng. Nó là sự kế thừa của vi điều khiển NodeMCU ESP8266 phổ biến và cung cấp hiệu suất và tính năng tốt hơn.
Bộ vi điều khiển ESP32 được sản xuất bởi Espressif Systems và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau như IoT, robot và tự động hóa. ESP32 cũng được thiết kế để tiêu thụ điện năng thấp, lý tưởng cho các ứng dụng chạy bằng pin. Nó có hệ thống quản lý năng lượng cho phép nó hoạt động ở chế độ ngủ và chỉ thức dậy khi cần thiết, điều này có thể kéo dài tuổi thọ pin rất nhiều.