LÝ DO CH ỌN Đ TÀI
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa và sự phát triển của các công nghệ tiên tiến, công nghiệp 4.0 đã tạo ra nhiều linh kiện và máy móc hiện đại Việc sắp xếp và phân loại là một công đoạn 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 ngành công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ ở nước ta.
V i ngành công nghi p của Vi t Nam thì robot ch a đ c xu t hi n nhi u trong các dây truy n s n xu t Vì s n ph m nƠy còn quá đ t đ i v i th tr ờng Vi t
Để địa hóa sản phẩm và nghiên cứu chuyên sâu về robot, tôi đã chọn đề tài "Cánh tay robot phân loại sản phẩm theo màu sắc" Đề tài này hướng tới việc thay thế các điều kiện của các công ty nước ngoài và xây dựng thuật điều khiển tối ưu cho các dây chuyền sản xuất, mà các dây chuyền này thích hợp với điều kiện sản xuất ở nước ta.
V i các phòng thí nghi m, đơy lƠ m t mô hình đ sinh viên thực nghi m và nghiên cứu, đ h ng t i cho các b n sinh viên m t cái nhìn c th , thực ti n h n v robot.
Mục đích của đề tài này là nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển ứng dụng Arduino để điều khiển cánh tay máy phân loại sản phẩm theo màu sắc Đề tài không chỉ được thực hiện trong phòng thí nghiệm của trường đại học mà còn có ứng dụng thực tiễn trong sản xuất công nghiệp.
LÝ DO CH ỌN BOARD ARDUINO Đ ĐI U KHI N CÁNH TAY ROBOT PHÂN LO ẠI 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 đời 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 tạo ra những cỗ máy giống con người, phục vụ cho 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
Ho t đ ng của robot ph i tuơn thủ các quy t c do con ng ời đặt ra.
Các 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 thiết bị tự động có khả năng thực hiện các tác vụ mà trước đây chỉ có con người mới làm được Với sự phát triển của công nghệ, robot không chỉ thực hiện các công việc cơ khí mà còn có thể tương tác với con người một cách tự nhiên hơn Từ "robot" thường được hiểu theo hai nghĩa: robot cơ khí và phần mềm tự 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.
Robot tay có khả năng thực hiện nhiều công việc khác nhau như hàn, xoay và lắp đặt, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể Ví dụ, cánh tay robot trong dây chuyền lắp ráp ô tô thực hiện nhiều nhiệm vụ quan trọng trong quá trình lắp ráp Trong một số trường hợp, việc mô phỏng chính xác chuyển động của bàn tay con người là rất cần thiết, đặc biệt trong các robot được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ như xử lý vũ khí hoặc gỡ bom.
Sau sự xu t hi n vào năm 1922, h n 20 năm sau, sau chi n tranh th gi i thứ
Robot xuất hiện đầu tiên ở Hoa Kỳ là loại tay máy chép hình dung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng x Vào những năm 50 của thế kỷ 20, bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thủy lực cũng đã được phát triển.
Chi c robot công nghi p đ c đ a vƠo ứng d ng đ u tiên Năm 1961 ở m t nhà máy ô tô c ủa General Motors l i Trenlon New Jerscy Hoa Kỳ Năm 1967
Nhât B n m i nh p chi c robot công nghi p đ u tiên t Công ty AMF c ủa Hoa Kỳ
(American Machine and Foundry Company).
Vào năm 1990, Nhật Bản có khoảng 40 công ty, trong đó nổi bật là Công ty Hitachi và Công ty Mitsubishi, đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot tiên tiến 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 Đại học Tổng hợp Stanford, các nhà nghiên cứu 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, cho phép điều khiển máy tính lắp ráp các máy in với độ chính xác 20 cm.
Theo Viện Kỹ thuật Robot Hoa Kỳ, robot được định nghĩa là loại tay máy đa chức năng, có khả năng thay đổi chương trình làm việc để thực hiện một số thao tác sản xuất Nhiều tài liệu cũng nhấn mạnh tiêu chí điều khiển bằng máy tính, tuy nhiên trong phân loại robot công nghiệp theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JISB 0134-1979), còn có nhóm tay máy điều khiển bằng tay.
Theo tiêu chuẩn của ISO (Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế), robot công nghiệp là một thiết bị tự động có khả năng lập trình, với nhiều bậc tự do và có thể thực hiện các nhiệm vụ khác nhau như lắp ráp, điều khiển trục, và tháo lắp phôi hoặc các vật dụng khác Chương trình thao tác của robot có thể thay đổi, cho phép chúng thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng Tuy nhiên, robot công nghiệp vẫn chưa hoàn thiện một cách toàn diện.
Robot công nghiệp là những thiết bị tự động linh hoạt, có khả năng thực hiện các chức năng lao động công nghiệp thay thế con người Những thiết bị này được trang bị khả năng thao tác với nhiều bậc tự do, cho phép chúng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp Việc thay thế chức năng lao động của con người không hoàn toàn giới hạn ở những công việc đơn giản, mà còn phụ thuộc vào loại hình công việc và chức năng cần thiết Đồng thời, mức độ thay thế của thiết bị so với con người cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét.
Robot Cartesian hay còn gọi là robot Gantry (tọa độ DECAC) là một thiết bị được sử dụng để chọn và đặt công việc, ứng dụng sealant, lắp ráp và xử lý các máy công cụ một cách hiệu quả Thiết bị này có cấu trúc với cánh tay gồm ba khớp lăng trụ và một trục khớp, giúp nó hoạt động linh hoạt và chính xác 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 các máy công c , hƠn đi m, vƠ x tr c t o thƠnh m t h tr c tọa đ d ng cho các ho t đ ng l p ráp, x lý t i lý t i các máy đúc Đó lƠ m t robot có
Hình 2.3.2 : Robot ho t đ ng theo h tọa đ tr Đồ ọ ầ án h c ph n 1
Robot hình cầu, hay còn gọi là Robot Polar, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như máy công cụ, máy đúc, máy hàn, và hệ thống quang học Loại robot này có cấu trúc hình cầu, cho phép thực hiện các chuyển động linh hoạt và chính xác trong không gian ba chiều.
Hình 2.3.3 : Robot ho t đ ng theo h tọa đ c u.
Robot SCARA là loại robot được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng như chọn và đặt công việc, ứng dụng sealant, lắp ráp và xử lý các máy công cụ Với thiết kế hai khớp nối song song, robot này cung cấp sự linh hoạt và chính xác cần thiết trong các quy trình sản xuất, đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay.
Robot khp n i được sử dụng cho các hoạt động lắp ráp, diecasting, fettling máy móc, khí hƠn, hƠn h quang và phun sơn Đây là loại robot có cánh tay với ít nhất ba khớp quay, cho phép thực hiện nhiều nhiệm vụ trong quy trình sản xuất.
Robot song song là một thiết bị di động có khả năng xử lý mô phỏng bay, với cánh tay linh hoạt và khả năng quay đồng thời.
Hình 2.3.6 : Robot song song (3-PRS) Đồ án học phần 1
Robot cánh tay phân loại sản phẩm theo màu sắc trong các hệ thống phân loại sản phẩm khác nhau Thay vì chỉ dựa vào màu sắc, hệ thống có thể sử dụng kích thước hoặc mã vạch để phân loại chính xác hơn Mã hiệu được cung cấp trước trong hệ thống giúp tối ưu hóa quy trình phân loại.
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN THIẾT BỊ VÀ PH ẦN M M SỬ DỤNG
Hình 3.1.1: Board m ch Arduino Uno.
ỨNG DỤNG
Robot cánh tay phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng trong các hệ thống phân loại sản phẩm có màu khác nhau Khi phát triển, robot có thể thay đổi màu sắc thành kích thước hoặc mã vạch, mã hiệu được cung cấp trước trong hệ thống.
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN THIẾT BỊ VÀ PH ẦN M M SỬ DỤNG
GI I THIỆU CHUNG V ARDUINO
Hình 3.1.1: Board m ch Arduino Uno.
Arduino là một board mạch vi xử lý, được thiết kế để xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường xung quanh Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở, sử dụng vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit, với các tính năng như cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O tương thích với nhiều board mở rộng khác Được giới thiệu vào năm 2005, Arduino mang đến phương thức dễ dàng cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra các thiết bị có khả năng tương tác với môi trường qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Các ví dụ điển hình bao gồm robot đơn giản và điều khiển đồ vật tự động Ngoài ra, Arduino còn hỗ trợ môi trường phát triển tích hợp (IDE) trên máy tính cá nhân, cho phép người dùng lập trình cho Arduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Arduino là một nền tảng prototyping điện tử mã nguồn mở, bao gồm phần cứng và phần mềm Về mặt kỹ thuật, Arduino được coi là một bộ điều khiển logic có thể lập trình được Nó cho phép người dùng tương tác với môi trường bên ngoài thông qua các cảm biến và hành vi đã được lập trình sẵn Với thiết bị này, việc lập trình và điều khiển các thiết bị điện tử trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết, đặc biệt là cho những người đam mê công nghệ nhưng không có nhiều thời gian để tìm hiểu sâu về kỹ thuật lập trình và điện tử.
Arduino được phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử và lập trình cho vi điều khiển, giúp mọi người dễ dàng tiếp cận công nghệ mà không cần nhiều kiến thức chuyên sâu Đây là giải pháp lý tưởng cho những ai muốn tạo ra sản phẩm công nghệ riêng Dưới đây là những điểm mạnh của Arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác.
- Ch y trên đa n n t ng: Vi c l p trình Arduino có th th thực 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 mở: Arduino đ c phát tri n dựa trên ngu n mở nên ph n m m ch y trên Arduino đ c chia sẻ d dàng và tích h p vào các n n t ng khác nhau.
- Mở r ng ph n cứng: Arduino đ c thi t k và s d ng theo d ng module nên vic mở r ng ph n cứng cũng d dƠng h n.
- Đ n gi n và nhanh: R t d dàng l p ráp, lp trình và s d ng thi t b
- D dàng chia s ẻ: Mọi ng ời d dàng chia s ẻ mã ngu n v i nhau mà không lo l ng v ngôn ng ữ hay h đi u hƠnh mình đang s d ng. Đồ ọ ầ i module đ ứ án h c ph n 1
Arduino có nhiều module, phục vụ cho việc phát triển ứng dụng Các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: bo mạch chính với chip Atmega và bo mạch mở rộng chức năng Mặc dù bo mạch chính có chức năng tương tự nhau, nhưng chúng khác nhau về cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ và kích thước Một số bo mạch được trang bị thêm tính năng kết nối Ethernet và Bluetooth, trong khi bo mạch mở rộng chủ yếu cung cấp các tính năng bổ sung cho bo mạch chính.
Ethernet, Wireless, đi u khi n đ ng c
Arduino được chọn làm bộ não xử lý cho rất nhiều thiết bị, từ đơn giản đến phức tạp Một số ứng dụng nổi bật của Arduino chứng tỏ khả năng vượt trội của nó trong việc thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp Danh sách các ứng dụng đáng chú ý bao gồm công nghệ in 3D, robot dò đường theo hướng có nguồn nhiệt, thiết bị nhấp nháy theo âm thanh và đèn laser, cũng như thiết bị thông báo cho khách hàng khi bánh mì vừa ra lò Hiện nay, Arduino đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, ngày càng khẳng định sức mạnh của mình thông qua vô số ứng dụng độc đáo từ cộng đồng người dùng.
(open-source) Tuy nhiên ti Vi t Nam Arduino v n còn ch a đ c bi t đ n nhi u. Đồ án học phần 1 ứng d ng của arduino trong thực t :
Hình 3.1.3: H th ng cánh tay robot. Đồ án học phần 1
Hình 3.1.1.1: Board m ch Arduino Uno.
Arduino Uno là m t bo m ch vi đi u khi n dựa trên chip Atmega328 Nó có
Bài viết mô tả một mạch điều khiển với 14 chân vào ra, trong đó có 6 chân sử dụng để điều khiển động cơ bước Mạch có 6 chân đầu vào tín hiệu tương tự cho phép kết nối với các cảm biến bên ngoài để thu thập dữ liệu Nó sử dụng một dao động 16MHz, có cổng kết nối USB chuẩn để nạp chương trình vào bo mạch, cùng với chân cấp nguồn cho mạch, ICSP header và nút reset Mạch này cung cấp đầy đủ các thành phần cần thiết để điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino có thể từ máy tính qua cổng USB hoặc từ nguồn chuyên dụng, cho phép chuyển đổi chiều hoặc lấy tín hiệu từ chân.
Arduino có thể được cấp nguồn thông qua kết nối USB hoặc một nguồn cung cấp điện bên ngoài Nguồn năng lượng được lựa chọn tự động, và hệ thống vi điều khiển hoạt động với nguồn cung cấp bên ngoài từ 6V đến 20V Tuy nhiên, nếu cung cấp dưới 7V, chân 5V có thể cung cấp dưới 5V, và đồ họa vi điều khiển hoạt động không ổn định khi dưới 12V Việc cung cấp nguồn không ổn định có thể dẫn đến quá nhiệt và gây nguy hiểm cho bo mạch Do đó, khuyến nghị là nên cung cấp nguồn điện ổn định và phù hợp.
Chơn Vin là chân cấp nguồn cho Arduino khi sử dụng nguồn điện bên ngoài, khác với nguồn 5V từ USB hoặc nguồn qua jack cắm riêng Chúng ta có thể cung cấp nguồn cho Arduino thông qua chân này.
- Chân 5V: Cung c p ngu n vi đi u khi n và các b ph n khác trên bo mch 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 có thể đọc điện áp chân IOREF và lựa chọn nguồn phù hợp hoặc kích hoạt bộ chuyển đổi điện áp ở mức 5V hoặc 3,3V.
Vi đi u khi n Atmega328 tiêu chu n cung c p cho ng ời dùng:
- 32KB b nh Flash: những đo n l nh b n l p trình s đ c l u trữ trong b nh
Flash của vi đi u khi n Th ờng thì s có k ho 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 lp 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 điện tử xóa) là một giải pháp lưu trữ mini, cho phép người dùng đọc và ghi dữ liệu một cách linh hoạt Với khả năng giữ dữ liệu ngay cả khi mất điện, EEPROM giúp bảo vệ thông tin quan trọng mà không lo bị mất mát.
Arduino Uno có 14 chân digital (chân 0ậ 13) và 6 chân analog (chân A0 ậ A5).
Các chân digital có khả năng cấu hình để nhận dữ liệu từ các thiết bị bên ngoài hoặc truyền tín hiệu ra các thiết bị ngoại vi Việc sử dụng các hàm như pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() giúp điều khiển và quản lý các chân này Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận một dòng điện tối đa 40mA với điện trở nội từ 20 - 50 kOhms Ngoài ra, một số chân còn có chức năng kéo lên (pull-up) theo mặc định để hỗ trợ các ứng dụng đặc biệt.
- Chơn 0 (Rx): Chơn đ c dùng đ nh n dữ li u n i ti p.
- Chơn 1 (Tx): Chơn đ c dùng đ truy n dữ 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 hoặc 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 ứng v i mức logic của 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 ứng v i 1024 mức giá tr khác nhau) ứng v i mức t 0 ậ 5V Ngoài ra m t s chân có các chức năng đặc bi t:
- Đặc 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. Đồ án học phần 1
Hình 3.1.2.1: Board m ch Arduino Mega 2560.
Arduino Mega 2560 là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip Atmega2560, với 54 chân vào/ra, trong đó có 15 chân hỗ trợ điều chế độ rộng xung Nó sở hữu 16 chân đầu vào tín hiệu tương tự, sử dụng dao động 16MHz, cùng với cổng kết nối USB, chân nguồn, ICSP header và nút reset Bo mạch này cung cấp mọi thứ cần thiết cho các vi điều khiển và có thể được cấp nguồn từ máy tính qua cổng USB hoặc từ nguồn bên ngoài 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.
Arduino Mega 2560 khác so v i các bo mch tr c đó ở ở ch nó không s d ng hip đi u khi n FTDI USB-to-serial Thay vƠo đó, các tính năng của
Atmega16U2 (ATmega8U2 trong phiên b n 1 và phiên b n 2 b ng) đ c l p trình nh m t b chuy n đ i USB-to-serial).
Phiên b n 2 của bo m ch Mega2560 có 1 đi n trở kéo đ ờng 8U2 HWB xu ng đ t, làm cho nó d đặt ch đ DFU h n. án h c ph n 1 Đồ ọ ầ ủ ch có các đặ i sau:
Thêm chân SDA và SCL gần chân AREF cùng với hai chân mới đặt gần chân RESET và IOREF giúp các shield tương thích với điện áp cung cấp từ bo mạch Trong tương lai, các shield sẽ tương thích với hai bo mạch sử dụng AVR hoạt động ở mức 5V và Arduino Due hoạt động ở mức 3,3V Chân thứ hai không bị giới hạn cho các mục đích sau này Đặc tính của board Atmega2560.
Vi đi u khi n ATmega2560 Đi n áp ho t đ ng 5V Đi n áp đ u vƠo (đ c đ ngh ) 7-12V Đi n áp đ u vào (gi i h n) 6-20V
Digital I/O Pins 54 chân (15 chân có th s d ng nh các chân PWM)
DC hi n t i cho 3.3V Pin 50 mA
B nh Flash 256 KB trong 8 KB s d ng bởi b n p khởi đ ng
Clock Speed (th ch anh) 16 MHz
Hình 3.1.2.2: S đ chân Board Arduino Mega 2560.
- Arduino Mega có th đ c c p ngu n thông qua k t n i USB hoặc ngu n ngoài. Ngu n nuôi đ c chọn m t cách ựt đ ng.
Nguồn ngoài (không phải USB) có thể sử dụng để chuyển đổi AC sang DC hoặc từ pin, với dải hoạt động từ 6V đến 20V Tuy nhiên, nếu nguồn cấp dưới 7V, chân 5V có thể không đủ điện áp, dẫn đến bo mạch không hoạt động ổn định Khi nguồn cấp lớn hơn 12V, bộ biến áp có thể bị nóng và ảnh hưởng đến mạch Điện áp khuyến nghị là từ 7V đến 12V.
Khi sử dụng nguồn ngoài cho mạch Arduino, hãy kết nối qua chân VIN, khác với nguồn 5V từ cổng USB hoặc nguồn khác Nguồn có thể được cấp qua chân này hoặc thông qua jack cắm nguồn.
- 5V: Chân c p đi n áp ra 5V t b đi u ch nh đi n áp ủca bo m ch.
- 3V3: Chân c p đi n áp ra 3,3V t b đi u ch nh đi n áp.
GI I THIỆU CHUNG V CẢM BIẾN
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 cảm biến, hệ thống có thể tự động nhận diện và hiển thị thông tin, đồng thời điều chỉnh quá trình hoạt động theo những thay đổi trong môi trường.
C m bi n là thi t b dùng đ c m nh n bi n đ i các đ i l đ i l ng không có tính ch t đi n c n đo thƠnh các đ i l ng đi lý đ c. ng v t lý và các n có th đo vƠ x
Các biến cảm biến đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường lặp đi lặp lại, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện Điều này giúp truyền tải thông tin về hệ thống đo lường điều khiển, từ đó cho phép chúng ta nhận diện và đánh giá các điều kiện của mọi biến trạng thái trong hệ thống.
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 cm bi n có ứng dụng rộng rãi và phong phú, đặc biệt trong các lĩnh vực như công nghiệp, khoa học kỹ thuật, giám sát thiết bị, viễn thông, giao thông, dân dụng và quân sự.
Hình 3.2.2.1: C m bi n màu s c TCS3200 Đồ án học phần 1
Cảm biến màu TCS3200 là một thiết bị dò màu chính xác, sử dụng chip TAOS TCS3200 RGB cùng với 4 đèn LED trắng TCS3200 có khả năng phát hiện và đo lường một phạm vi rộng lớn của màu sắc có thể nhìn thấy Các ứng dụng của nó bao gồm đọc dữ liệu màu, 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.
TCS3200 là một cảm biến quang học với các bộ lọc màu khác nhau, bao gồm bộ lọc màu đỏ, xanh lá cây, xanh dương và không có bộ lọc (trong suốt) Các bộ lọc màu này được sắp xếp theo thứ tự nhất định để tối ưu hóa khả năng nhận diện màu sắc Bên trong thiết bị, một bộ dao động tạo ra tín hiệu vuông với tần số tỷ lệ thuận 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 Quy 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
- Kích th c: 28.4 x 28.4mm Đồ ọ ầ án h c ph n 1
ĐỘNG CƠ SERVO
Servo là một thiết bị điều khiển chuyển động đặc biệt, khác với động cơ thông thường Nó chỉ quay khi nhận tín hiệu điều khiển (bằng xung PPM) và có khả năng xoay trong khoảng từ 0 độ đến 180 độ Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau; ví dụ, một số loại chỉ nặng 9g, thường được sử dụng trên máy bay mô hình, trong khi những loại khác có momen lực mạnh mẽ hơn.
Động cơ servo được thiết kế cho các hệ thống điều khiển vòng kín, nơi tín hiệu ra của động cơ cần phải liên tục so sánh với một mục tiêu điều khiển Khi động cơ quay, vị trí của nó được điều chỉnh để đạt được mục tiêu này Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản sự quay của động cơ, hệ thống điều khiển sẽ nhận tín hiệu cho biết vị trí không đạt yêu cầu Điều này cho phép hệ thống tiếp tục điều chỉnh để động cơ đạt được điểm chính xác mong muốn.
Động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến, hay còn gọi là động cơ servo RC (radio-controlled), thường được sử dụng trong các mô hình máy bay hoặc xe hơi Thực tế, động cơ servo không chỉ được điều khiển qua sóng vô tuyến mà còn nhận tín hiệu từ máy thu vô tuyến gắn trên các phương tiện này.
3.3.1 Đ ng c RC Servo Digital RC FR1510:
Động cơ RC Servo Digital RC FR1510 là một giải pháp lý tưởng cho các thiết kế robot nhờ vào cấu trúc xoay linh hoạt và khả năng truyền động ổn định Với chất lượng cao, động cơ này được trang bị bánh răng kim loại, mang lại lực kéo mạnh mẽ, khả năng xoay êm ái và không rung lắc, đồng thời giữ vị trí một cách chính xác.
- Lực kéo: 17kg/cm t i 4.8VDC đ n 7.2VDC.
- Dòng đi n tiêu th : >600mA.
Hình 3.3.2.1: Đ ng c RC Servo 9G. Đ ng c RC Servo 9G có kích th c nh , lƠ lo i đ c s d ng nhi u nh t đ làm các mô hình nh hoặc các c c u kéo không c n đ n lực nặng Đ ng c RC
Servo 9G sở hữu tốc độ phản ứng nhanh, là loại servo RC tích hợp sẵn driver điều khiển bên trong Thiết bị này cho phép điều chỉnh góc quay thông qua phương pháp điều khiển tín hiệu PWM.
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. Đồ án học phần 1
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 cross-platform được viết bằng Java, hỗ trợ ngôn ngữ lập trình Processing và dự án Wiring IDE này được thiết kế cho những người mới bắt đầu làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm, bao gồm một trình soạn thảo mã với các tính năng như đánh dấu cú pháp, tự động khớp dấu ngoặc và căn lề tự động, cũng như biên dịch và tải chương trình lên board chỉ với một cú nhấp chuột Một chương trình hoặc mã viết cho Arduino được gọi là sketch Các chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++, và Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm gọi là "Wiring", giúp đơn giản hóa các thao tác nhập/xuất Người dùng 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 khởi đ ng m t ch ng trình, dùng đ thi t l p các cƠi đặt loop(): hƠm nƠy đc gọi lặp l i cho đ n khi t t ngu n board m ch
Chương trình điều khiển đèn LED trong môi trường Arduino yêu cầu viết mã để bật hoặc tắt bóng đèn LED Mục tiêu là tạo ra một đoạn mã đơn giản để thực hiện chức năng này một cách hiệu quả.
Hình 3.5.2: Code sáng tt led trên phn m m IDE.
Một đặc điểm nổi bật của các board Arduino là sự hiện diện của một đèn LED và trở nối giữa chân 13 và đất, điều này giúp đơn giản hóa nhiều ứng dụng Đoạn code trên không thể được đọc bởi một compiler C++ chuẩn, do đó khi 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 hàm main() đơn giản ở phía dưới cùng, và việc bao gồm các header bổ sung là cần thiết để tạo thành một chương trình C++ hoàn chỉnh.
Arduino IDE này s d ng GNU toolchain vƠ AVR Libc đ biên dch ch ng trình, và s d ng avrdude đ upload ch ng trình lên board.
Arduino sử dụng vi điều khiển của Atmel, do đó, môi trường phát triển Atmel Studio hoặc các phiên bản mới hơn có thể được sử dụng để phát triển phần mềm cho Arduino.
CHƯƠNG 4: KẾT NỐI LINH KIỆN, NGUYÊN LÝ HO ẠT ĐỘNG VÀ L ẬP
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
B ng 4.1.1: K t n i servo v i arduino. Đồ án học phần 1
Hình 4.1.2: K t n ic m bi n màu s c v i arduino.
B ng 4.1.2: K t n i c m bi n màu s c v i arduino. Đồ án học phần 1
NGUYÊN LÝ HO ẠT ĐỘNG
Hình 4.2.1: V trí servo trên cánh tay robot.
Đ u tiên, khi khởi 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
Khi đ n v trí làm vi c 1, đ ng c sv2 vƠ sv3 ho t đ ng đ a cánh tay v phía tr c (v trí làm vi c 2), đ ng thời sv4 và sv5 ho t đ ng đ a
kẹp g p v v trí nh hình, vƠ kẹp g p đ c mở ra nhờ 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 x lý nh n đ c màu s c t c m bi n sẻ đ a ra tín hi u đi u khi n đ n các đ ng c Tùy theo màu mà cánh tay sẻ đ a s n ph m đ n 1 v trí khác nhau: Đồ án học phần 1
- 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 sẻ ho t đ ng kẹp chặt v t l i Sv
Đ n v trí làm vi c 6, sv1 sẻ ho t đ ng, tùy theo màu s c mà c m bi n 2vàsv3sẻhotđngđasnphmlêncao(vtrílàmvic6).
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 hoặc 5 Cánh tay đ c đ a v phía
Khi đ n v trí làm vi c 2, sv 5 sẻ ho t đ ng th v t ra R i sv2 và sv3 trcnhờđngcsv2vƠsv3(vtrílàmvic2).
Đ n v trí làm vi c 6 của 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, vòng lặp vị trí làm việc của các động cơ cần thiết khi hoạt động cánh tay sẽ luôn ở vị trí làm việc chờ Khi cảm biến nhận được dữ liệu, cánh tay sẽ được đưa về vị trí làm việc thứ hai.
Tr c khi t t máy nên nhn nút Reset, đ ng c sẻ v v trí ban đ u. Đồ án học phần 1
LẬP TRÌNH
Đồ án học phần 1 Đồ án học phần 1 Đồ án học phần 1 Đồ án học phần 1
Chương trình dự đoán là một quá trình độc đáo và không thể lặp lại Do chỉ dựa trên lý thuyết, khả năng xảy ra sai sót trong thực tế là rất cao, phụ thuộc vào các yếu tố ngẫu nhiên của môi trường Điều này có thể dẫn đến những biến đổi không lường trước được trong kết quả.
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯ NG PHÁT TRI N 5.1 KẾT LUẬN:
5.1.1 Những nhi m v đư thực hi n:
- Tìm hi u đ c quá trình hình thành và phát tri n của Robot.
- Nghiên ứcu, tìm hi u ph n cứng của đ tài.
- S u t m, tìm ki m tài li u tham kh o ph c v cho vi c nghiên ứcu.
- Nghiên ứcu, học h i các ph ng pháp l p trình arduino.
5.1.2 Những thu n l i vƠ khó khăn khi thực 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 ởng thực hƠnh lƠm tăng ni m đam mê tìm tòi học h i.
- Vì v a nghiên ứcu và ph i đ m b o vi c học trên tr ờng nên ựs phân b thời gian ch a đ c nhi u
- Tài li u chủ y u v đ tài ch ủ y u là ti ng anh nên vi c d ch có nh ững ch ch a chu n xác.
- ầ Đồ HƯ ọ ầ N Đ TÀI: án h c ph n 1
Cánh tay robot hiện đang được phát triển với nhiều phiên bản khác nhau, cho phép phân loại sản phẩm theo kích thước và hình dạng Điều này giúp nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất và tự động hóa, đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường.
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, em tin rằng mình có khả năng tạo dựng dấu ấn riêng trong tương lai với nền tảng kiến thức nghiên cứu Tuy nhiên, em cần tiếp tục tìm hiểu và mở rộng hiểu biết của mình Với sự phát triển đa dạng của robot, em hy vọng có thể bổ sung thêm kiến thức và nhận được nhiều hướng dẫn hơn nữa.
