I. Giới thiệu về Thiết kế Mô hình Bàn tay Robot tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và chế tạo mô hình bàn tay robot" tại HCMUTE (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) tập trung vào việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ robot trong lĩnh vực mô phỏng. Đề tài hướng đến việc tạo ra một mô hình bàn tay robot có khả năng mô phỏng chuyển động của bàn tay người. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng lớn trong y tế, công nghiệp và các ngành liên quan. Thiết kế mô hình bàn tay robot HCMUTE nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất bằng cách ứng dụng công nghệ in 3D, tạo ra giải pháp thay thế cho các bộ phận nhân tạo đắt đỏ hiện nay. Việc lựa chọn ngành cơ khí HCMUTE cũng như các khóa học thiết kế robot HCMUTE đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu và phát triển đồ án này.
1.1 Mục tiêu và Phạm vi Nghiên cứu
Mục tiêu chính của đồ án là xây dựng một mô hình bàn tay robot HCMUTE có khả năng điều khiển và mô phỏng tương đối chính xác các cử động của bàn tay người. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế mô hình, lựa chọn vật liệu, lắp ráp cơ khí, lập trình điều khiển bằng Arduino và giao diện người dùng bằng LabVIEW. Đồ án tập trung vào việc ứng dụng kiến thức về vi điều khiển, servo, và lập trình ứng dụng. Thiết kế cơ khí HCMUTE đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự hoạt động ổn định của mô hình. Việc lựa chọn phần mềm thiết kế robot như Solidworks cũng được đề cập đến trong quá trình thiết kế. Nghiên cứu tập trung vào mô hình hóa robot, cụ thể là mô hình bàn tay robot đa khớp, nhằm đạt được độ linh hoạt cao. Nghiên cứu robot HCMUTE trong lĩnh vực này đóng góp vào việc phát triển công nghệ robot tại Việt Nam.
1.2 Phương pháp Nghiên cứu
Đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng. Phần định tính tập trung vào nghiên cứu nguyên lý hoạt động của bàn tay người, phân tích các mô hình bàn tay robot hiện có, và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu. Phần định lượng tập trung vào tính toán chuyển động của mô hình, thiết kế mạch điều khiển, và đánh giá hiệu quả của hệ thống. Thiết kế mô hình 3D bàn tay robot được thực hiện bằng phần mềm Solidworks, sau đó được in 3D bằng máy 3DMaker PRO230. In 3D bàn tay robot giúp giảm chi phí và thời gian sản xuất. Kỹ thuật robot được ứng dụng để đảm bảo độ chính xác của mô hình. Điều khiển robot được thực hiện bằng Arduino và LabVIEW, cho phép người dùng tương tác trực tiếp với hệ thống. Phần mềm thiết kế robot đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mô hình 3D chính xác.
II. Phân tích Thiết kế và Chế tạo Mô hình
Mô hình bàn tay robot được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của cơ bắp người. Cấu trúc mô hình bao gồm các bộ phận chính: lòng bàn tay, các ngón tay và hệ thống điều khiển. Mỗi ngón tay gồm 3 đốt, được điều khiển bởi các servo motor. Mô hình bàn tay robot linh hoạt này cho phép mô phỏng các cử động nắm, thả và các cử động phức tạp khác. Thiết kế robot tại HCMUTE đã sử dụng dây kéo để truyền động cho các ngón tay, đảm bảo độ chính xác và độ bền của hệ thống. Mô hình hóa robot đã được thực hiện để tính toán chính xác các chuyển động của từng bộ phận. Cảm biến robot có thể được tích hợp để tăng cường độ chính xác và khả năng tương tác của hệ thống trong tương lai.
2.1 Thiết kế Cơ khí
Thiết kế cơ khí chính xác là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của mô hình. Các bộ phận cơ khí được thiết kế tỉ mỉ, đảm bảo sự hoạt động trơn tru và chính xác của các ngón tay. Thiết kế mô hình bàn tay robot bằng Solidworks cho phép tối ưu hóa hình dạng và kích thước của các bộ phận. Việc sử dụng phần mềm thiết kế robot này đã giúp giảm thiểu lỗi trong quá trình thiết kế và chế tạo. Thiết kế cẩn thận đã được thực hiện để đảm bảo sự tương thích giữa các bộ phận, tăng cường độ bền và khả năng hoạt động lâu dài của mô hình. Thiết kế mô hình bàn tay robot bằng AutoCAD hoặc thiết kế mô hình bàn tay robot bằng Fusion 360 cũng là những lựa chọn khả thi nhưng Solidworks được ưu tiên sử dụng trong đồ án này. Chọn lựa vật liệu in 3D phù hợp là HIPS (High Impact Polystyrene) do tính chất bền, chịu nhiệt tốt, bề mặt mịn bóng.
2.2 Hệ thống Điều khiển
Hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển Arduino Mega 2560 để điều khiển các servo motor. Điều khiển robot được lập trình bằng ngôn ngữ C. Giao diện người dùng được thiết kế bằng LabVIEW, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển các cử động của bàn tay robot. Lập trình giao diện điều khiển được thiết kế thân thiện và dễ sử dụng. AI trong thiết kế robot có thể được xem xét trong các giai đoạn phát triển tiếp theo nhằm tăng cường tính thông minh và tự động hóa của hệ thống. Học máy trong thiết kế robot cũng là một hướng đi tiềm năng. Sự kết hợp giữa Arduino và LabVIEW cho phép tạo ra một hệ thống điều khiển hiệu quả và linh hoạt. Tự động hóa robot có thể được xem xét trong tương lai để nâng cao hiệu quả hoạt động.
III. Kết luận và Hướng Phát Triển
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một mô hình bàn tay robot có khả năng mô phỏng một số cử động cơ bản của bàn tay người. Mô hình có độ chính xác cao và hoạt động ổn định. Ứng dụng robot trong lĩnh vực y tế, mô phỏng và công nghiệp là rất lớn. Tuy nhiên, đồ án vẫn còn một số hạn chế, chẳng hạn như số lượng cử động của bàn tay còn hạn chế. Việc tích hợp thêm cảm biến và nâng cấp hệ thống điều khiển sẽ giúp cải thiện hiệu suất của mô hình.
3.1 Đánh giá Kết quả
Đồ án đạt được các mục tiêu đề ra. Mô hình bàn tay robot hoạt động ổn định, mô phỏng được các cử động cơ bản. Ứng dụng của bàn tay robot trong tương lai rất rộng mở. Thực tiễn đào tạo thiết kế robot thông qua đồ án này mang lại nhiều kinh nghiệm thực tế cho sinh viên. Bài tập lớn thiết kế robot HCMUTE này đóng góp vào việc nâng cao chất lượng đào tạo của trường. Luận văn thiết kế robot HCMUTE cung cấp những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho các nghiên cứu tiếp theo. Dự án robot HCMUTE thành công này khẳng định năng lực của sinh viên và giảng viên trường.
3.2 Hướng Phát triển trong tương lai
Trong tương lai, mô hình có thể được cải tiến bằng cách sử dụng các loại động cơ và cảm biến tiên tiến hơn. Việc tích hợp AI trong thiết kế robot sẽ giúp cho mô hình có khả năng học hỏi và thích ứng tốt hơn. Robot trợ giúp con người là một hướng đi đầy tiềm năng. Học viện kỹ thuật HCMUTE có thể hỗ trợ phát triển các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này. Khoa cơ khí HCMUTE có thể cung cấp cơ sở vật chất và chuyên môn để hỗ trợ nghiên cứu. Thiết kế robot chính xác hơn, tích hợp thêm cảm biến robot để tăng cường độ chính xác. Ứng dụng của bàn tay robot trong tương lai sẽ còn được mở rộng hơn nữa.
