Ứng dụng điều khiển robot SCARA gắn xếp linh kiện

Đồ án ứng dụng điều khiển robot SCARA gắn xếp linh kiện tại Trường ĐH SPKT TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Nghĩa
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Hoàng Lâm
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Ứng dụng điều khiển robot SCARA gắn xếp linh kiện
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về điều khiển robot SCARA gắn xếp linh kiện

Ngành sản xuất điện tử hiện đại đòi hỏi tốc độ lắp ráp rất cao. Robot SCARA là lựa chọn tối ưu cho tác vụ gắp xếp bề mặt phẳng. Cấu trúc bốn bậc tự do mang lại độ cứng vững lớn theo phương đứng. Cánh tay robot di chuyển linh hoạt trên mặt phẳng ngang. Đồ án tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh tập trung làm chủ công nghệ này. Nhóm nghiên cứu tích hợp cơ cấu chấp hành tay máy với hệ thống điều khiển công nghiệp tiên tiến. Hệ thống đáp ứng yêu cầu gắp linh kiện từ khay chứa và đặt lên bảng mạch in. Quy trình vận hành giảm thiểu sự phụ thuộc vào thao tác thủ công của con người. Tỷ lệ lỗi lắp ráp được kiểm soát ở mức tối thiểu. Năng suất dây chuyền sản xuất được nâng cao rõ rệt. Dự án khẳng định năng lực ứng dụng công nghệ điều khiển tự động của sinh viên kỹ thuật. Toàn bộ chu trình hoạt động diễn ra khép kín và đồng bộ. Dữ liệu vận hành được hiển thị trực tiếp trên giao diện giám sát tại trạm làm việc.

1.1. Cấu trúc cơ học và nguyên lý của robot SCARA

Robot SCARA sở hữu cấu trúc động học gồm hai khớp xoay song song trục thẳng đứng. Thiết kế này tạo ra vùng làm việc hình trụ tròn rộng lớn. Khớp trượt thứ ba đảm nhiệm chuyển động nâng hạ tịnh tiến theo trục Z. Khớp xoay thứ tư hỗ trợ xoay đầu gắp linh kiện quanh trục đứng. Cấu hình cơ học giúp tay máy triệt tiêu rung lắc phương ngang khi di chuyển tốc độ cao. Bộ truyền động sử dụng đai răng kết hợp vít me bi chính xác. Vật liệu chế tạo cánh tay ưu tiên hợp kim nhôm nhẹ và cứng. Nhờ đó, robot đạt gia tốc di chuyển rất ấn tượng trong không gian làm việc hẹp. Độ chính xác lặp lại của cơ cấu đáp ứng tốt tiêu chuẩn gia công vi mạch công nghiệp.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi triển khai đề tài

Nghiên cứu hướng đến việc hoàn thiện một máy gắp đặt linh kiện điện tử hoàn chỉnh. Nhóm tác giả tại ĐH SPKT TP.HCM thiết kế đồng bộ phần cứng và phần mềm điều khiển. Hệ thống thực hiện việc lấy linh kiện IC từ vị trí lưu trữ và gắn chính xác vào mạch đích. Camera công nghiệp được bổ sung nhằm nhận diện phân loại từng loại bo mạch đầu vào. Phần mềm hỗ trợ xuất trực tiếp tọa độ chân cắm từ bản vẽ thiết kế kỹ thuật. Quá trình chuyển đổi dữ liệu diễn ra hoàn toàn tự động và chính xác. Nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho việc ứng dụng robot vào dây chuyền sản xuất bo mạch điện tử nội địa.

II. Thách thức kỹ thuật khi robot SCARA gắn xếp linh kiện

Quá trình lắp ráp bo mạch điện tử đặt ra nhiều thách thức khắt khe về kỹ thuật. Kích thước linh kiện IC ngày càng nhỏ với mật độ chân cắm dày đặc. Sai số định vị chỉ vài phần mười milimét có thể làm hỏng chân linh kiện. Cánh tay robot phải di chuyển nhanh nhưng không được gây ra rung lắc quán tính. Chuyển động dừng đột ngột dễ làm rơi hoặc lệch vị trí vật gắp trên giác hút chân không. Bên cạnh đó, việc nhận diện chính xác từng loại bo mạch cần độ tin cậy tuyệt đối. Bụi bẩn hoặc ánh sáng môi trường thay đổi dễ ảnh hưởng tiêu cực đến bộ đọc mã vạch. Hệ thống điều khiển đòi hỏi khả năng xử lý thời gian thực với độ trễ cực thấp. Khâu đồng bộ hóa tín hiệu giữa máy quét mã, bộ điều khiển PLC và driver động cơ rất phức tạp. Bất kỳ sự cố mất xung nào cũng dẫn đến sai lệch tích lũy tọa độ của cánh tay máy. Kỹ sư phải giải quyết triệt để bài toán động học nghịch nhằm bảo đảm quỹ đạo chuyển động tối ưu.

2.1. Yêu cầu khắt khe về độ chính xác vị trí và động học

Bài toán động học thuận và nghịch quyết định trực tiếp độ chính xác của robot SCARA. Khi các góc quay biến thiên, sai số truyền động cơ khí có xu hướng khuếch đại ở khâu chấp hành cuối. Độ rơ bánh răng và biến dạng đàn hồi dây đai gây khó khăn cho việc định vị mục tiêu. Tốc độ gắp linh kiện càng cao thì lực quán tính tác động lên các khớp càng lớn. Nếu thuật toán điều khiển không bù trễ vận tốc, đầu gắp sẽ xuất hiện hiện tượng dao động quá đà. Điều này làm tăng thời gian ổn định trước khi hạ linh kiện xuống bề mặt bo mạch. Việc tính toán ma trận chuyển đổi tọa độ phải đảm bảo độ mượt mà của đường cong chuyển động.

2.2. Vấn đề tích hợp dữ liệu thiết kế và nhận diện quang học

Phương thức nạp tọa độ gắp đặt thủ công thường tốn thời gian và dễ phát sinh lỗi nhập liệu. Các loại bo mạch công nghiệp chứa hàng trăm điểm chân linh kiện khác nhau về quy cách. Việc thiếu liên kết giữa file bản vẽ thiết kế và bộ điều khiển trung tâm gây cản trở mở rộng sản xuất. Thêm vào đó, việc phân loại thủ công các lô mạch in trên băng chuyền làm giảm tính linh hoạt của hệ thống. Máy đọc mã vạch công nghiệp phải xử lý nhanh các chuỗi dữ liệu trong điều kiện rung động cơ khí. Tín hiệu truyền thông từ cảm biến quang học tới bộ điều khiển phải tuyệt đối thông suốt, tránh tình trạng xung đột hoặc mất gói dữ liệu.

III. Giải pháp điều khiển robot SCARA gắn xếp linh kiện SPKT

Đề tài xây dựng giải pháp điều khiển tự động toàn diện trên nền tảng Mitsubishi Electric. Bộ điều khiển lập trình PLC dòng Q đóng vai trò trung tâm điều phối toàn bộ chu trình máy. Mô-đun vị trí chuyên dụng QD75MH4 quản lý bốn trục servo với tần số phát xung cao và ổn định. Hệ thống sử dụng động cơ AC Servo kết hợp driver MR-J3 và MR-J4 danh tiếng. Encoder phản hồi vòng kín bảo đảm vị trí góc quay được hiệu chỉnh tức thời trong mili-giây. Để tự động hóa quy trình nhận dạng, nhóm nghiên cứu tích hợp máy quét mã vạch Cognex DM70L qua mạng truyền thông. Phần mềm thiết kế AutoCAD xuất trực tiếp danh sách tọa độ linh kiện vào bộ nhớ PLC. Nhóm tác giả lập trình chu trình hoạt động bằng phần mềm GX Works2 theo thuật toán tuần tự logic. Giao diện người máy HMI GOT 2000 cho phép giám sát thông số thời gian thực và vận hành thủ công khi cần. Cơ chế hút chân không điều khiển đóng ngắt bằng van điện từ tốc độ cao.

3.1. Cấu hình phần cứng PLC Mitsubishi và hệ thống servo

Cấu trúc phần cứng chọn lọc thiết bị công nghiệp nhằm đạt độ tin cậy tối đa. PLC Mitsubishi Q-series sở hữu năng lực xử lý lệnh logic với tốc độ nano-giây. Mô-đun định vị QD75MH4 kết nối với driver MR-J3 và MR-J4 qua mạng cáp quang tốc độ cao SSCNET. Khớp trục sử dụng động cơ AC Servo gắn encoder quang học tuyệt đối để duy trì gốc máy tin cậy. Khi xảy ra sự cố mất nguồn, hệ thống lưu giữ nguyên vẹn tọa độ mà không cần chạy lại chu trình tìm điểm Zero. Nguồn cấp và mạch rơ-le cách ly được bố trí gọn gàng trong tủ điện công nghiệp tiêu chuẩn. Toàn bộ dây dẫn đều bọc lưới chống nhiễu chuyên dụng.

3.2. Thuật toán điều khiển chuyển động và trích xuất tọa độ

Chương trình phần mềm phân chia thành nhiều khối chức năng độc lập trên GX Works2. Khối nội suy chuyển động tính toán gia tốc hình chữ S nhằm hạn chế giật cơ khí. Đầu đọc Cognex DM70L quét mã định danh trên phôi và truyền tín hiệu kích hoạt công thức tương ứng trong bộ nhớ. Bản vẽ AutoCAD 2022 trích xuất chính xác tọa độ X, Y, Z và góc quay R của từng chân linh kiện. Dữ liệu nạp trực tiếp vào thanh ghi nhớ của PLC qua giao thức truyền thông chuẩn. Robot di chuyển đầu hút hạ xuống khay linh kiện, kích hoạt van chân không và xoay đúng góc đặt. Màn hình HMI GOT 2000 hỗ trợ kỹ thuật viên cân chỉnh sai số trực quan.

IV. Đánh giá ứng dụng robot SCARA gắn xếp linh kiện thực tế

Mô hình thực nghiệm tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đạt kết quả ấn tượng. Tay máy SCARA vận hành êm ái với tốc độ đáp ứng chuyển động dưới một giây cho mỗi chu trình gắp đặt. Tỷ lệ đặt trúng tâm chân linh kiện đạt độ chính xác cao trong phạm vi dung sai cho phép. Hệ thống thị giác nhận diện mã vạch ổn định ngay cả khi bề mặt bo mạch có độ phản quang cao. Bản vẽ thiết kế kết nối mượt mà với bộ điều khiển mà không cần lập trình lại tọa độ thủ công. Kết quả này chứng minh tính khả thi cao của giải pháp tự động hóa trong sản xuất thực tế. Đề tài mở ra hướng tiếp cận mới trong việc nội địa hóa các dây chuyền lắp ráp điện tử chuyên dụng. Sinh viên làm chủ từ khâu thiết kế cơ khí, lắp ráp tủ điện cho đến lập trình điều khiển mức cao. Mô hình hoàn toàn có thể nhân rộng để phục vụ nghiên cứu, giảng dạy hoặc chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp.

4.1. Hiệu quả vận hành và độ chính xác lắp ráp bo mạch

Các bài thử nghiệm thực tế khẳng định sự vượt trội về độ ổn định của hệ thống tay máy SCARA. Robot loại bỏ hoàn toàn các lỗi sai sót vị trí thường gặp ở thao tác thủ công. Cơ cấu giác hút chân không tạo lực giữ chắc chắn, không làm xước vỏ IC trong suốt quá trình nhấc và đặt. Tốc độ gắp xếp tăng gấp nhiều lần so với lao động truyền thống. Thời gian chuyển đổi giữa các mẫu bo mạch khác nhau giảm xuống đáng kể nhờ camera Cognex quét mã nhận diện tự động. Chi phí phế phẩm trong giai đoạn thử nghiệm duy trì ở mức tối thiểu. Hệ thống chứng tỏ khả năng đáp ứng tốt các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng khắt khe trong ngành công nghiệp điện tử hiện nay.

4.2. Tiềm năng ứng dụng thực tế và hướng phát triển tương lai

Mô hình mở ra cơ hội thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất thiết bị điện tử. Thiết kế mở cho phép tích hợp thêm nhiều công cụ gắp linh kiện khác nhau tùy theo kích thước sản phẩm. Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tích hợp thuật toán xử lý ảnh thông minh để kiểm tra chất lượng mối hàn sau lắp ráp. Đồng thời, việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo sẽ tối ưu hóa đường đi của robot khi gắp nhiều loại linh kiện phức tạp. Nền tảng điều khiển PLC Mitsubishi sẵn sàng kết nối dữ liệu lên hệ thống máy chủ quản lý sản xuất đám mây. Dự án là bước đệm quan trọng nhằm thúc đẩy tự động hóa thông minh theo tiêu chuẩn công nghiệp 4.0 tại Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong dây chuyền sản xuất và chế tạo thiết bị điện tử hiện đại, công đoạn lắp ráp linh kiện lên bảng mạch in (PCB) đòi hỏi độ chính xác định vị cao, tốc độ đáp ứng nhanh và khả năng hoạt động liên tục với tần suất lặp lại lớn. Tại các cơ sở sản xuất truyền thống, việc lắp ráp thủ công dựa vào sức lao động con người bộc lộ nhiều điểm hạn chế như năng suất không đồng đều, chi phí nhân công tăng và tỷ lệ sai sót linh kiện cao. Do đó, việc nghiên cứu phát triển các hệ thống máy tự động chuyên dụng để định vị, gắn xếp linh kiện là yêu cầu cấp thiết của ngành sản xuất điện tử.

Trong các cấu trúc cánh tay robot công nghiệp, robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) sở hữu các khớp quay có trục song song theo phương thẳng đứng, tạo độ mềm dẻo lựa chọn trong mặt phẳng ngang và độ cứng vững cao theo phương dọc. Đặc tính này giúp robot SCARA đạt tốc độ di chuyển cao, mô-men xoắn lớn, tối ưu hóa không gian thao tác so với hệ máy tọa độ Descartes 3 trục (Cartesian), rất phù hợp cho các tác vụ nhặt và đặt (Pick & Place) các chi tiết điện tử cỡ nhỏ.

Nhằm giải quyết bài toán tự động hóa công đoạn lắp ráp mạch in, đề tài "Ứng dụng điều khiển robot SCARA gắn xếp linh kiện" do sinh viên Nguyễn Hoàng Nghĩa và Lê Văn Thuận thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Hoàng Lâm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa) đã đặt ra 7 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Thiết kế cơ cấu cơ khí và hệ thống điện cho cánh tay robot SCARA.
2. Viết chương trình hệ thống điều khiển tự động cho robot SCARA.
3. Xây dựng giao diện tương tác người - máy (HMI) để giám sát thông số, quản lý trạng thái phản hồi và điều khiển vận hành.
4. Ứng dụng phần mềm AutoCAD để trích xuất tọa độ vị trí phục vụ chu trình gắp và thả linh kiện.
5. Thực hiện quy trình gắp linh kiện từ kho cấp và lắp ráp chính xác vào các vị trí đã định sẵn trên bo mạch.
6. Cài đặt, cấu hình thiết bị đọc mã vạch để tự động nhận dạng loại bo mạch cần gia công và truyền tín hiệu điều khiển tương ứng đến bộ điều khiển trung tâm.
7. Hoàn thiện mô hình máy gắn xếp linh kiện vi mạch tự động đạt độ ổn định, vận hành trơn tru và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cơ bản.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cơ cấu cánh tay robot công nghiệp cấu hình SCARA 4 bậc tự do và quy trình gắn xếp các linh kiện điện tử thông dụng (bao gồm IC, điện trở/biến trở, đèn LED 7 đoạn và khối cọc đấu dây domino). Phạm vi nghiên cứu về mặt nội dung tập trung vào phân tích động học, quy hoạch quỹ đạo, thi công tủ điện, lập trình điều khiển vị trí đa trục và tích hợp truyền thông công nghiệp. Về không gian và thời gian, đề tài được triển khai thực nghiệm dưới dạng mô hình kiểm chứng kỹ thuật tại phòng thí nghiệm Bộ môn Tự động Điều khiển, Khoa Điện - Điện tử từ tháng 02/2025 đến tháng 06/2025; giới hạn nghiên cứu dừng lại ở mức mô hình học thuật, chưa áp dụng trực tiếp trong quy mô dây chuyền công nghiệp tải nặng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án được xây dựng dựa trên nguyên lý cơ điện tử và lý thuyết điều khiển tự động ứng dụng trong dây chuyền sản xuất điện tử (SMT - Surface Mount Technology và FMS - Hệ thống sản xuất linh hoạt):

• Mô hình toán học và động học robot: Áp dụng phương pháp tham số Denavit – Hartenberg (D-H) để gắn hệ trục tọa độ lên các khâu của robot SCARA. Thiết lập ma trận biến đổi thuần nhất biểu diễn bài toán động học thuận (Forward Kinematics) nhằm xác định vị trí, hướng của khâu tác động cuối từ các biến khớp; giải hệ phương trình động học nghịch (Inverse Kinematics) để tính toán góc quay của từng trục từ tọa độ mong muốn trên mặt phẳng làm việc. Đồng thời, tác giả nghiên cứu quy hoạch quỹ đạo chuyển động giữa các điểm thông qua đa thức bậc 3 và bậc 5 nhằm triệt tiêu hiện tượng giật cục vận tốc và gia tốc.
• Lý thuyết điều khiển vị trí và truyền động: Cơ chế điều khiển vị trí vòng kín (Closed-loop control) sử dụng động cơ servo xoay chiều (AC Servo). Hệ thống sử dụng bộ điều khiển phát xung định vị chuyên dụng kết hợp với cơ chế phản hồi tín hiệu từ thiết bị đo góc tuyệt đối (Absolute Encoder) và tương đối (Incremental Encoder) để giám sát chính xác sai số vị trí thực tế của động cơ.
• Giao thức truyền thông và mạng điều khiển: Tổng quan kiến trúc mạng CC-Link (Control & Communication Link) hỗ trợ kết nối vòng kín tốc độ cao giữa bộ điều khiển lập trình PLC và các trạm slave phân tán; chuẩn truyền thông công nghiệp Ethernet kết nối máy tính điều khiển, bộ điều khiển khả trình PLC và màn hình giám sát HMI.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế kỹ thuật được triển khai bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tính toán mô phỏng: Ứng dụng phần mềm MATLAB để giải thuật toán động học, mô phỏng không gian làm việc (Workspace) dựa trên kích thước cơ học chuẩn của dòng robot SCARA Epson LS3-401B, đồng thời đối sánh quỹ đạo vận tốc giữa các phương trình chuyển động bậc 3 và bậc 5.
• Phương pháp thiết kế và tích hợp phần cứng: Ứng dụng phần mềm SolidWorks để dựng mô hình bố trí thiết bị điện, phân tích kích thước lắp ráp khung nhôm định hình và đầu gắp khí nén; thiết kế bản vẽ sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển.
• Phương pháp lập trình điều khiển tích hợp: Sử dụng ngôn ngữ sơ đồ bậc thang (Ladder Diagram) trên phần mềm GX Works2 để cấu hình khối điều khiển vị trí QD75MH4 và PLC Mitsubishi; viết mã chương trình AutoLISP trên AutoCAD 2022 để bóc tách tự động tọa độ linh kiện (tọa độ tâm, góc xoay); kết hợp phần mềm MX Sheet và MX Component để nạp trực tiếp cơ sở dữ liệu điểm từ bảng tính Excel vào vùng nhớ dữ liệu của PLC.
• Nguồn dữ liệu sử dụng: Thông số kỹ thuật từ nhà sản xuất Mitsubishi Electric (họ PLC dòng Q, driver MR-J3, MR-J4, màn hình GOT2000), sổ tay kỹ thuật thiết bị đọc mã vạch Cognex DataMan (dòng DM70L), thông số kết cấu robot SCARA Epson LS3-401B và thư viện hình học của các linh kiện bo mạch điện tử.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc điều khiển phân tầng gồm khối xử lý trung tâm, khối phát lệnh điều khiển vị trí, tầng chấp hành động lực, đầu công tác khí nén và khối thu nhận dữ liệu. Bố trí thiết bị điện và sơ đồ đấu nối được tính toán nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn bảo vệ ngắn mạch, chống nhiễu và sụt áp trong môi trường công nghiệp.

Nhóm thiết bị	Tên thiết bị / Mã hiệu	Thông số và vai trò kỹ thuật trong hệ thống
Bộ xử lý trung tâm	PLC Mitsubishi Q04UDEHCPU	CPU xử lý logic tốc độ cao, hỗ trợ cổng truyền thông Ethernet
Module vị trí	Mitsubishi QD75MH4	Module điều khiển vị trí chuyên dụng 4 trục, phát xung điều khiển servo
Module ngõ ra số	Mitsubishi QY42P	Module ngõ ra transistor điều khiển relay đệm, van khí nén và đèn báo
Nguồn & Đế gắn	Mitsubishi Q61P & Q35DB	Bộ nguồn cấp cho rack và đế gắn hỗ trợ kết nối 5 module dòng Q
Động cơ Servo	Mitsubishi HG-KR23 & HF-KP43	Động cơ AC Servo truyền động cho các khớp xoay và trục nâng hạ
Bộ điều khiển Servo	Mitsubishi MR-J4-20B & MR-J4W3-222B	Driver điều khiển vòng kín cho động cơ đơn trục và tổ hợp 3 trục
Thiết bị bảo vệ	MCCB NV30-FA, CB CP30-BA, CP32FS	Đóng cắt, bảo vệ quá dòng, ngắn mạch nguồn tổng và mạch điều khiển
Lọc nhiễu công nghiệp	ZCW2210-01 & ZAC2205-00U	Triệt tiêu xung nhiễu điện từ tần số cao bảo vệ driver và CPU
Khối cấp nguồn DC	Nguồn tổ ong 24V DC	Cung cấp nguồn điện áp thấp ổn định cho cảm biến, HMI và ngõ vào/ra
Nhận dạng mã vạch	Cognex DataMan DM70L	Đầu quét mã vạch 1D/2D nhận diện loại bo mạch cần gia công
Màn hình điều khiển	Mitsubishi GOT2000 (GT2000)	Giao diện điều khiển HMI, thiết kế qua phần mềm GT Designer3
Cơ cấu chấp hành	Xylanh khí nén & giác hút chân không	Thực hiện thao tác nâng - hạ bổ trợ và gắp - nhả linh kiện

Quy trình tích hợp dòng dữ liệu và chu trình vận hành được tổ chức thành một chuỗi khép kín:

1. Khâu tiền xử lý dữ liệu bản vẽ: Kỹ sư thiết kế bố trí linh kiện trên AutoCAD 2022. File mã lệnh AutoLISP chuyên dụng được nạp (appload) vào môi trường CAD để quét các khối linh kiện, bóc tách chính xác tọa độ $(X, Y)$ và góc xoay. Toàn bộ tọa độ được xuất trực tiếp ra tập tin định dạng .csv.
2. Khâu chuyển đổi và đồng bộ vào PLC: Dữ liệu từ file .csv được tổ chức lại trên bảng tính Microsoft Excel. Thông qua công cụ truyền thông trung gian MX Sheet kết hợp MX Component, các giá trị tọa độ được ghi trực tiếp vào các thanh ghi dữ liệu (Data Register D) tương ứng trong bộ nhớ PLC Q04UDEHCPU qua mạng cáp Ethernet nội bộ mà không cần can thiệp nhập liệu thủ công.
3. Khâu nhận dạng phôi mạch: Bo mạch được nạp vào vùng làm việc. Thiết bị quét mã vạch Cognex DM70L kích hoạt thu nhận hình ảnh mã định danh trên mạch, giải mã và gửi chuỗi ký tự về hệ thống để xác định đối tượng cần xử lý (ví dụ: Bo mạch 1 hoặc Bo mạch 2).
4. Khâu thực thi chuyển động: PLC kích hoạt module định vị QD75MH4 tính toán quỹ đạo, gửi chuỗi lệnh điều khiển vị trí đến driver MR-J4. Các động cơ HG-KR23 và HF-KP43 điều khiển cánh tay SCARA di chuyển tới vị trí khay cấp phôi, hạ đầu hút gắp linh kiện, nâng lên theo độ cao an toàn, di chuyển nội suy đến vị trí tọa độ đã nhận từ CAD và hạ đặt chính xác lên bề mặt mạch in.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày bối cảnh công nghiệp hóa, nhu cầu thay thế dây chuyền gắn chip thủ công bằng máy tự động và xu hướng sử dụng robot SCARA trong lắp ráp vi mạch. Tác giả khảo sát các công trình quốc tế về tối ưu hóa cơ cấu song song SCARA, ứng dụng học tăng cường (DRL, RL) trong bám quỹ đạo và các dây chuyền lắp ráp của Foxconn, Nestlé, Unilever. Tại Việt Nam, chương này dẫn chứng các nghiên cứu robot SCARA tích hợp thị giác máy tính tại Đại học Bách Khoa TP.HCM và các đề tài ứng dụng phun keo, taro lỗ tự động tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM; từ đó xác lập mục tiêu, giới hạn và phương pháp triển khai của đề tài.

Chương 2: Cơ sở lí thuyết

Chương này tổng hợp các kiến thức nền tảng về thiết bị và toán học robot. Nội dung chia làm các phần chính: phân loại các hệ thống gắn xếp linh kiện (máy Cartesian 3 trục, dây chuyền SMT, FMS); so sánh 6 loại robot công nghiệp (robot tọa độ cực, robot khớp nối, SCARA, robot song song Delta, Cobot); giới thiệu kiến trúc phần cứng, ưu nhược điểm của PLC dòng Q Mitsubishi và HMI GOT2000; nguyên lý hoạt động của mạng CC-Link và động cơ AC Servo vòng kín kèm cảm biến encoder tuyệt đối/tương đối. Trọng tâm học thuật của chương nằm ở phần thiết lập hệ trục tọa độ, bảng tham số D-H, dẫn xuất công thức động học thuận, động học nghịch, không gian làm việc và thuật toán quy hoạch quỹ đạo bậc 3, bậc 5 được kiểm chứng qua MATLAB cho robot SCARA.

Chương 3: Tính toán, thiết kế và thi công mô hình

Nội dung chương 3 đi sâu vào tính toán lựa chọn thiết bị công nghiệp: tính chọn MCCB NV30-FA, CB CP30-BA, CB CP32FS, nguồn tổ ong 24V, bộ lọc nhiễu ZCW2210-01 và ZAC2205-00U, các model động cơ servo (HG-KR23, HF-KP43), driver điều khiển (MR-J4-20B, MR-J4W3-222B), CPU Q04UDEHCPU, module QD75MH4, QY42P, nguồn Q61P và đầu đọc mã Cognex DM70L. Quá trình triển khai thi công được trình bày chi tiết từ khâu dựng hình 3D trên SolidWorks, đấu nối bảng điện, lắp ráp khung nhôm đế, lắp ráp động cơ các trục 1, 2, 3, 4, cơ cấu đầu hút linh kiện, hoàn thành công đoạn đo nguội kiểm tra an toàn điện đến việc định vị HMI GT2000 và đầu đọc barcode trên khung máy.

Chương 4: Giải thuật và chương trình điều khiển

Chương 4 tập trung giải quyết bài toán điều khiển logic và điều khiển chuyển động. Tác giả trình bày lưu đồ giải thuật cho chế độ vận hành tự động (Auto Mode); lưu đồ trích xuất dữ liệu tọa độ từ AutoCAD sang file Excel bằng AutoLISP và giải thuật nạp dữ liệu từ Excel vào các thanh ghi PLC bằng phần mềm MX Sheet/MX Component. Tiếp đó, tài liệu hướng dẫn quy trình tạo dự án, thiết lập tham số cho module QD75MH4 (Positioning Axis 1 đến 4, thông số parameter 1 và 2) trên phần mềm GX Works2; đồng thời trình bày các bước tạo dự án, cấu hình kênh truyền thông Ethernet và ánh xạ biến bộ nhớ trong phần mềm thiết kế giao diện GT Designer3.

Chương 5: Kết quả đạt được

Chương 5 giới thiệu mô hình phần cứng sau khi hoàn thiện cơ khí và tủ điện điều khiển. Hệ thống giao diện điều khiển trên HMI GOT2000 được hoàn thiện với các màn hình chức năng: Màn hình đăng nhập bảo mật, Màn hình chế độ bằng tay (Manual), Màn hình chạy điểm, Màn hình động học robot, Màn hình điều khiển van khí nén, Màn hình xác định điểm gốc (Set home/OPR) và Màn hình giám sát chế độ tự động. Chương này công bố kết quả thực nghiệm hoàn thiện việc gắn xếp các linh kiện (IC, biến trở, led 7 đoạn, domino) trên 2 loại bo mạch mẫu, hiển thị trạng thái hệ thống sau khi đọc mã vạch và đánh giá qua Bảng 5.1 về thực nghiệm hiệu suất lắp ráp linh kiện.

Chương 6: Kết luận – Hướng phát triển

Chương cuối cùng đúc kết toàn bộ khối lượng công việc đã hoàn thành so với mục tiêu đề ra; phân tích các ưu điểm về mức độ ổn định của thuật toán điều khiển, sự kết nối nhịp nhàng giữa bản vẽ CAD và phần cứng điều khiển thực tế. Đồng thời, tác giả chỉ ra các mặt hạn chế của mô hình và đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm phát triển, nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả kỹ thuật, đề tài đã thiết kế, chế tạo và vận hành thành công một mô hình thực nghiệm cánh tay robot SCARA 4 bậc tự do kết hợp tủ điện điều khiển công nghiệp hoàn chỉnh:

• Tích hợp phần cứng và điều khiển chuyển động: Làm chủ quy trình cấu hình, tham số hóa module điều khiển vị trí QD75MH4 và mạng servo điều khiển các động cơ HG-KR23, HF-KP43 qua các bộ điều khiển MR-J4. Hệ thống thực hiện chuẩn xác thao tác về gốc (OPR) và điều khiển vị trí 4 trục mượt mà.
• Giao tiếp phần mềm và tự động hóa dữ liệu: Xây dựng thành công chuỗi truyền nhận dữ liệu tự động giữa bản vẽ CAD và bộ điều khiển công nghiệp. Bằng chương trình AutoLISP, tọa độ linh kiện từ AutoCAD được xuất ra tệp trung gian và nạp trực tiếp vào thanh ghi PLC qua phần mềm MX Sheet, loại bỏ hoàn toàn các sai sót tiềm ẩn do người vận hành nhập tọa độ bằng tay.
• Hệ thống điều khiển - giám sát toàn diện: Xây dựng trọn vẹn bộ giao diện HMI GT2000 đa chức năng (đăng nhập, chế độ manual, chạy từng điểm, thiết lập OPR, điều khiển van khí nén và chạy tự động hoàn toàn).
• Kết quả thực nghiệm lắp ráp: Mô hình đã hoàn thành chu trình phân loại và gắn xếp linh kiện chính xác cho 2 dạng bo mạch mẫu. Quá trình kiểm nghiệm hiệu suất lắp ráp (ghi nhận tại Bảng 5.1 trong văn bản) cho thấy cánh tay robot thực hiện các thao tác gắp, xoay hướng và cắm các linh kiện IC, led 7 đoạn, biến trở, cọc domino với tỷ lệ thành công cao, quỹ đạo di chuyển trơn tru và tuân thủ đúng tọa độ đặt phôi.

Về mặt đóng góp kỹ thuật so với các đề tài trước đó: Đề tài đã liên kết thành công ba mắt xích riêng lẻ trong sản xuất: thiết kế mẫu trên máy tính (CAD) – số hóa cơ sở dữ liệu (Excel/MX Sheet) – chấp hành phần cứng công nghiệp (PLC/Servo/Barcode Reader). Mô hình không chỉ đóng vai trò là một dự án nghiên cứu tốt nghiệp mà còn có thể ứng dụng trực tiếp làm học cụ phục vụ đào tạo thực hành các môn học Điều khiển vị trí, Robot công nghiệp và Mạng truyền thông công nghiệp tại nhà trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung đánh giá thực nghiệm và phần giới hạn đề tài được nêu trong văn bản, đồ án còn tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

• Độ ổn định cơ khí: Do điều kiện gia công và kinh phí chế tạo có giới hạn, một số chi tiết cơ khí và khung đế nhôm định hình của robot còn xuất hiện độ rơ nhất định, dẫn đến hiện tượng rung lắc nhẹ khi robot chuyển động với gia tốc lớn hoặc dừng đột ngột ở tầm với tối đa.
• Phương thức giao tiếp của đầu đọc mã vạch: Đầu đọc Cognex DataMan DM70L kết nối với hệ thống qua chuẩn giao tiếp cáp USB Type-A. Do đó, việc kích hoạt đọc mã phụ thuộc hoàn toàn vào tính năng tự kích hoạt nhận dạng vật thể của thiết bị (Auto-trigger), chưa thể thực hiện điều khiển kích hoạt trực tiếp bằng cờ lệnh hay bit nội bộ phát ra từ chương trình PLC.
• Quy mô thử nghiệm: Đề tài mới dừng lại ở việc gắp thả linh kiện trên các vị trí bo mạch cố định trong không gian tĩnh của phòng thí nghiệm, chưa tích hợp băng chuyền cấp phôi liên tục (Conveyor Tracking) cũng như các cảm biến kiểm tra lực ép chân linh kiện.

Các hướng phát triển tiếp theo được tác giả đề xuất bao gồm:

• Cải tiến kết cấu cơ khí, gia công các khớp quay và hệ khung bệ bằng vật liệu có độ cứng vững cao hơn để giảm thiểu triệt để rung lắc động học, nâng cao độ chính xác lặp lại.
• Chuyển đổi phương thức truyền thông của thiết bị đọc mã vạch Cognex sang cổng công nghiệp chuyên dụng (RS-232 hoặc Ethernet công nghiệp) để PLC dòng Q có thể chủ động kích hoạt và xử lý lỗi truyền thông.
• Tích hợp thêm hệ thống thị giác máy tính công nghiệp (Machine Vision) đặt tại đầu tác động để nhận diện sai lệch góc xoay của chân linh kiện trước khi cắm và kiểm tra chất lượng mối hàn/lắp ráp sau khi hoàn thành.

Giá trị tham khảo

Đồ án là nguồn tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng kỹ thuật cao đối với:

• Sinh viên và học viên cao học các ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Robot và Hệ thống thông minh đang thực hiện các đồ án chuyên ngành hoặc khóa luận tốt nghiệp liên quan đến điều khiển robot công nghiệp và cơ cấu SCARA.
• Các kỹ sư tự động hóa cần tài liệu hướng dẫn thực tế về phương pháp cấu hình phần cứng điều khiển vị trí đa trục của Mitsubishi Electric, cụ thể là dòng PLC Q04UDEHCPU phối hợp cùng module QD75MH4 và servo driver MR-J4.
• Phần nội dung về việc viết mã AutoLISP trích xuất tọa độ điểm từ bản vẽ AutoCAD và ứng dụng công cụ MX Sheet/MX Component để đổ dữ liệu vào PLC là giải pháp thực hành hữu ích cho các đề tài xây dựng dây chuyền chế tạo tự động theo dữ liệu thiết kế CAD/CAM.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống điều khiển vị trí trong đồ án sử dụng cấu hình phần cứng trung tâm nào của Mitsubishi?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC Mitsubishi mã Q04UDEHCPU gắn trên đế base Q35DB cùng bộ nguồn Q61P, kết hợp với module điều khiển vị trí chuyên dụng 4 trục QD75MH4 để phát lệnh đến các bộ biến đổi servo MR-J4-20B và MR-J4W3-222B điều khiển các động cơ servo HG-KR23 và HF-KP43.

2. Dữ liệu tọa độ gắn linh kiện từ bản vẽ AutoCAD được chuyển vào bộ nhớ của PLC bằng phương thức nào?
Tác giả đã lập trình một tập lệnh AutoLISP nạp vào AutoCAD 2022 để tự động trích xuất danh sách tọa độ $(X, Y)$ và góc xoay của các chân linh kiện ra file dạng .csv. Sau đó, dữ liệu được mở trên Microsoft Excel và truyền trực tiếp vào các thanh ghi dữ liệu của PLC Mitsubishi thông qua phần mềm cầu nối trung gian MX Sheet và MX Component qua kết nối Ethernet.

3. Mô hình toán học của cánh tay robot SCARA được nhóm tác giả kiểm chứng bằng công cụ nào?
Tác giả đã thiết lập bảng thông số Denavit – Hartenberg (D-H), giải hệ phương trình động học thuận và động học nghịch, sau đó lập trình mô phỏng kiểm chứng chuyển động và khảo sát không gian làm việc (Workspace) trên phần mềm MATLAB dựa theo thông số hình học của cánh tay robot SCARA Epson LS3-401B.

4. Thiết bị đọc mã vạch Cognex DM70L đóng vai trò gì và gặp hạn chế nào trong đề tài?
Thiết bị đọc mã vạch Cognex DM70L được sử dụng để quét mã 1D/2D dán trên bo mạch, từ đó giúp hệ thống nhận diện loại bo mạch cần gia công (Bo mạch 1 hoặc Bo mạch 2) nhằm gọi bảng tọa độ linh kiện tương ứng. Hạn chế của thiết bị trong đề tài là sử dụng kết nối qua cổng USB Type-A, buộc phải vận hành ở chế độ tự kích hoạt quét hình ảnh của đầu đọc chứ chưa thể nhận tín hiệu kích hoạt điều khiển (trigger) trực tiếp từ biến cờ của PLC.

5. Những loại linh kiện điện tử nào đã được tiến hành thử nghiệm gắn xếp thực tế trên mô hình?
Mô hình đã hoàn thiện thử nghiệm quy trình gắp và xếp đặt các linh kiện điện tử thông dụng bao gồm vi mạch tích hợp (IC), biến trở, đèn LED 7 đoạn (dạng Anode) và khối cọc đấu nối dây điện domino lên hai mẫu bo mạch thử nghiệm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng điều khiển robot SCARA gắn xếp linh kiện" đã thiết kế, chế tạo và tích hợp hoàn chỉnh một mô hình cơ điện tử ứng dụng trong dây chuyền sản xuất bo mạch điện tử. Bằng việc kết hợp thành công giữa lý thuyết động học robot với các thiết bị tự động hóa công nghiệp thực tế như PLC Mitsubishi dòng Q, module điều khiển vị trí QD75MH4, động cơ servo MR-J4 và đầu đọc barcode Cognex, hệ thống đã vận hành trơn tru quy trình gắp thả linh kiện theo dữ liệu tọa độ bóc tách từ AutoCAD. Dù còn một số điểm cần hoàn thiện về độ cứng vững cơ khí và chuẩn truyền thông của thiết bị quét mã, công trình đã giải quyết tốt bài toán điều khiển vị trí đa trục và cung cấp một mô hình thực nghiệm có giá trị học thuật cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử là một quy trình tự động hóa hiện đại, được thiết kế để thực hiện những công việc cụ thể như khoan, hàn và lắp ráp các thành phần điện tử, chi tiết nhỏ hoặc mô-đun để tạo nên sản phẩm hoàn chỉnh. Hệ thống này hoạt động theo quy trình khép kín, trong đó mỗi bước được giao cho một nhiệm vụ riêng biệt, hỗ trợ và bổ sung cho nhau nhằm đạt được chất lượng sản phẩm tối ưu. Hiện nay, các linh kiện nhỏ được sử dụng trong các nhà máy yêu cầu khả năng lắp ráp với độ chính xác cao và nhanh chóng, giúp nâng cao hiệu suất và năng suất sản xuất, đồng thời tối ưu hóa chi phí và vận hành.[1] Tuy nhiên, các nhà máy truyền thống thường phải dựa vào sức lao động của con người, điều này không chỉ làm tăng chi phí sản xuất mà còn ảnh hưởng đến độ chính xác và năng suất. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển máy lắp ráp linh kiện tự động, đặc biệt là máy lắp ráp linh kiện điện tử tự động, để thay thế hoặc bổ sung cho các nhà máy truyền thống là rất quan trọng trong ngành công nghiệp.

Đặc biệt, với sự phát triển không ngừng của công nghệ và tự động hóa trong sản xuất, việc áp dụng các giải pháp tự động hóa trong gia công cơ khí cũng như lắp ráp trở thành xu hướng tất yếu trong hiện tại và tương lai. Robot SCARA, hay còn gọi là “Cánh tay Robot Lắp Ráp Tùy Chọn”, nhờ khả năng di chuyển chính xác và ổn định, đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Robot SCARA có cánh tay nằm ngang di chuyển theo hai chiều, cho phép tiếp cận và thao tác các đối tượng trong không gian làm việc xác định. Loại robot này thường đảm nhận các nhiệm vụ như nhặt, đặt, phân loại và lắp ráp, nơi cần tốc độ cao và khả năng kiểm soát vị trí, tốc độ một cách chính xác để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác và tính liên tục trong quy trình sản xuất.

Với khả năng cung cấp mô-men xoắn lớn và điều chỉnh vị trí nhanh chóng, robot SCARA mang lại hiệu quả cao trong quá trình lắp ráp, nâng cao chất lượng và hiệu suất sản xuất. 1 BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.1: Hệ thống robot SCARA trong sản xuất Trong hoàn cảnh hiện tại, việc nghiên cứu và áp dụng robot SCARA vào hệ thống lắp ráp linh kiện điện tử trong ngành công nghiệp đang trở thành một hướng đi đầy tiềm năng. Công nghệ này không chỉ giúp cải thiện quy trình gắn xếp sản phẩm, giảm thiểu sai sót và nâng cao độ chính xác cho các linh kiện trên bề mặt mạch điện tử, mà còn tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, mở ra nhiều cơ hội phát triển cho các lĩnh vực liên quan. Để có cái nhìn cụ thể và thực tiễn hơn về thiết kế cũng như điều khiển quy trình lắp ráp tự động, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “Ứng dụng điều khiển robot SCARA trong việc gắn xếp linh kiện điện tử.

Tình hình nghiên cứu robot SCARA trên thế giới Hiện nay, sự phát triển toàn cầu đang diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt nổi bật trong các lĩnh vực công nghiệp như tự động hóa sản xuất, điện tử, y tế và bao bì. Đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc chế tạo và áp dụng robot SCARA, với các công trình này được khởi xướng từ nhiều năm trước và vẫn tiếp tục được thực hiện đều đặn cho đến nay. 2 BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2: Nghiên cứu robot SCARA sử dụng trong lĩnh vực sản xuất Hình 1.3: Nghiên cứu ứng dụng điều khiển nhiều robot SCARA trong sản xuất Một số xu hướng và cải tiến đang được áp dụng trong lĩnh vực này bao gồm: • Lắp ráp linh kiện điện tử: Robot SCARA đảm nhận các công việc như gắn các bộ phận (như IC, tụ điện, điện trở, cổng kết nối) lên bảng mạch nhờ vào khả năng định vị cực kỳ chính xác với độ lệch tối thiểu (±0. Ví dụ điển hình: Tập đoàn Foxconn, đơn vị sản xuất cho Apple, đã sử dụng robot SCARA trong quá trình lắp ráp cụm camera và cảm biến trên iPhone.

• Hàn điểm và đặt keo một cách chính xác: Robot này có thể kết hợp với đầu hàn hoặc đầu phun keo để tự động thực hiện các thao tác, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lỗi do con người gây ra. 3 BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • Tự động hóa hệ thống Pick & Place: Robot SCARA được áp dụng để lấy và sắp xếp các bộ phận sản phẩm từ dây chuyền này sang dây chuyền khác với tốc độ rất cao, đồng thời phạm vi hoạt động của robot linh hoạt hơn, giúp tối ưu hóa vùng làm việc so với việc thiết kế một hệ thống máy trục nội suy ba trục XYZ. • Đóng gói và dán nhãn: Trong các ngành thực phẩm, mỹ phẩm và hàng tiêu dùng, robot SCARA hỗ trợ việc đóng hộp sản phẩm, dán nhãn và niêm phong bao bì với lực lượng chính xác và tốc độ ổn định. • Kiểm tra chất lượng sản phẩm (Quality Control): Robot SCARA được tích hợp với hệ thống camera nhận diện hình ảnh để phát hiện lỗi trên bề mặt, kiểm tra kích thước hoặc vị trí không đúng, từ đó loại bỏ các sản phẩm lỗi.

Có thể đề cập đến các ví dụ thực tế như các công ty Nestlé và Unilever đã triển khai robot SCARA trong dây chuyền đóng gói, từ việc sắp xếp sản phẩm vào hộp đến kiểm tra trọng lượng và đóng thùng tự động. Dưới đây là một số nghiên cứu học thuật cụ thể về robot SCARA trên thế giới: ▪ "Kinematics, dynamics and multi-objective optimization based on a novel parallel manipulator achieving SCARA motion" Bài nghiên cứu này trình bày thiết kế một cơ cấu song song mới thực hiện chuyển động kiểu SCARA. Tác giả xây dựng mô hình động học và động lực học, sau đó xác minh tính hợp lệ bằng phần mềm mô phỏng ADAMS. Nghiên cứu hướng đến các ứng dụng trong ngành dệt may và điện tử.

[2] ▪ "A novel tool to optimize the performance of SCARA robots used in pick-and-place operations" Nghiên cứu này giới thiệu một công cụ mới để tối ưu hóa hiệu suất của robot SCARA trong các hoạt động pick-and-place. Công cụ này cung cấp hình ảnh về không gian làm việc, giúp xác định tỷ lệ chiều dài liên kết tối ưu để thực hiện nhiệm vụ với chuyển động góc tối thiểu. [3] ▪ "Deep Reinforcement Learning for Robotic Control with Multi-Fidelity Simulations" Bài nghiên cứu này khám phá việc sử dụng học tăng cường sâu (DRL) 4 BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP để phát triển bộ điều khiển cho robot. DRL giúp robot học các mối quan hệ động học phức tạp và cải thiện hiệu suất điều khiển.

▪ "Trajectory tracking of a SCARA robot using intelligent active force control with reinforcement learning" Nghiên cứu này đề xuất ba bộ điều khiển dựa trên Active Force Control (AFC) cho việc theo dõi quỹ đạo của robot SCARA, kết hợp với các kỹ thuật học máy như học tăng cường (RL), học tăng cường thích nghi (ANFIS) và học tăng cường trực tuyến (IL). Các bộ điều khiển này được thử nghiệm qua hai nghiên cứu trường hợp và so sánh với các bộ điều khiển trước đó để xác minh hiệu quả. Tình hình nghiên cứu robot SCARA tại Việt Nam Robot SCARA đóng vai trò thiết yếu trong lĩnh vực công nghiệp nhờ khả năng thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác, nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời loại robot này đã được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam, đặc biệt là trong các nhà máy lớn, nơi chúng được sử dụng để hỗ trợ các quy trình lắp ráp và đóng gói sản phẩm, giúp tối ưu hóa năng suất và giảm thiểu lỗi do yếu tố con người. Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam, tình hình nghiên cứu liên quan đến robot SCARA vẫn còn hạn chế, với số lượng tài liệu nghiên cứu được đăng ký chính thức chưa thực sự phong phú, điều này có thể xuất phát từ các yếu tố như sự tập trung chủ yếu vào ứng dụng thực tế hơn là các công trình khoa học sâu, hoặc do hạn chế về nguồn lực và sự hợp tác giữa các cơ sở giáo dục, nghiên cứu với doanh nghiệp.

Dưới đây là một số ví dụ về các nghiên cứu và ứng dụng thực tế của robot SCARA tại Việt Nam, giúp minh họa cho sự phát triển ban đầu trong lĩnh vực này: Một nghiên cứu nổi bật mang tên "Phát triển cánh tay robot SCARA cho ứng dụng xếp hàng dựa trên thị giác máy tính" đã được thực hiện vào năm 2023 tại Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, nơi các nhà nghiên cứu đã thiết kế và xây dựng một hệ thống robot SCARA tích hợp công nghệ thị giác máy tính để tự động hóa quá trình xếp hàng các vật phẩm, từ đó nâng cao độ chính xác và tốc độ thực hiện, đồng thời hệ thống này áp dụng 5 BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP các phương pháp tiên tiến để xác định tọa độ 3D của các vật thể dựa trên hình ảnh chụp được, giúp làm cho quy trình hiệu chuẩn camera trở nên đơn giản hơn, tiết kiệm thời gian và giảm thiểu các sai số tiềm ẩn trong quá trình vận hành. Bên cạnh đó, tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, cũng đã có nhiều đề tài luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và điều khiển robot SCARA trong các ứng dụng thực tiễn, chẳng hạn như đề tài "Xây dựng và điều khiển hệ thống phun keo" do anh Lê Minh Trí thực hiện, trong đó hệ thống robot SCARA được kết hợp với công nghệ thị giác máy tính để phun keo chính xác lên bề mặt các vật liệu theo các khuôn mẫu đã được lập trình sẵn từ trước, từ đó đảm bảo tính đồng đều và chất lượng cao trong sản xuất, hoặc như đề tài "Điều khiển robot SCARA để taro lỗ tự động" của nhóm nghiên cứu do anh Phạm Hoàng Long và anh Lê Thanh Hà dẫn dắt, đã sử dụng kỹ thuật điều khiển lực (Torque) để thực hiện việc khoan lỗ ren một cách tự động và chính xác theo vị trí đã định sẵn, giúp cải thiện độ an toàn và hiệu quả trong các quy trình chế tạo cơ khí.