Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu gia công chính xác các biên dạng phức tạp theo quỹ đạo định sẵn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động, giảm cường độ làm việc của con người và tự động hóa quy trình sản xuất nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế máy vẽ theo quỹ đạo bằng thuật toán nội suy" của tác giả Nguyễn Tiến Hùng, dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Quang Huy (Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, năm 2016), tập trung giải quyết bài toán nghiên cứu thuật toán nội suy quỹ đạo cho các hàm toán học bất kỳ và hiện thực hóa thông qua mô hình máy vẽ 2 bậc tự do. Mô hình cơ bản này được định hướng có thể phát triển, mở rộng thành các thiết bị gia công CNC chuyên dụng như máy cắt khắc laser, máy phay hoặc máy khoan bằng cách thay đổi đầu công tác và tinh chỉnh hệ thống điều khiển.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo 4 nội dung cụ thể:

  1. Chế tạo phần cứng cơ khí 2 bậc tự do (mặt phẳng X - Y).
  2. Thiết kế bộ điều khiển động cơ servo cho từng trục và board master làm nhiệm vụ giao tiếp trung gian.
  3. Nghiên cứu, ứng dụng thuật toán nội suy đường thẳng, đường cong và các hàm toán học bất kỳ.
  4. Xây dựng giao diện phần mềm điều khiển, giám sát trên máy tính cá nhân (PC).

Mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm:

  • Sử dụng môi trường MPLAB IDE để lập trình điều khiển cho vi điều khiển 16-bit dsPIC30F4011.
  • Sử dụng ngôn ngữ C# trên nền tảng Microsoft Visual Studio để thiết kế giao diện đồ họa người dùng (GUI) điều khiển máy vẽ.
  • Ứng dụng phần mềm SolidWorks 2015 để thiết kế mô hình 3D, kiểm tra lắp ghép, mô phỏng động lực học và xuất bản vẽ kỹ thuật gia công cơ khí.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Vi điều khiển dsPIC30F4011; động cơ DC Servo tích hợp encoder; cơ cấu truyền động vít me - đai ốc thường và bánh răng - đai răng; cơ cấu dẫn hướng thanh ray - con trượt; các công cụ phần mềm kỹ thuật gồm SolidWorks 2015, Visual Studio 2013 và EAGLE Cadsoft 7.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo máy vẽ 2 bậc tự do trục X và Y; xây dựng thuật toán nội suy tọa độ điểm cho các hàm toán học tham số; lập trình điều khiển hệ thống nhúng cho board master và hai board driver trục; thời gian thực hiện đề tài là 4 tháng (từ ngày 22/02/2016 đến ngày 20/07/2016).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài áp dụng cơ sở phương pháp luận kết hợp hai chiều: tiếp cận từ lý thuyết đến tính toán thiết kế thực tế, đồng thời sử dụng kết quả kiểm nghiệm thực nghiệm để hiệu chỉnh và hoàn thiện các mô hình tính toán lý thuyết. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể bao gồm: tra cứu tài liệu chuyên ngành về điều khiển số (CNC), lập trình vi điều khiển dsPIC30F4011, datasheet linh kiện bán dẫn công suất; tính toán cơ cấu truyền động cơ khí theo tiêu chuẩn kỹ thuật; thiết kế mô phỏng CAD/CAM và kiểm chứng chuyển động trên mô hình thực tế.

Cơ sở lý thuyết được tác giả xây dựng dựa trên ba trụ cột chính:

  1. Lý thuyết truyền động và dẫn hướng cơ khí:

    • Bộ truyền bánh răng - đai răng: Xác định các thông số hình học (góc ôm đai $\alpha_1$, chiều dài đai $L$, khoảng cách trục $a$), quan hệ vận tốc ($v_1, v_2$), tỉ số truyền $u$, sự phân bố lực căng ban đầu ($F_0$), lực kéo có ích ($F_t$), lực căng phụ do lực ly tâm ($F_v$), lực tác dụng lên trục ($F_r$) và trạng thái ứng suất tổng hợp ($\sigma_0, \sigma_1, \sigma_2, \sigma_v, \sigma_t, \sigma_u$).
    • Bộ truyền vít me - đai ốc thường: Xác định góc nâng ren ($\tan\gamma$), lực dọc trục ($F_a$), mô-men xoắn xoay trục ($T$), mô-men ma sát trên gối tỳ ($T_g$), công có ích ($A_{ci}$), công phát động ($A_d$) và hiệu suất truyền động ($\eta$).
    • Dẫn hướng thanh ray - con trượt bi: Tính toán hệ số an toàn tĩnh ($f_s$) dựa trên tải trọng tĩnh định mức ($C_0$) và mô-men tĩnh cho phép ($M_0$); tính toán tuổi thọ danh nghĩa ($L$) và tuổi bền dịch vụ theo thời gian dựa trên tải trọng động định mức ($C$) với chu kỳ chuyển động danh nghĩa 50 km.

  2. Lý thuyết quỹ đạo và giải thuật nội suy:

    • Phân tích bản chất của quỹ đạo chuyển động dưới dạng hàm phụ thuộc thời gian và ánh xạ toán học trạng thái.
    • Đánh giá ưu nhược điểm của các phương thức nội suy kinh điển: nội suy từng phần liên tục (độ phức tạp thấp nhưng sai số bậc lớn), nội suy tuyến tính (tốc độ xử lý nhanh nhưng đường chuyển động gãy khúc, không khả vi tại các nút), nội suy đa thức bậc cao (đòi hỏi khối lượng tính toán lớn) và nội suy Spline (đường nội suy trơn tru nhờ chia nhỏ các khoảng đa thức bậc thấp).

  3. Nguồn dữ liệu nghiên cứu:

    • Tài liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất vi điều khiển Microchip Technology (dsPIC30F4011) và động cơ Maxon Motor.
    • Giáo trình thiết kế chi tiết máy, cơ sở truyền động tự động và đồ án cơ điện tử chuyên ngành.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống máy vẽ được thiết kế và triển khai đồng bộ qua ba phân hệ: cơ khí chính xác, mạch điều khiển phần cứng điện tử và phần mềm điều khiển trung tâm.

1. Thiết kế và tính toán cơ khí

Quy trình thiết kế cơ khí được tiến hành từ việc lựa chọn cấu hình động học đến tính chọn động cơ và kiểm nghiệm độ bền chi tiết:

  • Lựa chọn phương án động học: Tác giả so sánh ba phương án bố trí chuyển động: (1) Phôi cố định; (2) Phôi di chuyển theo trục Y; (3) Phôi di chuyển theo cả hai trục X và Y. Phương án thứ ba được chọn vì đảm bảo trọng tâm toàn bộ hệ thống máy luôn ở vị trí thấp nhất và không thay đổi đáng kể trong quá trình vận hành, giúp triệt tiêu rung động, tăng cường độ cứng vững và độ chính xác gia công.
  • Lựa chọn động cơ chấp hành: Động cơ DC Servo được chọn thay vì động cơ bước hay động cơ DC thông thường do đáp ứng nhanh, mô-men xoắn lớn và khả năng kiểm soát vị trí chính xác nhờ mạch hồi tiếp kín. Động cơ được chọn là dòng RE DC Motor của hãng Maxon Motor (công suất cực đại 20 W, điện áp định mức 24 V, đường kính thân 25 mm, đường kính trục 6 mm) tích hợp đầu đọc encoder quang học HEDL 5440 độ phân giải 500 xung/vòng (3 kênh).
  • Hệ thống truyền động: Động cơ truyền động qua bộ truyền bánh răng - đai răng (tỉ số truyền $u_d = 1.5$), nối tiếp với hộp giảm tốc (tỉ số truyền $u_h = 77$, hiệu suất $\eta_h = 0.95$), dẫn động trục vít me bước $p = 2.5\text{ mm}$, đường kính $d_e = 10\text{ mm}$, chiều dài $l = 300\text{ mm}$ thông qua khớp nối trục cứng ($\phi 6\text{ mm} - \phi 8\text{ mm}$).
  • Kiểm nghiệm cơ khí:
    • Đai răng: Tải trọng riêng tính toán $W_t = 12.5\text{ N/mm} < [W_t]$ (thỏa mãn điều kiện bền kéo).
    • Vít me - đai ốc: Áp lực bề mặt ren $P_0 = 1.33\text{ MPa} \le [P_0] = 1.5\text{ MPa}$ (đạt yêu cầu bền mòn); ứng suất tương đương $\sigma_{td} = 6.39\text{ MPa} < [\sigma] = 260\text{ MPa}$ của vật liệu nhôm A5052 (đạt yêu cầu bền tĩnh).
  • Kết cấu khung thân: Khung máy được gia công bằng nhôm hợp kim A5052, sử dụng các thanh nẹp chữ L tại các góc liên kết để gia cường độ cứng vững; sử dụng các cụm con đội và đồ gá hộp giảm tốc để định vị hệ thống dẫn hướng và cơ cấu kẹp bút vẽ.

2. Thiết kế hệ thống điện tử và điều khiển nhúng

Cấu trúc điều khiển phân cấp được thiết lập gồm một khối điều khiển trung gian (Master) và hai khối điều khiển chấp hành trục (Driver X, Driver Y):

Phân hệ điện tử Thành phần linh kiện chính Chức năng kỹ thuật
Board Master Vi điều khiển dsPIC30F4011, cổng UART đôi, khối nguồn Đóng vai trò cầu nối giao tiếp; nhận dữ liệu bước chạy từ máy tính qua UART, phân phối lệnh thực thi xuống từng Driver và gửi dữ liệu phản hồi trạng thái ngược lại PC.
Board Driver (X và Y) Vi điều khiển dsPIC30F4011, IC giải mã logic 74HC02, IC kích cầu H IR2184, 4 MOSFET IRF540 Nhận lệnh tọa độ từ Master; đọc tín hiệu xung từ Encoder (hỗ trợ nhân 2 hoặc nhân 4 xung qua module QEI); xuất tín hiệu PWM kích đóng ngắt cầu H điều khiển động cơ DC Servo.
Khối nguồn công suất IC nguồn xung hạ áp LM2596-5V (nguyên lý Buck) Cung cấp nguồn 5V ổn định với dòng định mức tối đa 3A nuôi vi điều khiển và mạch logic.

3. Thiết kế giải thuật nội suy và phần mềm điều khiển

Phần mềm điều khiển máy vẽ được phát triển trên Visual Studio bằng C#, giao tiếp với phần cứng thông qua giao thức truyền thông nối tiếp UART. Giao diện được cấu trúc thành 5 vùng chức năng chuyên biệt:

  • Vùng 1 (Xử lý dữ liệu và điều khiển): Hộp nhập biểu thức hàm toán tham số $x(t), y(t)$; thiết lập cận $t_{min}, t_{max}$; các nút chức năng Calculator (tính toán nội suy), Draw (xuất lệnh vẽ), Origin (về gốc máy), Stop (dừng khẩn cấp).
  • Vùng 2 (Cấu hình và hiển thị đồ họa): Thiết lập cổng COM; tùy chọn 1 trong 9 vị trí gốc tọa độ máy (Set Origin); các phím điều hướng đồ thị Zoom In, Zoom Out, Zoom Default và chế độ xem chi tiết theo đơn vị bước BLU (Basic Link Unit).
  • Vùng 3 (Giám sát mã lệnh): Hộp danh sách (Listbox) hiển thị dòng lệnh đang thực thi với 6 thông số điều khiển (3 thông số cho driver X và 3 thông số cho driver Y, bao gồm vị trí đích, chiều quay động cơ và vận tốc cực đại).
  • Vùng 4 (Trực quan hóa quỹ đạo): Đồ thị hiển thị đồng thời đường cong hàm toán gốc, đường quỹ đạo sau nội suy và đường di chuyển thực tế của đầu vẽ nhận về từ hệ thống phản hồi; hiển thị tọa độ thời gian thực của đầu công tác.
  • Vùng 5 (Thông tin hệ thống): Hiển thị trạng thái kết nối phần cứng, ngày giờ thực tế của phiên làm việc.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: GIỚI THIỆU

Chương 1 thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài, nêu bật nhu cầu tự động hóa trong vẽ kỹ thuật và gia công CNC. Nội dung chương trình bày mục tiêu xây dựng hệ thống vẽ biên dạng phức tạp bằng dsPIC30F4011, Visual Studio C# và SolidWorks 2015; định rõ đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2 bậc tự do trong thời gian 4 tháng; đồng thời xác định phương pháp luận kết hợp thiết kế lý thuyết và kiểm chứng thực nghiệm.

Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Chương 2 phân tích cơ sở toán học của chuyển động quỹ đạo và bản chất của bài toán nội suy trong kỹ thuật. Tác giả tổng hợp, so sánh đặc tính kỹ thuật của 4 phương pháp nội suy:

  • Nội suy từng phần liên tục: Giữ nguyên giá trị của điểm gần nhất, cấu trúc đơn giản nhưng độ chính xác thấp.
  • Nội suy tuyến tính (Lerp): Nối các điểm bằng đoạn thẳng, tốc độ tính toán nhanh nhưng sai số tỷ lệ với bình phương khoảng cách giữa các điểm và không khả vi tại điểm tiếp giáp.
  • Nội suy đa thức: Sử dụng đa thức bậc cao, tạo đường cong liên tục nhưng yêu cầu tài nguyên tính toán lớn.
  • Nội suy Spline: Sử dụng đa thức bậc thấp trên từng đoạn cục bộ, đảm bảo độ mượt quỹ đạo cao và ổn định tính toán.

Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3 trình bày các phương trình cơ học ứng dụng cho việc tính toán thiết kế máy:

  • Thiết lập hệ thống công thức hình học và động lực học cho bộ truyền đai răng: góc ôm đai $\alpha_1 = \pi - \frac{d_2 - d_1}{a}$, chiều dài đai $L$, lực căng đai ban đầu $F_0 = \frac{F_t}{2} \cdot \frac{e^{f\alpha} + 1}{e^{f\alpha} - 1}$, lực ly tâm $F_v = q_m \cdot v^2$ và các ứng suất kéo, ứng suất uốn $\sigma_u = \varepsilon \cdot E$.
  • Thiết lập công thức tính toán bộ truyền vít me - đai ốc: góc nâng ren $\tan\gamma = \frac{a \cdot p}{\pi d_2}$, mô-men xoắn cần thiết $T = F_a \cdot \frac{d_2}{2} \tan(\gamma + \varphi)$, hiệu suất truyền động $\eta = \frac{\tan\gamma}{\tan(\gamma + \varphi)}$.
  • Xác định hệ số an toàn tĩnh $f_s = \frac{C_0}{P}$, tính toán tải trọng động $C$ và tuổi bền danh nghĩa $L = \left(\frac{f_H \cdot f_T}{f_w} \cdot \frac{C}{P}\right)^3$ cho cơ cấu dẫn hướng thanh ray - con trượt bi.

Chương 4: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN

Chương 4 là phần nội dung trọng tâm của đồ án, trình bày toàn bộ quá trình tính toán và hiện thực hóa bản vẽ:

  • Lựa chọn giải pháp động học: Bàn phôi chuyển động 2 trục X - Y trên thanh ray bi dẫn hướng.
  • Tính chọn công suất động cơ: Dựa trên lực dọc trục $F_a = 500\text{ N}$, vận tốc vòng vít me $n = 16\text{ vòng/phút}$, hiệu suất toàn hệ thống $\eta \approx 0.456$, tính toán ra công suất yêu cầu và chọn động cơ Maxon DC Servo 20 W.
  • Kiểm nghiệm ứng suất kéo của đai răng ($W_t = 12.5\text{ N/mm} < [W_t]$) và kiểm tra bền mòn, bền kéo của trục vít me ($\sigma_{td} = 6.39\text{ MPa} < [\sigma] = 260\text{ MPa}$).
  • Thiết kế chi tiết cơ khí trên SolidWorks: Khung thân máy nhôm A5052, cụm con đội, khớp nối trục $\phi 6-\phi 8\text{ mm}$, đồ gá hộp giảm tốc và cụm đầu kẹp bút.
  • Thiết kế mạch điện tử: Sơ đồ nguyên lý Board Master kết nối 2 cổng UART và Board Driver tích hợp vi điều khiển dsPIC30F4011, mạch kích IR2184, cổng logic 74HC02, cầu H MOSFET IRF540.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật nội suy quỹ đạo và lập trình giao diện người dùng C# 5 vùng chức năng.

Chương 5: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC TẾ

Chương 5 ghi nhận kết quả chế tạo và thử nghiệm hệ thống máy vẽ thực tế:

  • Hoàn thiện lắp ráp phần cứng cơ khí kích thước $450 \times 420 \times 450\text{ mm}$, trọng lượng 25 kg.
  • Gia công và đóng gói thành công các mạch in thực tế cho Board Master và 2 Board Driver.
  • Thực nghiệm kiểm tra giải thuật nội suy và khả năng vẽ quỹ đạo với các hàm toán học:
    • Quỹ đạo đường tròn tiêu chuẩn.
    • Quỹ đạo hàm số hình bông hoa.
    • Quỹ đạo hàm đa thức bậc cao: $y = t^4 - 2t^2$.
    • Quỹ đạo hàm tham số lượng giác: $x(t) = 40\sin(5t)$, $y(t) = 40\cos(3t)$.

Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 6 tổng kết toàn bộ kết quả nghiên cứu, đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ và chỉ ra các hạn chế kỹ thuật của hệ thống. Đồng thời, tác giả đề xuất các giải pháp nâng cấp phần cứng, mở rộng phạm vi làm việc và tích hợp các đầu công tác gia công CNC trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

Đồ án đã chế tạo thành công mô hình máy vẽ thực tế và hoàn thiện hệ thống điều khiển với các thông số kỹ thuật được kiểm chứng qua thực nghiệm:

Thông số Giá trị thiết kế và thực nghiệm
Kích thước bao máy (Dài x Rộng x Cao) $450 \times 420 \times 450\text{ mm}$
Tổng trọng lượng máy 25 kg
Không gian vẽ làm việc hữu ích $120 \times 120\text{ mm}$
Dải tốc độ vẽ $v_{min} = 15\text{ mm/phút}$, $v_{max} = 40\text{ mm/phút}$
Sai số làm việc của máy $100 \pm 2\text{ mm}$
Công suất động cơ chấp hành 20 W (Maxon RE DC Motor, 24V)
Tỉ số truyền hệ thống Đai răng: $u_d = 1.5$; Hộp giảm tốc: $u_h = 77$
Hệ thống điều khiển Vi điều khiển dsPIC30F4011, truyền thông UART

2. Đóng góp khoa học và thực tiễn

  • Xây dựng thành công thuật toán nội suy quỹ đạo cho phép vẽ các đường cong hình học phức tạp và các hàm toán học tham số bất kỳ ($x(t), y(t)$) lên mặt phẳng làm việc.
  • Hiện thực hóa cấu trúc điều khiển phân cấp (Master - Driver) sử dụng dòng vi điều khiển 16-bit dsPIC30F4011, tối ưu hóa khả năng xử lý tín hiệu encoder và điều khiển bám vị trí động cơ servo bằng giải pháp mạch kích cầu H rời rạc (IR2184 + IRF540).
  • Xây dựng phần mềm giao diện C# trực quan, kết nối đồng bộ giữa khâu tính toán quỹ đạo lý thuyết trên máy tính và chấp hành chuyển động thực tế của máy vẽ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế kỹ thuật

Dựa trên phạm vi và kết quả thực nghiệm được văn bản ghi nhận, hệ thống còn một số điểm hạn chế:

  • Không gian làm việc hữu ích còn nhỏ ($120 \times 120\text{ mm}$) so với kích thước và trọng lượng bao của khung máy ($450 \times 420 \times 450\text{ mm}$, 25 kg).
  • Vận tốc di chuyển của đầu vẽ còn tương đối thấp, dao động trong khoảng từ $15\text{ mm/phút}$ đến $40\text{ mm/phút}$.
  • Độ chính xác gia công còn chịu ảnh hưởng của khe hở cơ khí và độ rung động, thể hiện qua mức sai số dao động $\pm 2\text{ mm}$.

2. Hướng phát triển đề tài

  • Nâng cấp và thay thế đầu công tác để phát triển mô hình thành các máy gia công CNC chuyên dụng như máy cắt khắc laser công suất nhỏ, máy phay mạch in hoặc máy khoan tự động.
  • Mở rộng kích thước hành trình trục và nâng cấp kết cấu cơ khí để tăng không gian làm việc.
  • Nghiên cứu tối ưu hóa giải thuật nội suy trong không gian 3 chiều (3D) và tăng tốc độ xử lý của vi điều khiển nhằm cải thiện vận tốc và độ mượt khi vẽ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí chế tạo máy, Tự động hóa và Kỹ thuật Điều khiển.

Các nội dung có giá trị ứng dụng cao bao gồm:

  • Quy trình tính toán, lựa chọn và kiểm nghiệm bền động lực học cho cụm truyền động trục vít me - đai ốc và bánh răng - đai răng kết hợp động cơ DC Servo.
  • Sơ đồ mạch nguyên lý phần cứng điều khiển động cơ cầu H sử dụng IC lái IR2184, cổng logic 74HC02 và vi điều khiển dsPIC30F4011 đọc encoder quang học.
  • Cấu trúc chương trình giao diện điều khiển máy công cụ CNC mini bằng Visual Studio C# kết nối cổng nối tiếp UART.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn phương án phôi di chuyển trên cả 2 trục X và Y thay vì phương án phôi cố định?
Trong thiết kế máy công cụ, tỉ số giữa khối lượng phần di chuyển và phần cố định quyết định độ rung động và tính ổn định. Phương án phôi cố định đòi hỏi trục Y mang toàn bộ cụm trục X và đầu công tác khiến khối lượng di động lớn, dễ gây rung và yêu cầu bệ máy rất nặng. Phương án phôi di chuyển theo 2 trục X và Y giúp đưa trọng tâm toàn máy xuống vị trí thấp nhất, giữ độ cao trọng tâm không đổi trong suốt quá trình hoạt động, từ đó tăng độ cứng vững và độ ổn định của hệ thống.

2. Động cơ dẫn động các trục được lựa chọn là loại nào và có thông số kỹ thuật ra sao?
Hệ thống sử dụng động cơ DC Servo thuộc dòng RE DC Motor của hãng Maxon Motor sản xuất. Động cơ có đường kính ngoài 25 mm, đường kính trục 6 mm, điện áp định mức 24 V, công suất cực đại 20 W và được gắn thêm đầu đọc encoder HEDL 5440 với độ phân giải 500 xung/vòng (3 kênh).

3. Kiến trúc giao tiếp giữa máy tính và hệ thống phần cứng được tổ chức như thế nào?
Hệ thống sử dụng kiến trúc phân cấp Master - Driver. Máy tính cá nhân (PC) kết nối với Board Master qua cổng giao tiếp UART. Board Master sử dụng vi điều khiển dsPIC30F4011 tiếp nhận dữ liệu bước chạy từ máy tính, xử lý và phân phối lệnh điều khiển xuống hai Board Driver (Driver X và Driver Y) qua đường truyền UART thứ hai. Khi Driver thực thi xong mỗi bước, nó gửi tín hiệu yêu cầu (Require) lên Master để tiếp tục nhận dữ liệu mới.

4. Khối công suất cầu H trên Board Driver sử dụng những linh kiện bán dẫn nào?
Mạch công suất điều khiển đảo chiều và điều tốc động cơ DC Servo sử dụng 4 MOSFET công suất IRF540. Để kích đóng ngắt các MOSFET này, mạch tích hợp 2 IC chuyên dụng IR2184 (hỗ trợ bảo vệ điện áp thấp và điều khiển chân HO, LO) kết hợp với IC logic NOR 74HC02 để tạo tín hiệu kích từ đầu ra PWM của vi điều khiển dsPIC30F4011.

5. Những phương trình toán học nào đã được nạp thử nghiệm thành công trên mô hình máy vẽ thực tế?
Hệ thống đã thực nghiệm vẽ thành công quỹ đạo của 4 dạng hàm toán học: đường tròn tiêu chuẩn, đồ thị hàm số hình bông hoa, hàm đa thức bậc cao $y = t^4 - 2t^2$ và hệ phương trình tham số lượng giác $x(t) = 40\sin(5t), y(t) = 40\cos(3t)$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Tiến Hùng đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và chế tạo mô hình máy vẽ 2 bậc tự do ứng dụng thuật toán nội suy quỹ đạo hàm toán học. Hệ thống được phát triển đồng bộ từ khâu tính toán kết cấu cơ khí chính xác, thiết kế mạch nhúng điều khiển phân cấp bằng vi điều khiển dsPIC30F4011 đến xây dựng giao diện giám sát Visual Studio C# qua giao thức UART. Kết quả thực nghiệm đã kiểm chứng khả năng vẽ chính xác các biên dạng hình học và đồ thị tham số phức tạp, tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc để phát triển thành các hệ thống máy gia công CNC đa chức năng trong thực tế.