I. Thiết kế điều khiển robot
Phần này tập trung vào thiết kế điều khiển robot, cụ thể là thiết kế bộ điều khiển cho cánh tay robot 4 bậc tự do. Nội dung bao gồm việc lựa chọn và áp dụng các thuật toán điều khiển phù hợp. Đề tài nghiên cứu ba thuật toán điều khiển chính: PID controller, Computed Torque Controller (CTC) và Sliding Mode Controller (SMC). Việc lựa chọn các thuật toán này dựa trên khả năng kiểm soát chính xác chuyển động của cánh tay robot, khả năng xử lý nhiễu và đáp ứng nhanh với thay đổi trong môi trường làm việc. Thiết kế điều khiển robot được thực hiện dựa trên mô hình động học và động lực học của cánh tay robot 4 bậc tự do, được xây dựng dựa trên phân tích chuyển động robot. Mỗi thuật toán được mô phỏng và đánh giá trên phần mềm MATLAB/Simulink trước khi được áp dụng vào hệ thống thực tế. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm sẽ được trình bày chi tiết ở các chương sau, đánh giá hiệu quả của từng thuật toán dựa trên các chỉ tiêu như độ chính xác, thời gian đáp ứng và độ ổn định của hệ thống. Hệ thống điều khiển robot được thiết kế để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành. Điện tử robot đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các lệnh điều khiển.
1.1 Mô hình hóa động học và động lực học
Phần này tập trung vào việc xây dựng mô hình hóa động học và động lực học của cánh tay robot 4 bậc tự do. Mô hình động học mô tả mối quan hệ giữa vị trí, vận tốc và gia tốc của các khớp nối robot. Phân tích chuyển động robot giúp xác định các thông số động học như ma trận Jacobian, ma trận chuyển đổi tọa độ. Mô hình động lực học mô tả mối quan hệ giữa lực, mô-men và chuyển động của cánh tay robot. Mô hình hóa động học robot và mô hình hóa động lực học robot được sử dụng làm cơ sở để thiết kế các bộ điều khiển. MATLAB/Simulink là công cụ chính để xây dựng và mô phỏng các mô hình này. Việc mô phỏng robot giúp kiểm tra tính khả thi của mô hình và đánh giá hiệu quả của các bộ điều khiển trước khi áp dụng vào hệ thống thực tế. Khớp nối robot là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu suất của hệ thống. Cảm biến robot, cụ thể là cảm biến vị trí (encoder) được sử dụng để thu thập thông tin phản hồi về trạng thái của hệ thống. Lập trình robot là quá trình thực hiện các thuật toán điều khiển trên mô hình robot.
1.2 Thiết kế và cài đặt bộ điều khiển
Phần này trình bày chi tiết về quá trình thiết kế và cài đặt bộ điều khiển cho cánh tay robot. Ba thuật toán điều khiển: PID controller, Computed Torque Controller (CTC) và Sliding Mode Controller (SMC) được nghiên cứu và áp dụng. Thuật toán điều khiển robot được lựa chọn dựa trên các yêu cầu về độ chính xác, thời gian đáp ứng và khả năng xử lý nhiễu. Việc cài đặt bộ điều khiển được thực hiện trên phần cứng cụ thể, bao gồm vi điều khiển PLC điều khiển robot hoặc các bo mạch điều khiển chuyên dụng. Phần mềm điều khiển robot, như ROS (Robot Operating System) hoặc các môi trường lập trình khác, được sử dụng để thực hiện các thuật toán điều khiển. Vi điều khiển đóng vai trò trung tâm trong việc xử lý thông tin và điều khiển các động cơ. Lập trình robot được thực hiện để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác và ổn định. An toàn robot được ưu tiên hàng đầu trong quá trình thiết kế và cài đặt. Kiểm soát chuyển động robot được thực hiện thông qua việc giám sát và điều chỉnh tín hiệu điều khiển đến các động cơ. Tối ưu hóa điều khiển robot giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống.
II. Giám sát lỗi robot
Phần này tập trung vào giám sát lỗi robot, cụ thể là giám sát lỗi cánh tay robot. Phát hiện lỗi robot là một phần quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của hệ thống. Đề tài sử dụng Fault Estimator (FE) để phát hiện và ước lượng lỗi trong hệ thống. Xử lý lỗi robot là quá trình phản hồi và khắc phục lỗi sau khi phát hiện. An toàn robot là ưu tiên hàng đầu trong thiết kế hệ thống giám sát lỗi. Kiểm soát chuyển động robot được đảm bảo thông qua việc giám sát liên tục trạng thái của hệ thống và xử lý kịp thời các lỗi phát sinh. Cảm biến robot, bao gồm cảm biến lực, cảm biến vị trí, và cảm biến gia tốc, đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu để phát hiện lỗi. Phân tích chuyển động robot giúp xác định nguyên nhân gây lỗi và đề xuất các giải pháp khắc phục.
2.1 Thiết kế và mô phỏng bộ giám sát lỗi
Phần này trình bày về thiết kế và mô phỏng bộ giám sát lỗi cho cánh tay robot 4 bậc tự do. Fault Estimator (FE) là phương pháp chính được sử dụng để phát hiện và ước lượng lỗi. Mô hình hóa lỗi robot là bước quan trọng trong quá trình thiết kế bộ giám sát lỗi. MATLAB/Simulink là công cụ chính để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của bộ giám sát lỗi. Vi xử lý đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện thuật toán phát hiện và xử lý lỗi. Cảm biến robot cung cấp dữ liệu cần thiết cho bộ giám sát lỗi. Phát hiện lỗi robot được thực hiện thông qua việc so sánh dữ liệu thu thập được với các giá trị chuẩn. Xử lý lỗi robot được tự động hóa để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Khắc phục sự cố robot được thực hiện thông qua các cơ chế bảo vệ và cảnh báo.
2.2 Thực nghiệm và đánh giá bộ giám sát lỗi
Phần này tập trung vào việc thực nghiệm và đánh giá bộ giám sát lỗi trên hệ thống cánh tay robot thực tế. Dữ liệu thực tế được thu thập và phân tích để đánh giá hiệu quả của bộ giám sát lỗi. Kết quả thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của mô hình đã thiết kế. Phân tích dữ liệu giúp xác định các thông số quan trọng của bộ giám sát lỗi. Báo cáo thực nghiệm tóm tắt kết quả thu được và đánh giá hiệu quả của hệ thống. Báo cáo thực nghiệm cũng đề cập đến các hạn chế và hướng phát triển trong tương lai. Bảo trì robot được tối ưu hóa thông qua việc giám sát lỗi kịp thời. An toàn robot được cải thiện nhờ việc phát hiện và xử lý lỗi hiệu quả. Tự động hóa trong quá trình giám sát và xử lý lỗi giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.
III. Cánh tay robot 4 bậc tự do
Phần này mô tả chi tiết về cánh tay robot 4 bậc tự do, bao gồm thiết kế cơ khí, lựa chọn động cơ và cảm biến. Thiết kế cơ khí robot được thực hiện dựa trên các yêu cầu về không gian làm việc, độ chính xác và tải trọng. Robot công nghiệp thường có cấu trúc phức tạp, đòi hỏi tính toán chính xác trong thiết kế. Điều khiển robot 4 bậc tự do đòi hỏi thuật toán điều khiển phức tạp hơn so với các loại robot có số bậc tự do thấp hơn. Không gian làm việc robot cần được xác định rõ ràng để đảm bảo robot hoạt động hiệu quả và an toàn. Phần cơ khí robot được thiết kế sao cho chắc chắn, bền bỉ và dễ bảo trì. Động cơ robot được lựa chọn phù hợp với yêu cầu về mô-men xoắn và tốc độ. Cảm biến robot được lựa chọn để đảm bảo độ chính xác trong việc đo đạc vị trí và lực.
3.1 Thiết kế cơ khí
Phần này tập trung vào thiết kế cơ khí của cánh tay robot 4 bậc tự do. Thiết kế cỗ máy robot cần tuân thủ các nguyên tắc về cơ học, vật liệu và công nghệ chế tạo. Mô hình 3D robot được xây dựng bằng phần mềm thiết kế CAD như Solidworks. Tối ưu hóa thiết kế robot giúp giảm trọng lượng, tăng độ bền và cải thiện hiệu suất. Chọn vật liệu robot phù hợp với môi trường làm việc và yêu cầu về độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn. Khớp nối robot được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và linh hoạt trong chuyển động. Kiểm tra thiết kế robot được thực hiện thông qua phân tích ứng suất và mô phỏng chuyển động. Sản xuất robot được thực hiện bằng các phương pháp gia công chính xác. Thiết kế cơ khí robot ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của hệ thống.
3.2 Lựa chọn động cơ và cảm biến
Phần này trình bày về việc lựa chọn động cơ và cảm biến cho cánh tay robot. Động cơ servo thường được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Cảm biến vị trí (encoder) cung cấp thông tin phản hồi về vị trí của các khớp nối. Cảm biến lực (load cell) được sử dụng để đo lực tác dụng lên đầu cuối của cánh tay robot. Đặc điểm kỹ thuật của động cơ và cảm biến cần được lựa chọn phù hợp với yêu cầu về mô-men xoắn, tốc độ, độ phân giải và độ bền. Tính toán công suất động cơ giúp đảm bảo động cơ có đủ khả năng đáp ứng yêu cầu của hệ thống. Cảm biến robot đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển chính xác và an toàn của cánh tay robot. Tích hợp động cơ và cảm biến vào hệ thống cần được thực hiện chính xác để đảm bảo hiệu quả hoạt động. Khả năng tương thích giữa động cơ và cảm biến cần được đảm bảo để hệ thống hoạt động ổn định và chính xác.
