Chế tạo robot vẽ di chuyển bằng bánh omni
TÓM TẮT
TÓM TẮT
Tiểu luận này trình bày phương pháp, quá trình thiết kế và chế tạo robot vẽ
di chuyển bằng bánh Omni mà không bị giới kích thước làm việc, sử dụng Arduino
kết nối với Smartphone hoặc máy tính để điều khiển robot.
Đề tài tiểu luận được chia làm 4 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Chương 1: Sơ lượt về một số đề tài đã có, từ đó rút ra kinh nghiệm, đặt vấn
đề và phương án thiết kế riêng cho đề tài “Chế tạo robot vẽ di chuyển bằng bánh
Omni”.
Chương 2: Tìm hiểu về các đối tượng cần nghiên cứu, sử dụng trong đề tài.
Chương 3: Thiết kế mô hình cơ khí và mạch điều khiển cho robot vẽ di
chuyển bằng bánh Omni.
Chương 4: Kết quả của nghiên cứu đã đạt được cùng với đó là những mặt
hạn chế của đề tài, từ đó đưa ra hướng phát triển cho đề tài sau này và đưa ra những
kết luận.
MỤC LỤC
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN.................................................3
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN....................................................4
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................I
LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................II
TÓM TẮT................................................................................................................. i
MỤC LỤC................................................................................................................ ii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH.....................................................................................iv
DANH SÁCH THUẬT NGỮ................................................................................vii
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................2
1.1. Lý do và mục đích chọn đề tài......................................................................2
1.1.1. Lý do chọn đề tài......................................................................................2
1.1.2. Mục đích của đề tài...................................................................................5
1.2. Robot..............................................................................................................5
1.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển................................................................5
1.2.2. Các ứng dụng của robot............................................................................9
1.2.2.1. Các ưu điểm khi sử dụng robot...........................................................9
1.2.2.2. Một số lĩnh vực ứng dụng của robot.................................................10
1.3. Một số robot dùng bánh xe Omni đã có....................................................13
1.3.1. Sơ lượt về Xe robot 4 bánh Omni đa hướng - Arduino 10020................13
1.3.2. Sơ lượt về đề tài nghiên cứu chế tạo robot di động đa hướng.................15
1.4. Đặt vấn đề....................................................................................................16
1.5. Hướng giải quyết cho nghiên cứu sắp tới..................................................16
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................17
2.1. Đối tượng nghiên cứu..................................................................................17
2.1.1. Tiêu chuẩn cho một robot.......................................................................17
2.1.2. Những ứng dụng được robot...................................................................17
2.1.3. Arduino...................................................................................................18
2.1.3.1. Giới thiệu về Arduino.......................................................................18
2.1.3.2. Các module Arduino.........................................................................18
2.1.4. Tổng quan về Android............................................................................21
2.1.4.1. Khái niệm về Android......................................................................21
2.1.4.2. Lịch sử hình thành............................................................................21
MỤC LỤC
2.1.4.3. Các phiên bản của Android...............................................................22
2.1.5. Công nghệ Bluetooth..............................................................................23
2.1.5.1. Khái niệm về Bluetooth....................................................................23
2.1.5.2. Đặc điểm về công nghệ Bluetooth....................................................23
2.1.5.3. Hoạt động của Bluetooth..................................................................24
2.1.5.4. Các thế hệ Bluetooth.........................................................................24
2.1.5.5. Các trạng thái của thiết bị Bluetooth.................................................25
2.1.6. Phần mềm Arduino IDE..........................................................................26
2.2. Phương pháp nghiên cứu............................................................................27
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT....................................................30
3.1. Thiết kế cơ khí của robot............................................................................30
3.1.1. Phần đế...................................................................................................33
3.1.2. Bánh xe Omni.........................................................................................34
3.1.3. Giá đỡ động cơ........................................................................................34
3.1.4. Bộ phận công tác.....................................................................................35
3.1.5. Phần thân................................................................................................37
3.1.6. Phần nắp..................................................................................................38
3.2. Thiết kế mạch điện......................................................................................40
3.2.1. Arduino...................................................................................................41
3.2.2. Động cơ và module điều khiển động cơ bước ULN2003 V2..................43
3.2.3. Module Bluetooth...................................................................................46
3.2.3. Động cơ servo.........................................................................................48
3.2.4. Bo mạch chính........................................................................................49
3.2.5. Nguồn.....................................................................................................52
3.2.6. Lập trình điều khiển robot.......................................................................53
3.2.6.1. Giới thiệu về phần mềm Inkscape.....................................................53
3.2.6.2. Giới thiệu về phần mềm SheetCam..................................................55
3.2.6.3. Phần mềm điều khiển trên máy tính..................................................58
3.2.6.4. Phần mềm điều khiển trên điện thoại Android..................................61
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................64
4.1. Kết quả nghiên cứu đạt được.....................................................................64
4.2. Hướng phát triển đề tài...............................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................72
PHỤ LỤC............................................................................................................... 74
DANH SÁCH THUẬT NGỮ
DANH SÁCH HÌNH Ả
Hình 1.1. Robot di chuyển đa hướng dùng bánh Omni.............................................2
Hình 1.2. Robot 4 bánh Omni trong học tập..............................................................3
Hình 1.3. Robot Omni mang công cụ phay...............................................................4
Hình 1.4. Robot vận chuyển dùng bánh Omni...........................................................4
Hình 1.5. Robot 4 chân của hãng R.S Mosher và hãng General Electric...................6
Hình 1.6. Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod.............................................6
Hình 1.7. Robot Shakey-robot đầu tiên nhận dạng đối tượng bằng camera...............7
Hình 1.8. Tay robot trên tàu thám hiểm Viking 1......................................................8
Hình 1.9. Robot lập trình được đầu tiên do George Dovol thiết kế...........................8
Hình 1.10. Mobile robot tại WorldSkills Abu Dhabi.................................................9
Hình 1.11. Robot thám hiểm mặt trăng......................................................................9
Hình 1.12. Cánh tay robot hàn.................................................................................10
Hình 1.13. Robot hàn trong sản xuất ô tô................................................................11
Hình 1.14. Robot trong dây chuyền lắp ráp điện tử.................................................12
Hình 1.15. Xe robot 4 bánh Omni đa hướng – Arduino 10020................................13
Hình 1.16. Arduino 328 và Arduino IO mở rộng.....................................................14
Hình 1.17. Robot di động đa hướng......................................................................15Y
Hình 2.1. Arduino Diecimila in...............................................................................18
Hình 2.2. Arduino Mega 2560.................................................................................19
Hình 2.3. Arduino Uno R3......................................................................................19
Hình 2.4. Arduino Leonardo....................................................................................19
Hình 2.5. Arduino due (nền tảng AVG)..................................................................19
Hình 2.6. Arduino Duemilanove.............................................................................20
Hình 2.7. Arduino Lylipad......................................................................................20
Hình 2.8. Arduino Nano..........................................................................................20
Hình 2.9. Logo Android..........................................................................................21
Hình 2.10. Logo Bluetooth......................................................................................23
Hình 2.11. Thiết bị kết nối Bluetooth......................................................................24
Hình 2.12. Logo Arduino và giao diện bắt đầu Arduino IDE..................................26
Hình 2.13. Giao diện lập trình của Arduino IDE.....................................................26
Hình 2.14. Phân tch lực.
2
Hình 3.1. Bản vẽ Robot vẽ di chuyển bằng bánh Omni...........................................31
Hình 3.2. Bản vẽ phần đế robot...............................................................................32
Hình 3.3. Phần đế của Robot...................................................................................33
Hình 3.4. Bánh xe Omni 58mm...............................................................................34
Hình 3.5. Giá đỡ động cơ giảm tốc 550 và động cơ được cố định vào phần đế.......34
Hình 3.6. Bộ phận công tác.....................................................................................35
Hình 3.7. Bản vẽ bộ phận công tác..........................................................................36
DANH SÁCH THUẬT NGỮ
Hình 3.8. Bốn thanh nhôm định hình dùng để kết nối phần đế và nắp robot...........37
Hình 3.9. Phần thân robot........................................................................................37
Hình 3.10. Mặt trên phần nắp robot.........................................................................38
Hình 3.11. Mặt dưới phần nắp robot........................................................................38
Hình 3.12. Bản vẽ nắp robot....................................................................................39
Hình 3.13. Sơ đồ kết nối mạch điện trên robot........................................................40
Hình 3.14. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển..............................................................41
Hình 3.15. Arduino nano.........................................................................................41
Hình 3.16. Động cơ bước 28BYJ-48.......................................................................44
Hình 3.17. Module điều khiển động cơ L298 V2....................................................44
Hình 3.18. Kết nối động cơ 28BYJ-48 với module ULN2003 và Arduino..............45
Hình 3.19. Code Arduino điều khiển động cơ bước................................................46
Hình 3.20. Module Bluetooth HC-06......................................................................47
Hình 3.21. Kết nối Bluetooth HC-06 với Arduino...................................................48
Hình 3.22. Cấu tạo của động cơ servo.....................................................................48
Hình 3.23. Các loại động cơ servo...........................................................................49
Hình 3.24. Sơ đồ nguyên lý trên Proteus.................................................................50
Hình 3.25. Sơ đồ Layout trên Proteus......................................................................50
Hình 3.26. Bo mạch chính sau khi được lắp và hàn linh kiện..................................51
Hình 3.27. Pin li-ion 18650.....................................................................................52
Hình 3.28. Khối pin 3S2P 12V................................................................................52
Hình 3.29. Giao điện phần mềm Inkscape...............................................................53
Hình 3.30. Các lệnh quan trọng trong tab File và Path............................................54
Hình 3.31. Phần mềm SheetCam.............................................................................55
Hình 3.32. Giao diện phần mềm SheetCam.............................................................55
Hình 3.33. Các công cụ trong tab tools của phần mềm SheetCam...........................56
Hình 3.34. Các lệch trong tab Flie của phần mềm SheetCam..................................57
Hình 3.35. Cửa sổ Plasma cut và cửa sổ Drilling....................................................57
Hình 3.36. Các công cụ thiết kế trong tab operation của phần mềm SheetCam.......58
Hình 3.37. Phần mềm CoolTerm.............................................................................58
Hình 3.38. Giao diện phần mềm CoolTerm.............................................................59
Hình 3.39. Cửa số options của phần mềm Coolterm...............................................60
Hình 3.40. Tab Connection, hỗ trợ gửi Gcode với dạng text file.............................60
Hình 3.41. Giao diện Coolterm khi làm việc...........................................................61
Hình 3.42. Giao diện ứng dụng điều khiển robot trên AppInventor........................61
Hình 3.43. Lệnh kết nối bluetooth với robot trong ứng dụng..................................62
Hình 3.44. Các lệnh cơ bản của ứng dụng điều khiển..............................................62
Hình 3.45. Ứng dụng điều khiển trên Smatphone....................................................63
Hình 4.1. Robot vẽ di chuyển bằng bánh Omni.......................................................64
Hình 4.2. Mặt trên của robot....................................................................................65
Hình 4.3. Robot vẽ di chuyển bằng bánh Omni.......................................................66
DANH SÁCH THUẬT NGỮ
Hình 4.4. Hình vuông được robot vẽ ra...................................................................67
Hình 4.5. Hình tam giác được robot vẽ ra................................................................67
Hình 4.6. Robot đang vẽ hình sao............................................................................68
Hình 4.7. Mẫu chữ logo mà robot vẽ ra...................................................................68
Hình 4.8. Robot vẽ chữ theo bản thiết kế trên phần mềm SheetCam.......................69
Hình 4.9. Một vài ảnh lỗi do robot vẽ ra..................................................................70
DANH SÁCH THUẬT NGỮ
DANH SÁCH THUẬT NGỮ
Chữ viết tắt
IDE
SDK
LED
CNC
GPS
LCD
Ý nghĩa
IntegratedDevelopmentEnvironment
Software Development Kit
Light Emitting Diode
Computer Numerical Control
Global Positioning System
Liquid Crystal Display
MỞ ĐẦU
MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa, nên khoa học
kỹ thuật luôn là mối quan tâm hàng đầu. Cùng với sự phát triển nhanh chóng về
khoa học kỹ thuật, ngành Cơ điện tử có những bước phát triển nhảy vọt với linh
kiện bán dẫn, các hệ thống nhúng ra đời… Và kèm theo đó là nhiều ứng dụng mới
xuất hiện phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất của con người.
Hiện nay việc áp dụng các tiến bộ của khoa học công nghệ ngày càng trở nên
phổ biến, từ những cái đơn giản như: đếm sản phẩm trên dây chuyền sản xuất, điều
khiển động cơ điện một chiều… Đến những ứng dụng phức tạp như điều khiển
robot, hệ thống kiểm soát…
Trong sự phát triển như hiện nay, trong mọi ngành nghề, trong sinh hoạt
cuộc sống hằng ngày, vui chơi, giải trí… thì robot luôn được đề cập đến để thay thế
con người. Với mong muốn giúp cuộc sống tốt đẹp hơn, vì thế là một sinh viên cơ
điện tử năm cuối, em đã nắm bắt được thị hiếu này và tìm hiểu, nghiên cứu để có
thể bắt kịp xu hướng công nghệ cao, xây dựng nên một giai đoạn mới, phát triển
mới cho bản thân, cho xã hội.
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do và mục đích chọn đề tài
1.1.1. Lý do chọn đề tài
Trong thời gian qua, ngành tự động ngày càng có những đóng góp to lớn vào
cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại, đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh
chóng của kỹ thuật số làm cho kỹ thuật điện tử trở nên phong phú và đa dạng hơn.
Nó góp phần rất lớn trong việc đưa kỹ thuật hiện đại thâm nhập rộng rãi vào mọi
lĩnh vực của hoạt động sản xuất, kinh tế và đời sống xã hội. Chúng ta có thể thấy rất
rõ tầm quan trọng của ngành tự động thông qua những hoạt động như: điều khiển
các máy công nghiệp trong các nhà máy, điều khiển một robot làm công việc hằng
ngày, điều khiển các thiết bị trong gia đình hay là nơi công cộng một cách linh hoạt,
chi tiết và đồng bộ.
Robot là một lĩnh vực ngày càng được phát triển và sử dụng phổ biến trong
sản xuất cũng như trong cuộc sống của con người, từ các lĩnh vực công nghiệp cho
đến y tế, giáo dục và đào tạo, giải trí, an ninh quốc phòng và thám hiểm không gian.
Vì vậy robot đã có một vị trí quan trọng, nó còn thay thế con người trong các công
việc nặng nhọc và trong điều kiện nguy hiểm, môi trường độc hại.
Hình 1.1. Robot di chuyển đa hướng dùng bánh Omni.
Thị trường ngày càng xuất hiện nhiều chủng loại và mẫu mã hàng hóa thay đổi
thường xuyên. Để giải quyết những yêu cầu về sự đa dạng này thì giải pháp các
công cụ máy hỗ trợ dùng CNC là hoàn toàn phù hợp.
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Robot di chuyển bằng bánh xe Omni ngày càng được nhiều người nghiên cứu
và áp dụng vào đời sống. Robot vẽ di chuyển bằng bánh Omni là một loại robot đặc
biệt. Sử dụng bốn bánh Omni được điều khiển bởi bốn động cơ bước, vì vậy robot
có quỹ đạo chuyển động rất linh hoạt, có thể di chuyển theo bất cứ hướng nào, bất
kỳ góc nào trong những không gian. Từ đó có thể mang theo một vài dụng cụ khác
như bút, đầu laser, máy phay,… Ở đây em cho robot mang theo là bút để trở thành
một robot vẽ mà không bị giới hạn không gian làm việc như các loại robot vẽ khác.
Với cấu tạo đặc biệt và khả năng di chuyển linh hoạt như vậy, nên robot vẽ có
thể làm việc với một mặt phẳng X/Y vô hạn, sau đây là một số hình ảnh về robot
dùng bánh xe Omni khác nhau.
Hình 1.2. Robot 4 bánh Omni trong học tập.
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Hình 1.3. Robot Omni mang công cụ phay.
Hình 1.4. Robot vận chuyển dùng bánh Omni.
Đối với sinh viên ngành kỹ thuật thì robot luôn là một ước mơ và hoài bảo, để
trao dồi kiến thức và học hỏi kinh nghiệm, để theo đuổi ước mơ vươn xa hơn đến
công nghệ tiên tiến, vì thế đã thúc đẩy em tìm tòi, nghiên cứu. Với mong muốn tìm
hiểu nguyên lý, phương thức hoạt động, kỹ thuật điều khiển, sáng tạo và vận hành
một robot vẽ dùng bánh xe Omni, nên em đã tìm đến với robot này bằng cách thiết
kế, xây dựng nên một mô hình robot vẽ cho riêng bản thân. Với sự góp ý và hướng
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
dẫn của thầy Đường Khánh Sơn, em đã chọn đề tài “Chế tạo Robot vẽ di chuyển
bằng bánh Omni” cho tiểu luận tốt nghiệp của mình.
1.1.2. Mục đích của đề tài
Xuất phát từ những ưu điểm của robot nên em đã tìm hiểu, nghiên xây dựng
mô hình thực tế “Chế tạo Robot vẽ di chuyển bằng bánh Omni” phục vụ cho việc
học tập, nghiên cứu và sáng tạo.
Hơn nữa còn có thể nâng cao sự sáng tạo cho các loại robot dùng bánh xe
Omni từ di chuyển đơn sơ, cấu tạo chưa hoàn thiện, sang một sản phẩm giúp ít được
cho công việc và có độ chắc chắn hơn.
Cụ thể hơn là xây dựng bộ não trên vi điều khiển được tích hợp sẵn trong
Arduino, áp dụng kiến thức đã học để lập trình cho Arduino bằng ngôn ngữ Arduino
(được xây dựng trên ngôn ngữ C), để biên dịch chương trình và nạp chương trình
lên board bằng phần mềm Arduino IDE. Tìm hiểu về Gcode cho máy CNC, giao
tiếp tín hiệu thông qua kết nôi Bluetooth, áp dụng cơ sở lý thuyết hệ thống điều
khiển số vào việc nghiên cứu và giải quyết bài toán điều khiển robot vẽ bốn bánh xe
Omni một cách linh hoạt với độ chính xác cao là một công việc cần thiết.
1.2. Robot
1.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển
Thuật ngữ robot được sinh ra từ trên sân khấu, không phải trong phân xưởng
sản xuất. Những robot xuất hiện lần đầu tiên trên ở trên NewYork vào ngày
09/10/1922 trong vở “Rossum’s Universal Robot” của nhà soạn kịch người Tiệp
Karen Kapek viết năm 1921, còn từ robot là cách gọi tắt của từ Robota - theo tiếng
Tiệp Khắc có nghĩa là công việc lao dịch.
Những robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng
trong công nghiệp thực sự lại là những tay máy. Vào năm 1948, nhà nghiên cứu
Goertz đã nghiên cứu chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, và cùng
năm đó hãng General Mills chế tạo tay máy gần tương tự sử dụng cơ cấu tác động là
những động cơ điện kết hợp với các cử hành trình. Đến năm 1954, Goertz tiếp tục
chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết lực tác
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
động lên khâu cuối. Sử dụng những thành quả đó, vào năm 1956 hãng General
Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công việc khảo sát đáy biển.
Năm 1968 R.S. Mosher, thuộc hãng General Electric, đã chế tạo một thiết bị
biết đi có bốn chân, có chiều dài hơn 3m, nặng 1.400kg, sử dụng động cơ đốt trong
có công suất gắn 100 mã lực (hình 1.5).
Hình 1.5. Robot 4 chân của hãng R.S Mosher và hãng General Electric.
Cũng trong lĩnh vực này, một thành tựu khoa học công nghệ đáng kể đã đạt được
vào năm 1970 là xe tự hành thám hiểm bề mặt của mặt trăng Lunokohod 1 được
điều khiển từ trái đất (hình 1.6).
Hình 1.6. Xe tự hành thám hiểm mặt trăng Lunokohod.
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Viện nghiên cứu thuộc Trường Đại học Stanford vào năm 1969 đã thiết kế
robot Shakey di động tinh vi hơn để thực hiện những thí nghiệm về điều khiển sử
dụng hệ thống thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tượng (hình 1.7). Robot này
được lập trình trước để nhận dạng đối tượng bằng camera, xác định đường đi đến
đối tượng và thực hiện một số tác động trên đối tượng.
Hình 1.7. Robot Shakey-robot đầu tiên nhận dạng đối tượng bằng camera.
Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại Massachusetts
(Hoa Kỳ). Trên cơ sở đó năm 1954, George Devol đã thiết kế robot lập trình với
điều khiển chương trình số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh được gọi là
thiết bị chuyển khớp được lập trình. Joseph Engelberger, người mà ngày nay thường
được gọi là cha đẻ của robot công nghiệp, đã thành lập hãng Unimation sau khi mua
bản quyền thiết bị của Devol và sau đó đã phát triển những thế hệ robot điều khiển
theo chương trình. Năm 1962, robot Unmation đầu tiên được đưa vào sử dụng tại
hãng General Motors; và năm 1976 cánh tay robot đầu tiên trong không gian đã
được sử dụng trên tàu thám hiểm Viking của cơ quan Không Gian NASA của Hoa
Kỳ để lấy mẫu đất trên sao Hoả (hình 1.8).
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Hình 1.8. Tay robot trên tàu thám hiểm Viking 1.
Trong hoạt động sản xuất, đa số những robot công nghiệp có hình dạng của
“cánh tay cơ khí, (trên hình 1.9) trình bày một robot là một cánh tay cơ khí khác xa
với robot R2D2, nhưng đối với sản xuất nó mang lại lợi ích to lớn.
Hình 1.9. Robot lập trình được đầu tiên do George Dovol thiết kế.
Theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các robot ngày càng được chế tạo nhỏ
gọn hơn, thực hiện được nhiều chức năng hơn, thông minh hơn. Một lĩnh vực được
nhiều nước quan tâm là các robot tự hành, các chuyển động của chúng ngày càng đa
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
dạng, bắt chước các chuyển động của chân người hay các loài động vật như: Bò sát,
động vật 4 chân…
Hình 1.10. Mobile robot tại WorldSkills Abu Dhabi.
Chính công nghệ tiên tiến ở tất cả các lĩnh vực: Cơ khí, vi mạch, điều khiển,
công nghệ thông tin… Đã tạo ra nền tảng cũng như những thách thức lớn đối với
khoa học nghiên cứu robot. Chính vì vậy, con người đã và đang tiếp tục phát triển
và nâng cao mức độ hoàn thiện trong lĩnh vực đầy hấp dẫn này.
Hình 1.11. Robot thám hiểm mặt trăng.
1.2.2. Các ứng dụng của robot
1.2.2.1. Các ưu điểm khi sử dụng robot
Các loại robot tham gia vào qui trình sản xuất cũng như trong đời sống, sinh
hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyền công nghệ,
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của
sản phẩm tạo ra.
Robot có thể thay thế con người làm việc ổn định bằng các thao tác đơn giản
và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổi công việc để thích nghi với sự thay đổi
của qui trình công nghệ. Sự thay thế hợp lý của robot còn góp phần giảm giá thành
sản phẩm, tiết kiệm nhân công ở những nước mà nguồn nhân công là rất ít hoặc chi
phí cao như: Nhật Bản, các nước Tây Âu, Hoa Kỳ… Tất nhiên nguồn năng lượng từ
robot là rất lớn, chính vì vậy nếu có nhu cầu tăng năng suất thì cần có sự hỗ trợ của
chúng mới thay thế được sức lao động của con người. Chúng có thể làm những
công việc đơn giản nhưng dễ nhầm lẫn, nhàm chán.
Robot có khả năng nghe được siêu âm, cảm nhận được từ trường. Bên cạnh
đó, một ưu điểm của robot là môi trường làm việc, chúng có thể thay thế con người
làm việc ở những môi trường độc hại, ẩm ướt, bụi bẩn hay nguy hiểm. Ở những nơi
như nhà máy hóa chất, các nhà máy phóng xạ, trong đại dương hay các hành tinh
khác… Thì việc ứng dụng robot để cải thiện điều kiện làm việc là rất hữu dụng.
1.2.2.2. Một số lĩnh vực ứng dụng của robot
Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Những ứng
dụng ban đầu bao gồm gắp, đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn.
Hình 1.12. Cánh tay robot hàn.
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Một trong những công việc kém năng suất nhất của con người là rèn kim loại
ở nhiệt độ cao. Các công việc này đòi hỏi công nhân di chuyển phôi có khối lượng
lớn với nhiệt độ cao khắp nơi trong xưởng. Việc tuyển dụng công nhân làm việc
trong môi trường nhiệt độ cao như vậy là một vấn đề khó khăn đối với ngành công
nghiệp này, và robot ban đầu đã được sử dụng để thay thế công nhân làm việc trong
điều kiện môi trường ngặt nghèo như trong lò đúc, xưởng rèn, và xưởng hàn. Đối
với robot thì nhiệt độ cao lại không đáng sợ.
Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việc sử dụng robot
nhiều nhất: khung xe được cố định vào một xe được điều khiển từ xa di chuyển
khắp nhà máy. Khi xe đến trạm hàn, kẹp sẽ cố định các chi tiết đúng vào vị trí cần
hàn, trong khi đó robot di chuyển dọc theo các điểm hàn được lập trình trước (hình
1.13).
Hình 1.13. Robot hàn trong sản xuất ô tô.
Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại đối với sức khoẻ của con người,
nhưng lại hoàn toàn không nguy hiểm đối với robot. Ngoài ra, con người phải mất
hơn hai năm để nắm được kỹ thuật và kỹ năng trở thành một thợ sơn lành nghề
trong khi robot có thể học được tất cả kiến thức đó chỉ trong vài giờ và có khả năng
lặp lại một cách chính xác các động tác sơn phức tạp. Điều đó thể hiện một bước
tiến đáng kể trong việc kết hợp giữa năng suất và chất lượng cũng như cải thiện chế
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
độ làm việc cho con người trong môi trường độc hại. Tất cả robot phun sơn đều
được “dạy” bởi một thợ sơn chuyên nghiệp giữ đầu phun và dịch chuyển nó đi đúng
quỹ đạo, quỹ đạo đó được ghi lại, và khi robot thực hiện công việc phun sơn thì nó
chỉ việc đi theo quỹ đạo đã được định sẵn trước đó. Như thế, robot phun sơn phải có
các khớp sao cho người thợ sơn có thể dễ dàng dẫn hướng cho chúng. Ứng dụng
này đưa đến sự phát triển một loại tay robot dạng “vòi voi” có độ linh hoạt cao.
Robot còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa như phục vụ cho máy
công cụ, làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, gắp hàng ra khỏi
băng tải và đặt chúng vào các trạm chuyển trung gian. Ở mục sau, ba ứng dụng của
robot trong công nghiệp được khảo sát ở các giai đoạn nghiên cứu khác nhau.
Một kỹ thuật sản xuất có mục tiêu lâu dài là nhà máy tự động hoàn toàn, ở đó
một bản thiết kế được thể hiện tại một trạm thiết kế bằng máy tính, không có sự can
thiệp của con người vào quá trình sản xuất. Hãy thử hình dung một môi trường sản
xuất tự động hoàn toàn, từ ý tưởng sản phẩm, gồm các chỉ tiêu kỹ thuật cấp cao,
người ta thiết kế ra sản phẩm sau đó đặt vật liệu, lập ra chương trình gia công, lập ra
chiến lược đường đi của chi tiết trong nhà máy, điều khiển cung cấp chi tiết vào
máy gia công, lắp ráp và kiểm tra tự động thông qua các máy gia công CNC và các
robot tĩnh và robot di động.
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Hình 1.14. Robot trong dây chuyền lắp ráp điện tử.
Bên cạnh đó, robot còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như trong
môi trường độc hại, ngành nông nghiệp, ngành thực phẩm, quân sự, thám hiểm và
vệ tinh.
1.3. Một số robot dùng bánh xe Omni đã có
1.3.1. Sơ lượt về Xe robot 4 bánh Omni đa hướng - Arduino 10020
SVTH: Nguyễn Hữu Tài
Trang 13