Đồ án thiết kế và điều khiển mô hình cánh tay robot 4 bậc tự do tại HCMUTE

Thiết kế cơ khí cánh tay robot 4 bậc tự do là yếu tố then chốt, quyết định khả năng vận hành và hiệu quả của hệ thống. Các thông số kỹ thuật như chiều dài các khâu, góc quay tối đa của mỗi khớp được tính toán cẩn thận, đảm bảo phạm vi hoạt động tối ưu. Việc lựa chọn vật liệu cũng rất quan trọng, cân bằng giữa độ bền, trọng lượng và chi phí. Thiết kế cần đảm bảo sự ổn định, chính xác và khả năng chịu tải trọng mong muốn. Mô hình sử dụng vật liệu nhựa mica, với kích thước tay đòn thứ nhất 148mm, tay đòn thứ hai 160mm, sải tay tối đa 320mm. Khối lượng vật gắp tối đa được giới hạn ở 0.6Kg, đường kính tối đa 3cm. Đây là một Salient LSI Keyword, phản ánh trọng tâm nghiên cứu của đề tài. Thiết kế này tập trung vào sự đơn giản, dễ chế tạo và hiệu quả kinh tế. Thiết kế cơ khí cũng cần tính đến khả năng lắp ráp, bảo trì và sửa chữa dễ dàng. Cánh tay robot 4DOF được thiết kế với 5 khớp xoay, cho phép di chuyển linh hoạt trong không gian 3 chiều. Thiết kế cơ khí đảm bảo sự hoạt động trơn tru, chính xác của toàn bộ hệ thống, góp phần vào sự thành công của đề tài nghiên cứu. Thiết kế phần cứng được thực hiện dựa trên các nguyên tắc cơ bản của robotics và kinematics.

Thiết kế điện tử cho cánh tay robot 4 bậc tự do tập trung vào việc lựa chọn và kết nối các linh kiện điện tử, tạo thành một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh. Arduino Mega 2560 được chọn làm bộ điều khiển trung tâm, điều khiển các động cơ Step và động cơ Servo. Module driver A4988 được sử dụng để điều khiển các động cơ bước. Thiết kế mạch điều khiển bao gồm các mạch nguồn, mạch giao tiếp với cảm biến và mạch điều khiển động cơ. Việc lựa chọn linh kiện cần đảm bảo độ tin cậy, tính ổn định và khả năng tương thích. Thiết kế điện tử dựa trên các nguyên tắc cơ bản của control system và automation. Mạch được thiết kế đảm bảo an toàn và hiệu quả. Phần mềm Altium được sử dụng để thiết kế mạch in, đảm bảo tính chính xác và dễ dàng sản xuất. Thiết kế điện tử đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của toàn bộ hệ thống. Thiết kế điện tử cần phải phù hợp với thiết kế cơ khí, tạo nên một hệ thống thống nhất và hiệu quả. Đây là một phần quan trọng của thiết kế và điều khiển cánh tay robot 4 bậc tự do.

Điều khiển bằng tay cho phép người dùng trực tiếp điều khiển chuyển động của cánh tay robot 4 bậc tự do thông qua tay cầm Playstation 2. Mỗi nút trên tay cầm tương ứng với một khớp quay trên cánh tay robot. Đây là một phương pháp điều khiển đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp cho việc hiệu chỉnh và kiểm tra hoạt động của hệ thống. Điều khiển bằng tay giúp người dùng có thể dễ dàng thao tác với robot, điều chỉnh vị trí và tư thế của cánh tay robot một cách linh hoạt. Dữ liệu từ tay cầm được xử lý bởi Arduino Mega 2560 và được chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển cho động cơ. Hệ thống hiển thị thông tin trạng thái trên màn hình LCD 20x4. Điều khiển bằng tay cho phép người dùng kiểm tra hoạt động của các động cơ và các cảm biến một cách trực quan. Đây là một chức năng quan trọng của hệ thống, hỗ trợ cho việc vận hành và bảo trì robot. Điều khiển bằng tay đóng vai trò quan trọng trong quá trình lập trình và hiệu chỉnh hệ thống. Đây là một phương pháp điều khiển đơn giản và hiệu quả.

Điều khiển tự động cho phép cánh tay robot 4 bậc tự do thực hiện các nhiệm vụ một cách tự động, không cần sự can thiệp của người dùng. Hệ thống sử dụng cảm biến màu TCS3200 để nhận diện màu sắc của vật thể cần gắp. Arduino Mega 2560 xử lý dữ liệu từ cảm biến và điều khiển cánh tay robot di chuyển đến vị trí vật thể, gắp vật thể và di chuyển đến vị trí đặt xuống. Điều khiển tự động dựa trên thuật toán lập trình đã được cài đặt sẵn. Điều khiển tự động tăng hiệu quả làm việc và giảm thiểu sự can thiệp của con người. Hệ thống có thể phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc. Điều khiển tự động sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện vật thể. Điều khiển tự động là một thành tựu quan trọng của đề tài, thể hiện khả năng ứng dụng thực tiễn của hệ thống. Điều khiển tự động đòi hỏi sự chính xác cao trong việc lập trình và hiệu chỉnh hệ thống. Đây là một phần quan trọng của hệ thống, thể hiện sự phức tạp và tính năng tiên tiến của cánh tay robot 4 bậc tự do.

Hệ thống cánh tay robot 4 bậc tự do đã được đánh giá dựa trên các tiêu chí về độ chính xác, độ tin cậy và hiệu quả. Hệ thống đạt được độ chính xác trong phạm vi cho phép. Hệ thống hoạt động ổn định, không gặp sự cố trong quá trình thử nghiệm. Hiệu quả làm việc của hệ thống được đánh giá là khá cao so với các hệ thống tương tự. Việc sử dụng Arduino Mega 2560 làm bộ điều khiển trung tâm giúp hệ thống có khả năng mở rộng và tích hợp thêm các tính năng mới. Cánh tay robot có thể được cải tiến và nâng cấp để đáp ứng các yêu cầu phức tạp hơn. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng áp dụng thực tiễn của hệ thống. Các thông số kỹ thuật như phạm vi hoạt động, tải trọng và tốc độ đáp ứng các yêu cầu đề ra. Đây là một thành công đáng kể của đề tài. Kết quả nghiên cứu có giá trị tham khảo cho các nghiên cứu tương tự trong tương lai.

Hệ thống cánh tay robot 4 bậc tự do có tiềm năng phát triển lớn. Có thể nâng cấp hệ thống bằng cách sử dụng các động cơ mạnh mẽ hơn, các cảm biến chính xác hơn và thuật toán điều khiển tiên tiến hơn. Điều khiển robot bằng PLC có thể được xem xét để tăng cường độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống. Tích hợp trí tuệ nhân tạo vào hệ thống để tăng cường khả năng tự động hóa và ra quyết định. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống có thể mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác nhau. Cánh tay robot có thể được sử dụng trong các nhà máy, các dây chuyền sản xuất tự động. Cánh tay robot có thể được sử dụng trong y tế, hỗ trợ phẫu thuật và chăm sóc sức khỏe. Cánh tay robot có thể được sử dụng trong không gian, thực hiện các nhiệm vụ nguy hiểm hoặc khó khăn. Nghiên cứu và phát triển hệ thống cánh tay robot là một lĩnh vực có tiềm năng phát triển vô cùng lớn. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn.