Điều khiển robot vẽ chữ XY plotter bằng Arduino

Bài viết Điều khiển robot vẽ chữ XY plotter bằng Arduino tập trung trình bày phương pháp thiết kế, chế tạo bộ điều khiển cho Robot XY Plotter. Robot có khả năng vẽ tranh, vẽ chữ và ký tên trên giấy A4. Robot được điều khiển bằng máy tính, sử dụng phần mềm Universal G-Code Sender và Inkscape. Robot được kết nối với máy tính thông qua cổng USB, với bo mạch điều khiển chính là Arduino.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 ĐIỀU KHIỂN ROBOT VẼ CHỮ XY PLOTTER BẰNG ARDUINO Triệu Thị Minh Thu Trường Đại học Thủy lợi, email: thutrieu@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Thế giới ngày phát triển đời sống tinh thần ngày nâng cao Trong sống có khiếu thời gian để vẽ tranh đẹp, viết tay mà đẹp máy Vì XY Plotter đời, Robot vẽ chữ cho phép sử dụng máy tính để tạo tranh đẹp, nét chữ giống y thật mà không cần am hiểu hội họa hay luyện viết chữ đẹp Robot chế tạo công nghệ in 3D, hai động bước đai đơn để điều khiển bàn máy di chuyển theo trục X trục Y, động servo có vai trị điều khiển cấu nâng hạ bút viết Bài báo tác giả tập trung trình bày phương pháp thiết kế, chế tạo điều khiển cho Robot XY Plotter Robot có khả vẽ tranh, vẽ chữ ký tên giấy A4 Robot điều khiển máy tính, sử dụng phần mềm Universal G-Code Sender Inkscape Robot kết nối với máy tính thơng qua cổng USB, với bo mạch điều khiển Arduino 2.1 Nguyên lý hoạt động Robot XY Plotter hệ thống nhúng dựa nguyên tắc điều khiển số máy tính Về XY Plotter bao gồm động bước động servo, điều khiển trục X Y đầu công tác thiết kế đặc biệt để nâng bút lên hạ thấp bút xuống nhờ trợ giúp lò xo Robot vẽ tranh, vẽ chữ giấy theo hệ tọa độ bút với đầu vào lệnh điều khiển từ máy tính Bo mạch điều khiển Arduino Uno R3 với vi điều khiển Atemega328p Vi điều khiển điều khiển động Robot hoạt động thông qua trình điều khiển (driver) A4988 nhờ bo mạch kết nối CNC Shield V3 Để nâng cao hiệu việc điều khiển robot vẽ hình ảnh vectơ hệ tọa độ, tác giả sử dụng phần mềm như: phần mềm Arduino IDE, Universal G-Code Sender Inkscape Hình Mơ hình Robot XY Plotter Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 30 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 - Điện áp hoạt động: 4.8 - 6VDC; - Kích thước: 22.5mm  12mm  35.5mm; - Trọng lượng: 13.4g; - Lực kéo: 1.8 kgf.cm (4.8V) 2.2 kgf.cm (6V) 2.2 Các module sử dụng hệ thống điều khiển 2.2.1 Bo mạch trung tâm bo mạch kết nối Bo mạch Arduino Uno R3 bo mạch điện tử với vi điều khiển Atmega328p Nó có 14 chân kỹ thuật số vào/ra, đầu vào tương tự, thạch anh 16 MHz, kết nối USB, jack cắm điện, đầu vào ICSP (In - Circuit Serial Programming) dùng để thiết lập bootloader cho chip Atemega328p, nút reset Để dễ dàng việc kết nối driver điều khiển động với Arduino, tác giả sử dụng thêm bo mạch CNC Shield V3 Hình Động bước Nema 17 servo Mg90s 2.2.4 Mạch công suất điều khiển động Sử dụng driver A4988 để điều khiển động bước Tuy kích thước nhỏ gọn module điều khiển động bước cỡ lớn với điện áp điều khiển cho động (VMOT) 8V-35V DC Kết hợp với linh hoạt việc điều khiển động bước với 05 ch : bc , ẵ bc, ẳ bc, 1/8 bước, 1/16 bước Hình Bo mạch Arduino Uno R3 Hình Bo mạch CNC Shield V3 2.2.2 Động bước sử dụng - Động bước NEMA 17; - Độ phân giải bước: 1.8°; - Điện áp cấp tối đa: 24VDC; - Dòng sử dụng tối đa: 1.7A; - Momen xoắn: 0.8 Nm; - Số dây: dây; - Trọng lượng: 0.35 kg; - Chiều dài: 42 mm Hình Module driver điều khiển động A4988 2.2.3 Động servo sử dụng Tác giả sử dụng động servo MG90s kết nối trực tiếp với CNC shield V3 để điều khiển đầu công tác nâng hạ bút viết Bộ điều khiển GRBL để cung cấp phản hồi vị trí tốc độ cho servo trường hợp phức tạp nhất, cần vị trí ước tính 31 Hình Sơ đồ kết nối hệ thống điều khiển Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 2.3 Phần mềm điều khiển KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.3.1 Arduino IDE Arduino IDE nguồn mở cộng đồng lớn lập trình viên nhà nghiên cứu độc lập cung cấp đóng góp họ Sau cài đặt khởi động Arduino IDE, tải GRBL thêm vào thư viện Arduino IDE GRBL chương trình kích hoạt điều khiển chuyển động máy CNC, GRBL sử dụng G-code làm tín hiệu vào, tín hiệu dùng để điều khiển chuyển động thông qua Arduino Tác giả thiết kế, chế tạo lập trình thành cơng hệ thống điều khiển cho mơ hình Robot vẽ chữ XY Plotter Robot có khả vẽ tranh, vẽ chữ ký tên giấy A4 Hình 10 Robot XY Plotter chế tạo hình vẽ thực Robot KẾT LUẬN Hình Giao điện phần mềm IDE 2.3.2 Inkscape Universal G-Code Sender Inkscape phầm mềm chỉnh sửa ảnh Phần mềm sử dụng để tạo chỉnh sửa đồ họa vector minh họa, sơ đồ, nghệ thuật vẽ đường, biểu đồ, logo tranh phức tạp, xuất gcode Universal G-Code Sender phần mềm hỗ trợ người dùng điều khiển máy cách gửi lệnh G-code hướng dẫn tới bo mạch điều khiển Tác giả sử dụng hai phần mềm với mục đích xuất file ảnh tranh, chữ mã Gcode gửi xuống vi điều khiển thực thi Bài báo tập trung trình bày vấn đề sau:  Mơ tả mơ hình trình bày ngun lý hoạt động Robot XY Plotter với ứng dụng vẽ chữ, ký tên giấy A4  Xây dựng điều khiển cho Robot với bo mach trung tâm Arduino bo mạch kết nối CNC Shield V3 nhằm mục đích điều khiển động bước thông qua driver A4988 Bài báo trình bày phần mềm điều khiển cách sử dụng giao diện điều khiển máy tính  Một số kết vẽ thực Robot XY Plotter TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016): Lập trình điều khiển với Arduino - Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Ngô Diên Tập (2006): Vi điều khiển với lập trình C - 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 Hà Nội Hình Giao diện phần mềm Inkscape Universal G-Code Sender 32 ... thông qua Arduino Tác giả thiết kế, chế tạo lập trình thành cơng hệ thống điều khiển cho mơ hình Robot vẽ chữ XY Plotter Robot có khả vẽ tranh, vẽ chữ ký tên giấy A4 Hình 10 Robot XY Plotter chế... cách sử dụng giao diện điều khiển máy tính  Một số kết vẽ thực Robot XY Plotter TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung (2016): Lập trình điều khiển với Arduino - Nhà xuất Khoa...  Xây dựng điều khiển cho Robot với bo mach trung tâm Arduino bo mạch kết nối CNC Shield V3 nhằm mục đích điều khiển động bước thơng qua driver A4988 Bài báo trình bày phần mềm điều khiển cách