I. Thiết kế Robot 3D tại HCMUTE Tổng quan về đề tài
Đề tài nghiên cứu "Thiết kế, chế tạo robot in 3D" tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) tập trung vào thiết kế robot 3D và chế tạo robot 3D. Đề tài nhấn mạnh vào việc ứng dụng công nghệ in 3D (in 3d robot) trong quá trình chế tạo, cụ thể là công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling). Mục tiêu chính là tạo ra một mô hình robot 3D 3 bậc tự do, sử dụng mạch Arduino cho điều khiển robot 3d. Nghiên cứu bao gồm việc tìm hiểu về cánh tay robot, cấu tạo cánh tay robot, và các cơ cấu trong robot. Việc ứng dụng Arduino liên quan đến phần mềm thiết kế robot 3d và lập trình robot 3d. Ngành cơ khí chế tạo máy HCMUTE đóng vai trò quan trọng trong bối cảnh này, cung cấp nền tảng kiến thức và cơ sở vật chất cho nghiên cứu. Dự án robot HCMUTE này góp phần vào đào tạo robot HCMUTE, đặc biệt là nghiên cứu robot HCMUTE và giảng viên thiết kế robot HCMUTE. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn trong ứng dụng robot 3d và xu hướng robot 3d hiện nay.
1.1 Khái quát về tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài
Đề tài giải quyết bài toán tạo mẫu nhanh, vượt trội hơn các phương pháp sản xuất truyền thống dựa trên khuôn mẫu và công nghệ cắt gọt. In 3D cho phép tạo hình dạng phức tạp dễ dàng, tiết kiệm chi phí và thời gian. Ứng dụng in 3D trong chế tạo robot giúp rút ngắn thời gian tạo mô hình robot 3d, cho phép kiểm tra và hiệu chỉnh thiết kế nhanh chóng. Robot 3D tự chế mang lại nhiều lợi ích trong nhiều lĩnh vực: xây dựng, kỹ thuật, sản xuất. Khả năng in 3D đa dạng vật liệu (nhựa, kim loại...) và độ chính xác cao là những ưu điểm nổi bật. Thiết kế robot công nghiệp và thiết kế robot giáo dục đều hưởng lợi từ những tiến bộ này. Đề tài này đóng góp vào ngành cơ khí chế tạo máy HCMUTE, thúc đẩy nghiên cứu robot HCMUTE và phát triển robot HCMUTE. Sinh viên chế tạo robot HCMUTE có cơ hội thực hành và ứng dụng kiến thức, nâng cao kỹ năng thực tiễn. Việc nghiên cứu này nằm trong xu hướng robot 3d toàn cầu, hướng tới robot 3d giá rẻ và robot 3d tự chế có hiệu quả cao.
1.2 Mục tiêu đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính là thiết kế và chế tạo robot in 3D 3 bậc tự do. Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu cánh tay robot, tìm hiểu cấu tạo cánh tay robot và nguyên lý hoạt động của nó. Việc sử dụng mạch Arduino để điều khiển robot 3d là một phần quan trọng. Phần mềm thiết kế robot 3d được sử dụng để tạo ra mô hình robot 3d. Công nghệ in FDM là công nghệ in 3D được lựa chọn. Đối tượng nghiên cứu là mô hình robot 3D được điều khiển bằng Arduino. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: tổng quan về cánh tay robot 3 bậc tự do, thiết kế truyền động, và hệ thống in FDM. Học thiết kế robot được ứng dụng để hoàn thành mô hình robot 3d. Khóa học robot 3d cung cấp kiến thức nền tảng cho dự án này. Đề tài tạo điều kiện cho sinh viên HCMUTE tham gia vào dự án robot HCMUTE, thúc đẩy nghiên cứu robot HCMUTE và ứng dụng robot 3d trong thực tiễn.
II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Phần này trình bày cơ sở lý thuyết về cánh tay robot, bao gồm cấu tạo cánh tay robot, các cơ cấu trong robot, và cấu trúc không gian hoạt động. Bài toán động học cho robot in 3D được phân tích, bao gồm động học thuận, động học nghịch, và mô hình động lực học của robot. Công nghệ tạo mẫu nhanh, đặc biệt là công nghệ in 3D (3DP) và công nghệ FDM, được khảo sát chi tiết. Việc sử dụng Arduino Mega 2560 và phần mềm Cura trong quá trình thiết kế và chế tạo được làm rõ. Tài liệu thiết kế robot được tham khảo để hỗ trợ quá trình nghiên cứu. Cơ sở lý thuyết này là nền tảng cho việc thiết kế robot 3d và chế tạo robot 3d trong đề tài. Mô phỏng robot 3d được sử dụng để kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế.
2.1 Cánh tay robot và các cơ cấu liên quan
Phần này tập trung vào cánh tay robot, một thành phần quan trọng của robot 3d hcmute. Nghiên cứu bao gồm các khía cạnh như khớp quay, khớp tịnh tiến, và các loại khớp khác. Các cơ cấu trong robot, bao gồm cơ cấu nối tiếp và cơ cấu song song, được phân tích để lựa chọn cấu trúc phù hợp cho robot 3d. Bậc tự do (DoF) của robot và không gian hoạt động được xác định. Mô hình động học robot được xây dựng dựa trên biểu diễn Denavit-Hartenberg. Các khía cạnh này là nền tảng cho thiết kế cơ khí của robot. Thiết kế robot công nghiệp và thiết kế robot giáo dục đều cần dựa trên các nguyên tắc này. Phần mềm thiết kế robot 3d hỗ trợ việc mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế. Học thiết kế robot ở cấp độ đại học sẽ trang bị đầy đủ kiến thức cho sinh viên.
2.2 Công nghệ in 3D và phần mềm hỗ trợ
Đề tài sử dụng công nghệ in 3D, cụ thể là công nghệ FDM. Ứng dụng in 3D trong chế tạo robot được nhấn mạnh. Nguyên lý hoạt động của phần mềm Cura được giải thích. Phần mềm Cura được sử dụng để tạo ra file in 3D từ mô hình robot 3d. Trình tự công việc khi in 3D được mô tả. Arduino Mega 2560 đóng vai trò quan trọng trong điều khiển robot 3d. Ưu điểm của Arduino và tại sao sử dụng Arduino được giải thích. Cấu tạo Arduino Mega 2560 và các đặc điểm kỹ thuật được trình bày. Công nghệ chế tạo máy HCMUTE cung cấp nền tảng kiến thức cần thiết. Phòng thí nghiệm robot HCMUTE cung cấp cơ sở vật chất để thực hiện nghiên cứu. Dự án robot HCMUTE này mang tính ứng dụng cao.
III. Kết quả và ứng dụng
Đề tài đã tạo ra một mô hình robot 3D hoàn chỉnh. Robot 3d hcmute này có khả năng hoạt động và lập trình được. Kết quả nghiên cứu được trình bày chi tiết, bao gồm các hình vẽ, bảng biểu và mô tả hoạt động. Ứng dụng robot 3d trong nhiều lĩnh vực được đề cập. Các loại robot 3d khác nhau được so sánh. Robot 3d tự chế có thể được sử dụng trong giáo dục và nghiên cứu. Robot 3d giá rẻ có thể được sản xuất dựa trên kết quả nghiên cứu này. Việc nghiên cứu này đóng góp vào cơ khí chế tạo máy HCMUTE, thúc đẩy nghiên cứu robot hcmute và đào tạo robot hcmute. Đề tài này có ý nghĩa lớn đối với sinh viên chế tạo robot hcmute. Cuộc thi robot HCMUTE là nơi để sinh viên thể hiện kết quả nghiên cứu.
3.1 Kết quả thiết kế và chế tạo
Đề tài đã thành công trong việc thiết kế robot 3d và chế tạo robot 3d. Mô hình robot 3d được tạo ra đáp ứng các yêu cầu về chức năng và hiệu suất. Cánh tay robot hoạt động chính xác và ổn định. Hệ thống điều khiển dựa trên Arduino hoạt động hiệu quả. Công nghệ in 3D được sử dụng thành công để tạo ra các bộ phận của robot. Thiết kế khung cánh tay robot tối ưu hóa trọng lượng và độ bền. Mô hình robot 3d được trình bày chi tiết, bao gồm hình ảnh và thông số kỹ thuật. Tài liệu thiết kế robot được sử dụng để hỗ trợ quá trình thiết kế. Kết quả nghiên cứu này có thể được sử dụng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. Học thiết kế robot sẽ giúp sinh viên có thể tự thiết kế và chế tạo robot.
3.2 Ứng dụng và hướng phát triển
Robot 3d hcmute có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ứng dụng robot 3d trong giáo dục có thể giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của robot. Robot 3d tự chế có thể được sử dụng trong các dự án nghiên cứu. Robot 3d giá rẻ có thể được sản xuất hàng loạt để phục vụ nhu cầu thị trường. Hướng phát triển của đề tài bao gồm việc cải tiến thiết kế, tăng độ chính xác và tốc độ hoạt động. Việc tích hợp các cảm biến và hệ thống điều khiển thông minh cũng là hướng nghiên cứu trong tương lai. Công nghệ chế tạo robot 3d sẽ tiếp tục được phát triển. Nghiên cứu robot HCMUTE sẽ tiếp tục đóng góp vào sự phát triển của công nghệ robot tại Việt Nam. Đào tạo robot HCMUTE sẽ trang bị cho sinh viên những kiến thức và kỹ năng cần thiết.
