Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, kỹ thuật điều khiển tự động và công nghệ vi điều khiển ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa năng suất, chất lượng và đảm bảo an toàn vận hành trong các dây chuyền sản xuất. Robot công nghiệp, đặc biệt là các dạng cánh tay robot (robot arm), là thiết bị cốt lõi thay thế sức lao động của con người trong các công việc lặp đi lặp lại, nặng nhọc, độc hại hoặc đòi hỏi độ chính xác cao như gắp đặt linh kiện, phân loại sản phẩm, hàn, sơn và lắp ráp.

Đề tài "Đồ án thiết kế và điều khiển cánh tay robot 5 bậc tự do (Robot Arm 5 DOF)" được thực hiện bởi nhóm sinh viên thuộc ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, chuyên ngành Tự động hóa Công nghiệp, Khoa Điện – Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Giao thông Vận tải TP. Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn của ThS. Trương Ngọc Bảo (năm 2021). Đề tài xuất phát từ học phần thực hành môn học Robot Công nghiệp trong thời gian 3 tháng, nhằm mục đích kết nối kiến thức lý thuyết về động học tay máy với việc thiết kế cơ khí 3D, mô phỏng động lực học và thi công phần cứng thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu trọng tâm của đề tài là thiết kế, chế tạo và lập trình điều khiển một mô hình cánh tay robot 5 bậc tự do có khả năng vận hành chính xác, thực hiện thao tác gắp vật thể tại vị trí định trước và tự động di chuyển đặt vào vị trí mục tiêu.

Các nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật cụ thể bao gồm:

  1. Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí phần cứng cho cánh tay robot 5 bậc tự do cấu hình nối tiếp dạng khớp xoay (RRRRR).
  2. Lập trình điều khiển cánh tay robot dịch chuyển đến các tọa độ điểm đặt trong không gian làm việc với độ chính xác yêu cầu.
  3. Xây dựng thuật toán và mã nguồn điều khiển trên nền tảng bo mạch vi điều khiển Arduino.
  4. Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, đáp ứng tốt hai chế độ: điều khiển tự động (Auto) và điều khiển thủ công bằng tay (Manual).

Yêu cầu phần cứng:

  • Kết cấu cơ khí phải vững chắc, hạn chế tối đa độ rơ và rung lắc trong quá trình chuyển động.
  • Cơ cấu chấp hành cuối (khâu kẹp/tay gắp) phải tạo đủ lực kẹp để giữ và di chuyển vật mẫu ổn định.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cánh tay robot 5 bậc tự do cấu trúc chuỗi động học hở gồm 5 khớp quay (5 DOF - RRRRR) và một cơ cấu kẹp ở khâu cuối; hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển ATmega328 (Arduino Uno R3), các động cơ RC Servo và cảm biến nút gạt/joystick.
  • Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết động học vị trí (động học thuận, động học nghịch); mô phỏng không gian chuyển động trên phần mềm chuyên dụng (EASY-ROB, SolidWorks kết hợp MATLAB/Simulink); chế tạo mô hình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm và lập trình điều khiển nhúng trong phạm vi môn học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình toán học

Đề tài dựa trên nền tảng lý thuyết robot học cổ điển và các nguyên lý biến đổi không gian tọa độ:

  • Lịch sử và nguyên lý Robotics: Đồ án kế thừa định nghĩa thuật ngữ từ tác phẩm của Karel Čapek (1921) và "Ba quy tắc Robotics" của Isaac Asimov (1940), xác định Robotics là ngành khoa học - kỹ thuật liên ngành Cơ điện tử (Mechatronics) tích hợp cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin.
  • Phân loại cánh tay máy: Phân tích các dạng kết cấu hình học của tay máy gồm: tọa độ Descartes (3 khớp trượt), tọa độ trụ (1 quay, 2 trượt), tọa độ cầu (2 quay, 1 trượt), SCARA (2 quay song song, 1 trượt), và dạng phỏng sinh/chuỗi khớp xoay (Articulated/Revolute). Cánh tay robot trong đề tài được phát triển theo cấu hình chuỗi 5 khớp quay nối tiếp (RRRRR), đảm bảo khả năng định vị 3 chiều và định hướng công tác linh hoạt.
  • Phương pháp chuyển đổi tọa độ thuần nhất (Homogeneous Transformation): Sử dụng ma trận xoay $3 \times 3$ biểu diễn hướng quanh các trục $X, Y, Z$, kết hợp với vector tịnh tiến $3 \times 1$ để xây dựng ma trận biến đổi thuần nhất $4 \times 4$. Quy tắc bàn tay phải được áp dụng để xác định chiều dương của các trục tọa độ.
  • Biểu diễn Denavit – Hartenberg (D-H, 1955): Sử dụng quy chuẩn D-H để mô hình hóa chuỗi động học hở. Hệ trục tọa độ được gán lên từng khâu theo 4 tham số hình học tiêu chuẩn:
    • $\theta_i$: Góc quay quanh trục $Z_{i-1}$ giữa hai trục $X_{i-1}$ và $X_i$.
    • $d_i$: Khoảng cách dịch chuyển dọc trục $Z_{i-1}$ giữa gốc tọa độ cũ và đường vuông góc chung.
    • $a_i$: Chiều dài đường vuông góc chung giữa hai trục $Z_{i-1}$ và $Z_i$ (đo dọc trục $X_i$).
    • $\alpha_i$: Góc xoắn giữa hai trục $Z_{i-1}$ và $Z_i$ quay quanh trục $X_i$.

Phương pháp giải bài toán động học

  1. Động học thuận (Forward Kinematics): Thiết lập các ma trận biến đổi thuần nhất từng khâu $A_i^{i-1}$ từ bảng thông số D-H, sau đó nhân liên tiếp để xác định ma trận chuyển vị tổng $T_5^0 = A_1^0 \cdot A_2^1 \cdot A_3^2 \cdot A_4^3 \cdot A_5^4$, từ đó tìm tọa độ vị trí $(p_x, p_y, p_z)$ và ma trận hướng của khâu chấp hành cuối theo các biến khớp $(q_1, q_2, q_3, q_4, q_5)$.
  2. Động học nghịch (Inverse Kinematics): Sử dụng phương pháp hình học giải tích kết hợp định lý hàm số Cosin trong tam giác phẳng để giải nghiệm giải tích các góc khớp $(\theta_1, \theta_2, \theta_3, \theta_4, \theta_5)$ từ vị trí và hướng yêu cầu của điểm công tác cuối.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ hỗ trợ

  • Phương pháp thiết kế mô hình 3D CAD: Xây dựng từng chi tiết cơ khí và lắp ráp tổng thể cụm tay máy trên phần mềm SolidWorks.
  • Phương pháp mô phỏng không gian và kiểm thử chuyển động: Sử dụng phần mềm EASY-ROB để nạp kịch bản lệnh PTP (Point-to-Point) mô phỏng gắp thả vật; sử dụng MATLAB/Simulink thông qua công cụ Simscape Multibody Link để chuyển đổi mô hình vật lý đa vật thể và thiết kế giao diện điều khiển (GUI) bằng GUIDE.
  • Phương pháp thực nghiệm phần cứng: Lắp ráp cơ khí, kết nối mạch điều khiển Arduino Uno R3 với hệ thống driver động cơ RC Servo và Joystick, nạp code C/C++ để đánh giá sai số vị trí và độ ổn định thực tế.

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc phần cứng hệ thống

Hệ thống điều khiển cánh tay robot 5 bậc tự do bao gồm khối xử lý trung tâm, khối cơ cấu chấp hành, khối nhập tín hiệu điều khiển và khối hiển thị:

Thành phần phần cứng Model / Thông số kỹ thuật Vai trò trong hệ thống
Vi điều khiển Arduino Uno R3 (Chip ATmega328 họ 8-bit, 16 MHz) Xử lý thuật toán động học, đọc tín hiệu điều khiển và phát xung PWM điều khiển góc quay servo
Động cơ khớp chính DC Servo MG996R (Bánh răng kim loại, lực kéo lớn) Dẫn động các khớp xoay chịu tải (Khớp 1 đến Khớp 4)
Động cơ khâu kẹp DC Servo SG90 (Kích thước $23 \times 12 \times 29$ mm, khối lượng 9 g) Dẫn động ngón kẹp khâu cuối nhằm giảm tải trọng đầu robot
Bộ nhập lệnh điều khiển Module Joystick 2 trục & Cụm biến trở Analog Cung cấp tín hiệu điện áp biến thiên cho chế độ điều khiển thủ công (Manual)
Khối hiển thị Màn hình LCD $16 \times 2$ kèm module giao tiếp I2C Hiển thị trạng thái vận hành và các thông số góc khớp (địa chỉ I2C: 0x3F)

Thông số kỹ thuật chi tiết của bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3:

  • Điện áp hoạt động: 5V DC (cấp qua cổng USB) hoặc nguồn ngoài đề xuất 7–12V DC (giới hạn 6–20V DC).
  • Dòng tiêu thụ: khoảng 30 mA.
  • Số chân Digital I/O: 14 chân (trong đó có 6 chân hỗ trợ điều chế độ rộng xung Hardware PWM).
  • Số chân Analog Input: 6 chân (A0 đến A5) với độ phân giải ADC 10-bit ($0 - 1023$).
  • Dòng tối đa cho phép trên mỗi chân I/O: 30 mA (giới hạn bảo vệ 40 mA; tổng không quá 200 mA).
  • Bộ nhớ: Flash 32 KB (0.5 KB dùng cho bootloader), SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB.
  • Chuẩn giao tiếp hỗ trợ: UART Serial (chân 0-RX, 1-TX), SPI (chân 10-SS, 11-MOSI, 12-MISO, 13-SCK), I2C/TWI (chân A4-SDA, A5-SCL).

Kiến trúc phần mềm và tích hợp hệ thống

Hệ thống phần mềm được triển khai theo cấu trúc 3 tầng:

  1. Tầng mô phỏng động học & kiểm tra quỹ đạo (EASY-ROB): Kiểm tra chuyển động không gian 3D, thử nghiệm các lệnh nội suy vị trí dạng PTP_AX, lệnh điều khiển công cụ kẹp LOAD TOOL, GRAB BODY, RELEASE BODY.
  2. Tầng mô phỏng đa vật thể & giao diện người dùng (MATLAB/Simulink):
    • Xuất mô hình lắp ráp từ SolidWorks sang môi trường Simulink thông qua cổng giao tiếp trung gian Simscape Multibody Link.
    • Thiết kế giao diện đồ họa GUI bằng công cụ GUIDE trên MATLAB, cho phép người dùng nhập tọa độ mục tiêu $(X, Y, Z)$ hoặc điều chỉnh thanh trượt từng góc khớp để quan sát cánh tay robot chuyển động ảo theo thời gian thực.
  3. Tầng điều khiển nhúng thời gian thực (Arduino IDE):
    • Sử dụng thư viện <Servo.h> để khởi tạo các đối tượng điều khiển động cơ (khop1 đến khop5 và khaukep).
    • Sử dụng thư viện <LiquidCrystal_I2C.h> để truyền dữ liệu trạng thái lên màn hình LCD 16x2.
    • Xử lý chuyển đổi tín hiệu analog từ các cổng A0, A1, A2, A3 đại diện cho các trục biến trở và nút nhấn chọn chế độ mode.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Lên ý tưởng thực hiện đồ án

Chương này tập trung trình bày tính cấp thiết của việc nghiên cứu robot trong sản xuất hiện đại và học tập kỹ thuật. Nhóm tác giả xác định mục tiêu chính là thiết kế phần cứng, giải quyết bài toán động học, xây dựng mô hình mô phỏng và lập trình điều khiển hoàn chỉnh cánh tay robot 5 bậc tự do có tay gắp. Chương 1 cũng quy định rõ các tiêu chuẩn phần cứng về tính cứng vững kết cấu, giảm thiểu rung lắc và đảm bảo lực kẹp của cơ cấu chấp hành cuối.

Chương 2. Giới thiệu về Robot

Chương 2 cung cấp toàn bộ cơ sở lý thuyết tổng quan về robot học và tính toán động học chi tiết cho mô hình 5 bậc tự do RRRRR:

  • Trình bày lịch sử phát triển, 3 định luật robotics và phân loại robot theo kết cấu (Descartes, trụ, cầu, SCARA, phỏng sinh), theo phương pháp điều khiển (điều khiển hở dùng động cơ bước, điều khiển kín servo theo điểm PTP hoặc theo đường contour) và theo ứng dụng.
  • Phân tích cấu trúc phần cứng vi điều khiển Arduino Uno R3, cấu tạo vi điều khiển ATmega328, các cổng giao tiếp và các lưu ý an toàn về điện áp/dòng điện.
  • Đưa ra giải pháp lựa chọn động cơ: kết hợp servo MG996R (bánh răng kim loại, mô-men cao) ở các trục quay chính và servo khối lượng nhẹ SG90 (9g) ở đầu công tác kẹp nhằm tối ưu hóa phân bố trọng lượng.
  • Xây dựng ma trận xoay, ma trận chuyển vị thuần nhất và thiết lập bảng thông số Denavit – Hartenberg (D-H) cho cánh tay robot 5 bậc tự do:
Khâu ($i$) Chiều dài khâu $a_i$ Góc xoắn $\alpha_i$ (độ) Độ dịch chuyển $d_i$ Biến khớp $\theta_i$
1 $0$ $90^\circ$ $10.7$ $q_1^*$
2 $a_2$ $0^\circ$ $0$ $q_2^*$
3 $a_3$ $0^\circ$ $0$ $q_3^*$
4 $a_4$ $90^\circ$ $0$ $q_4^*$
5 $0$ $0^\circ$ $d_5$ $q_5^*$
  • Thực hiện tính toán giải tích phương trình động học thuận (nhân các ma trận chuyển tiếp) và phương trình động học nghịch (sử dụng quan hệ hình học không gian và định lý cosin để xác định tường minh các biến khớp $\theta_1, \theta_2, \theta_3, \theta_4, \theta_5$ từ vị trí điểm kẹp).

Chương 3. Thiết kế mô hình và mô phỏng cánh tay Robot 5 bậc tự do trên EASY ROB

Chương này trình bày việc ứng dụng phần mềm EASY-ROB để tạo dựng mô hình đồ họa 3D từ các khối hình học cơ bản (khối trụ, khối chữ nhật, khối cầu) và gán các trục động học D-H. Nhóm nghiên cứu tiến hành nạp đoạn chương trình điều khiển mô phỏng chu trình gắp thả 3 vật mẫu (vat1, vat2, vat3):

PROGRAMFILE !prgfln F:\EASY_ROB\EASY_ROB\robot project\prg_tmp.prg
PTP_AX 1.5000
ERC LOAD TOOL TRANG2
ERC GRAB BODY vat1
PTP_AX -28.0000
ERC LOAD TOOL TRANG2
ERC RELEASE BODY vat1
PTP_AX -1.5000
ERC LOAD TOOL TRANG2
ERC GRAB BODY vat2
PTP_AX 21.5000
ERC LOAD TOOL TRANG2
ERC RELEASE BODY vat2
PTP_AX 9.5000
ERC LOAD TOOL TRANG2
ERC GRAB BODY vat3
PTP_AX -31.5000
ERC LOAD TOOL TRANG2
ERC RELEASE BODY vat3
PTP_AX 3.5000
ENDPROGRAMFILE

Kết quả mô phỏng trên EASY-ROB chứng minh mô hình hoạt động đúng trình tự logic, các khâu không bị va chạm hình học và vật thể được gắp chuyển chính xác đến tọa độ lập trình.

Chương 4. Thiết kế mô hình cánh tay Robot 5 bậc tự do trên SolidWorks và mô phỏng trên Matlab Simulink

Chương 4 mô tả quy trình thiết kế và mô phỏng nâng cao:

  • Thiết kế chi tiết cơ khí 3D tham số của toàn bộ 5 khâu và bộ kẹp trên phần mềm SolidWorks.
  • Chuyển đổi mô hình lắp ráp từ SolidWorks sang môi trường Simulink (MATLAB) bằng công cụ Simscape Multibody Link, bảo toàn thông số hình học, khối lượng và hệ trục tọa độ các khớp.
  • Xây dựng sơ đồ khối mô phỏng chuyển động đa vật thể trên MATLAB/Simulink.
  • Thiết kế giao diện điều khiển người dùng (GUI) bằng công cụ GUIDE trên MATLAB, cho phép giám sát trực quan quá trình đáp ứng vị trí của robot trong không gian ảo.

Chương 5. Thi công mô hình Robot 5 bậc tự do và lập trình điều khiển Robot theo hai chế độ Auto và Manual

Chương 5 trình bày toàn bộ quá trình hiện thực hóa phần cứng và lập trình nhúng:

  • Quy trình chuẩn bị linh kiện, gia công chi tiết cơ khí, lắp ghép động cơ Servo MG996R, SG90 và hoàn thiện mô hình cánh tay robot thực tế.
  • Đấu nối hệ thống dây tín hiệu điều khiển giữa bo mạch Arduino Uno R3, cụm biến trở, Joystick và màn hình LCD I2C.
  • Xây dựng chương trình điều khiển nhúng trên Arduino IDE, tích hợp thuật toán tính động học và điều khiển phát xung servo theo hai chế độ vận hành:
    • Chế độ Auto: Tự động di chuyển theo các quỹ đạo điểm đặt cố định để gắp và thả vật mẫu.
    • Chế độ Manual: Đọc điện áp biến thiên từ các cổng Analog (A0: bientroX, A1: bientroY, A2: bientroZ, A3: bientrokep) tương ứng với vị trí cần dịch chuyển của tay gắp và điều khiển góc quay các servo theo thời gian thực.

Kết luận và hướng phát triển

Chương tổng kết đánh giá mức độ hoàn thành so với các mục tiêu đề ra ban đầu tại trang 54 của đồ án, đồng thời chỉ ra các điểm cần hoàn thiện và đề xuất hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả đạt được

  1. Thiết kế cơ khí và mô hình hóa: Hoàn thiện bản vẽ thiết kế 3D hoàn chỉnh của cánh tay robot 5 bậc tự do trên SolidWorks; xây dựng thành công bảng thông số D-H và giải quyết trọn vẹn hệ phương trình động học thuận – nghịch dạng giải tích.
  2. Mô phỏng đa nền tảng:
    • Kiểm thử thành công chu trình gắp – thả vật thể trên phần mềm EASY-ROB thông qua tập lệnh PTP.
    • Xuất mô hình thành công từ SolidWorks sang MATLAB Simulink qua Simscape Multibody Link và xây dựng giao diện điều khiển tương tác trực quan bằng công cụ GUIDE.
  3. Chế tạo và điều khiển thực nghiệm:
    • Thi công lắp ráp hoàn chỉnh mô hình phần cứng cánh tay robot 5 bậc tự do nối tiếp với 6 động cơ RC Servo (5 khớp chuyển động và 1 cơ cấu kẹp khâu cuối).
    • Nạp code điều khiển vi xử lý ATmega328, vận hành trơn tru ở cả hai chế độ tự động (Auto) và điều khiển bằng tay thông qua Joystick/biến trở (Manual).

Đóng góp kỹ thuật của đề tài

  • Xây dựng tài liệu kỹ thuật hoàn chỉnh kết nối chuỗi quy trình từ lý thuyết toán học (D-H, ma trận biến đổi), mô phỏng cơ cấu (EASY-ROB, SolidWorks, MATLAB Simulink) đến chế tạo phần cứng nhúng thực tế (Arduino).
  • Cung cấp giải pháp tối ưu kết cấu truyền động trong các mô hình học tập bằng cách phối hợp servo chịu tải MG996R và servo siêu nhẹ SG90, giúp giảm mô-men quán tính ở đầu công tác và tăng độ ổn định cơ học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Đồ án chỉ mới giải quyết bài toán động học vị trí, chưa đi sâu vào phân tích động lực học (lực, mô-men quán tính, gia tốc khâu) và bài toán bù sai số động học.
  • Động cơ chấp hành sử dụng dòng RC Servo điều khiển hở về mặt phản hồi vị trí từ ngõ ra cơ cấu chấp hành (chỉ dựa vào mạch điều khiển xung nội của servo), chưa có cảm biến phản hồi lực kẹp ở khâu cuối để điều chỉnh độ bám khi gắp các vật thể có hình dạng hoặc độ cứng khác nhau.
  • Kết cấu cơ khí gia công phục vụ thử nghiệm môn học nên độ cứng vững và tải trọng nâng còn ở mức giới hạn.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp hệ thống truyền động sang các loại động cơ có phản hồi vị trí chính xác cao hơn (như động cơ bước kèm encoder hoặc servo công nghiệp) nhằm nâng cao sức nâng và độ chính xác lặp lại.
  • Tích hợp thêm cảm biến lực tại khâu kẹp và cảm biến tiệm cận/thị giác máy tính (Camera/Machine Vision) để tự động nhận dạng, định vị tọa độ vật thể trước khi gắp.
  • Phát triển thuật toán nội suy quỹ đạo liên tục (Continuous Path / Contour Control) giúp chuyển động giữa các điểm dừng diễn ra êm ái, giảm rung động cơ học.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo thực hành kỹ thuật phù hợp cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Cơ điện tử, Robotics: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các môn học như Robot công nghiệp, Lý thuyết điều khiển tự động, Thiết kế hệ thống nhúng và Đồ án chuyên ngành.
  • Người nghiên cứu và phát triển mô hình robot giáo dục: Tham khảo phương pháp thiết lập bảng D-H cho cánh tay máy 5 bậc tự do RRRRR, phương pháp giải động học nghịch bằng hình học, và quy trình kết nối mô hình CAD từ SolidWorks sang MATLAB/Simulink thông qua công cụ Simscape Multibody Link.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu hình động học của cánh tay robot trong đồ án là gì?

Cánh tay robot có cấu hình 5 bậc tự do dạng chuỗi khớp xoay nối tiếp (5 DOF - RRRRR), gồm 5 khớp quay để định vị và định hướng điểm công tác cuối, cùng với 1 khớp phụ dẫn động cơ cấu kẹp đóng/mở tại khâu chấp hành cuối.

2. Vì sao nhóm tác giả sử dụng kết hợp hai loại động cơ Servo MG996R và SG90?

Động cơ Servo MG996R có nhông bánh răng kim loại và lực kéo lớn, được bố trí tại các khớp chịu tải trọng chính (từ khớp 1 đến khớp 4). Trong khi đó, động cơ Servo SG90 có kích thước nhỏ ($23 \times 12 \times 29$ mm) và khối lượng siêu nhẹ (chỉ 9 g) được lắp riêng cho cơ cấu kẹp ở đầu cánh tay nhằm giảm tối đa trọng lượng đầu robot, giúp chuyển động của cả hệ thống trơn tru và ít rung lắc hơn.

3. Công cụ nào được dùng để đồng bộ mô hình từ SolidWorks sang MATLAB Simulink?

Nhóm tác giả sử dụng công cụ tiện ích Simscape Multibody Link để xuất dữ liệu cấu trúc hình học, hệ trục tọa độ và liên kết vật lý từ môi trường SolidWorks sang sơ đồ khối mô phỏng vật lý đa vật thể trong Simulink.

4. Hệ thống điều khiển hỗ trợ các chế độ vận hành nào và điều khiển bằng cách nào?

Hệ thống hỗ trợ 2 chế độ:

  • Chế độ Auto: Robot tự động chạy chu trình gắp và đặt vật mẫu theo các tọa độ định sẵn trong chương trình.
  • Chế độ Manual: Người vận hành điều khiển chuyển động của cánh tay robot theo thời gian thực thông qua các cần Joystick và cụm biến trở kết nối với các cổng ngõ vào Analog (A0–A3) của bo mạch Arduino.

5. Phương pháp nào được sử dụng để giải bài toán động học nghịch trong đồ án?

Đồ án áp dụng phương pháp hình học giải tích kết hợp với định lý hàm số Cosin trong các tam giác phẳng tạo bởi các khâu của robot để tính toán các góc khớp $\theta_1, \theta_2, \theta_3, \theta_4, \theta_5$ từ tọa độ vị trí mục tiêu $(X, Y, Z)$ trong không gian 3 chiều.

Kết luận

Báo cáo đồ án môn học "Cánh tay robot 5 bậc tự do" của nhóm sinh viên Trường Đại học Giao thông Vận tải TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn các yêu cầu từ tính toán lý thuyết động học D-H, thiết kế mô hình 3D, mô phỏng chuyển động đa môi trường đến chế tạo thành công mô hình phần cứng hoạt động ổn định. Đề tài minh chứng tính khả thi của việc tích hợp vi điều khiển Arduino Uno R3 với động cơ RC Servo trong các ứng dụng điều khiển cánh tay máy đa trục phục vụ nghiên cứu và giảng dạy. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị thực tiễn cao cho sinh viên các khối ngành kỹ thuật trong việc làm chủ chu trình thiết kế và triển khai một hệ thống robot cơ bản.