LÝ DO CH ỌN Đ TÀI
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa và sự phát triển của các kỹ thuật tiên tiến, công nghiệp 4.0 đang sản xuất ra nhiều linh kiện và máy móc hiện đại Việc sắp xếp và phân loại là một công đoạn hết sức thiết yếu, giúp tiết kiệm thời gian, công sức và tiền bạc Do đó, việc chế tạo các tay máy đáp ứng nhu cầu này trong công nghiệp đang được phát triển rộng rãi ở nước ta.
Trong ngành công nghiệp Việt Nam, robot vẫn chưa được áp dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất do sản phẩm còn đắt đỏ Để nội địa hóa sản phẩm và nghiên cứu chuyên sâu về robot, tôi đã chọn đề tài "Cánh tay robot phục vụ sản xuất theo màu sắc" Đề tài này nhằm thay thế các thiết bị của các công ty nước ngoài và xây dựng thiết bị điều khiển tự động cho các dây chuyền sản xuất, đặc biệt là phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
V i các phòng thí nghi m, đơy lƠ m t mô hình đ sinh viên th ự c nghi m và nghiên c ứu, đ h ng t i cho các b n sinh viên m t cái nhìn c th , th ự c ti n h n v robot
Mục đích của đề tài này là nghiên cứu các phương pháp điều khiển thích hợp dựa trên việc sử dụng Arduino để điều khiển cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu sắc Đề tài có thể áp dụng vào phòng thí nghiệm của các trường cao đẳng, đại học cũng như trong sản xuất công nghiệp.
LÝ DO CHỌN BOARD ARDUINO Đ ĐI U KHI N CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
GI I THIỆU
Đ tài cánh tay robot phân lo i s n ph m là m t phân nhánh trong Robot công nghi p vì v y em xin gi i thi u t ng quát v l ch s ra đờ i t Robot công nghi p
Thuật ngữ "Robot" lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1922 trong tác phẩm "Rossum’s Universal Robots" của Karel Čapek Trong tác phẩm này, nhân vật Rossum và con trai đã phát minh ra những cỗ máy giống con người, phục vụ cho nhu cầu của con người.
Năm 40 nhƠ văn vi n t ởng Nga, Issac Asimov, mô t robot lƠ m t chi c máy tự đ ng, mang di n m o con ng ời đ c đi u khi n bằng m t h th n kinh kh trình Positron, do chính con ng ời l p trình Asimov đặt tên cho ngƠnh nghiên cứu v robot lƠ robotics, trong đó có 3 nguyên t c c b n:
Robot không đ c xúc ph m con ng ời vƠ không gơy t n h i cho con ng ời.
Ho t đ ng của robot ph i tuơn thủ các quy t c do con ng ời đặt ra
C ác quy t c nƠy không đ c vi ph m nguyên t c thứ nh t.
M t robot c n ph i b o v sự s ng của mình, nh ng không đ c vi ph m hai nguyên t c tr c.
Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, thường hoạt động như một hệ thống cơ khí - điển hình là robot công nghiệp Với sự xuất hiện và chuyển động của mình, robot mang đến cho con người cảm giác rằng nó có giác quan giống như con người Từ "robot" thường được hiểu theo hai nghĩa: robot cơ khí và phần mềm tự động hoạt động Trong lĩnh vực robot, Nhật Bản là một trong những quốc gia tiên phong.
B n lƠ những n c đi đ u th gi i v lĩnh vực nƠy.
Cánh tay robot được thiết kế để thực hiện nhiều công việc khác nhau như hàn, xoay và lắp đặt, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Ví dụ, trong dây chuyền lắp ráp ô tô, cánh tay robot thực hiện nhiều nhiệm vụ quan trọng như hàn và lắp ráp linh kiện Trong một số trường hợp, sự mô phỏng chính xác của bàn tay con người là điều mong muốn, vì vậy robot được thiết kế để đáp ứng yêu cầu này.
L Ị CH S Ử PHÁT TRI N
Sau sự xuất hiện của robot đầu tiên vào năm 1922, hơn 20 năm sau, hình ảnh robot đã xuất hiện tại Hoa Kỳ, với loại tay máy chép hình dung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng x Vào những năm 50 của thế kỷ trước, bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thủy lực cũng đã được phát triển.
Robot công nghiệp đầu tiên được giới thiệu vào năm 1961 tại nhà máy ô tô của General Motors ở Trenton, New Jersey, Hoa Kỳ Đến năm 1967, Nhật Bản cũng đã nhập khẩu robot công nghiệp đầu tiên từ Công ty AMF của Hoa Kỳ (American Machine and Foundry Company).
Vào năm 1990, có hơn 40 công ty Nhật Bản, trong đó nổi bật là Công ty Hitachi và Công ty Mitsubishi, đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi bật Trong những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú trọng đến việc lắp đặt thêm các cảm biến ngoại vi để nhận biết môi trường làm việc Tại trường Đại học Tổng hợp Stanford, người ta đã phát triển loại robot lắp ráp được điều khiển bằng máy vi tính dựa trên xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác Vào thời điểm đó, Công ty IBM cũng đã chế tạo loại robot có các cảm biến xúc giác và cảm biến lực, điều khiển bằng máy tính để lắp ráp các máy in với độ chính xác 20 cm.
Theo Viện Khoa học và Công nghệ Robot của Hoa Kỳ, robot được định nghĩa là loại tay máy đa chức năng, với chương trình làm việc thay đổi để thực hiện một số thao tác sản xuất Nhiều tài liệu đã định nghĩa robot, chú trọng vào tiêu chí điều khiển bằng máy tính Tuy nhiên, trong phân loại robot công nghiệp theo tiêu chuẩn của Nhật Bản (JISB 0134-1979), có một nhóm tay máy điều khiển bằng tay.
Theo tiêu chuẩn ISO (Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế), robot công nghiệp được định nghĩa là một máy tự động có khả năng lập trình, điều khiển theo các chương trình khác nhau, và có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng Robot này có khả năng thao tác với các vật liệu khác nhau, bao gồm việc lắp ráp, tháo dỡ và xử lý phôi Mặc dù chương trình thao tác có thể thay đổi, robot công nghiệp vẫn được xem là một công cụ hữu ích trong nhiều lĩnh vực sản xuất.
Robot công nghiệp là những thiết bị tự động linh hoạt, có khả năng thực hiện các chức năng lao động của con người Những thiết bị này có thể thay đổi chương trình để thích ứng với các nhiệm vụ khác nhau Sự tự động hóa không chỉ giới hạn ở các chức năng lao động đơn giản mà còn bao gồm những nhiệm vụ phức tạp hơn, tùy thuộc vào loại công việc cần thực hiện Đồng thời, mức độ thay thế của robot so với con người cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.
PHÂN LOẠI ARM ROBOT
Robot Cartesian hay còn gọi là Robot Gantry (tọa độ DECAC) là một loại robot được sử dụng để thực hiện các công việc như ứng dụng sealant, lắp ráp và xử lý các máy công cụ với độ chính xác cao Robot này có cấu trúc với cánh tay bao gồm ba khớp lăng trụ và một trục khớp, giúp nó hoạt động linh hoạt và hiệu quả trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Hình 2 3.1 : Robot ho t đ ng theo t o đ DECAC
2 Robot tr : (Hình 2.3.2) Đ c s d ng cho các ho t đ ng l p ráp, x lý t i các máy công c , hƠn đi m, vƠ x lý t i các máy đúc Đó lƠ m t robot có tr c t o thƠnh m t h tr c tọa đ
Hình 2.3.2 : Robot ho t đ ng theo h tọa đ tr
Robot hình cầu, hay còn gọi là Robot Polar, được sử dụng để điều khiển các máy công cụ như máy tiện, máy đúc, máy hàn, và máy cắt laser Đây là một loại robot có cấu trúc hình cầu, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.
Hình 2 3.3 : Robot ho t đ ng theo h tọa đ c u
Robot SCARA là một loại robot công nghiệp được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng như lắp ráp, xử lý máy công cụ và ứng dụng sealant Với thiết kế hai khớp nối song song, robot này cung cấp sự linh hoạt và chính xác cao, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong các quy trình sản xuất, đặc biệt trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay.
Robot khớp nối là thiết bị quan trọng trong các hoạt động lắp ráp, diecasting, fettling máy móc, khí hàn, hàn quang và phun sơn Những robot này thường có cánh tay với ít nhất ba khớp quay, giúp tăng cường khả năng linh hoạt và chính xác trong quá trình sản xuất.
Robot này được thiết kế với cánh tay có khả năng linh hoạt, cho phép thực hiện các chuyển động phức tạp Nó có thể di chuyển một cách độc lập và xử lý các mô phỏng bay, mang lại hiệu suất cao trong các nhiệm vụ khác nhau.
Hình 2.3.6 : Robot song song (3-PRS)
ỨNG DỤNG
Robot cánh tay phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng trong các hệ thống phân loại hàng hóa Khi phát triển, thiết bị này có thể thay đổi không chỉ màu sắc mà còn kích thước hoặc mã vạch, giúp tối ưu hóa quy trình phân loại hiệu quả hơn.
CHƯƠNG 3 : T Ổ NG QUAN THI Ế T B Ị VÀ PH Ầ N M M S Ử D Ụ NG
GI I THIỆU CHUNG V ARDUINO
Hình 3.1.1: Board m ch Arduino Uno
Arduino là một bo mạch điều khiển được thiết kế để xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường xung quanh Phần cứng bao gồm một bo mạch điều khiển nguồn mở, thường sử dụng vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM.
Atmel 32-bit Nh ữ ng Model hi n t i đ c trang b g m 1 c ng giao ti p USB, 6 chơn đ u vào analog, 14 chân I/O k thu t s t ng thích v i nhi u board m ở r ng khác nhau Đ c gi i thi u vƠo năm 2005, nhữ ng nhà thi t k c ủ a Arduino c g ng mang đ n m t ph ng thứ c d dàng, không t n kém cho nh ững ng ờ i yêu thích, sinh viên và gi i chuyên nghi p đ t o ra nh ữ ng nhi t b có kh năng t ng tác v i môi tr ờ ng thông qua các c m bi n vƠ các c c u ch p hành Nh ữ ng ví d ph bi n nhi t đ và phát hi n chuy n đ ng Đi cùng v i nó là m t môi tr ờ ng phát tri n tích h p (IDE) ch y trên các máy tính cá nhân thô ng th ờng vƠ cho phép ng ờ i dùng vi t các ch ng trình cho Aduino bằ ng ngôn ng ữ C ho ặ c C++
Arduino là một nền tảng điện tử mã nguồn mở cho phép người dùng tạo mẫu và lập trình các thiết bị điện tử Nó được coi như một bộ điều khiển logic có thể lập trình, cho phép tương tác với môi trường bên ngoài thông qua các cảm biến và hành vi được lập trình sẵn Với thiết bị này, việc lắp ráp và điều khiển các thiết bị điện tử trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết Tuy nhiên, điều này có thể gây khó khăn cho những người đam mê công nghệ và điều khiển học, đặc biệt là những người không có nhiều thời gian để tìm hiểu sâu về kỹ thuật lập trình và điện tử.
Arduino là một nền tảng phát triển giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế và lập trình cho những người có ít kinh nghiệm về điện tử và lập trình, đặc biệt là với ngôn ngữ C/C++ hoặc Assembly Nền tảng này cho phép mọi người dễ dàng tạo ra các sản phẩm công nghệ mà không cần quá nhiều kiến thức chuyên sâu So với các nền tảng vi điều khiển khác, Arduino nổi bật với tính dễ sử dụng, linh hoạt trong việc kết nối linh kiện điện tử và hỗ trợ cộng đồng người dùng rộng rãi, giúp mọi người có thể nhanh chóng hiện thực hóa ý tưởng của mình.
- Ch y trên đa n n t ng: Vi c l p trình Arduino có th th th ự c hi n trên các h đi u hƠnh khác nhau nh Windows, Mac Os, Linux trên Desktop, Android trên di đ ng
- Ngôn ng ữ l p trình đ n gi n d hi u
- N n t ng m ở : Arduino đ c phát tri n d ự a trên ngu n m ở nên ph n m m ch y trên Arduino đ c chia s ẻ d dàng và tích h p vào các n n t ng khác nhau
- M ở r ng ph n c ứng: Arduino đ c thi t k và s d ng theo d ng module nên vi c m ở r ng ph n c ứng cũng d dƠng h n
- Đ n gi n và nhanh: R t d dàng l p ráp, l p trình và s d ng thi t b
- D dàng chia s ẻ : M ọi ng ờ i d dàng chia s ẻ mã ngu n v i nhau mà không lo
Arduino sở hữu nhiều module đa dạng, mỗi module được phát triển cho một ứng dụng cụ thể Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại chính: loại bo mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính.
Các bo mạch chính có sự khác biệt về chức năng và cấu hình, bao gồm số lượng I/O, dung lượng băng thông và kích thước Một số bo mạch còn được trang bị thêm tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth Các bo mở rộng chủ yếu bổ sung thêm tính năng cho bo mạch chính, ví dụ như kết nối Ethernet, Wireless và điều khiển từ xa.
Arduino là một nền tảng mạnh mẽ cho việc phát triển các dự án công nghệ, từ việc điều khiển robot đến ứng dụng trong công nghệ 3D Với khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp, Arduino đã chứng tỏ giá trị của mình trong việc tạo ra các thiết bị thông minh như robot dò đường, thiết bị nhấp nháy theo âm thanh, và hệ thống báo hiệu cho khách hàng khi bánh mì vừa ra lò Mặc dù Arduino đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và ngày càng chứng tỏ sức mạnh của mình qua các ứng dụng độc đáo từ cộng đồng mã nguồn mở, nhưng tại Việt Nam, nó vẫn chưa được biết đến nhiều.
Hình 3.1.3: H th ng cánh tay robot
Hình 3.1.1.1: Board m ch Arduino Uno
Arduino Uno là m t bo m ch vi đi u khi n d ự a trên chip Atmega328 Nó có
Bảng mạch Arduino có 14 chân vào ra, trong đó 6 chân được sử dụng để điều khiển động cơ bước Sáu chân đầu vào tín hiệu cho phép kết nối với các bộ cảm biến bên ngoài để thu thập dữ liệu Bảng mạch sử dụng dao động 16MHz và có cổng kết nối chuẩn USB để nạp chương trình Ngoài ra, nó còn có chân cấp nguồn cho mạch, ICSP header, và nút reset Arduino có thể được cấp nguồn từ máy tính qua cổng USB hoặc từ một bộ nguồn chuyên dụng, giúp linh hoạt trong việc điều khiển và thu thập tín hiệu.
Arduino có thể được cấp điện thông qua kết nối USB hoặc từ một nguồn cung cấp điện bên ngoài Các nguồn năng lượng này có thể được lựa chọn tự động Hệ thống điều khiển có khả năng hoạt động với nguồn cung cấp bên ngoài từ 6V đến 20V.
Cung cấp điện áp thấp hơn 7V hoặc cao hơn 12V có thể gây ra sự cố trong hệ thống điều khiển Điện áp 5V cũng có thể không đảm bảo hoạt động ổn định Nếu điện áp vượt quá 12V, thiết bị có thể quá nóng, dẫn đến nguy hiểm cho bộ phận Do đó, điện áp khuyến nghị nằm trong khoảng từ 7V đến 12V để đảm bảo hiệu suất và an toàn.
Chơn Vin là chân dùng để cấp nguồn cho Arduino khi sử dụng nguồn điện bên ngoài, khác với nguồn 5V lấy từ USB hoặc nguồn qua jack cắm riêng Chân này cho phép chúng ta cung cấp nguồn điện cho mạch một cách linh hoạt và hiệu quả.
- Chân 5V: Cung c p ngu n vi đi u khi n và các b ph n khác trên bo m ch và cung c p ngu n cho các thi t b ngo i vi khi k t n i t i bo m ch
- Chân 3,3V: Cung c p ngu n cho các thi t b c m bi n
- Chân Aref: Tham chi u đi n áp đ u vào analog
Chân IOREF cung cấp điện áp cho các vi điều khiển hoạt động Một shield được cấu hình đúng sẽ đọc điện áp chân IOREF và lựa chọn nguồn thích hợp hoặc kích hoạt bộ chuyển đổi điện áp, thường ở mức 5V hoặc 3,3V.
Vi đi u khi n Atmega328 tiêu chu n cung c p cho ng ờ i dùng:
- 32KB b nh Flash: nh ững đo n l nh b n l p trình s đ c l u trữ trong b nh Flash c ủa vi đi u khi n Th ờ ng thì s có kho ng vài KB trong s này s đ c dùng cho bootloader
- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá tr các bi n b n khai báo khi l p trình s l u ở đơy B n khai báo càng nhi u bi n thì càng c n nhi u b nh RAM
1KB EEPROM (Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình và xóa điện) là một loại bộ nhớ mini có khả năng lưu trữ và ghi dữ liệu mà không cần nguồn điện, giúp bảo vệ dữ liệu ngay cả khi mất điện.
Arduino Uno có 14 chân digital (chân 0 ậ 13) và 6 chân analog (chân A0 ậ A5)
Các chân digital có thể cấu hình để nhận dữ liệu từ các thiết bị ngoại vi hoặc truyền tín hiệu ra các thiết bị ngoài Chúng có khả năng tiếp nhận dòng điện tối đa 40mA và có điện trở kéo lên (mặc định không nối) từ 20 - 50 kOhms Ngoài ra, một số chân còn có chức năng đặc biệt.
- Chơn 0 (Rx): Chơn đ c dùng đ nh n d ữ li u n i ti p
- Chơn 1 (Tx): Chơn đ c dùng đ truy n d ữ li u n i ti p
- Chân 2 và 3: Chân ng t ngoài
- Chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11: Chân vào/ra s ho ặc đ đi u ch đ r ng xung (chơn 13 đ c n i v i m t LED đ n, sáng t t t ng ứ ng v i m ứ c logic c ủ a chân này)
- Chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK): Chu n giao ti p SPI
- Các chơn analog có đ phân gi i 10 bit (t ng ứ ng v i 1024 m ứ c giá tr khác nhau) ứ ng v i m ứ c t 0 ậ 5V Ngoài ra m t s chân có các ch ức năng đặ c bi t:
- Đặ c bi t, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) h tr giao ti p I2C/TWI v i các thi t b khác
Hình 3.1.2.1: Board m ch Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là một bo mạch điều khiển được xây dựng dựa trên chip Atmega2560, sở hữu 54 chân vào/ra, trong đó có 15 chân hỗ trợ điều chế độ rộng xung Nó có 16 chân đầu vào tín hiệu tương tự, sử dụng một dao động thạch anh tần số 16MHz, kèm theo cổng kết nối USB, chân nguồn, ICSP header và nút reset Bo mạch này cung cấp đầy đủ các tính năng cần thiết để điều khiển các vi điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino có thể đến từ máy tính qua cổng USB hoặc từ bộ nguồn chuyên dụng Arduino Mega tương thích với hầu hết các shield thiết kế cho Arduino Duemilanove và Diecimila.
Arduino Mega 2560 là b n c p nh t t Arduino Mega
GI I THI Ệ U CHUNG V C Ả M BI Ế N
Cảm biến là thiết bị có khả năng thu thập thông tin từ môi trường bên ngoài thông qua các giác quan của con người Nhờ vào sự kết hợp của các cảm biến, hệ thống có thể tự động nhận diện và hiển thị thông tin, đồng thời điều chỉnh quá trình hoạt động một cách linh hoạt theo môi trường xung quanh.
C m bi n là thi t b dùng đ c m nh n bi n đ i các đ i l ng v t lý và các đ i l ng không có tính ch t đi n c n đo thƠnh các đ i l ng đi n có th đo vƠ x lý đ c
Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường xuyên, chuyển đổi các tín hiệu không điển hình thành các tín hiệu điển hình và truyền các thông tin về hệ thống đo lường điều khiển, giúp chúng ta nhận dạng, đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng.
Hi n nay, con ng ời đư s n xu t đ c r t nhi u các lo i c m bi n khác nhau nh : c m bi n ánh sang, c m bi n đ m, c m bi n nhi t đ , c m bi n quangầ
Các c m bi n có ứng dụng rộng rãi và phạm vi sử dụng lớn, chẳng hạn như trong công nghiệp, khoa học kỹ thuật, giám sát thiết bị, viễn thông, giao thông, dân dụng và quân sự.
Cảm biến màu TCS3200 là một thiết bị phát hiện màu sắc chính xác, sử dụng chip cảm biến TAOS TCS3200 RGB và 4 đèn LED trắng TCS3200 có khả năng phát hiện và đo lường một phạm vi rộng lớn của màu sắc, cho phép ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như đọc mã vạch, phân loại theo màu sắc, cảm biến ánh sáng xung quanh, và kết hợp màu sắc, giúp đạt được độ chính xác cao trong việc nhận diện màu sắc.
TCS3200 là một thiết bị cảm biến quang học với nhiều bộ lọc màu, bao gồm màu đỏ, xanh lá cây, xanh dương hoặc không có bộ lọc (trong suốt) Các bộ lọc này được sắp xếp để tối ưu hóa việc phân biệt giữa các màu sắc Bên trong thiết bị, có một bộ dao động tạo ra tín hiệu đầu ra dạng sóng vuông, tương ứng với cường độ của màu sắc được chọn.
- Ho t đ ng cung c p duy nh t (2.7V đ n 5.5V)
- Chuy n đ i đ phơn gi i cao sang T n s
- MƠu l p trình đ c vƠ T n s đ u ra Q uy mô Toàn
- Giao ti p trực ti p v i vi đi u khi n
- S0 ~ S1: đ u ra lựa chọn lựa chọn t n s đ u ra
- S2 ~ S3: Đ u vƠo lựa chọn lo i Photodiode
- OE Pin: T n s đ u ra cho phép pin (ho t đ ng th p), có th lƠ s p x y ra khi s d ng
- H tr đi u khi n ánh sáng đèn LED
ĐỘNG CƠ SERVO
Servo là một động cơ đặc biệt, khác với động cơ thông thường, chỉ quay khi nhận tín hiệu điều khiển (bằng xung PPM) với góc quay trong khoảng từ 0° đến 180° Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và khả năng khác nhau, từ những loại nhẹ chỉ 9g cho máy bay mô hình đến những loại có mô men lực lớn Động cơ servo được thiết kế cho các hệ thống hồi tiếp vòng kín, với tín hiệu ra liên quan đến một mạch điều khiển Khi động cơ quay, nó sẽ trở về vị trí xác định theo tín hiệu điều khiển Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, mạch hồi tiếp sẽ nhận tín hiệu cho thấy động cơ chưa đạt được vị trí mong muốn, và mạch điều khiển sẽ tiếp tục điều chỉnh để động cơ đạt được điểm chính xác.
Động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến, hay còn gọi là động cơ servo RC, thường được sử dụng trong các mô hình máy bay và xe hơi Tuy nhiên, không phải tất cả động cơ servo đều được điều khiển bằng vô tuyến; chúng có thể nhận tín hiệu từ máy thu vô tuyến trên các phương tiện này.
3.3.1 Đ ng c RC Servo Digital RC FR1510:
Động cơ RC Servo Digital FR1510 là một lựa chọn tuyệt vời cho các thiết kế robot, nhờ vào cấu trúc trục xoay linh hoạt và khả năng truyền động hiệu quả Động cơ này có chất lượng cao, với bánh răng kim loại bền bỉ, lực kéo mạnh mẽ, xoay êm ái và không rung, giúp giữ vị trí ổn định.
- Lực kéo: 17kg/cm t i 4.8VDC đ n 7.2VDC.
- Dòng đi n tiêu th : >600mA.
Động cơ RC Servo 9G là một thiết bị nhỏ gọn, thường được sử dụng trong các mô hình nhà hoặc các cấu trúc kéo không cần lực nặng Động cơ này nổi bật với tốc độ phản ứng nhanh và được tích hợp sẵn driver điều khiển bên trong, cho phép điều chỉnh góc quay một cách linh hoạt.
L u ý: Các bánh răng đ c lƠm bằng nhựa nên c n l u ý khi nơng t i nặng vì có th lƠm h bánh răng.
- Nhi t đ ho t đ ng: 0 ºC ậ 55 ºC
KHUNG CÁNH TAY ROBOT
Hình 3.4.1: Khung robot phân lo i s n ph m theo màu s c.
GI I THIỆU PHẦM M M IDE
Hình 3.5.1: Giao di n ph n m m IDE
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được viết bằng Java, hỗ trợ ngôn ngữ lập trình Processing và dự án Wiring IDE này được thiết kế dành cho những người mới bắt đầu làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm Nó bao gồm một trình soạn thảo mã với các tính năng như đánh dấu cú pháp, tự động khớp dấu ngoặc và tự động căn lề, cùng với khả năng biên dịch mã.
Các chương trình Arduino được viết bằng ngôn ngữ C hoặc C++ Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm gọi là "Wiring", giúp đơn giản hóa các thao tác input/output Người dùng chỉ cần định nghĩa hai hàm để tạo ra một chương trình vòng thực thi (cyclic executive) có thể chạy được.
- setup() : hàm này ch y m i khi kh ởi đ ng m t ch ng trình, dùng đ thi t l p các cƠi đặ t
- loop() : hƠm nƠy đ c g ọ i l ặ p l i cho đ n khi t t ngu n board m ch
Chương trình điều khiển đèn LED trong môi trường Arduino giúp bật và tắt bóng đèn LED Để thực hiện điều này, bạn cần viết một đoạn mã đơn giản.
Hình 3.5.2: Code sáng t t led trên ph n m m IDE
Một đặc điểm nổi bật của hầu hết các board Arduino là chúng có một đèn LED được đặt ở giữa chân 13 và gnd; đây là một đặc điểm thu hút cho nhiều ứng dụng đơn giản Đoạn code ở trên không thể được biên dịch bởi một compiler C++ chuẩn nếu không có một chương trình đúng, vì vậy khi chúng ta nhấn nút "Upload to I/O board" trong IDE, một bản sao của đoạn code này sẽ được ghi vào một file tạm với một extra include header ở phía trên cùng và một hàm main() đơn giản ở phía đáy, tạo thành một chương trình C++ hợp lệ.
Arduino IDE này s d ng GNU toolchain vƠ AVR Libc đ biên d ch ch ng trình, và s d ng avrdude đ upload ch ng trình lên board.
Môi trường phát triển của Atmel, bao gồm AVR Studio và các phiên bản mới của Atmel Studio, có thể được sử dụng để phát triển phần mềm cho Arduino nhờ vào vi điều khiển của Atmel.
CHƯƠNG 4: KẾ T N Ố I LINH KI Ệ N, NGUYÊN LÝ HO ẠT ĐỘ NG VÀ L Ậ P
KẾT NỐI LINH KIỆN
SERVO 1 Dây cam - 7, dơy đen -GND Dơy đ -VCC
SERVO 2 Dây cam - 6, dơy đen -GND Dơy đ -VCC
SERVO 3 Dây cam - 5, dơy đen -GND Dơy đ -VCC
SERVO 4 Dây cam - 4, dơy đen -GND Dơy đ -VCC
SERVO 5 Dây cam - 3, dơy đen -GND Dơy đ -VCC
Hình 4.1.2: K t n ic m bi n màu s c v i arduino
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Hình 4.2.1: V trí servo trên cánh tay robot
Đ u tiên, khi kh ởi đ ng cánh tay robot đ c set v v trí ban đ u
Đ ng c Servo(sv) 1 ho t đ ng, làm cánh tay xoay 1 góc 180 đ đ n (v trí làm vi c 1)
Khi đảm nhận vị trí làm việc 1, đồng thời thực hiện các hoạt động của cánh tay và phía trước (vị trí làm việc 2), cần chú ý đến sự hoạt động đồng bộ của sv4 và sv5 để đảm bảo tính chính xác trong các thao tác Việc kết hợp hoạt động này giúp mở rộng không gian làm việc nhờ vào sv5.
Khi đ n v trí làm vi c 2, c m bi n màu s c đ c ho t đ ng Khi này s n ph m có các màu phân bi t lƠ đ , xanh lá vƠ vƠng đ c c m bi n phân bi t r i đ a d li u v arduino x lý
Khi Arduino xử lý nhận diện màu sắc, nó sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các động cơ Tùy thuộc vào màu sắc nhận diện, cánh tay sẽ di chuyển đến các vị trí khác nhau: màu đỏ tương ứng với vị trí 3, màu xanh lá với vị trí 4, và màu vàng với vị trí 5.
- Chú ý: v trí làm vi c là c ủa đ ng c , v trí lƠ n i đư đ c xác đ nh đ cánh tay đ n
Khi nh n đ c tín hi u màu r i, sv5 s ẻ ho t đ ng k ẹ p ch ặ t v t l i Sv
2 và sv3 s ẻ ho t đ ng đ a s n ph m lên cao(v trí làm vi c 6)
Đ n v trí làm vi c 6, sv1 s ẻ ho t đ ng, tùy theo màu s c mà c m bi n nh n đ c mƠ sv1 đ a cánh tay xoay đ n v trí 3, v trí 4 hay v trí 5
Khi đ n các v trí làm vi c 3,4 ho ặc 5 Cánh tay đ c đ a v phía tr c nh ờ đ ng c sv2 vƠ sv3(v trí làm vi c 2)
Khi đ n v trí làm vi c 2, sv 5 s ẻ ho t đ ng th v t ra R i sv2 và sv3 ho t đ ng đ a cánh tay v v trí làm vi c 6, r i sv5 ho t đ ng k ẹ p l i
Đ n v trí làm vi c 6 c ủa đ ng c sv2 vƠ sv3, sv1 sẻ ho t đ ng đ a cánh tay đ n v trí làm vi c 1
Tiếp theo, quy trình là vòng lặp vị trí làm việc của các động cơ khi hết sản phẩm, với cánh tay luôn ở vị trí làm việc chờ Khi cảm biến nhận được dữ liệu, cánh tay sẽ di chuyển đến vị trí làm việc thứ hai.
Tr c khi t t máy nên nh n nút Reset, đ ng c sẻ v v trí ban đ u.
L Ậ P TRÌNH
Kết quả của chương trình dự đoán có thể không chính xác do nó hoạt động trên mặt lý thuyết Khả năng sai sót trong thực tiễn phụ thuộc vào sự biến đổi của môi trường, do đó cần xem xét kỹ lưỡng các yếu tố tác động để nâng cao độ chính xác của dự đoán.
CHƯƠNG 5: KẾ T LU ẬN VÀ HƯ NG PHÁT TRI N
5.1.1 Nh ữ ng nhi m v đư thự c hi n:
- Tìm hi u đ c quá trình hình thành và phát tri n c ủ a Robot
- Nghiên c ứ u, tìm hi u ph n c ứ ng c ủa đ tài
- S u t m, tìm ki m tài li u tham kh o ph c v cho vi c nghiên c ứ u
- Nghiên c ứ u, h ọ c h i các ph ng pháp l p trình arduino
5.1.2 Nh ữ ng thu n l i vƠ khó khăn khi thự c hi n đ tài:
- Đ c th y và các b n h tr h t mình
- Đ c ti p xúc v i môi tr ờng năng đ ng ở x ở ng th ực hƠnh lƠm tăng ni m đam mê tìm tòi họ c h i
- Vì v a nghiên c ứ u và ph i đ m b o vi c h ọc trên tr ờ ng nên s ự phân b th ời gian ch a đ c nhi u
- Tài li u ch ủ y u v đ tài ch ủ y u là ti ng anh nên vi c d ch có nh ữ ng ch ch a chu n xác
HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI
Cánh tay robot đang được phát triển với nhiều phiên bản khác nhau, có khả năng phân loại sản phẩm dựa trên kích thước và màu sắc Việc nghiên cứu và cải tiến công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong ngành công nghiệp.
Ngoài vi c phân lo i s n ph m đ tài này có th phát tri n thành cánh tay robot dùng đ g p linh ki n, hay hàn, c t hay khoanầ
Ngoài những lĩnh vực phát triển mới, tôi tin rằng mình có khả năng đóng góp trong tương lai với nền tảng kiến thức nghiên cứu Tôi cần tìm hiểu thêm về các công nghệ mới, đặc biệt là trong lĩnh vực robot phát triển đa dạng, để có thể bổ sung và hướng dẫn cho những người khác.