Chương 1: Tổng Quan Trình bày khái quát về đề tài nghiên cứu các nội dung sẽ thực hiện, mục tiêu cần hướng tới và các yêu cầu cần thiết của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nội dung bao gồm các khái niệm, phương pháp, lý thuyết cơ bản về các vần đề nằm trong đề tài. Trong phần này cũng sẽ trình bày rõ nguồn gốc và phương pháp sử dụng các lý thuyết được vận dụng trong đề tài. Chương 3: Tính toán và thiết kế Các tính toán được sử dụng trong đề tài có liên quan đến cả phần cứng và chương trình điều khiển sẽ nằm trong phần này.
Thiết kế cơ khí và lựa chọn thiết bị phù hợp cho phần cơ khí. So sánh, đánh giá từng loại thiết bị tùy vào mục đích và yêu cầu đề tài sẽ đưa ra lý do giải thích vì sao lại chon thiết bị này. Chương 4: Thi công hệ thống Phần này sẽ đề cập về cách lắp ráp phần cứng, cách nối dây và cách vận hành, bảo quản hệ thống. TỔNG QUAN 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 5: Kết quả Nội dung phần này là trình bày về các kết quả thu được từ đề tài, tự đánh giá và so sánh với các mục tiêu và yêu cầu xem có đạt hay không.
Các vấn đề còn sai sót chưa giải quyết được trong quá trình nghiên cứu cũng sẽ nằm trong chương này Chương 6: Các hướng phát triển Nội dung phần này là đưa ra các khả năng để phát triển đề tài, các ý tưởng nâng cấp đề tài theo nhiều hướng khác nhau. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Mô hình Robot trong đề tài này được dựa trên mẫu thiết kế của Niryo One, hầu hết phần cứng được thiết theo bản mẫu này. Nên trong đề tài này chúng em chỉ tập trung vào nghiên cứu cách điều khiển Robot và giải thuật xử lý ảnh từ camera thu được bằng phần mềm Labveiw. Trong phần điều khiển Robot có hai vấn đề cần tìm hiều là phương pháp điều khiển động cơ và phương trình động học cho cánh tay Robot.
Như đã biết để điều khiển được Robot ta phải điều khiển các động cơ gắn ở các khớp của Robot và để làm được điều đó chúng ta cần nắm rõ nguyên lý làm việc của động cơ kết cấu của động cơ như thế nào để chúng hoạt động được như vậy và điều khiển chúng ra sao. Sau khi đã biết cách sử dụng động cơ ta đã có thể điều khiển được Robot theo ý muốn và công việc tiếp theo sẽ là điều khiển vị trí của Robot. Điều khiển vị trí cho Robot là vấn đề rất quan trọng trong khi vận hành cánh tay Robot nó cho ta biết vị trí hiện tại của Robot và các góc xoay cần thiết để Robot tới vị trí đó, vấn đề này sẽ được giải quyết bằng Phương trình động học thuận nghịch. Thông qua phương pháp này ta sẽ xây dựng được mô hình động học cho Robot.
Về phần xử lý ảnh thu được từ camera ta cần tìm hiểu về phần mềm Labview, trong phần mềm này có nhiều công cụ hỗ trợ cho việc xử lý ảnh tĩnh lẫn ảnh động việc của TỔNG QUAN 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ta là chỉ cần nghiên cứu các câu lệnh và cách thức sử dụng chúng cho các trường hợp cụ thể. Trọng tâm của đề tài này là nghiên cứu và giải quyết hai vấn đề được nêu như trên cách giải quyết sẽ được đề cập trong Chương 2 và Chương 3. TỔNG QUAN 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. GIỚI THIỆU VỀ ROBOT 2.
Robot là gì và sự ra đời của Robot. Năm 1921, Robot được biến thể của từ gốc Slavo “Rabota” do ông Karel Capek (nhà viết kịch viễn tưởng ngườI Séc) sử dụng để đặt tên cho vở kịch “Rossum’s Universal Robots”. Từ này dùng để chỉ một thiết bị lao động do con người (nhân vật Rossum) tạo ra [1]. Tác giả khoa học viễn tưởng Isaac Asimov được cho là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ “robot” trong truyện ngắn sáng tác vào những năm 1940.
Asimov cũng đặt tên cho ngành khoa học nghiên cứu về robot là Robotics. Trong câu chuyện, Asimov đề xuất ba nguyên tắc để hướng dẫn hành vi của robot và máy thông minh. Và được gọi tắt là “Asimov Ba luật của Robotics” và đã tồn tại đến ngày nay [1]: Robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người. Hoạt động của robot phải tuân theo các quy tắc do con người đặt ra.
Các quy tắc này không được vi phạm nguyên tắc thứ nhất. Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình, nhưng không được vi phạm hai nguyên tắc trước. Robotics được hiểu là một ngành khoa học có nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các robot và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của xã hội loài người, như nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng và dân sinh. Từ hiểu biết sơ bộ về chức năng và kết cấu của robot, chúng ta hiểu, Robotics là một khoa học CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP liên ngành, gồm cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin.
Theo thuật ngữ hiện nay, robot là sản phẩm của ngành cơ – điện tử (Mechatronics) [1]. Khía cạnh nhân văn và khía cạnh khoa học – kỹ thuật của việc sản sinh ra robot thống nhất ở một điểm: thực hiện hoài bão của con người, là tạo ra thiết bị thay thế mình trong những hoạt động không thích hợp với mình, như [1]: Các công việc lặp đi lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu, lắp ráp, lau cọ nhà… Trong môi trường khắc nghiệt hoặc nguy hiểm: như ngoài khoảng không vũ trụ, trên chiến trường, dưới nước sâu, trong lòng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ cao… Những việc đòi hỏi độ chính xác cao, như thông tắc mạch máu hoặc các ống dẫn trong cơ thể, lắp ráp các cấu tử trong vi mạch… Ngày nay, robot được ứng dụng rất rộng rãi và vẫn tiếp tục mở rộng thêm. Robot không còn phỏng tác lại về kết cấu, chức năng, dáng vẻ của con người, mà có nhiều robot khác xa với kết cấu các bộ phận cơ thể người và chúng có thể thực hiện những việc vượt xa khả năng của con người. Drone là ví dụ điển hình cho khả năng này của Robot [1].
Phân loại Robot Thế giới hiện có nhiều Robot được tạo ra mỗi mẫu Robot đều mang những đặc tính và mục đích sử dụng riêng đo đó việc phân loại chúng không hề đơn giản. Có rất nhiều quan điểm để phân loại nhưng có thể nêu ra ba cách phân loại cơ bản như sau: theo kết cấu, theo cách điều khiển và phạm vi ứng dụng của Robot. Phân loại theo kết cấu: Hay còn gọi là phân loại theo hình học, người ta có thể phân loại Robot dựa trên đặc điểm này thành các loại Descartes, trụ, cầu, SCARA, kiểu tay người và các dạng khác [2]. Điều này sẽ được trình bày rõ ở mục 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phân loại the phương pháp điều khiển: Có 2 kiểu điều khiển robot: điều khiển hở và điều khiển kín [2]. Điều khiển hở, dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí nén…) mà quãng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số xung điều khiển. Kiểu này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp. Điều khiển kín (điều khiển kiểu servo), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều khiển.
Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm - điểm và điều khiển theo đường (contour). - Với kiểu điều khiển điểm - điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đường thẳng với tốc độ không cao (không làm việc). Nó chỉ làm việc tại các điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh, bắn đinh.
- Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất kỳ, với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên các robot hàn hồ quang, phun sơn. Phân loại theo ứng dụng: Cách phân loại này dựa vào mục đích sử dụng của Robot. Ví dụ như: robot công nghiệp, robot dùng trong nghiên cứu khoa học, robot dùng trong kỹ thuật vũ trụ, robot dùng trong quân sự… [2] Ngoài những kiểu phân loại trên còn có: Phân loại theo hệ thống năng lượng, phân loại theo hệ thống truyền động, phân loại theo độ chính xác… 2.
Cánh tay Robot Cánh tay robot là một tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình và có thể lập trình lại để hoàn thành và nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng khác. (theo Viện nghiên cứu Robot của Mỹ) CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ý tưởng ban đầu của việc thiết kế và chế tạo tay máy là phỏng tác cấu tạo và chức năng của tay người. Về sau, đây không còn là điều bắt buộc nữa. Tay máy hiện nay rất đa dạng và nhiều loại có dáng vẻ khác rất xa với tay người.
Tuy nhiên, trong kỹ thuật robot người ta vẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc, như vai (Shoulder), cánh tay (Arm), cổ tay (Wrist), bàn tay (Hund) và các khớp (Articulations)… để chỉ tay máy và các bộ phận của nó. 1: Kết cấu tay máy Trong thiết kế và sử dụng tay máy, người ta quan tâm đến các thông số có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của chúng, như: Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay… Tầm với hay vùng làm việc: kích thước và hình dáng vùng mà phần công tác (khâu chấp hành) có thể với tới; Sự khéo léo, nghĩa là khả năng định vị và định hướng phần công tác (khâu chấp hành) trong vùng làm việc. Thông số này liên quan đến số bậc tự do của phần công tác. Để định vị và định hướng phần công tác một cách tuỳ ý trong không gian 3 chiều nó cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị, 3 bậc tự do để định hướng.
Một số công việc như nâng, hạ, xếp… yêu cầu số bậc tự do ít hơn 6 (vì sẽ chắc chắn hơn). Robot hàn, sơn thường có 6 bậc tự do. Trong một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc cần tối ưu hoá quỹ đạo… người ta có thể dùng robot với số bậc tự do lớn hơn 6. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các khớp được dùng phổ biến là khớp trượt và khớp quay.