Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển - lập trình điều khiển cho robot song song

Bài viết Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển - lập trình điều khiển cho robot song song tập trung cung cấp phương pháp xây dựng bộ điều khiển và lập trình bám quĩ đạo cho mô hình robot song song Delta được phục hồi từ máy in 3D đã hư hỏng.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT SONG SONG Triệu Thị Minh Thu Trường Đại học Thủy lợi, email: thutrieu@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Trong cơng nghiệp tự động hóa ngày nay, robot đóng vai trị quan trọng tự động hóa dây chuyền sản xuất Đặc biệt, robot song song với nhiều ưu điểm như: độ cứng vững cao, khả chịu tải lớn, độ xác suất làm việc cao mà giá thành lại rẻ nên ngày thu hút nhiều nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng rộng rãi loại robot nhiều lĩnh vực [1] Chính vậy, việc thiết kế chế tạo mơ hình robot song song để ứng dụng vào đào tạo trường đại học cần thiết, việc giúp cho sinh viên làm quen với robot trình học đại học Những kiến thức hữu ích với kỹ sư điều khiển robot sau Trong báo này, tác giả tập trung cung cấp phương pháp xây dựng điều khiển lập trình bám quĩ đạo cho mơ hình robot song song Delta phục hồi từ máy in 3D hư hỏng Robot song song Delta (Hình 1) có khả vẽ quỹ đạo hình học đơn giản bàn máy O nhờ động bước dẫn động qua truyền đai gắn trục A, B, C Mạch điều khiển Arduino Mega 2560 sử dụng làm bo mạch trung tâm nhận lệnh điều khiển từ máy tính định hướng cho robot hoạt động Trình điều khiển động bước (driver) DRV8825 sử dụng để cấp nguồn cho động trục A, B C robot xử lý tín hiệu điều khiển động Để tăng độ xác hiệu điều khiển, tác giả sử dụng thêm trình chuyển đổi Gcode Hình Mơ hình robot song song Delta THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển Robot song song Delta điều khiển hoạt động theo quỹ đạo định sẵn, thao tác vẽ hình phẳng đơn giản hình trịn, hình tam giác, hình chữ nhật, đơn giản di chuyển đầu cơng tác có gắn bút viết từ vị trí sang vị trí khác nhờ dẫn động động bước với đầu vào lệnh điều khiển máy tính Máy tính kết nối với bo mạch điều khiển Arduino Mega 2560 Bo mạch Ramps 1.5 kết nối với Arduino Mega 2560 dùng để điều khiển động robot thông qua môđun điều khiển động bước DRV8825 Để di chuyển bàn máy gắn bút vẽ điểm gốc, ta sử dụng 03 cơng tắc hành trình (tiếp điểm) gắn 03 trục máy robot Từ xác định điểm xuất phát robot vẽ hình phẳng nhờ so sánh với vị trí điểm gốc bàn máy Để nâng cao hiệu việc điều khiển robot hoạt động theo quĩ đạo, tác giả sử dụng phần mềm Arduino IDE phần mềm SourceRabit GCode Sender chuyển đổi Gcode 27 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 2.2.3 Driver điều khiển động DRV8825 - Điện áp cung cấp: 8.2 - 45VDC - Dịng trung bình (RMS): 1.5A - Dịng đỉnh (Peak): 2.5A - Độ phân giải bước khác nhau: full, half step, 1/4 step, 1/8 step, 1/16 step, 1/32 step - Điện áp điều khiển: 3.3V 5V Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 2.2 Các module sử dụng hệ thống điều khiển 2.2.1 Động bước sử dụng - Động NEMA 23 - 57HS5630A4; - Độ phân giải bước: 1.8°; - Điện áp cấp tối đa: 24 VDC; - Dòng sử dụng tối đa: 3A; - Momen xoắn: 1.1 Nm; - Số dây: dây; - Trọng lượng: 0.68 kg; - Chiều dài: 56 mm 2.2.2 Mạch điều khiển trung tâm bo mạch kết nối Arduino MEGA 2560 mã nguồn mở với vi điều khiển Atmega-2560 Nó chứa 54 chân vào/ra, xung thạch anh 16 MHz, hỗ trợ ICSP lập trình vi điều khiển USB với PC Vì vậy, tác giả sử dụng bo mạch cho việc kiểm soát chuyển động trục Robot thông qua động bước Arduino dễ dàng điều khiển động bước thông qua driver nhờ có bo mạch kết nối Ramps 1.5 [2] Hình Động bước Nema 23 Driver DRV8825 2.3 Phần mềm giao diện điều khiển Bài báo tác giả cung cấp hai giải pháp để điều khiển Robot vẽ chữ: - Arduino IDE Serial monitor; - SourceRabit GCode Sender 2.3.1 Arduino IDE Serial monitor Để Robot giao tiếp với máy tính, cần phải thiết lập tốc độ kết nối qua cổng usb hàm Serial.begin() Sau dùng hàm Serial.print() để hiển thị nội dung hình Serial Monitor Sau kết nối bo mạch điều khiển với máy tính thơng qua cổng nối USB Khởi động IDE để viết nạp code cho vi điều khiển, sau mở Serial Monitor để thao tác lệnh điều khiển cho Robot Hình Arduino IDE Serial monitor Hình Bo mạch Arduino Ramps 28 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Hình trình bày sản phẩm robot Delta cải tiến từ khung máy in 3D hình vẽ robot thực Người sử dụng điều khiển robot vẽ hình định sẵn thơng qua lựa chọn hình giao diện hình Serial Monitor dễ dàng thêm dạng quỹ đạo thông qua giao diện SourceRabit GCode Sender KẾT LUẬN Hình Lưu đồ thuật tốn vi điều khiển bo mạch Arduino 2.3.2 SourceRabit GCode Sender Giao diện điều khiển phần mềm có chức kết nối cổng COM Trong q trình điều khiển, tín hiệu điều khiển ln gửi từ máy tính đến vi điều khiển Đầu tiên, người sử dụng phải lựa chọn cổng kết nối, khai báo tốc độ đường truyền, khai báo thông số cần thiết cho việc truyền nhận liệu nối tiếp Sau người sử dụng vào lựa chọn chế độ điều khiển giao diện: điều khiển trực tiếp mũi tên giao điện, nhập trực tiếp mã GCode cửa sổ lệnh tải tệp định dạng văn để chạy chương trình điều khiển hoạt động robot KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Bài báo đưa giải pháp thiết kế, chế tạo mơ hình robot song song với nhiệm vụ vẽ chữ từ máy in 3D cũ bị hư hỏng Giải pháp giúp tiết kiệm nhiều chi phí cho việc chế tạo mơ hình robot ứng dụng đào tạo nghiên cứu khoa học cho sinh viên Từ việc thiết lập phận khí chấp hành robot, tác giả xây dựng điều khiển cho robot với bo mạch trung tâm Arduino bo mạch kết nối Ramps 1.5 để điều khiển động bước, thông qua driver DRV8825 Dựa phần cứng thiết kế, báo cung cấp hai giải pháp điều khiển Một là, sử dụng Arduino IDE Serial Monitor, chương trình điều khiển robot viết giao diện phần mềm IDE điều khiển bảng Serial Monitor Hai là, sử dụng SourceRabit GCode Sender với giao diện điều khiển dạng cửa sổ nhập mã lệnh Gcode, giúp người dùng dễ dàng điều khiển robot theo toán định sẵn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Mạnh Tiến (2006): Điều khiển Robot công nghiệp Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [2] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016): Lập trình điều khiển với Arduino Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [3] Tạ Duy Liêm, Bùi Tuấn Anh, Phan Văn, Lê Đức Bảo (2016): Cơ sở máy CNC Nhà xuất Bách Khoa Hình Robot Delta kết vẽ số hình đơn giản 29 ... thường niên năm 2021 ISBN: 97 8-6 0 4-8 2-5 95 7-0 2.2.3 Driver điều khiển động DRV8825 - Điện áp cung cấp: 8.2 - 45VDC - Dòng trung bình (RMS): 1.5A - Dịng đỉnh (Peak): 2.5A - Độ phân giải bước khác nhau:... step - Điện áp điều khiển: 3.3V 5V Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 2.2 Các module sử dụng hệ thống điều khiển 2.2.1 Động bước sử dụng - Động NEMA 23 - 57HS5630A4; - Độ phân giải bước: 1.8°; -. .. Sender KẾT LUẬN Hình Lưu đồ thuật toán vi điều khiển bo mạch Arduino 2.3.2 SourceRabit GCode Sender Giao diện điều khiển phần mềm có chức kết nối cổng COM Trong trình điều khiển, tín hiệu điều khiển