Robot sử dụng cảm biến và phần mềm điều khiển để phát hiện trạng thái bình chứa, cập nhật lên hệ thống để tránh lỗi pha chế do hết nguyên liệu.. Đề tài là minh chứng cho việc áp dụng nhữ
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Robot là một thành tựu Khoa học Kỹ thuật mang lại bước ngoặt, phát triển vượt bậc cho nhân loại Sự xuất hiện của robot đánh dấu cho nền công nghiệp hiện đại, thúc đẩy phát triển kinh tế Robot thay đổi hoàn toàn cục diện lực lượng lao động toàn cầu, chuyển đổi từ lực lượng lao động truyền thống thành một hệ thống máy móc tự động Ưu điểm của robot nằm ở độ chính xác, nhanh, độ bền, khả năng làm việc ở môi trường độc hại, khắc nghiệt và hiệu suất làm việc
Hiện nay xu thế sử dụng robot thay thế một phần công việc của con người đang được mở rộng và ngày càng lan rộng ra nhiều ngành nghề khác nhau như sản xuất ô tô, y tế hay ngay cả lĩnh vực thức uống giải khát cũng đã bắt đầu sử dụng các loại robot khác nhau Một trong số đó là robot pha chế tự động Nó khá thịnh hành ở các nước phát triển, riêng ở Việt Nam thì vẫn đang còn gặp một số khó khăn trong việc nghiên cứu và chế tạo Điều đó khiến các doanh nghiệp luôn phải chi ra một khoản chi phí khá lớn để nhập các mẫu robot từ nước ngoài nếu muốn thay đổi và bắt kịp so với thế giới Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến hệ quả này, có thể là về công nghệ, con người hay về ngân sách còn hạn hẹp dẫn tới việc ứng dụng robot ở lĩnh vực pha chế thức uống nói chung và ngành F&B nói riêng còn hạn chế
Tuy nhiên ở góc nhìn tích cực, đã có những dự án robot pha chế do các sinh viên ở các trường đại học làm ra Đó là kết quả của sự tổng hợp kiến thức cơ bản, chuyên ngành đã được học trong suốt 4 năm trên giảng đường vào thực tiễn cuộc sống Cùng với sự tìm tòi, không ngừng học hỏi đã đạt được những thành tựu ban đầu, xây nên những viên gạch đầu tiên, nền móng cho các đề tài sau này
Dựa trên cơ sở lý thuyết, cùng với sự kế thừa từ những dự án trước, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, phát triển robot pha chế thức uống tự động” Đề tài là minh chứng cho việc áp dụng những kiến thức, kỹ thuật đã được học để xây dựng một mô hình robot có thể tự pha chế thức uống cho mọi người với quy trình khép kín từ khâu đặt hàng, thanh toán đến khâu chế biến, vệ sinh dụng cụ, xử lý lỗi (nếu có), sớm được đưa vào áp dụng thực tiễn tại các địa điểm công cộng, nhà hàng, quán coffee,…
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu, phát triển robot pha chế thức uống tự động” được thực hiện mang ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn, cụ thể: Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng được phương pháp Devanit-Hartenberg trong bài toán động học nghịch của robot: Việc áp dụng phương pháp này sẽ là tiền đề cho việc xác định được hướng của các khớp robot
2 Ứng dụng phương trình đường thẳng để quy hoạch quỹ đạo chuyển động cho robot: Việc áp dụng phương trình đường thẳng giúp robot có quỹ đạo di chuyển rõ ràng, tránh va chạm cơ cấu khác trong vùng hoạt động Ứng dụng giao thức MQTT trong hoạt động truyền thông IOT của robot: Việc áp dụng giao thức này giúp Robot truyền nhận dữ liệu nhanh chóng ở bất cứ đâu, độ tin cậy cao, kết nối linh hoạt và tiết kiệm năng lượng Đồng thời giúp nhà phát triển dễ dàng theo dõi, kiểm soát và sửa lỗi trong thời gian thực cho robot
Xây dựng được hệ thống điều khiển robot: Hệ thống điều khiển robot mang tính linh hoạt, tốc độ nhanh và có độ chính xác cao giúp tăng được độ chính xác, an toàn cũng như hiệu suất của robot khi hoạt động Ý nghĩa thực tiễn:
Tăng cường hiệu suất, năng suất và cải thiện chất lượng: Robot có thể pha chế nhanh chóng và chính xác tỉ lệ các nguyên liệu, giúp giảm thời gian chờ đợi của khách hàng, tăng hiệu suất phục vụ và đảm bảo hương vị đồng nhất giữa mỗi lần pha chế, tránh sai xót do bất cẩn trong quá trình pha chế
Tăng cường vệ sinh và an toàn thực phẩm: Quy trình pha chế của robot là quy trình khép kín, vì vậy nguyên liệu pha chế sẽ được giữ sạch sẽ, giúp đảm bảo vệ sinh, an toàn thực phẩm Các dụng cụ được sử dụng đi sử dụng lại cũng được robot vệ sinh sau mỗi lần pha chế để đảm bảo vệ sinh cho lần pha chế tiếp theo
Tiết kiệm chi phí và tối ưu nguồn lực: Sử dụng robot pha chế có thể giảm chi phí lao động, đặc biệt là ở những nơi có mức chi phí cho lao động cao Công việc pha chế là một công việc lặp đi lặp lại theo công thức vì thế robot đảm nhận sẽ tối ưu nhân lực giúp con người tập trung vào những việc phức tạp hơn, có giá trị cao hơn
Trải nghiệm khách hàng: Khách hàng sẽ có những trải nghiệm mới mẻ và độc đáo khi được robot phục vụ Kích thích sự tò mò, mong muốn được sử dụng robot.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xây dựng quy trình đặt món, thanh toán, pha chế thức uống cho robot
Xây dựng giao diện điều khiển cho màn hình của robot
Xây dựng ứng dụng quản lý và hệ cơ sở dữ liệu cho robot
Thiết kế tủ điện điều khiển, quy hoạch quỹ đạo chuyển động cho robot đến các tọa độ Thiết kế các module phụ cho robot bao gồm module nhả đá, module khuấy, module chứa ly
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Robot SCARA 3 bậc tự do
Các tài liệu liên quan về robot
Giao thức truyền thông MQTT Ứng dụng điều khiển, ứng dụng quản lý
Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển robot SCARA bằng STM32 lập trình thông qua STM32CUBEMX và KEILC
Nghiên cứu thiết kế ứng dụng điều khiển robot và ứng dụng quản lý bằng MIT APP INVENTOR
Nghiên cứu truyền nhận IOT theo giao thức MQTT bằng ESP32 lập trình thông qua ARDUINO IDE.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Phương pháp điều khiển robot dựa trên mô hình toán học (động học nghịch và phương trình đường thẳng): Động học nghịch và phương trình đường thẳng phục vụ cho việc điều khiển và phân tích hoạt động, quỹ đạo của cánh tay robot
Phương pháp kiểm chứng và đánh giá: Kiểm chứng kết quả robot chạy thực tế so với lập trình
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá sơ bộ về khả năng vận hành của robot Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu quy hoạch quỹ đạo bằng phương trình đường thẳng cho robot, nghiên cứu bài toàn động học nghịch cho robot
Phương pháp thiết kế và phát triển sản phẩm, thiết kế mô phỏng cơ khí và thiết kế phần mềm cho robot
Phương pháp đánh giá và cải tiến, đánh giá hiệu suất pha chế của robot và cải tiến liên tục để nâng cao chất lượng
1.5.3 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp gồm 7 chương, trong đó:
Chương 2 trình bày tổng quan các khái niệm, định nghĩa, kiến thức liên quan đến đề tài nghiên cứu Nêu ra các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài và xác định nhiệm vụ thực hiện trong đề tài
Chương 3 trình bày cơ sở lý thuyết, các phương pháp, kiến thức cần thiết để thực hiện đề tài
Chương 4 xây dựng phương trình động học cho robot để làm cơ sở tính toán cho phần
4 lựa chọn phương pháp điều khiển quỹ đạo, đồng thời xây dựng quy trình đặt món, quy trình pha chế
Chương 5 phân tích yêu cầu từ đó đưa ra các phương án, giải pháp để lựa chọn và xác định các công việc cần triển khai để hoàn thành đề tài, tiến hành lựa chọn phương pháp điều khiển cho SCARA
Chương 6 nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển robot, trình bày sơ đồ điện, lưu đồ thuật toán, đồng thời xây dựng giao diện cho người dùng, ứng dụng quản lý và hệ thống cơ sở dữ liệu
Chương 7 tiến hành chạy thực nghiệm quy trình cho robot, thu thập dữ liệu và đưa ra nhận xét, đánh giá kết quả đã đạt được
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
2.1.1 Tổng quan về robot và cánh tay robot
Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, robot là một thành phần thiết yếu và có mặt ở hầu hết các ngành nghề khác nhau Từ việc ứng dụng robot trong dây chuyển sản xuất đến việc ứng dụng robot trong các lĩnh vực đăng trưng như y tế, giải trí, giáo dục đặc biệt là trong ngành F&B Với khả năng linh hoạt, bền bỉ, đa dạng trong việc thực hiện các công việc từ đơn giản đến phức tạp, robot đem lại sự tiện dụng, đáng tin cậy, giúp ích rất nhiều cho quá trình sản xuất, quá trình lao động Từ đó đem lại lợi nhuận khổng lồ cho các doanh nghiệp, giảm thiểu chi phí nhân công, tăng năng suất và giảm thiểu tai nạn lao động
Robot nói chung và cánh tay robot nói riêng đã ngày càng chứng minh tầm quan trọng của chúng trong các ngành hàng hiện nay Cánh tay robot, một trong những loại robot công nghiệp phổ biến, được thiết kế để mô phỏng chuyển động của cánh tay con người với độ chính xác và tốc độ cao đặc biệt sức mạnh của cánh tay robot cũng cao hơn đáng kể Chúng thường được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất để thực hiện các nhiệm vụ như hàn, lắp ráp, sơn và xử lý vật liệu Ngoài ra cánh tay robot còn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như y tế, nông nghiệp và dịch vụ Trong y tế, chúng được sử dụng để thực hiện các ca phẫu thuật phức tạp với độ chính xác cao Trong nông nghiệp, cánh tay robot giúp thu hoạch nông sản, chăm sóc cây trồng và xử lý, phân loại nông sản Trong ngành dịch vụ đặc biệt là F&B, chúng hỗ trợ trong việc phục vụ khách hàng, chế biến thực phẩm, thức uống Trong ngành hàng F&B việc sản phẩm đầu ra đồng đều là một tiêu chí hết sức quan trọng và cánh tay robot có thể đảm bảo được điều đó Đặc biệt với khả năng linh động tùy biến của cánh tay robot, có thể thay thế, lắp đặt các cơ cấu khác nhau lên cánh tay robot khi nhiệm vụ thay đổi khiến nó càng trở nên tiện dụng, linh hoạt trong hoạt động sản xuất,…
Hình 2.1 Robot pha chế coffee Ella [16]
2.1.2 Robot SCARA và ứng dụng thực tiễn
Robot SCARA là một loại robot công nghiệp được biết đến với cấu trúc linh hoạt và khả năng thực hiện các nhiệm vụ lắp ráp với độ chính xác cao SCARA được thiết kế để hoạt động dễ dàng trong một mặt phẳng nằm ngang và thường có ba bậc tự do Robot SCARA thường nhỏ gọn hơn và có tốc độ cao hơn các loại robot khác Điều đó khiến SCARA là một robot không thể thiếu trong các quy trình sản xuất yêu cầu độ chính xác và tốc độ cao Ứng dụng của robot SCARA rất đa dạng và xuất hiện trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Trong ngành điện tử, SCARA được sử dụng phổ biến để lắp ráp các bảng mạch in (PCB), gắn kết linh kiện và hàn các chi tiết nhỏ Khả năng thao tác nhanh và chính xác của SCARA giúp tăng năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm
Trong ngành sản xuất ô tô, robot SCARA tham gia vào quá trình lắp ráp các bộ phận nhỏ và kiểm tra chất lượng SCARA có thể được sử dụng để lắp ráp các bộ phận phức tạp như hệ thống phanh hoặc các bộ phận điện tử trong xe bởi khả năng hoạt động ổn định
Trong lĩnh vực y tế, robot SCARA cũng được ứng dụng để sản xuất các thiết bị y tế và dược phẩm Chúng có thể lắp ráp các thiết bị y tế phức tạp như máy đo huyết áp, thiết bị tiêm tự động hoặc xử lý các vật liệu y tế nhạy cảm Sự chính xác và độ tin cậy của SCARA đảm bảo rằng các sản phẩm y tế đạt tiêu chuẩn cao về chất lượng và an toàn
Ngoài ra, SCARA còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như đóng gói, in ấn đặc biệt là F&B Trong ngành đóng gói, SCARA có thể thực hiện các nhiệm vụ như đóng gói sản phẩm vào hộp, dán nhãn và kiểm tra sản phẩm đầu cuối Trong ngành F&B, SCARA giúp tự động hóa quy trình chế biến món ăn và pha chế thức uống
Hình 2.2 Robot Scara sắp xếp pin và kiểm tra mối hàn [17]
Bên cạnh đó, robot SCARA cũng có một vài hạn chế:
Không gian làm việc hạn chế: Robot SCARA chỉ có thể hoạt động hiệu quả trong không gian hai chiều (XY), không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu di chuyển theo trục Z
Khả năng chịu tải hạn chế: Robot SCARA chỉ có thể gắp và di chuyển các vật nhẹ và nhỏ, không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu chịu tải nặng hoặc vật kích thước lớn Độ phức tạp cao: Robot SCARA yêu cầu một hệ thống điều khiển và lập trình phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật viên có kỹ năng cao để vận hành và bảo trì hệ thống
Đặc tính của hệ thống
Hình 2.3 Mô hình robot pha chế
Hệ thống của robot bao gồm một cánh tay robot SCARA và các cụm đi kèm như: Cụm đùn đá, cụm khuấy, cụm bơm nguyên liệu, cụm chứa ly
SCARA là loại robot khá phổ biến trong công nghiệp vì tính linh hoạt và khả năng thích ứng được với nhiều tác vụ khác nhau của chúng Trong từng hệ thống khác nhau, robot SCARA sẽ được thay đổi các đặc tính để phù hợp, các đặc tính cơ bản của robot SCARA được thực hiện trong đề tài bao gồm:
Cấu trúc robot: Gồm 3 bậc tự do trong đó có 2 khớp xoay và 1 khớp tịnh tiến Robot có khả năng di chuyển theo trục x, y và cả trục z Bên cạnh đó ở đầu công tác của cánh tay robot SCARA còn có 2 RC Servo chịu trách nhiệm xoay đầu công tác và kẹp ly Ứng dụng của robot: Robot SCARA được ứng dụng trong đề tài với chức năng gắp ly và di chuyển di đến các tọa độ tại các cụm để tiến hành pha chế thức uống
Phạm vi hoạt động: Không gian hoạt động của robot chỉ nằm trong khung máy, kích thước 120*60cm
Cụm đùn đá trong đề tài bao gồm 1 phễu chứa đá và trục vít đùn, chịu trách nhiệm đùn đá cho quá trình pha chế
Cụm khuấy trong đề tài bao gồm 1 trục vít, 1 bộ phận khuấy, 1 ngăn rửa dụng cụ khuấy Chịu trách nhiệm khuấy nguyên liệu và vệ sinh đầu khuấy
Cụm bơm nguyên liệu trong đề tài bao gồm hệ thống ngăn chứa nguyên liệu, vòi và máy bơm Chịu trách nhiệm bơm nguyên liệu cho quá trình pha chế
Cụm chứa ly trong đề tài bao gồm ống chứa ly và lẫy giữ ly Chịu trách nhiệm giữ ly sạch và cố định để robot gắp đi pha chế
Kết cấu hệ thống
Truyền động vít me – đai ốc trượt
Vít me – đai ốc là bộ chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, nhờ biến đổi chuyển động xoay của vít me thành chuyển động tịnh tiến của đai ốc Hay nói cách khác nó chuyển đổi mô-men xoắn thành lực đảo chiều dọc trục Vít me – đai ốc được sử dụng rộng rãi trong các máy móc công nghiệp
Hình 2.4 Cấu tạo của Vít me bi [37] Ưu điểm: Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn
Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn
Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren hoặc số vòng quay lớn
Hiệu suất truyền động thấp nên ít dùng để thực hiện những chuyển động chính
Bộ truyền đai răng làm việc theo nguyên tắc ăn khớp là chính, ma sát là phụ Do đó khác với những bộ truyền đai khác, lực căng trên đai nhỏ Cơ năng được truyền từ bánh đai chủ động (1) sang bánh đai bị động (2) nhờ đai răng (3)
Hình 2.5 Bộ truyền đai răng [35]
Không gây ồn trong quá trình làm việc
Có thể truyền động với vận tốc lớn
Tỉ số truyền ổn định Ít tạo nhiệt
Không cần căng đai Giảm tải, tăng tuổi thọ
Phải gắn thêm ít nhất một mặt bích cho bánh răng Đai răng được tiêu chuẩn hóa, nên việc lựa chọn bánh đai và đai răng phải đồng bộ
Truyền động con trượt tròn – trục trơn
Bộ truyền động con trượt tròn – trục trơn là bộ dẫn hướng tiêu chuẩn, giúp cho thiết bị chuyển động đúng hướng, chính xác Với cấu tạo bên trong là một hệ thống bi lăn, giúp con trượt chuyển động trên trục trơn êm ái hơn, giảm lực ma sát và chống ồn tốt
Hình 2.6 Con trượt tròn [36] Ưu điểm:
Chuyển động êm ái và không phát sinh tiếng ồn
Cấu tạo đơn giản và dễ lắp đặt
Khả năng dẫn hướng với độ chính xác cao
Giá thành hợp lý Độ bền cao
Yêu cầu bảo trì thường xuyên
Không truyền được mô men lớn
2.3.2 Thông số hệ dẫn động
Trong đề tài này, cơ cấu truyền động trong robot SCARA đã có sẵn Bao gồm:
Khâu 1 và khâu 3 chuyển động quay, sử dụng bộ truyền động puly – đai răng
Khâu 2 chuyển động tịnh tiến, sử dụng bộ truyền động vít me – đai ốc và bộ truyền động con trượt tròn – trục trơn
Cơ cấu truyền động ở cụm khuấy cũng sử dụng bộ truyền động vít me – đai ốc
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới, các dự án về việc nghiên cứu chế tạo robot pha chế tự động đã được khởi động và đạt được một số thành công nhất định Ví dụ như: “Bartender Toni” là một sản phẩm của công ty Makr Shakr tại Italia , được thiết kế để được đặt trên quầy và có 2 cánh tay cơ khí Với việc sử dụng ứng dụng, người dùng có thể chọn đồ uống mong muốn Từ đó, "Toni" tự động pha chế và phục vụ trong thời gian ngắn hơn so với việc pha chế truyền thống Điều đặc biệt là mỗi đồ uống được "anh ấy" tạo ra đều được chế biến với sự chính xác tuyệt đối từ việc lựa chọn gia vị cho đến sự hòa tan và hương vị, mang đến trải nghiệm tuyệt vời cho người sử dụng
Ngoài ra, "Bartender Toni" còn có khả năng phục vụ lên đến 250 ly cocktail mỗi giờ, đây có thể là ứng cử viên cho kỷ lục Guinness thế giới "Toni" cũng có khả năng ghi nhớ đến
158 công thức pha chế khác nhau, tạo ra sự linh hoạt và đa dạng trong việc phục vụ đồ uống cho mọi sở thích của người dùng
Hình 2.7 Robot pha chế “Toni” [38]
Cecilia là một robot pha chế được trang bị trí tuệ nhân tạo (AI) để tương tác với khách hàng Với thiết kế gọn nhẹ và hiện đại, Cecilia có hiệu suất hoạt động ước tính khoảng 120 ly đồ uống trên mỗi giờ Điểm đặc biệt của Cecilia so với "Toni" đó là khả năng nhận dạng giọng nói và tương tác trò chuyện với mọi người Cecilia được giới thiệu lần đầu vào ngày 24 tháng
2 năm 2021 do công ty GKI Group nghiên cứu, chế tạo và phát triển
Năm 2022, sau quá trình nghiên cứu của thành viên trong phòng thí nghiệm PRISCA, robot pha chế BRILLO đã ra mắt với những tính năng đáng chú ý Trong số đó, có khả năng tham gia vào các cuộc đối thoại phức tạp với người dùng Nhóm các nhà khoa học máy tính tại trường đại học đã áp dụng các thuật toán học máy để dạy BRILLO – viết tắt của "Robot pha chế rượu cho các hoạt động tương tác lâu dài" – cách tương tác với khách hàng một cách tự nhiên nhất
Hình 2.8 Robot Cecilia ở một sân bay [19]
Robot có khả năng đánh giá giọng điệu trong cuộc trò chuyện, phân biệt được sự nghiêm túc hay hào hứng và thậm chí có thể đặt những câu hỏi phù hợp hoặc kể những câu chuyện hài hước tùy thuộc vào ngữ cảnh Nhóm nghiên cứu của Rossi đã phát triển dựa trên các thuật toán trí tuệ nhân tạo hiện có để mô phỏng cách nói của con người Với quá trình huấn luyện, robot pha chế BRILLO có thể nhận diện và ghi nhớ đồ uống yêu thích của khách hàng, thậm chí đề xuất các câu hỏi dựa trên thông tin mà họ đã chia sẻ trước đó
Hình 2.9 Hình ảnh robot BRILLO [39]
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và chế tạo các máy pha chế đồ uống tự động chưa được quan tâm nhiều:
Vào năm 2018, một nhóm bạn ở TPHCM đã hoàn thành robot pha cafe tự động và chính thức đưa vào hoạt động ở quán Saigon Bizhub Đặc điểm ưu việt của chiếc robot này là nó đảm bảo được chất lượng cafe, tránh được tình trạng cafe giả Vì khi người chủ của chiếc máy cài đặt cho nó pha chế cafe của hãng nào thì sau này nó chỉ pha cafe của hãng đó, chỉ cần không đúng loại là nó sẽ không hoạt động
Hình 2.10 Robot pha cafe cùng với chủ quán [13]
2.4.3 Các tồn tại của hệ thống Ở Việt Nam chưa có nhiều đề tài nghiên cứu và phát triển các robot pha chế đồ uống tự động Nếu có chỉ ở mức đơn giản và chưa có tính đồng bộ, tổng quát và phạm vi áp dụng chưa lớn Hoặc cũng đã có nhiều quán café đã mua các con robot được sản xuất từ các nước khác như Mỹ, Trung Quốc, với giá rất cao có thể lên đến 100.000 USD chưa kể các chi phí bảo trì sửa chữa
Một trong những lí do là số tiền phải bỏ ra để một đội ngũ nhiều kinh nghiệm nghiên cứu và chế tạo ra một con robot pha chế tự động là khá cao, trong trường hợp dự án thành công
Hướng giải quyết trong đề tài: Xây dựng quy trình đặt món, thanh toán và pha chế khép kín cho robot Xây dựng hệ thống điều khiển robot với vi xử lý chính STM32 giúp đảm bảo được hiệu suất tính chính xác trong quá trình hoạt động của robot Ngoài ra xây dựng hệ CSDL, hệ thống IOT theo phương thức MQTT và các ứng dụng quản lý liên quan để theo dõi, kiểm soát và sửa lỗi cho robot
Thiết kế, xây dựng các cụm bổ trợ cho quá trình pha chế của robot Ứng dụng phần mềm Matlab để tính toán mô phỏng mô hình SCARA robot trước khi thử nghiệm chạy thực tế Việc này giúp tiết kiệm được thời gian sai sót trong quá trình tính toán
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các kiến thức liên quan về robot
3.1.1 Bậc tự do của robot
Bậc tự do là số lượng các chuyển động mà một hệ thống có thể thực hiện, bao gồm cả chuyển động quay và tịnh tiến Để di chuyển một vật thể trong không gian ba chiều, hệ thống chấp hành của robot cần đạt được một số bậc tự do nhất định Robot thường được cấu tạo dưới dạng một hệ thống hở, do đó bậc tự do của nó có thể được xác định bằng công thức sau:
Trong đó: n là số khâu động p i là số khớp loại i
Cấu trúc của robot bao gồm các khâu kết nối với nhau thông qua các khớp, tạo thành một chuỗi động học bắt đầu từ một khâu cơ bản cố định, nơi đặt hệ tọa độ chuẩn Các hệ tọa độ trung gian được gắn với các khâu động và được gọi là hệ tọa độ suy rộng Trong quá trình hoạt động, các hệ tọa độ suy rộng này xác định cấu hình của robot bằng cách dịch chuyển dài đối với khớp tịnh tiến hoặc dịch chuyển góc đối với khớp quay
Tất cả các hệ tọa độ gắn trên các khâu của robot tuân theo quy tắc bàn tay phải: Nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xòe ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa theo ba phương vuông góc nhau Nếu ngón cái chỉ theo trục 𝑧 thì ngón giữa sẽ chỉ theo trục 𝑦 và ngón trỏ theo trục 𝑥
Hình 3.1 Quy tắc bàn tay phải 3.1.3 Không gian công tác
Không gian công tác của robot bao gồm toàn bộ không gian mà khâu chấp hành cuối có thể di chuyển trong quá trình thực hiện các chuyển động Tuy nhiên, không gian làm việc của robot bị giới hạn bởi các thông số hình học và các ràng buộc cơ học của các khớp Ví dụ, một khớp quay chỉ có thể di chuyển trong một góc giới hạn, thường nhỏ hơn 360 độ
Các ràng buộc này đảm bảo rằng robot thực hiện các chuyển động trong phạm vi an toàn và đáng tin cậy
Động học
Động học là lĩnh vực nghiên cứu chuyển động của robot mà không xét đến lực và mô- men tác dụng lên nó Trong động học, có hai bài toán chính là động học thuận và động học nghịch Động học thuận tìm phương trình mô tả vị trí và định hướng của khâu cuối dựa trên giá trị các biến khớp Động học nghịch ngược lại, tìm phương trình tính các biến khớp từ vị trí và định hướng của khâu cuối Để thực hiện việc này, chúng ta cần xác định các ma trận chuyển vị của các khớp trong robot bằng quy tắc Denavit-Hartenberg (D-H)
Hình 3.2 Mô hình hóa các khâu và khớp theo quy tắc D-H [40]
𝑍 𝑖−1 đặt dọc theo trục của khớp i
𝑋 𝑖−1 là tích hữu hướng giữa 𝑍 𝑖−1 và 𝑍 𝑖
Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải
Các thông số Denavit-Hartenberg (D-H):
Khoảng cách giữa hai trục 𝑍 𝑖 và 𝑍 𝑖+1 theo phương của 𝑋 𝑖 : 𝑎 𝑖
Góc quay quanh 𝑋 𝑖 giữa hai trục 𝑍 𝑖 và 𝑍 𝑖+1 : 𝑎 𝑖
Khoảng cách giữa hai trục 𝑋 𝑖−1 và 𝑋 𝑖 theo phương của 𝑍 𝑖−1 : 𝑑 𝑖
Góc quay quanh 𝑍 𝑖−1 giữa hai trục 𝑋 𝑖−1 và 𝑋 𝑖 : 𝜃 𝑖
Các bước xây dựng phương trình động học: Đặt hệ trục tọa độ cho robot: Xác định các hệ trục tọa độ cho từng khâu của robot Thiết lập bảng thông số D-H: Dựa trên quy tắc Denavit-Hartenberg, xác định các thông số cần thiết cho mỗi khâu và khớp
Tính toán các ma trận chuyển vị: Sử dụng các thông số D-H để tính toán các ma trận chuyển vị từ hệ tọa độ này sang hệ tọa độ khác
Hình thành phương trình động học: Dựa trên các ma trận chuyển vị đã tính toán, thiết lập các phương trình động học của robot
Ma trận biến đổi từ hệ i−1 sang hệ i:
[ cosθ i -sinθ i cosα i sinθ i sinα i a i cosθ i sinθ i cosθ i cosα i -cosθ i sinα i a i sinθ i
Cơ sở lý thuyết cơ khí
Về việc thiết kế hệ thống cơ khí của robot đòi hỏi sự sâu sắc trong lĩnh vực khoa học về cơ cấu truyền động và vật liệu cơ khí Nhóm đồ án thiết kế cơ khí robot dựa trên nền tảng kiến thức chuyên ngành thuộc lĩnh vực cơ khí, trong đó bao gồm các khía cạnh quan trọng như cơ kỹ thuật, sức bền vật liệu, nguyên lý chi tiết máy và kỹ thuật chế tạo
Trong quá trình thiết kế, nhóm đã áp dụng kiến thức đã học từ cơ kỹ thuật, bao gồm phân tích lực, cân bằng lực, tính toán moment xoắn và nhiều khái niệm khác Các kiến thức về nguyên lý chi tiết máy được áp dụng để xây dựng cơ cấu chuyển động, lựa chọn động cơ và xác định tỉ số truyền
Ngoài ra kiến thức về sức bền vật liệu chịu trách nhiệm trong việc phân tích nội lực của các thanh đòn, đánh giá độ bền chi tiết và chọn lựa vật liệu gia công phù hợp Sự hiểu biết chuyên sâu về những khái niệm này giúp nhóm tính ổn định và hiệu suất của hệ thống cơ khí trong quá trình vận hành.
Cơ sở lý thuyết về điện tử
Quá trình thiết kế hệ thống điện cho robot đòi hỏi sự am hiểu sâu sắc về các kiến thức chuyên ngành, đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử công suất và kỹ thuật điện điện tử Nhóm thiết kế dựa trên kiến thức chuyên sâu nhận được từ các môn học như điện tử công suất và kỹ thuật điện - điện tử
Trong lĩnh vực điện tử công suất, nhóm cần áp dụng kiến thức về lựa chọn bo mạch, linh kiện điện tử, và hiểu rõ về các thông số như dòng điện, điện áp trong hệ thống Điều này đặt ra yêu cầu về việc nắm bắt chính xác về các yếu tố quyết định hiệu suất của bo mạch và linh kiện điện tử
Còn trong lĩnh vực kỹ thuật điện -điện tử, kiến thức về tính toán dòng điện, điện áp phù hợp với hệ thống, và tính công suất của thiết bị điện là quan trọng Nhóm phải đảm bảo rằng hệ thống được thiết kế sao cho dòng điện và điện áp điều chỉnh đúng, đồng thời đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình hoạt động Sự ứng dụng thông tin này một cách chính xác và hiệu quả sẽ giúp hệ thống điện của robot hoạt động một cách ổn định và hiệu suất
Cơ sở lý thuyết về lập trình
3.5.1 Các giao thức điều khiển
Khái niệm về giao thức điều khiển UART
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) – Bộ truyền nhận dữ liệu không đồng bộ) là một giao thức truyền thông phần cứng dùng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và có thể cấu hình được tốc độ
Giao thức UART được thể hiện trong hình 3.3 là một giao thức đơn giản và phổ biến, bao gồm hai đường truyền dữ liệu độc lập là TX (truyền) và RX (nhận) Dữ liệu được truyền và nhận qua các đường truyền này dưới dạng các khung dữ liệu (data frame) có cấu trúc chuẩn, với một bit bắt đầu (start bit), một số bit dữ liệu (data bits), một bit kiểm tra chẵn lẻ (parity bit) và một hoặc nhiều bit dừng (stop bit)
Thông thường, tốc độ truyền của UART được đặt ở một số chuẩn, chẳng hạn như 9600,
19200, 38400, 57600, 115200 baud và các tốc độ khác Tốc độ truyền này định nghĩa số lượng bit được truyền qua mỗi giây Các tốc độ 25 truyền khác nhau thường được sử dụng tùy thuộc vào ứng dụng và hệ thống sử dụng
Hình 3.3 Cách truyền tải dữ liệu
Dữ liệu được truyền trong giao tiếp UART được tổ chức thành các gói (Packets) Mỗi Packets chứa 1 bit Start, 5 đến 9 bit dữ liệu (tùy thuộc vào UART), 1 bit Parity và 1 hoặc 2 bit Stop
Start bit( bit khởi đầu) Đường truyền dữ liệu trong giao tiếp UART thường được giữ ở mức điện áp cao khi nó không truyền dữ liệu Để bắt đầu truyền dữ liệu, UART truyền sẽ kéo đường truyền từ mức cao xuống mức
17 thấp trong một chu kỳ đồng hồ
Khi UART 2 phát hiện sự chuyển đổi điện áp cao xuống thấp, nó bắt đầu đọc các bit trong khung dữ liệu ở tần số của tốc độ truyền (Baud rate)
Data frame( khung dữ liệu)
Khung dữ liệu chứa dữ liệu thực tế đang được truyền Nó có thể dài từ 5 bit đến 8 bit nếu sử dụng bit Parity (bit chẵn lẻ)
Nếu không sử dụng bit Parity, khung dữ liệu có thể dài 9 bit Trong hầu hết các trường hợp, dữ liệu được gửi với bit LSB (bit có trọng số thấp nhất) trước tiên
Parity bit( bit chẵn lẻ)
Trong giao tiếp UART, Bit Parity mô tả tính chẵn hoặc lẻ của một số bit Parity là một cách để UART 2 cho biết liệu có bất kỳ dữ liệu nào đã thay đổi trong quá trình truyền hay không Bit có thể bị 26 thay đổi bởi tốc độ truyền không khớp hoặc truyền dữ liệu khoảng cách xa,… Sau khi UART 2 đọc khung dữ liệu, nó sẽ đếm số bit có giá trị là 1 và kiểm tra xem tổng số là số chẵn hay lẻ
Stop bit( bit kết thúc) Để báo hiệu sự kết thúc của gói dữ liệu, UART gửi sẽ điều khiển đường truyền dữ liệu từ điện áp thấp đến điện áp cao trong ít nhất hai khoảng thời gian bit Ưu và nhược điểm của chuẩn giao tiếp uart Ưu điểm:
Chỉ sử dụng hai dây
Không cần tín hiệu đồng hồ
Có một bit chẵn lẻ để cho phép kiểm tra lỗi
Cấu trúc của gói dữ liệu có thể được thay đổi
Phương pháp được ghi chép rõ ràng và được sử dụng rộng rãi
Kích thước của khung dữ liệu được giới hạn tối đa là 9 bit
Không hỗ trợ nhiều hệ thống phụ hoặc nhiều hệ thống chính
Tốc độ truyền của mỗi UART phải nằm trong khoảng 10% của nhau
Khái niệm về giao thức điều MQTT
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) là một giao thức truyền thông dựa trên mô hình phát - nhận (publish-subscribe), được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các môi trường có băng thông thấp và độ trễ cao MQTT là một phần quan trọng trong các ứng dụng Internet of Things (IoT) nhờ vào khả năng truyền thông đáng tin cậy của nó
Các đặc điểm chính của MQTT
Mô hình phát - nhận: MQTT sử dụng mô hình phát - nhận, nơi mà các thiết bị có thể đăng ký (subscribe) hoặc xuất bản (publish) các tin nhắn lên các chủ đề (topic) cụ thể Điều này cho phép các thiết bị liên lạc với nhau một cách linh hoạt và hiệu quả mà không cần biết trước về sự tồn tại của nhau
Nhẹ nhàng và tiết kiệm tài nguyên: MQTT được thiết kế để sử dụng ít tài nguyên hệ thống và băng thông mạng, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị IoT có tài nguyên hạn chế Giao thức này sử dụng gói tin nhỏ và cơ chế kiểm soát kết nối đơn giản, giúp giảm tải trên mạng và các thiết bị
Hỗ trợ đa nền tảng: MQTT có thể chạy trên nhiều hệ điều hành và thiết bị khác nhau, từ các vi điều khiển nhỏ cho đến các máy chủ lớn, giúp nó linh hoạt và dễ dàng triển khai trong nhiều tình huống khác nhau Ưu và nhược điểm của giao thức MQTT Ưu điểm:
Truyền dữ liệu hiệu quả và thực hiện nhanh chóng do nó là một giao thức nhẹ
Sử dụng mạng có băng thông thấp, do gói dữ liệu được giảm thiểu
Phân phối dữ liệu hiệu quả
Gửi bản tin nhanh chóng và chính xác
Tối đa hóa băng thông có sẵn, giảm chi phí mạng
MQTT không được mã hóa Thay vào đó, nó sử dụng TLS (Transport Layer Security) / SSL (Secure Sockets Layer) để mã hóa bảo mật
Rất khó để tạo một mạng MQTT có thể mở rộng toàn cầu
BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC, QUY TRÌNH VẬN HÀNH
Quy trình đặt món và quy trình pha chế
4.1.1 Quy trình đặt món Để robot pha chế có thể biết được yêu cầu của khách hàng đồng thời kiểm tra được trạng thái giao dịch ta cần xây dựng quy trình đặt món cụ thể Mục đích để thu thập nhu cầu của người dùng và robot có thể vận hành theo quy trình cụ thể, tối ưu hiệu suất và tránh xảy ra lỗi
Hình 4.1 Quy trình đặt món Chọn Món: Đầu tiên, người dùng cần chọn loại đồ uống mong muốn
Chọn Độ Ngọt: Bước này cho phép tùy chỉnh hương vị đồ uống
Chọn Lượng Đá: Tùy chỉnh lượng đá theo sở thích
Thanh Toán: Xử lý thanh toán để hoàn tất đơn hàng Đợi Pha Chế: Thông báo cho người dùng biết thời gian đợi trong khi đồ uống đang được pha chế
Hoàn Thành: Thông báo đồ uống đã hoàn tất và sẵn sàng để nhận
Bước 1: Lấy Thông Tin Đơn Hàng
Quy trình đặt món bắt đầu với việc người dùng chọn món, chọn độ ngọt và lượng đá Điều này tương tự với việc thu thập thông tin yêu cầu của khách hàng
Các bước này tương ứng với: Chọn Món, Chọn Độ Ngọt, Chọn Lượng Đá trong quy trình đặt món
Bước 2: Xử Lý Thanh Toán
Sau khi thu thập thông tin, bước tiếp theo là xử lý thanh toán Điều này đảm bảo rằng đơn hàng được xác nhận và thanh toán trước khi pha chế
Bước này tương ứng với: Thanh Toán trong quy trình đặt món
Bước 3: Quy trình pha chế
Sau khi đã thanh toán robot tiến vào quy trình pha chế nước uống theo yêu cầu đặt hàng
Việc hoạt định ra một quy trình pha chế cụ thể cho robot pha chế là một điều hết sức quan trọng Nó giúp quá trình viết chương trình diễn ra dễ dàng, đi theo từng bước cụ thể Đồng thời giúp robot hoạt động một cách chính xác, có quy trình
Hình 4.2 Quy trình pha chế Chọn nước uống: Khách hàng tương tác với màn hình điều khiển để chọn loại nước uống thông qua ứng dụng
Lấy ly: Cánh tay robot di chuyển đến khu vực cụm chứa ly để lấy một chiếc ly giấy sạch Bơm nguyên liệu: Sau đó, robot tiến đến khu vực cụm bơm nguyên liệu và lấy đúng lượng nguyên liệu theo lập trình từ trước Đánh bọt: Robot di chuyển ly chứa nguyên liệu đến khu vực đánh bọt để khuấy đều và tạo bọt cho thức uống
Thêm đá hoặc không: Tùy theo yêu cầu của khách hàng đã chọn trong đơn hàng, nếu khách muốn thêm đá, robot sẽ đi đến khu vực cụm đùn đá Nếu không, robot sẽ bỏ qua bước này và tiếp tục di chuyển
Hoàn thiện sản phẩm: Robot sẽ đặt ly nước thành phẩm vào khu vực thành phẩm và gửi lời cảm ơn kèm theo lời chúc ngon miệng đến khách hàng
Quy trình này không chỉ đảm bảo chất lượng thức uống mà còn mang lại trải nghiệm độc đáo và thân thiện cho khách hàng.
Lựa chọn cấu hình cho cánh tay robot hệ thống
Cánh tay robot kiểu Cartesian (XYZ) Ưu điểm: Độ chính xác và độ cứng vững cao Độ chính xác cao trong việc di chuyển theo các trục tuyến tính
Dễ dàng lập trình và điều khiển
Khả năng linh hoạt hạn chế, khó thực hiện các chuyển động phức tạp
Cánh tay robot kiểu Cylindrical (Hệ tọa độ trụ) Ưu điểm:
Tốc độ cao và độ chính xác đủ để thực hiện các chuyển động
Thiết kế đơn giản và chi phí thấp
Khả năng linh hoạt hạn chế
Khó khăn trong việc thực hiện các chuyển động phức tạp
Cánh tay robot kiểu Spherical (Hệ tọa độ cầu) Ưu điểm:
Tốc độ cao và độ chính xác đủ để chuyển theo các góc và nâng hạ
Thiết kế gọn, không gian làm việc
Nhược điểm: Độ phức tạp và chi phí cao hơn
Khó điều khiển và lập trình hơn so với Cartesian
Cánh tay robot kiểu SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) Ưu điểm:
Tốc độ cao và độ chính xác tốt trong các chuyển động ngang
Thiết kế hợp cho các ứng dụng lắp ráp với di chuyển và lặp nhanh
Thiết kế gọn nhẹ, tiết kiệm không gian
Hạn chế trong việc di chuyển theo chiều dọc
Khả năng tải trọng không cao như một số cấu hình khác
Cánh tay robot kiểu Articulated (Cánh tay robot có khớp) Ưu điểm:
Linh hoạt cao, có thể thực hiện các chuyển động phức tạp phù hợp với ứng dụng
Kích thước và chi phí lớn và khó lập trình điều khiển
Lựa chọn tay robot SCARA cho robot pha chế tự động tử động
Cánh tay robot SCARA có khả năng di chuyển nhanh chóng và chính xác phù hợp với yêu cầu chế tạo robot pha chế tự động
SCARA có thiết kế gọn nhẹ, tiết kiệm không gian, thích hợp cho việc cài đặt và vận hành
Với các ứng dụng yêu cầu chuyển động ngang và lặp ráp đơn giản, SCARA là lựa chọn tốt
Động học robot
Hình 4.3 Hệ trục tọa độ Robot SCARA
Bảng 4.1 Bảng thông số Denavit-Hartenberg i li αi di θi Var
Các giá trị được suy ra từ không gian làm việc ở hình 4.2 và hình 4.3:
Tọa độ đầu cuối so với hệ trục tọa độ gốc (base-frame):
Trong đó: Các ma trận biến đổi từ hệ (i-1) sang hệ i:
T 2 3 =[ cosθ 3 -sinθ 3 0 l 3 cosθ 3 sinθ 3 cosθ 3 0 l 3 sinθ 3
Ma trận tọa độ đầu cuối là :
Hình 4.4 Phạm vi hoạt động cánh tay robot
Hình 4.5 Khu vực làm việc của robot SCARA trong không gian
Từ ma trận (4.11) động học thuận ta có:
(4.17) θ 2 =atan2(sinθ 2 ,cosθ 2 ) (4.18) Áp dụng phương pháp Cramer rule:
P y ]=[cosθ 2 l 3 +l 2 -sinθ 2 l 3 sinθ 2 l 3 cosθ 2 l 3 +l 2 ] [cosθ 1 sinθ 1 ] (4.19)
⇒ θ 1 =atan2(sinθ 1 ,cosθ 1 ) (4.22) Link 2 nằm trên góc phần tư(II) Điều kiện để link 2 nằm trên góc phần tư(II): θ 1 < 0 θ 2 ≤ 0
=> θ= θ 1 +θ 2 (4.23) Link 2 nằm trên góc phần tư(III)(có 2 trường hợp) Điều kiện để link 2 nằm trên góc phần tư(III):
=> θ= θ 1 +θ 2 (4.25) Link 2 nằm trên góc phần tư(IV) Điều kiện để link 2 nằm trên góc phần tư(IV): θ 2 >|θ 1 | θ 2 > 0
Ma trận Jacobian đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết vận tốc của các khớp với vận tốc của điểm cuối Đối với một robot 3 bậc tự do, ma trận Jacobian giúp xác định cách thay đổi nhỏ trong các góc khớp ảnh hưởng đến vị trí của điểm cuối Điều này đặc biệt hữu ích trong việc điều khiển và lập trình chuyển động của robot
Vị trí điểm cuối của robot trong hệ tọa độ Descartes được xác định bởi các phương trình:
Ma trận Jacobian liên kết vận tốc của các khớp với vận tốc của điểm cuối Với Px,Py,Pz là vị trí điểm cuối trong hệ tọa độ Descartes, ma trận Jacobian được biểu diễn như sau:
Với ma trận Jacobian JJJ được xác định bởi:
(4.29) Đạo hàm riêng các thành phần trong ma trận J thì ta được:
-l 2 sinθ 1 -l 3 sin(θ 1 +θ 2 ) -l 3 sin(θ 1 +θ 2 ) 0 l 2 cosθ 1 +l 3 cos(θ 1 +θ 2 ) l 3 cos(θ 1 +θ 2 ) 0
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT
Yêu cầu đề tài
Yêu cầu của đề tài là thiết kế và triển khai một hệ thống điều khiển cho robot có khả năng di chuyển mượt mà đến các vị trí đã được quy hoạch trước với sai số vị trí ở mức thấp nhất có thể Điều này đòi hỏi sự tối ưu hóa cả về phần mềm điều khiển và phần cứng của robot để đảm bảo rằng robot có thể di chuyển một cách chính xác và ổn định trong mọi tình huống
Phương án đầu tiên được đề xuất là quy hoạch đường đi cho robot theo quỹ đạo đường thẳng, sử dụng đa thức bậc 3 cho toàn bộ đường đi của robot Trong phương án này, đường đi của robot sẽ được xác định dựa trên các phương trình toán học của đa thức bậc 3, đảm bảo rằng robot sẽ di chuyển theo các đường thẳng nối các điểm mục tiêu Đây là phương pháp đơn giản và dễ triển khai, giúp đảm bảo rằng robot di chuyển theo một lộ trình xác định, hạn chế sai số và tối ưu hóa thời gian di chuyển
Phương án thứ hai là một phương pháp kết hợp, quy hoạch đường đi cho robot bằng phương pháp xoay khớp tại những khu vực trên đường đi không có vật cản, và sử dụng quỹ đạo đường thẳng dựa trên đa thức bậc 3 tại những đoạn đường cần độ chính xác cao và tránh vật cản, va chạm
Phương pháp xoay khớp cho phép robot di chuyển một cách linh hoạt và mượt mà trong các khu vực mở, nơi không có chướng ngại vật Điều này giúp tối ưu hóa thời gian di chuyển và giảm thiểu công suất tiêu thụ của robot, đồng thời giảm bớt sự phức tạp trong việc tính toán quỹ đạo
Tuy nhiên, khi robot di chuyển đến các khu vực yêu cầu độ chính xác cao hoặc có nguy cơ va chạm với vật cản, phương pháp quy hoạch quỹ đạo đường thẳng dựa trên đa thức bậc 3 sẽ được áp dụng Điều này đảm bảo rằng robot có thể di chuyển một cách chính xác đến vị trí mong muốn mà không gặp phải các vấn đề về va chạm hoặc sai số lớn
Cụ thể, trong phương án này, robot sẽ sử dụng phương pháp xoay khớp để di chuyển nhanh chóng và hiệu quả giữa các khu vực mở, và khi cần thiết, chuyển sang quỹ đạo đường thẳng dựa trên đa thức bậc 3 để đảm bảo độ chính xác và tránh va chạm
Nhóm quyết định lựa chọn phương án 2 vì nó mang lại sự linh hoạt cao hơn trong quá trình di chuyển của robot Phương pháp này cho phép robot di chuyển mượt mà nhất tại những khu vực không có vật cản, đảm bảo tốc độ và hiệu quả Đồng thời, tại những đoạn đường yêu cầu độ chính xác cao hoặc có chướng ngại vật, việc sử dụng quỹ đạo đường thẳng dựa trên đa thức bậc 3 sẽ giúp tránh được các vấn đề về va chạm và đảm bảo robot đạt được vị trí chính xác mong muốn
Việc kết hợp hai phương pháp này giúp tối ưu hóa cả về thời gian và độ chính xác, đáp ứng yêu cầu của đề tài về việc giảm sai số vị trí đến mức thấp nhất Bằng cách sử dụng phương pháp xoay khớp ở những khu vực an toàn và quỹ đạo đường thẳng chính xác ở những khu vực cần thiết, nhóm đã tìm ra một giải pháp hiệu quả và toàn diện cho bài toán điều khiển đường đi của robot
5.1.1 Phương pháp di chuyển xoay khớp
Phương pháp di chuyển xoay khớp là một trong những kiểu di chuyển đơn giản và cơ bản nhất trong kỹ thuật điều khiển robot Được sử dụng rộng rãi khi không yêu cầu về việc kiểm soát chính xác đường đi của cơ cấu chấp hành cuối (end-effector), phương pháp này cho phép các trục robot di chuyển từ vị trí gốc ban đầu đến vị trí góc kết thúc một cách trực tiếp Đối với mỗi khớp thứ i trong hệ thống robot, góc di chuyển cần thiết có thể được xác định bằng cách lấy giá trị góc kết thúc 𝜃𝐵 trừ đi giá trị góc bắt đầu 𝜃𝐴 Cụ thể, công thức tính toán góc di chuyển cho khớp thứ i được biểu diễn như sau:
∆θ là góc di chuyển của khớp thứ i θB là góc kết thúc của khớp thứ i θA là góc bắt đầu của khớp thứ i
5.1.2 Phương pháp di chuyển điểm tới điểm
Phương pháp di chuyển điểm tới điểm (point-to-point motion) của robot là một trong những phương pháp điều khiển chính để di chuyển cánh tay robot từ một vị trí này đến một vị trí khác Trong phương pháp này, robot di chuyển theo một đường thẳng hoặc theo các đoạn thẳng kết nối các điểm mục tiêu, không quan tâm đến đường đi chi tiết giữa các điểm Đây là cách tiếp cận hiệu quả khi không yêu cầu robot phải duy trì một đường đi mượt mà hoặc phải tuân thủ các hạn chế về chuyển động phức tạp Để thiết kế quỹ đạo di chuyển theo đường thẳng từ điểm có tọa độ 𝐴(𝑥 0 , 𝑦 0 ) tới điểm có tọa độ 𝐵(𝑥 𝑓 , 𝑦 𝑓 ), ta sử dụng phương trình đường thẳng nối hai điểm này Phương trình đường thẳng có dạng: x - x 0 x f - x 0 = y y - y 0 f - y 0 (5.2)
Giả sử quy luật chuyển động của robots là hàm bậc 3 với x=x(t) , ta có: x(t)=a 0 +a 1 t+a 2 t 2 +a 3 t 3 (5.4) v(t)=x , (t)=a 1 +2a 2 t+3a 3 t 2 (5.5) Xét các điều kiện ta được hệ phương trình:
Giải hệ phương trình trên ta được:
Thay (5.6) và (5.7) vào phương trình (5.4) ta được phương x là: x(t)=x 0 +3(x f -x 0 ) t f 2 t 2 - 2(x f -x 0 ) t f 3 t 3 y= y f -y 0 x f -x 0 x+y 0 x f -y f x 0 x f -x 0 ⇒ y(t)=y f -y 0 x f -x 0 x(t)+y 0 x f -y f x 0 x f -x 0
Tương tự ta được phương trình theo phương y là y(t)=y 0 +3(y f -y 0 ) t f 2 t 2 - 2(y f -y 0 ) t f 3 t 3 x= x f -x 0 y f -y 0 x+ x 0 y f -x f y 0 y f -y 0 ⇒ x(t)=x f -x 0 y f -y 0 y(t)+ x 0 y f -x f y 0 y f -y 0
Hình 5.1 Đồ thị mô phỏng trên matlab quỹ đạo của cánh tay robot di chuyển từ tọa độ
(250,285) đến (490,0) của Px cánh tay robot
Hình 5.2 Đồ thị mô phỏng trên matlab quỹ đạo của cánh tay robot di chuyển từ tọa độ
(250,285) đến (490,0) của Py cánh tay robot
Hình 5.3 Đồ thị mô phỏng trên matlab sự thay đổi góc của khớp 1 cánh tay robot khi di chuyển từ tọa độ (250,285) đến (490,0)
Hình 5.4 Đồ thị mô phỏng trên matlab sự thay đổi góc của khớp 3 cánh tay robot khi di chuyển từ tọa độ (250,285) đến (490,0)
Phương pháp tăng tốc giảm tốc động cơ
Quá trình tăng tốc và giảm tốc của robot diễn ra theo ba giai đoạn chính: tăng tốc, duy trì tốc độ không đổi và giảm tốc Ban đầu, robot từ từ tăng tốc để đạt đến vận tốc mong muốn, nhằm đảm bảo tính ổn định và tránh hiện tượng rung lắc Tiếp theo, robot duy trì tốc độ không đổi trong suốt quá trình di chuyển, tối ưu hóa hiệu suất và bảo vệ các thành phần cơ khí Cuối cùng, trước khi dừng lại hoặc chuyển hướng, robot giảm tốc dần để đảm bảo quá trình dừng diễn ra một cách êm ái, an toàn và chính xác Quá trình này được lập trình và điều khiển cẩn thận để đảm bảo sự ổn định động học và bảo vệ hệ thống, tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động tiêu cực trong quá trình vận hành Với độ phân giải được thiết lập là 40000 xung/vòng đối với khớp 1,3 và 400 xung/vòng đối với khớp 2 thì ta có các sơ đồ tăng giảm tốc với tầng số 400kHz, 20kHz và 100kHz lần lượt cho các khớp như sau:
Hình 5.5 Đồ thị sự thay đổi tốc độ của vận tốc khớp 1 bằng cách thay đổi tần số cấp cho động cơ được mô phỏng trên matlab
Hình 5.6 Đồ thị sự thay đổi tốc độ của vận tốc khớp 2 bằng cách thay đổi tần số cấp cho động cơ được mô phỏng trên matlab
Hình 5.7 Đồ thị sự thay đổi tốc độ của vận tốc khớp 3 bằng cách thay đổi tần số cấp cho động cơ được mô phỏng trên matlab
Lựa chọn động cơ
Do cấu trúc của robot nên tải trọng của khâu 1 bằng tổng tải trọng trên các khâu còn lại Khối lượng mà robot có thể làm việc là 0,2kg, khối lượng tổng các khâu robot 2.5kg
Lực tác dụng bởi trọng lượng: P = mg = 2,7.9,8 = 26,46N (5.10)
Moment tại điểm gắn động cơ: M = Fd = 26,46.0,447 ,83Nm (5.11)
11 = 1,075Nm; i: Tỉ số truyền (5.12) Với các giá trị đã tính ra ở trên, cùng xem xét về yếu tố khách quan khác như kinh tế, động cơ servo Hybrid YK257EC56E1 khá phù hợp
Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật động cơ YK257EC56E1
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp cung cấp 200V
Tốc độ tối đa 1500rpm
Lựa chọn bộ truyền đai
Theo hình dáng và tiết diện đai: Đai dẹt: có tiết diện ngang hình chữ nhật, chiều rộng b, chiều dày h, vật liệu chế tạo đai dẹt là: da, sợi bông, sợi len, sợi tổng hợp, vải cao su Trong đó đai vải cao su được sử dụng rộng rãi nhất Kích thước b và h của tiết diện đai được tiêu chuẩn hóa
Hình 5.8 Đai dẹt [1] Đai thang: có tiết diện ngang hình thang cân Vật liệu chế tạo đai thang là vải cao su
Gồm các sợi bông xếp hoặc bện chịu kéo, lớp cao su dùng để liên kết và chịu nén, tăng ma sát Đai thang làm việc theo 2 mặt bên Hình dạng, tiết diện và chiều dài đai thang được tiêu chuẩn hóa
Hình 5.9 Đai thang [1] Đai tròn: có tiết diện hình tròn, chỉ sử dụng trong các máy công suất nhỏ
33 Đai hình lược: là trường hợp đặc biệt của bộ truyền đai thang Các đai được làm liền nhau như răng lược Mỗi răng làm việc như một đai thang, số răng thường là 2÷20 tối đa là
50 răng Tiết diện răng được tiêu chuẩn hóa
Hình 5.11 Đai hình lược [1] Đai răng: là một dạng biến thể của bộ truyền đai, dây đai có hình dạng gần giống như thanh răng, bánh đai có răng gần giống như bánh răng Bộ truyền đai răng làm việc theo nguyên tắc ăn khớp là chính ma sát là phụ, lực căng trên đai khá nhỏ
Từ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại dây đai trên và căn cứ vào cấu tạo khớp thứ 4 thực tế của Robot SCARA nhóm quyết định lựa chọn bộ truyền đai răng để làm cơ cấu truyền động để điều khiển trục quay của vít me.
Thiết kế bộ truyền đai
Tần số : 400000 kHz Độ phân giải : 40000 xung/vòng
Ta có : u đc1 = f × pps 60 = 400000 40000 × 60 `0 (vòng/phút) (5.13)
Trong đó : u đc1 :Tốc độ động cơ 1 (vòng /phút) f: Tần số (Hz) pps: Độ phân giải (xung/vòng)
Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật bộ truyền đai khớp 1
Tên chi tiết Ký hiệu Giá trị Đường kính bánh chủ động d 1 12,73 (mm) Đường kính bánh bị động d 2 140 (mm)
Số răng bánh chủ động Z1 20
Số răng bánh bị động Z2 220
Số vòng quay bánh chủ động n 1 600(vòng/phút)
Góc ôm trên bánh chủ động: α 1 0 0 - (d 2 -d 1 ) a 57 0 0 0 - (140-12,73)
Góc ôm trên bánh bị động: α 2 0 0 + (d 2 -d 1 ) a 57 0 0 0 +(140-12,73)
173.36 57 0 = 221,9 0 (5.16) Suy ra, góc ôm thỏa điều kiện góc 𝛂1 ≥ 120 0 Do đó không xảy ra hiện tượng trượt giữa bánh đai và dây đai
Trong đó: d 1 , d 2 : là đường kính bánh chủ động và bánh bị động n 1 , n 2 : là số vòng quay của bánh chủ động và bánh bị động
Với tỉ số truyền trên ta suy ra được: n 2 =n 1 11 1 `0 11 1 T,5 (vòng/phút) (5.18)
Tần số : 100000 kHz Độ phân giải : 40000 xung/vòng
Ta có : u đc3 = f × pps 60 = 100000 40000 × 60 0 (vòng/phút) (5.21)
Trong đó : u đc3 : Tốc độ động cơ 3 (vòng /phút) f: Tần số (Hz) pps: Độ phân giải (xung/vòng)
Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật bộ truyền đai khớp 3
Tên chi tiết Ký hiệu Giá trị Đường kính bánh chủ động d 1 12,73 (mm) Đường kính bánh bị động d 2 38,2 (mm)
Số răng bánh chủ động Z1 20
Số răng bánh bị động Z2 60
Số vòng quay bánh chủ động n 1 150(vòng/phút)
Góc ôm trên bánh chủ động: α 1 0 0 - (d 2 -d 1 ) a 57 0 0 0 - (38,2-12,73)
Góc ôm trên bánh bị động: α 2 0 0 + (d 2 -d 1 ) a 57 0 0 0 +(38,2-12,73)
385 57 0 = 183,76 0 (5.24) Suy ra, góc ôm thỏa điều kiện góc 𝛂1 ≥ 120 0 Do đó không xảy ra hiện tượng trượt giữa bánh đai và dây đai
Trong đó: d 1 , d 2 : là đường kính bánh chủ động và bánh bị động n 1 , n2: là số vòng quay của bánh chủ động và bánh bị động
Với tỉ số truyền trên ta suy ra được: n 2 =n 1 1 3 0 1 3 P vòng/phút (5.26)
Tính toán độ bền chi tiết cơ khí
5.6.1 Lựa chọn vòng bi chà tròn
Vòng bi chà tròn 51110: Đường kính trong (d): 50 mm Đường kính ngoài (D): 70 mm Độ dày (T): 14 mm
Tải trọng tĩnh cơ bản (C0): 67 kN
Tải trọng động cơ bản (C): 24 kN
Vòng bi chà tròn 51113: Đường kính trong (d): 65 mm Đường kính ngoài (D): 90 mm Độ dày (T): 18 mm
Tải trọng tĩnh cơ bản (C0): 125 kN
Tải trọng động cơ bản (C): 46 kN
Tính toán lựa chọn vòng bi chà tròn
Với tổng khối lượng cánh tay và tải: m = 2,7 kg
Cộng thêm lực tác động từ moment xoắn: M,83 Nm ( ở 5.11)
Tải trọng động của vòng bi 51110: 24 kN > 26,46 N, đáp ứng yêu cầu
Tải trọng động của vòng bi 51113: 46 kN > 26,46 N, đáp ứng yêu cầu
Các vòng bi chà tròn 51110 và 51113 có khả năng chịu tải cao, phù hợp với yêu cầu tải trọng của các bậc tự do trong robot SCARA
5.6.2 Lựa chọn ổ lăn Ổ lăn 6809: Đường kính trong (d): 45 mm Đường kính ngoài (D): 58 mm Độ dày (B): 7 mm
Tải trọng tĩnh cơ bản (C0): 8.1 kN
Tải trọng động cơ bản (C): 12.5 kN Ổ lăn 6805: Đường kính trong (d): 25 mm Đường kính ngoài (D): 37 mm Độ dày (B): 7 mm
Tải trọng tĩnh cơ bản (C0): 3.9 kN
Tải trọng động cơ bản (C): 5.6 kN
Tính toán lựa chọn ổ lăn
Với tổng khối lượng cánh tay và tải: m = 2,7 kg
Cộng thêm lực tác động từ moment xoắn: M,83 Nm ( ở 5.11)
Tải trọng động của ổ lăn 6809: 12.5 kN > 26,46 N, đáp ứng yêu cầu
Tải trọng động của ổ lăn 6805: 5.6 kN > 26,46 N, đáp ứng yêu cầu
Các ổ lăn 6809 và 6805 có kích thước nhỏ gọn, khả năng chịu tải vừa phải và độ chính xác cao, phù hợp với các ứng dụng cụ thể của robot SCARA
5.6.3 Tính toán sức bền trục vít me Ứng suất kéo dọc trục: Ứng suất kéo dọc trục được tính theo công thức: σ= F
A (5.29) Trong đó: σ: Ứng suất kéo dọc trục (MPa hoặc N/mm 2 )
A: Diện tích mặt cắt ngang (mm 2 )
Ta có F = 500 N và đường kính d = 8mm:
2 ) 2 P,24 mm 2 (5.30) Ứng suất kéo dọc trục: σ= F
50,24 ≈9,95 MPa (5.31) Momen xoắn gây ra ứng suất cắt:
Momen xoắn gây ra ứng suất cắt được tính theo công thức: τ= M r
Trong đó: τ: Ứng suất cắt (MPa hoặc N/mm 2 )
M: Momen xoắn (Nm) r: Bán kính ngoài của trục (mm)
Với trục tròn momen quán tính được tính bằng:
Ta có M = 11,83 Nm, r = d 2 = 4mm, và d = 8mm:
So sánh giá trị tính toán với sức bền cho phép của trục vít me :
Ta có ứng suất kéo dọc trục của trục vít me là 200 - 400MPa (tùy từng loại thép) Ứng suất cắt của trục vít me là 100 - 200MPa (tùy từng loại thép)
Vì vậy tất cả các giá trị tính toán thỏa mãn độ bền của trục vít me
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, CƠ KHÍ ROBOT
Sơ đồ hệ thống điều khiển
Hình 6.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Hình 6.2 Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển
Hình 6.3 Sơ đồ mạch khối giảm áp CẢM BIẾN MỰC CHẤT LỎNG
Hình 6.4 Sơ đồ mạch cảm biến mực chất lỏng
Hình 6.5 Sơ đồ mạch bộ phận nhả đá
Hình 6.6 Sơ đồ mạch bộ phận đánh bọt
Hình 6.7 Sơ đồ động cơ bơm
DRIVER VÀ ĐỘNG CƠ ROBOT
Hình 6.8 Sơ đồ driver và động cơ robot ARDUINO UNO R3
Hình 6.9 Sơ đồ arduino uno r3
Hình 6.10 Sơ đồ KIT ESP32Dev KIT STM32F103C8T6
Hình 6.11 Sơ đồ KIT STM32F103C8T6
Hình 6.12 Sơ đồ công tắc hành trình MẠCH NGUỒN AC TO DC
Hình 6.13 Sơ đồ mạch nguồn AC to DC
Hệ thống điều khiển được thiết kế nhằm mục đích quản lý quá trình pha chế đồ uống tự động, với sự tương tác trực tiếp từ người dùng thông qua một ứng dụng điều khiển Hệ thống bao gồm các thành phần chính như ứng dụng di động, bộ vi điều khiển STM32F103C8T6, module truyền thông ESP32, và các động cơ bước (stepper motors) Mỗi thành phần trong hệ thống đều đảm nhiệm một vai trò quan trọng để đảm bảo hoạt động mượt mà và chính xác của toàn bộ hệ thống Ứng dụng di động: Ứng dụng di động đóng vai trò giao diện tương tác với người dùng, cho phép người dùng đặt đồ uống theo ý muốn Thông qua ứng dụng, người dùng có thể chọn loại đồ uống, điều chỉnh các thông số như lượng đường, lượng đá, hoặc các thành phần khác Sau khi người dùng hoàn tất việc đặt hàng, thông tin sẽ được gửi tới hệ thống điều khiển trung tâm Ứng dụng này sử dụng giao diện thân thiện và trực quan, giúp người dùng dễ dàng thao tác và đặt hàng nhanh chóng
ESP32 là một module truyền thông mạnh mẽ, hỗ trợ các giao thức kết nối như Wi-Fi và MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) Trong hệ thống này, ESP32 đảm nhiệm vai trò tiếp nhận dữ liệu đặt hàng từ ứng dụng di động qua mạng Wi-Fi Sau khi nhận được thông tin đặt hàng, ESP32 sẽ truyền dữ liệu này tới bộ vi điều khiển STM32F103C8T6 thông qua giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) ESP32 hoạt động như một cầu nối giữa ứng dụng di động và bộ vi điều khiển, đảm bảo dữ liệu được truyền tải một cách nhanh chóng và chính xác
Bộ vi điều khiển STM32F103C8T6:
STM32F103C8T6 là bộ vi điều khiển trung tâm của hệ thống, có nhiệm vụ xử lý dữ liệu nhận được từ ESP32 và điều khiển các động cơ bước để thực hiện quá trình pha chế đồ uống STM32F103C8T6 được lựa chọn vì khả năng xử lý mạnh mẽ, hỗ trợ nhiều giao thức
46 giao tiếp và dễ dàng lập trình Sau khi nhận được dữ liệu đặt hàng từ ESP32 qua UART, STM32F103C8T6 sẽ phân tích và xử lý thông tin, sau đó gửi các tín hiệu điều khiển tới các động cơ bước để thực hiện các bước pha chế như định lượng nguyên liệu, khuấy trộn, và rót đồ uống Động cơ bước (Stepper Motors):
Các động cơ bước trong hệ thống đóng vai trò là các bộ phận chấp hành, thực hiện các tác vụ cụ thể trong quá trình pha chế đồ uống Dữ liệu điều khiển từ STM32F103C8T6 sẽ được gửi tới các động cơ bước, chỉ định các động tác như quay một góc nhất định để định lượng nguyên liệu, di chuyển cánh tay robot tới vị trí rót đồ uống, hoặc khuấy trộn nguyên liệu theo các thông số đã đặt Động cơ bước được lựa chọn vì khả năng điều khiển chính xác và độ bền cao, đảm bảo quá trình pha chế diễn ra mượt mà và đồng đều
Khi dòng điện chạy qua mạch sẽ kích hoạt nam châm điện trong rơ le, nam châm sẽ tạo ra từ trường, thu hút tiếp điểm và kích hoạt motor để bơm các nguyên liệu lên chuẩn bị pha chế bên cạnh đó còn có kích máy khuấy nước hoạt động
Hình 6.15 Tủ điện thực tế
Thiết kế cơ khí robot
Robot SCARA có 3 bậc tự do, gồm 2 khớp quay và một khớp tịnh tiến Các khâu liên kết nối tiếp với nhau thông qua các khớp Ngoài ra robot còn có 2 khớp phụ ở đầu công tác, mục đích để xoay và kẹp ly
Cơ cấu truyền động chính được sử dụng ở các khớp như sau:
Khớp 1 và 3 sử dụng bộ truyền puly-đai răng có tỉ số truyền lần lượt là 11:1 và 3:1 Khớp 2 sử dụng bộ truyền vít me: bước vít p = 8 mm
Cụm đùn đá có 4 phần chính: Phần ống thoát nước, cụm trục vít đùn đá, phễu chứa đá, chân đế
Cụm khuấy có 5 phần chính: Phần trục vít, đầu khuấy, ngăn vệ sinh đầu khuấy, ống thoát nước, ống bơm nước rửa
Cụm bơm nguyên liệu có 3 phần chính: Phần vòi bơm và Loadcell, cụm nguyên liệu pha chế, cụm nước rửa dụng cụ pha chế
Hình 6.19 Cụm bơm nguyên liệu
Cụm chứa ly có 2 phần chính: Phần ống chứa ly và lẫy giữ ly, phần chân đế
Tủ điện điều khiển: Bao gồm nguồn, driver, mạch điện, nút estop, đèn báo nguồn, nút xả vệ sinh ống Được sắp xếp gọn gàng, khoa học bên trong tủ điện
Hình 6.21 Tủ điện điều khiển
Cụm giao tiếp người dùng: Bao gồm màn hình và loa
Hình 6.22 Cụm giao tiếp người dùng
Bàn pha chế được thiết kế và chế tạo để phù hợp với ứng dụng pha chế và quỹ đạo chuyển động của robot
Hình 6.23 Bàn pha chế của robot
Hình 6.24 Robot pha chế (mô phỏng)
Hình 6.25 Robot pha chế (thực tế)
Các thiết bị sử dụng trong hệ thống
6.3.1 Cảm biến mực chất lỏng XKC-Y25-PNP
XKC-Y25-PNP là một cảm biến mực chất lỏng có giá trị điện áp nằm trong khoảng từ
5 đến 12 VDC, thường được sử dụng để gắn lên thành bồn, bình, hồ cá bằng phi kim, giúp xác định mực chất lỏng đạt tới vị trí đặt cảm biến, cảm biến có khả năng xuyên qua các thành phi kim dày Vì không tiếp xúc với chất lỏng hoặc đặt phía trong bồn nên có độ bền và độ an toàn cao, thường được dùng để xác định mực nước hoặc chất lỏng bất kỳ
Hình 6.26 Cảm biến XKC-Y25-PNP [18]
Bảng 6.1 Thông số kỹ thuật cảm biến XKC-Y25-PNP
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp đầu vào 5 – 12 (V)
Tín hiệu đầu ra PNP
Dòng điện đầu ra 1 – 100 (mA)
Khoảng cách phát hiện 0 – 13 (mm)
Nhiệt độ làm việc 0-85°C Độ ẩm 5-100%
STM32F103C8T6 là bo một mạch phát triển sử dụng MCU STM32F103C8T6 lõi ARM STM32 Bo mạch này phát triển hệ thống tối thiểu chi phí thấp, được thiết kế nhỏ gọn, hoạt động vô cùng ổn định, các chân ngoại vi được đưa ra ngoài giúp dễ dàng kết nối, giao tiếp Bo mạch phù hợp cho người học muốn tìm hiểu vi điều khiển STM32 với lõi ARM Cortex-M3 32-bit
Hình 6.27 Vi điều khiển STM32F103C8T6 [19]
Bảng 6.2 Thông số vi điều khiển STM32F103C8T6
Thông số kỹ thuật Giá trị
RAM 24KB Điện áp I/O 2 – 3.6 (VDC)
Hình 6.28 Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển STM32F103C8T6 [19]
Vi điều khiển Arduino UNO R3
Bảng 6.3 Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp cấp 5V-12V
Dòng ra tối đa 50mA-500mA
6.3.3 Module thu phát Wifi ESP32 NodeMCU LuaNode32
Kit RF thu phát Wifi ESP32 NodeMCU LuaNode32 có 30 chân được phát triển trên nền module trung tâm là ESP32 với công nghệ Wifi, BLE và nhân ARM SoC tích hợp mới nhất hiện nay, kit có thiết kế phần cứng, firmware và cách sử dụng tương tự Kit NodeMCU ESP8266, với ưu điểm là cách sử dụng dễ dàng, ra chân đầy đủ Mạch wifi này là sự lựa chọn hàng đầu trong các nghiên cứu, ứng dụng về Wifi, BLE, IoT và điều khiển, thu thập dữ liệu qua mạng
Hình 6.30 Module thu phát wifi ESP32 [21]
Bảng 6.4 Thông số kỹ thuật Module thu phát Wifi ESP32 Node MCU
Thông số kỹ thuật Giá trị
Vi xử lý chính ESP-WROOM-32
6.3.4 Mạch điều khiển động cơ bước 5ATB6600 HY-DIV268N
TB6600 HY-DIV268N là mạch điều khiển động cơ bước hai pha hybrid, nó giúp cho động cơ hoạt động êm ái và trơn tru, moment xoắn tốc độ cao hơn
Hình 6.31 Mạch điều khiển động cơ bước 5ATB6600 HY-DIV268N [22]
Bảng 6.5 Thông số kỹ thuật Mạch điều khiển động cơ bước 5ATB6600 HY-DIV268N
Thông số kỹ thuật Giá trị
6.3.5 Module điều khiển động cơ bước A4988
A4988 là bộ chuyển đổi và bảo vệ quá dòng, điều khiển động cơ bước chế độ DMOS, board hỗ trợ điều khiển ở chế độ full, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 bước mô tơ bước lưỡng cực
Hình 6.32 Module điều khiển động cơ bước A4988 [23]
Bảng 6.6 Thông số kỹ thuật Module điều khiển động cơ bước A4988
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp hoạt động 3.3(V) – 5 (V) Điện áp điều khiển(VMOT) 8 – 35 (VDC)
Chế độ điều khiển full,1/2, 1/4, 1/8, 1/16
6.3.6 Động cơ servo Hybrid YK257EC56E1
Giới thiệu: Động cơ servo Hybrid được cấu tạo từ các thành phần cơ bản sau: Động cơ điện: Là trung tâm của động cơ hybrid servo Động cơ này thường là một loại động cơ servo hoặc bước, cung cấp công suất chính cho hệ thống
Cảm biến vị trí: Độ chính xác của động cơ servo thường phụ thuộc vào cảm biến vị trí như encoder hoặc resolver Cảm biến này cung cấp phản hồi về vị trí và vận tốc của trục hoặc bộ phận đang được điều khiển, giúp hệ thống xác định vị trí và điều chỉnh chuyển động
Hệ thống điều khiển: Được sử dụng để điều khiển động cơ dựa trên thông tin phản hồi từ cảm biến vị trí Hệ thống điều khiển này có thể bao gồm bộ vi xử lý, bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative), và các bộ phận điện tử để tối ưu hóa hiệu suất của động cơ
Hình 6.33 Động cơ servo Hybrid [24]
Bảng 6.7 Thông số kỹ thuật động cơ servo Hybrid
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp cung cấp 200V
Tốc độ tối đa 1500rpm
Cấp độ bảo vệ IP65
Hình 6.34 DataSheet động cơ servo Hybrid [24]
Nguyên lý hoạt động Động cơ servo Hybrid thường kết hợp giữa nhiều phương pháp điều khiển và phản hồi, chẳng hạn như sử dụng cả encoder và cảm biến tải trọng để cung cấp thông tin phản hồi về vị trí và tải trọng, giúp tối ưu hóa chính xác và hiệu suất của hệ thống Driver liên kết với động cơ sẽ chịu trách nhiệm nhận tín hiệu hồi tiếp từ encoder và xử lý để cấp xung điều khiển
Bảng 6.8 Thông số kỹ thuật Driver Servo SSD2505M
Thông số kỹ thuật Giá trị
Bộ xử lý tín hiệu DSP, 32bit
Khối lượng 0.8[kg] Ưu điểm Driver Servo SSD2505M:
SSD2505M tận dụng ưu điểm của công nghệ điều khiển DSP 32-bit và công nghệ điều khiển góc công suất, tốc độ tối đa đạt hơn 3000rmp Sự suy giảm mô-men xoắn tốc độ cao của nó thấp hơn nhiều so với bộ truyền động bước vòng hở thông thường, điều này có
58 thể nâng cao đáng kể hiệu suất tốc độ cao và hiệu suất mô-men xoắn, đồng thời giảm hiện tượng nóng/rung của động cơ, do đó nâng cao hiệu quả và độ chính xác của máy Việc sử dụng công nghệ điều khiển dòng điện dựa trên tải có thể giảm nhiệt động cơ một cách hiệu quả, kéo dài tuổi thọ động cơ Tín hiệu đầu ra vị trí và cảnh báo sẽ hỗ trợ máy chủ giám sát và điều khiển Và chức năng cảnh báo vị trí đảm bảo vận hành an toàn cho máy xử lý
6.3.8 Module công tắc hành trình
Công tắc hành trình là một loại công tắc có khả năng đóng mở Chức năng của nó là giới hạn hành trình di chuyển của một chuyển động
Hình 6.37 Module công tắc hành trình [26]
Bảng 6.9 Thông số kỹ thuật Module công tắc hành trình
Thông số kỹ thuật Giá trị
Kích thước 25mm x 19mm Điện áp cung cấp 3V-12V
OUT Chân ra tín hiệu thấp hay cao
Cảm biến Loadcell có chức năng chuyển đổi từ trọng lực, lực sang tín hiệu điện Khi tải trọng thay đổi, sẽ có lực tác động làm trở kháng của cảm biến thay đổi Việc thay đổi trở kháng này làm cho thay đổi về điện áp đầu ra
Bảng 6.10 Thông số kỹ thuật cảm biến LoadCell
Thông số kỹ thuật Giá trị
Tải trọng 5kg Điện áp hoạt động 5V
Chất liệu cảm biến Nhôm
Nhiệt độ hoạt động -20-65 độ C
6.3.10 Mạch Chuyển Đổi ADC 24bit Loadcell HX711
Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711: module chuyển đổi analog sang digital 24-bit HX711 được thiết kế để chuyển đối tín hiệu và ứng dụng điều khiển công nghiệp để giao tiếp trực tiếp với một cảm biến cầu
Hình 6.39 Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711[28]
Bảng 6.11 Thông số kỹ thuật mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp hoạt động 2.7 – 5 (V)
Dòng tiêu thụ
300 cm, với độ chính xác cao
Hình 6.41 Cảm biến siêu âm HC – SR04 [30]
Bảng 6.13 Thông số kỹ thuật công tắc cảm biến mực chất lỏng phao điện từ
Thông số kỹ thuật Giá trị Điện áp 5VDC
Khoảng cách 2cm – 450cm Độ chính xác 3mm
6.3.13 Động Cơ Bước Nema17 42x42mm, 1.8°, 0.45Nm
Lưu đồ giải thuật
Hình 6.46 Lưu đồ giải thuật chương trình STM32
Hình 6.47 Lưu đồ giải thuật chương trình ESP32
Hình 6.48 Lưu đồ giải thuật chương trình Arduino Uno R3
Hình 6.49 Lưu đồ giải thuật chương trình giao diện điều khiển
Thiết kế giao diện người dùng
Hình 6.50 Thiết kế giao diện trên MIT APP INVENTOR
Hình 6.51 Giao diện chờ Ở giao diện này, ấn nút “ORDER” để tiến hành vào giao diện đặt món Nếu tất cả các bình nguyên liệu đều hết hoặc bình chứa nước rửa dụng cụ pha chế hết nút “ORDER” sẽ bất hoạt và thông báo bằng âm thanh với người dùng
Hình 6.52 Giao diện đặt món
68 Ở giao diện đặt món, người dùng ấn vào hình ảnh món muốn chọn, màn hình chọn lượng đường sẽ được mở Có 2 phút để thực hiện thao tác này, nếu quá 2 phút người dùng vẫn không ấn, màn hình sẽ reset về trạng thái ban đầu
Hình 6.53 Giao diện đặt món (có món bị hết nguyên liệu)
Dữ liệu nguyên liệu còn lại được cập nhật thời gian thực, vì vậy nếu nguyên liệu cần thiết để pha chế các món trên màn hình hết, giao diện sẽ cập nhật trạng thái và không cho phép đặt món đó, lúc này nút của món tương ứng sẽ bị bất hoạt, nếu người dùng ấn vào giao diện sẽ thông báo bằng âm thanh
Hình 6.54 Giao diện chọn lượng đường
Tương tự như chọn món, người dùng cũng ấn vào hình ảnh tương đương với lượng đường mong muốn, giao diện chọn lượng đá sẽ xuất hiện Có 3 mức độ đường để chọn Có
2 phút để thực hiện thao tác này, nếu quá 2 phút người dùng vẫn không ấn, màn hình sẽ reset về trạng thái ban đầu
Hình 6.55 Giao diện chọn lượng đá
Tương tự trên, người dùng cũng ấn vào hình ảnh tương đương với lượng đá mong muốn, giao diện thanh toán sẽ xuất hiện Có 2 mức để chọn Có 2 phút để thực hiện thao tác này, nếu quá 2 phút người dùng vẫn không ấn, màn hình sẽ reset về trạng thái ban đầu
Hình 6.56 Giao diện thanh toán Ở giao diện thanh toán sẽ có tổng số tiền phải trả được hiển thị, mã QR để quét thanh toán, trạng thái thanh toán và thời gian chờ Người dùng sẽ sử dụng ứng dụng ngân hàng hoặc momo để quét mã và thanh toán đúng số tiền hiển thị trên màn hình
Bởi vì việc truy cập API thanh toán rất phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm trong việc xử lý thuật toán và liên hệ với đơn vị ví điện tử để họ cung cấp API tài khoản, mục đích để truy xuất thông tin thanh toán Vì vậy chúng em mô phỏng quá trình thanh toán này bằng 1 ứng dụng thanh toán tự viết
Người dùng có 1 phút để thực hiện thao tác này, nếu thanh toán thành công, trạng thái
70 thanh toán thành công sẽ hiện lên và chuyển đến giao diện chờ pha chế Nếu thanh toán thất bại hoặc hết thời gian, giao diện sẽ thông báo bằng âm thanh và reset về trang thái ban đầu, yêu cầu đặt món lại
Hình 6.57 Giao thanh toán thành công và thất bại
Hình 6.58 Giao chờ pha chế Ở giao diện này, người dùng chỉ việc đợi giao diện báo pha chế xong, lấy nước và hoàn tất quy trình đặt món
Hình 6.59 Giao diện pha chế xong
Giao diện này thông báo và sẽ reset về giao diện ban đầu trong 5s
THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ
Chạy thực nghiệm tọa độ
Trong quá trình thực nghiệm, chúng em đã thu thập dữ liệu và ghi nhận kết quả di chuyển của robot theo các vị trí được xác định trước Dữ liệu này bao gồm các tọa độ mục tiêu (X, Y) và các tọa độ thực tế mà robot đạt được sau khi di chuyển
Bước 1: Gửi thông tin từ APP xuống ESP32
Bước 2: ESP32 gửi data sang STM32 qua UART
Bước 3: Robot di chuyển đến vị trí đã được quy hoạch trước
Bảng 7.1 Thực nghiệm tọa độ:
Hình 7.1 Robot thực nghiệm đi tới tọa độ điểm A(300,150)
Sau khi tiến hành thử nghiệm, chúng em nhận thấy rằng hệ thống điều khiển robot hoạt động tốt trong việc nhận tín hiệu và truyền nhận dữ liệu từ ứng dụng di động thông qua ESP32 Robot có thể di chuyển đến các vị trí được quy hoạch trước với độ chính xác cao
Tuy nhiên, có một số vấn đề nhỏ cần được khắc phục để nâng cao hiệu suất của hệ thống:
Lần đo X Y X thực tế Y thực tế
Trong một số trường hợp, chúng em nhận thấy có sự chậm trễ trong quá trình truyền tín hiệu từ ứng dụng di động tới ESP32 và từ ESP32 tới STM32 Nguyên nhân chính có thể do tín hiệu mạng yếu hoặc môi trường thử nghiệm có nhiều nhiễu Việc cải thiện kết nối mạng và tối ưu hóa quá trình truyền dữ liệu có thể giúp giảm thiểu độ trễ này
Mặc dù hệ thống hoạt động tốt, vẫn có một số trường hợp robot đi lệch khỏi quỹ đạo dự kiến Tuy nhiên, các sai số này thường rất nhỏ và nằm trong khoảng sai số chấp nhận được
Ví dụ, trong lần đo thứ 4, tọa độ thực tế của Y lệch 2 đơn vị so với tọa độ mục tiêu, và trong lần đo thứ 5, tọa độ Y lệch 1 đơn vị Việc hiệu chỉnh có thể giúp giảm thiểu sai số
Hệ thống hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong hầu hết các thử nghiệm Tuy nhiên, để đảm bảo độ tin cậy cao hơn trong các ứng dụng thực tế, cần tiến hành thêm các thử nghiệm trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau và với tải trọng khác nhau
Tổng kết lại, hệ thống điều khiển robot đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản và cho thấy tiềm năng ứng dụng cao trong thực tế Việc tiếp tục tối ưu hóa hệ thống và khắc phục các vấn đề nhỏ sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy, đảm bảo robot có thể hoạt động một cách mượt mà và chính xác trong mọi tình huống.
Kiểm tra độ chính xác Loadcell
Chúng em tiến hành thực nghiệm độ chính xác của loadcell sau hiệu chỉnh bằng cách thiết lập cho bơm hoạt động, bơm nước vào ly đặt trên loadcell, đạt 100g ngắt bơm Sau đó đem ly nước đó cân ở 2 loại cân tiểu ly điện tử QUA 1kg và 2kg, sau 10 lần thử nghiệm thu được bảng kết quả như sau:
STT Giá trị cài đặt Loadcell Cân QUA 1kg Cân QUA 2kg
Dựa vào bảng chúng ta có thể thấy các giá trị thu được sau khi cân lại trên 2 cân chuẩn đều lớn hơn giá trị setup cho loadcell
Dựa vào số liệu ta thu được:
Giá trị trung bình cân được trên cân QUA 1kg: 106g
Giá trị trung bình cân được trên cân QUA 2kg: 105,7g Độ lệch chuẩn so với cân QUA 1kg: 2,966g Độ lệch chuẩn so với cân QUA 2kg: 2,865g
Sai số trung bình so với cân QUA 1kg: 6g
Sai số trung bình so với cân QUA 2kg: 5.7g
Nguyên nhân gây sai lệch có thể xuất phát từ quá trình đo đạc, đặc biệt là khi ngắt bơm vẫn còn 1 lượng nhỏ nước trong ống chảy xuống nên gây ra sai lệch
Tuy nhiên sai số không lớn, không ảnh hưởng nhiều đến công việc pha chế nên có thể chấp nhận được.
Chạy thực nghiệm cả quy trình
Chúng em tiến hành cho thực nghiệm đặt món và pha chế nhiều lần, lưu thông tin lên CSDL Google Sheets Dữ liệu thực nghiệm như sau:
Hình 7.2 CSDL của robot pha chế trên Google Sheets
Hình 7.3 Robot trong lúc pha chế đồ uống
Ngày (Day): Tất cả các đơn hàng đều được thực hiện trong cùng một ngày (26/06/2024)
Thời gian (Time): Giá trị thời gian được thể hiện dưới dạng số thập phân từ 0 đến 1, tương ứng với thời gian trong ngày
Loại đồ uống (Drink): Có ba loại đồ uống được chọn trong các đơn hàng: Black Coffee
(26 đơn), Milk Coffee (4 đơn), Lemon Tea (4 đơn) Độ ngọt (Sugar): Giá trị từ 0.5 đến 1, với trung bình là 0.926
Lượng đá (Ice): Tất cả các đơn hàng đều có lượng đá là 1
Thanh toán (Payment): Hầu hết các đơn hàng đều được thanh toán thành công (33 lần thành công, 1 lần lỗi)
Quá trình pha chế (Process): Có 5 đơn hàng đã hoàn thành quá trình pha chế, và 29 đơn hàng chưa hoàn thành
Ngày chuyển (Day Transferred): Tất cả các đơn hàng đều được chuyển vào ngày 26/06/2024
Thời gian chuyển (Time Transferred): Các thời gian chuyển khác nhau, với 2 đơn hàng có cùng thời gian chuyển là 21:55:36
Giá (Price): Tất cả các đơn hàng đều có giá là 10.000 đ
Tổng Kết Số Lượng Đơn Hàng Theo Loại Đồ Uống
Tổng Kết Trạng Thái Thanh Toán
Hiệu suất và Ổn định của Hệ Thống:
Hầu hết các đơn hàng đều được thanh toán thành công, chỉ có một lần xảy ra lỗi thanh toán Điều này cho thấy hệ thống thanh toán khá ổn định
Tuy nhiên, tỷ lệ hoàn thành quá trình pha chế thấp (chỉ 5/34), do lỗi mạng nên không cập nhật được hoàn tất quy trình pha chế Điều Chỉnh Quy Trình:
Kiểm tra lại quy trình pha chế và cải thiện kết nối mạng
Quy trình cập nhật dữ liệu được thay đổi, sau khi thanh toán cập nhật 1 lần và sau khi pha chế xong cập nhật 1 lần nữa
Hình 7.4 CSDL của robot pha chế sau khi robot đã được hiệu chỉnh
Ta có thể thấy tất cả các tiến trình đều thành công, và thời gian pha chế đều dưới 1 phút.
Đánh giá kết quả đạt được với mục tiêu đề tài và các công trình trước đây
Nhìn chung “Robot pha chế thức uống tự động” sau khi hoàn thành đạt được đầy đủ các mục tiêu đề tài mà nhóm đã đề ra Từ xây dựng các quy trình đến chế tạo, viết thuật toán và ứng dụng Robot bán các loại thức uống cụ thể Tuy nhiên vẫn còn một số mặt hạn chế như
76 thức uống chưa đa dạng, chỉ dừng lại ở 3 loại là cà phê đen, cà phê sữa và trà chanh Khi hoạt động vẫn có khả năng xảy ra lỗi
Các công trình về Robot pha chế ở Việt Nam nhóm đã tìm hiểu, tuy nhiên dù đã cố gắng nhưng nhóm chỉ tìm thấy duy nhất một sản phẩm là Robot pha chế cà phê Polytropos thế hệ 2 do kỹ sư Nguyễn Mạnh Hà và nhóm của anh tạo ra
Polytropos thế hệ 2 và Robot pha chế thức uống tự động do nhóm em phát triển có các quy trình gần như giống nhau Tuy nhiên để đánh giá khách quan Robot của nhóm em phát triển vẫn còn nhiều hạn chế so với Polytropos thế hệ 2 như độ thẩm mỹ, sự đa dạng món, hiệu suất, cơ sở dữ liệu quản lý,… Nguyên nhân chủ yếu là về kinh phí chế tạo cũng như hạn chế về thời gian và năng lực chuyên môn
Sau quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã hoàn thành được những nhiệm vụ sau:
Thiết kế và thi công tủ điện điều khiển và viết chương trình robot pha chế
Thiết kế, chế tạo cơ khí robot SCARA, các cụm chức năng
Hoàn thành bản vẽ cơ khí, sơ đồ đấu nối thiết bị điện
Tính toán động học và quy hoạch quỹ đạo chuyển động của robot
Thực hiện mô phỏng kiểm chứng động học robot trên phần mềm Matlab
Xây dựng quy trình đặt món, thanh toán và pha chế khép kín
Thiết kế giao diện đặt hàng cho robot và ứng dụng quản lý robot
Hướng phát triển của đề tài trong tương lai:
Thiết kế robot thành một khối thống nhất có che chắn kỹ càng
Thêm cơ chế báo lỗi và xử lý lỗi thông minh
Nghiên cứu và phát triển AI để robot có thể giao tiếp với khách hàng
Thiết kế hệ thống tùy chỉnh món và nguyên liệu pha chế theo nhu cầu người dùng Thiết kế cơ cấu tự làm đá và nhả đá thông minh hơn
Nâng cấp cụm khuấy chuyển động mượt mà hơn, hạn chế tiếng ồn
Phát triển thêm cơ chế đóng nắp ly
[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí(tập một), NXB Giáo Dục Việt Nam, 2006
[2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập hai), NXB Giáo Dục Việt Nam, 2006
[3] Võ Lâm Chương, Giáo trình hệ thống truyền động Servo, Lưu hành nội bộ
[4] Huỳnh Tuấn Khải, Nguyễn Đăng Khoa, Nguyễn Trọng Lương, Nguyễn Đăng Tấn Quý,
TS Lê Ngọc Trân, “Nghiên cứu, Thiết kế, Chế tạo Mô hình dây chuyền Robot phân loại sản phẩm”, Trường đại học Công nghiệp TP HCM, 4/7/2024
[5] Nguyễn Trường Thịnh, Tưởng Phước Thọ, Giáo trình kỹ thuật Robot, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, TP.HCM 2022
[6] Nguyễn Thiện Phúc, Robot Công Nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2006
[7] R N Jazar, Theory of Applied Robotics, Springer New York, NY Etienne Dombre Wisama Khalil, Modeling, Performance Analysis and Control of Robot Manipulators, ISTE Ltd, 2007
[8] Saeed Benjamin Niku, Introduction to Robotics: Analysis, Control, Applications, 2nd Edition, Pearson Education, United States of America, August 2010
[9] Benjamin Niku, Introduction to Robotics: Analysis, Control, Applications, 2nd Edition, Pearson Education, United States of America, August 2010
[10] Daviteq, Các giao thức IOT phổ biến nhất là gì, link https://www.daviteq.com/blog/vi/cac-giao-thuc-iot-pho-bien-nhat/, 9/2020
[11] Debra Schug, How to Know When A SCARA Robot is the Right Choice for Your Application, link https://www.fanucamerica.com/news-resources/articles/how-to-know- when-a-scara-robot-is-the-right-choice-for-your-application, 07/ 2018
[12] LANIT JSC, Giao thức MQTT là gì? Vì sao cần sử dụng MQTT, link https://lanit.com.vn/giao-thuc-mqtt-la-gi.html, 29/12/2023
[13] Khoa học - Công nghệ, Độc đáo robot pha chế cà phê đầu tiên tại thành phố Hồ Chí Minh, link https://vtcnews.vn/doc-dao-robot-pha-che-ca-phe-dau-tien-tai-thanh-pho-ho-chi- minh-ar399223.html, 13/05/2018
[14] Smart Factory & IIoT Marketing, Internet Of Things (IoT), link https://smartindustry.vn/technology/internet-of-things/giao-thuc-mqtt-la-gi-nhung-ung dung-cua-mqtt-nhu-the-nao/, 6/10/2021
[15] Rin Ella: Robot Barista sắp ra mắt tại ga JR Tokyo và Yokohama, link https://kilala.vn/doanh-nghiep-nhat/ella-robot-barista-sap-ra-mat-tai-ga-jr-tokyo vayokohama.html , 23/09/2021
[16] CNA/sk, From cafe to tech start-up: The man who came up with a robot barista to solve manpower woes, link https://www.channelnewsasia.com/business/robot-barista-crown- digital-cafe-startup-keith-tan-2400631, 31/12/2021
[17] KANUC, How to know When a Scara, link https://www.fanucamerica.com/news- resources/articles/how-to-know-when-a-scara-robot-is-the-right-choice-for-your- application, 7/11/2018
[18] Thegioiic, XKC-Y25-PNP Cảm Biến Mực Chất Lỏng Không Tiếp Xúc Dây Dài 50cm, link https://www.thegioiic.com/xkc-y25-pnp-cam-bien-muc-chat-long-khong-tiep-xuc-day- dai-50cm, 4/7/2024
[19] Thegioiic, STM32F103C8T6 Board, link https://thietkewebsitent.click/stm32f103c8t6- board, 4/7/2024
[20] Ksp, Arduino UNO R3 là gì?, link http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi, 22/5/2014
[21] Thegioiic, ESP32 NodeMCU LuaNode32 Module Thu Phát Wifi 30 Chân, link https://www.thegioiic.com/esp32-nodemcu-luanode32-module-thu-phat-wifi-30-chan, 5/7/2024
[22] Thegioiic, TB6600 HY-DIV268N Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước 5A, link https://www.thegioiic.com/tb6600-hy-div268n-mach-dieu-khien-dong-co-buoc-5a,
[23] Thegioiic, A4988 Module Điều Khiển Động Cơ Bước Reprap 8~35VDC 2A, link https://www.thegioiic.com/a4988-module-dieu-khien-dong-co-buoc-reprap-8-35vdc-2a, 4/7/2024
[24] BSP, Động cơ YAKO YK257EC56E1, link https://bien-tan-servo-plc.com/san- pham/dong-co-yako-yk257ec56e1/, 4/7/2024
[25] BSP, Bộ điều khiển động cơ Yako Yako SSD2505M-C011, link https://bien-tan-servo- plc.com/san-pham/bo-dieu-khien-dong-co-yako-yako-ssd2505m-c011/, 4/7/2024
[26] Thegioiic, Mạch Endstop CNC In 3D, link https://www.thegioiic.com/mach-endstop- cnc-in-3d, 4/7/2024
[27] Candientu, Cách lựa chọn cảm biến LoadCell phù hợp, link https://candientu.net.vn/cach-lua-chon-load-cell-phu-hop-cho-ung-dung-cua-ban, 4/7/2024
[28] Nshop, Mạch Chuyển Đổi ADC 24bit Loadcell HX711, link https://nshopvn.com/product/mach-chuyen-doi-adc-24bit-loadcell-hx711/, 4/7/2024
[29] Caka, Công tắc phao cảm biến chất lỏng 52mm, link https://caka.vn/cong-tac-phao-cam- bien-chat-long-52mm, 4/7/2024
[30] Loc4atnt, Lập trình Arduino không cần viết code - Phần 8: Đo khoảng cách với vật cản bằng cảm biến siêu âm, link http://arduino.vn/bai-viet/1102-lap-trinh-arduino-khong-can-
III viet-code-phan-8-do-khoang-cach-voi-vat-can-bang-cam-bien, 3/6/2016
[31] Thegioiic, 17HD4401S Động Cơ Bước Nema17 42x42mm, 1.8°, 0.45Nm, link https://www.thegioiic.com/17hd4401s-dong-co-buoc-nema17-42x42mm-1-8-0-45nm, 4/7/2024
[32] Muathongminh, Động cơ bước 57 (Step motor) - L78mm - Trục 6.35mm, link https://muathongminh.vn/dong-co-buoc-57-step-motor-l78mm-truc-635mm- p.1 6506324054 189169321, 4/7/2024
[33] LinhkienViet, Nguồn tổ ong 500W 24V 20A S-500-24 / (21A), link https://linhkienvietnam.vn/nguon-to-ong-24v-21a-s-500-24, 4/7/20024
[34] Nshop, Máy bơm nước mini tự mồi 310 3.7 ~ 7.4VDC, link https://nshopvn.com/product/may-bom-nuoc-mini-tu-moi-310/, 4/7/2024
[35] CongnghiepViet, Truyền động đai, link https://congnghiepviet.com.vn/truyen-dong-dai- la-gi-cac-loai-va-uu-nhuoc-diem-cua-truyen-dong-dai.htm, 4/7/2024
[36] Thegioiic, LM20UU Vòng Bi Trượt Trục 20mm, Đường Kính Ngoài 32mm, link https://www.thegioiic.com/lm20uu-vong-bi-truot-truc-20mm-duong-kinh-ngoai-32mm-dai, 4/7/2024
[37] Dientu360, Đai ốc Vít me, link https://dientu360.com/dai-oc-vit-me, 4/7/2024
[38] DesignBoom, oni the robotic bartender manages 158 bottles, crafts cocktails and doesn't interrupt stories, link https://www.designboom.com/technology/toni-robotic-bartender-toni- carlo-ratti-makr-shakr-03-14-2019/, 4/7/2024
[39] Phạm Nhật, Robot pha chế có thể tương tác với con người, link https://sokhcn.cantho.gov.vn/default.aspx?pidW&nid!864, 12/08/2022
[40] John J Craig, Introduction to Robotics Mechanics and Control, Pearson Education, ,United States of America, 2005