Tổng quan đồ án

Cánh tay robot là chế tác cơ khí có thể điều khiển được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghệ ngày này, chúng ta đã được biết đến rất nhiều ừng dụng của nó trong sản xuất công nghiệp, ứng dụng trong y học: có thể thay thế con người thực hiện những công việc khó và thấy nó trong lĩnh vực vui chơi giải trí, các ứng dụng giảng dạy trong trường học, robot thăm dò quân sự, …

Động học nghịch đảo (Inverse kinematics – IK) là việc sử dụng các phương trình động học để xác định chuyển động của robot nhằm đạt đến vị trí mong muốn. Đây là một bài toán quan trọng trong thiết kế robot nói riêng và ngành kĩ thuật robot nói chung. Động lực học ngược cho phép ta tìm được các lực/ momen dẫn động của các khâu dẫn từ quy luật chuyển động của khâu thao tác robot.

Sử dụng động học nghịch đảo để tính toán các cử động của cánh tay robot dựa trên các yêu cầu từ người dùng. Điều này cho phép robot di chuyển một cách linh hoạt và chính xác theo chỉ đạo của người điều khiển. Ngoài ra, động học nghịch đảo còn có thể lập trình các cử động tự động hoặc chuỗi hành động phức tạp mà người dùng có thể ghi lại và lặp lại. Tích hợp các tính năng mở rộng như AR để hiển thị robot trong không gian thực và tăng trải nghiệm người dùng.

Đề tài này tập trung vào việc tích hợp các yếu tố trên vào ứng dụng di động (hệ điều hành Android), tạo ra một ứng dụng di động để điều khiển robot 6 trục tự do (6-DOF Arms) bằng kết nối không dây. Phát triển một ứng dụng di động đơn giản và dễ sử dụng cho việc điều khiển cánh tay robot 6 trục từ xa. Cung cấp giao diện trực quan và thân thiện cho người dùng, giúp họ dễ dàng tương tác và điều khiển robot một cách linh hoạt.

Nhờ đó đưa công nghệ robot đến gần với mọi người hơn cũng như tạo ra một công cụ hỗ trợ trong học tập, nghiên cứu, công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.

Bên cạnh đó việc điều khiển thiết bị thông qua mạng không dây cũng có nhiều thách thức chẳng hạn như vấn đề liên quan đến đường truyền dẫn đến giảm độ chính xác của mô hình, thiết kế của ứng dụng có đủ thân thiện cho người dùng hay không hoặc là các vấn đề về thiết bị vật lý hoạt động không tương thích với sự điều khiển của người dùng.

Đối tượng nghiên cứu

• Cánh tay Robot 6 trục tự do.
• Động học nghịch đảo.
• Lập trình Android.

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu phát triển ứng dụng di động điều khiển cánh tay robot, áp dụng động học nghịch đảo đế tối ưu điều khiển.

Cơ sở lý thuyết

Động học nghịch đảo (Inverse kinematic):
Động học nghịch đảo (Inverse Kinematics) là một khái niệm cơ bản trong lĩnh vực Robotics và máy tính. Nó liên quan đến việc tính toán các góc quay cần đạt được của các khớp của một cánh tay robot hoặc một hệ thống liên kết, dựa trên vị trí mong muốn của đầu cuối (end-effector) của hệ thống.

Studio Android và lập trình Android:
Android Studio là Môi trường phát triển tích hợp (IDE) chính thức để phát triển ứng dụng Android. Nó là một công cụ mạnh mẽ cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng chất lượng cao cho nền tảng Android. Nó có các công cụ hoàn chỉnh cho quá trình phát triển Ứng dụng Android. Từ viết mã đến thử nghiệm và triển khai, Android studio có tất cả các chức năng để nhà phát triển phát triển Ứng dụng Android.

MQTT – Message Queuing Telemetry Transport

MQTT là giao thức nhắn tin dựa trên tiêu chuẩn hoặc bộ quy tắc được sử dụng để liên lạc giữa máy với máy. Cảm biến thông minh, thiết bị đeo và các thiết bị Internet of Things (IoT) khác thường phải truyền và nhận dữ liệu qua mạng bị hạn chế về tài nguyên với băng thông hạn chế. Các thiết bị IoT này sử dụng MQTT để truyền dữ liệu vì nó dễ triển khai và có thể truyền dữ liệu IoT một cách hiệu quả. MQTT hỗ trợ nhắn tin giữa các thiết bị lên đám mây và đám mây tới thiết bị.

MQTT Broker là một thực thể trung gian cho phép MQTT Client giao tiếp. Hoạt động như một trung tâm trung gian, MQTT Broker xử lý hiệu quả luồng tin nhắn giữa các thiết bị và ứng dụng. cụ thể, MQTT Broker nhận tin nhắn do khách hàng xuất bản, lọc tin nhắn theo chủ đề và phân phối chúng cho các thiết bị đăng ký.

Mô hình publish/subscribe (pub/sub)

Nhắn tin publish/subscribe hay nhắn tin pub/sub là một mô hình giao tiếp không đồng bộ giúp các nhà phát triển dễ dàng xây dựng các ứng dụng có độ phức tạp cao về mặt kiến trúc và chức năng trong đám mây. Trong kiến trúc đám mây hiện đại, các ứng dụng được tách rời thành các khối dựng độc lập, nhỏ hơn được gọi là dịch vụ. Nhắn tin pub/sub cung cấp thông báo sự kiện tức thời cho các hệ thống phân tán này. Nhắn tin pub/sub hỗ trợ khả năng giao tiếp có quy mô linh hoạt và đáng tin cậy giữa các mô-đun phần mềm độc lập.

HiveMQTT
HiveMQ là nền tảng MQTT nổi tiếng, cung cấp khả năng di chuyển dữ liệu nhanh chóng, hiệu quả và đáng tin cậy đến và từ các thiết bị IoT được kết nối.

THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI MÔ HÌNH

Tổng kết

Đề tài này tập trung tích hợp các yếu tố trên vào một ứng dụng di động (hệ điều hành Android), tạo ra ứng dụng di động điều khiển robot tự do 6 trục (6-DOF Arms) bằng kết nối không dây. dây điện. Phát triển ứng dụng di động đơn giản và dễ sử dụng để điều khiển từ xa cánh tay robot 6 trục. Cung cấp giao diện trực quan và thân thiện cho người dùng, giúp họ dễ dàng tương tác và điều khiển robot một cách linh hoạt. Qua đó đưa công nghệ robot đến gần hơn với mọi người cũng như tạo ra công cụ hỗ trợ trong học tập, nghiên cứu, công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác.

Bên cạnh đó, thông qua dự án này, nhóm nghiên cứu nhận thấy còn nhiều hạn chế trong việc điều khiển cánh tay robot bằng mạng không dây. Bao gồm cả độ trễ của kênh truyền dẫn, độ chính xác của các thao tác điều khiển không quá cao và không thể thiết lập bộ điều khiển theo thời gian thực. Các bộ phận của máy hoạt động chưa thực sự mượt mà.

Trong tương lai, nhóm dự kiến sẽ tối ưu hóa hoạt động chuyển động của các servo cũng như áp dụng các giao thức truyền dẫn khác như Bluetooth, Zigbee, … để đạt hiệu quả cao nhất cho mô hình.