Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

Cần Thơ, Ngày …. Tháng ….năm 2019
GVHD

Nhận xét của giáo viên phản biện
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................


Cần Thơ, Ngày …. Tháng ….năm 2019
GVPB


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
Cán bộ hướng dẫn: Ths. ĐƯỜNG KHÁNH SƠN
Luận văn đại học được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ
ngày 21 tháng 07 năm 2019.
Thành phần Ban chấm đánh giá luận văn đại học gồm:
1. Trưởng ban:

2. Uỷ viên phản biện:

3. Thư ký ban chấm:

Xác nhận của Ban chấm đánh giá sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

TRƯỞNG BAN

UỶ VIÊN PHẢN BIỆN

THƯ KÝ


TRƯỜNG ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
Họ và tên sinh viên: TRẦN CHÍ NGUYỆN

MSSV: 1501049

Ngày, tháng, năm sinh: 01/10/1997

Nơi sinh: Kiên Giang

Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG TẤN THÀNH

MSSV: 1500632

Ngày, tháng, năm sinh: 29/01/1997

Nơi sinh: Vĩnh Long

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử

Mã số: 7510203

số: 7510303
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOTMã
SCARA

PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Nhiệm vụ: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo một robot Scara phân loại sản phẩm điều
khiển bằng máy tính.
Nội dung:
-

Thiết kế hoàn chỉnh mô hình 3D của robot và tiến hành mô phỏng 3D trên
Matlab Simulink.

-

Thiết kế, chế tạo mô hình robot Scara phục vụ cho học tập, nghiên cứu.

-

Xây dựng bộ điều khiển PID cho robot, đồng thời xây dựng dựng giao diện
quản lí điều khiển trên máy tính bằng phần mềm Matlab.

-

Xây dựng và lập trình được giải thuật giao tiếp I2C giữa các board Arduino.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. ĐƯỜNG KHÁNH SƠN
THỜI GIAN GIAO ĐỀ TÀI: 25/02/2019
THỜI GIAN HOÀN THÀNH: 07/06/2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


Cần Thơ, ngày 07 tháng 06 năm 2019
KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ


LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN
Đề tài được hoàn thành trong sự hỗ trợ và động viên rất nhiều từ gia đình,
người thân, thầy cô cũng như bạn bè thân thuộc. Cảm ơn ba mẹ đã luôn cùng con đi
suốt những tháng ngày khó khăn qua.
Đặc biệt cảm ơn thầy Đường Khánh Sơn đã tạo điều kiện và hướng dẫn em
cách học tập cũng như nghiên cứu để hoàn thành tốt đề tài này.
Chân thành cảm ơn những người bạn vẫn luôn đồng hành cùng mình cả trong
những lúc khó khăn nhất.
Cảm ơn quý thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Cơ Khí của Trường Đại học Kỹ
Thuật - Công Nghệ Cần Thơ luôn cảm thông và tạo điều kiện tốt cho em trong suốt
thời gian học tập tại trường.
Qua đây em cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của
quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng xin chúc gia đình, người thân, quý thầy cô cùng bạn bè nhiều sức
khỏe và thành công trong mọi việc.

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang I


LỜI CAM ĐOAN

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan về công trình nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp là được
thực hiện bởi cá nhân em và sự hỗ trợ và hướng dẫn của thầy Đường Khánh Sơn,
nếu có điều gì sai sót theo lời cam đoan em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang II


TÓM TẮT LUẬN VĂN

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài luận văn “Thiết kế và chế tạo mô hình robot Scara phân loại sản phẩm”
trình bày các phương pháp, quá trình thiết kế lắp đặt tạo ra một mô hình robot Scara
3 bậc tự do chuyển động linh hoạt và chính xác, bên cạnh đó xây dựng bộ điều
khiển động cơ bằng bộ điều khiển PID giúp động cơ hoạt động chính xác theo mong
muốn của người điều khiển, xây dựng thêm giao diện quản lí điều khiển trên máy
tính giúp người dùng dễ dàng thao tác cũng như vận hành robot.

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang III


MỤC LỤC

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... I
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... II
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................ III

MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... v
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 2
1.1. Lí do và mục đích chọn đề tài: ...................................................................... 2
1.1.1. Lí do chọn đề tài: ................................................................................... 2
1.1.2. Mục đích của đề tài: ............................................................................... 4
1.2. Giới thiệu sơ lược về robot: .......................................................................... 4
1.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển của robot: ............................................. 4
1.2.2. Tình hình phát triển của robot trên thế giới: ........................................... 6
1.2.3. Tình hình phát triển của robot tại Việt Nam: .......................................... 8
1.2.4. Các ứng dụng của robot: ........................................................................ 9
1.2.4.1. Các ưu điểm khi sử dụng robot: ...................................................... 9
1.2.4.2. Một số lĩnh vực ứng dụng: ............................................................. 9
1.3. Giới thiệu sơ lược về Scara Robot:.............................................................. 11
1.4. Mô hình robot Scara của sinh viên đại học Nha Trang: ............................... 13
1.5. Mô hình robot Scara của sinh viên đại học Công Nghiệp Hà Nội: ............... 14
1.6. Hướng giải quyết nghiên cứu cho đề tài sắp tới:.......................................... 15
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 16
2.1. Đối tượng nghiên cứu: ................................................................................ 16

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang i


MỤC LỤC

2.1.1. Giới thiệu đề tài: .................................................................................. 16
2.1.2. Tiêu chuẩn cho một robot Scara: .......................................................... 17

2.1.3. Những ứng dụng mà robot Scara mang lại: .......................................... 17
2.2. Phương pháp nghiên cứu: ........................................................................... 17
2.2.1. Lí thuyết về bộ điều khiển PID: ............................................................ 17
2.2.2. Bộ điều khiển PID số: .......................................................................... 19
2.2.3. Chỉnh định tham số bộ điều khiển PID: ................................................ 20
2.2.4. Arduino: ............................................................................................... 22
2.2.4.1. Khái niệm: ................................................................................... 22
2.2.4.2. Phần cứng của Arduino: ............................................................... 23
2.2.4.3. Ứng dụng của Arduino: ................................................................ 24
2.2.4.4. Khả năng kết nối của Arduino: ..................................................... 24
2.2.4.5. Các loại Arduino: ......................................................................... 25
2.2.4.6. Ứng dụng của Arduino trong đề tài: ............................................. 26
2.2.5. Phần mềm Arduino: ............................................................................. 26
2.2.5.1. Phần mềm viết chương trình và biên dịch chương trình: ............... 26
2.2.5.2. Cấu trúc chương trình:.................................................................. 28
2.2.6. Giới thiệu chung về phần mềm Matlab: ................................................ 28
2.2.6.1. Khái niệm về Matlab: ................................................................... 28
2.2.6.2. Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của Matlab: ................................... 29
2.1.6.3. Hệ thống Matlab: ......................................................................... 30
2.2.6.4. Giao diện làm việc trên Matlab: ................................................... 31
2.2.6.5. Các cửa sổ làm việc của Matlab: .................................................. 32
2.2.7. Giao thức giao tiếp I2C: ....................................................................... 34
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang ii


MỤC LỤC

2.2.7.1. Giới thiệu về giao tiếp I2C: .......................................................... 34

2.2.7.2. Đặc điểm: ..................................................................................... 34
2.2.7.3. Phần cứng: ................................................................................... 34
2.2.7.4. Cách thức giao tiếp I2C hoạt động: .............................................. 38
2.1.7.5. Các chế độ hoạt động của I2C: ..................................................... 41
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT SCARA ..................................... 42
3.1. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế .................................................... 42
3.2. Bài toán động học: ...................................................................................... 42
3.2.1. Bài toán động học thuận: ...................................................................... 42
3.2.2. Bài toán động học nghịch: .................................................................... 44
3.3. Thiết kế mô hình cơ khí cho robot: ............................................................. 46
3.3.1. Cơ sở khoa học: ................................................................................... 46
3.3.2. Thiết kế bộ truyền động cho robot: ....................................................... 46
3.3.3. Chọn động cơ: ...................................................................................... 47
3.3.4. Bản thiết kế Solidworks: ...................................................................... 49
3.3.5. Sơ lược về các linh kiện cơ khí dùng để chế tạo robot: ......................... 53
3.3.6. Các bước lắp ráp một mô hình robot hoàn chỉnh: ................................. 56
3.4. Thiết kế mạch điện điều khiển cho robot: .................................................... 59
3.4.1. Lưu đồ giải thuật điều khiển robot: ...................................................... 59
3.4.2. Sơ đồ mạch điện điều khiển robot: ....................................................... 60
3.5. Xây dựng giải thuật điều khiển PID cho robot: ........................................... 71
3.6. Lập trình truyền nhận dữ liệu bằng thư viện I2C: ........................................ 72
3.7. Thiết kế giao diện điều khiển Guide trên Matlab: ........................................ 73
3.7.1. Khái niệm: ........................................................................................... 73
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang iii


MỤC LỤC


3.7.2. Cách sử dụng và tạo một giao diện Guide: ........................................... 73
3.7.3. Giao diện guide điều khiển robot: ........................................................ 76
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................. 78
4.1. Kết quả: ...................................................................................................... 78
4.1.1. Kết quả mô phỏng trên Matlab Simulink: ............................................. 78
4.1.2. Kết quả thực nghiệm khi áp dụng giải thuật PID: ................................. 80
4.1.3. Kết quả chạy thực tế của mô hình: ....................................................... 82
4.2 Đánh giá: ..................................................................................................... 88
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ..................................................................................... 89
4.1 Kết quả đạt được:......................................................................................... 89
4.2 Những hạn chế mà đề tài gặp phải: .............................................................. 89
4.3 Định hướng tương lai: .................................................................................. 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 91
PHỤ LỤC A .......................................................................................................... 92
PHỤ LỤC B .......................................................................................................... 93

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Robot Scara PF3400 gắp vật ................................................................... 2
Hình 1.2: Scara Robot phân loại sản phẩm ............................................................. 3
Hình 1.3: Robot Scara viết chữ................................................................................ 3
Hình 1.4: Robot hàn KUKA của Nhật Bản............................................................... 5
Hình 1.5: Cánh tay robot 5 bậc tự do của hãng YASKAWA MOTOMAN ................. 6
Hình 1.6: Xe tự hành Spirit của NASA đang thám hiểm sao hỏa .............................. 6

Hình 1.7: Robot phẫu thuật Da Vinci ...................................................................... 7
Hình 1.8: Robot đầu bếp Suzumo............................................................................. 7
Hình 1.9: Cuộc thi ROBOCON 2018 ....................................................................... 8
Hình 1.10: Robot hàn trong công nghiệp sản xuất cơ khí......................................... 9
Hình 1.11: Robot ABB được sử dụng trong dây chuyền sản xuất linh hoạt ............ 10
Hình 1.12: Robot đóng gói sản phẩm .................................................................... 10
Hình 1.13: Robot sử dụng trong công đoạn cấp vật liệu và lắp ráp ....................... 11
Hình 1.14: Scara robot FANUC-SR-3 ................................................................... 11
Hình 1.15: Cobra 350 Scara Robot ....................................................................... 12
Hình 1.16: Scara Robot palletizer 504 .................................................................. 13
Hình 1.17: Mô hình robot Scara của sinh viên đại học Nha Trang ........................ 13
Hình 1.18: Mô hình robot Scara của sinh viên đại học công nghiệp Hà Nội .......... 15
Hình 2.1: Sơ đồ khối của bộ P.I.D điều khiển động cơ DC .................................... 17
Hình 2.2: Xác định đặc tính của đặc tính quá trình ............................................... 21
Hình 2.3: Arduino Mega ........................................................................................ 22
Hình 2.4: Tổng quan phần cứng của Arduino Uno R3 ........................................... 23
Hình 2.5: Arduino Uno và Arduino Nano .............................................................. 25

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang v


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.6: Arduino Yun và Arduino ethernet ........................................................... 25
Hình 2.7: Arduino Tre và Arduino Robot ............................................................... 25
Hình 2.8: Phần mềm Arduino ................................................................................ 26
Hình 2.9: Các hàm cơ bản trong Arduino .............................................................. 27
Hình 2.10: Màn hình làm việc của Arduino IDE .................................................... 27

Hình 2.11: Chọn board và nạp chương trình ......................................................... 28
Hình 2.12: Giao diện Matlab ................................................................................. 28
Hình 2.13: Cửa sổ làm việc của matlab ................................................................. 31
Hình 2.14: Cửa sổ Command History .................................................................... 32
Hình 2.15: Cửa sổ Workspace ............................................................................... 32
Hình 2.16: Cửa sổ Variable Editor ........................................................................ 33
Hình 2.17: Sơ đồ dây truyền dữ liệu I2C ............................................................... 35
Hình 2.18: Sơ đồ kết nối master-slave ................................................................... 36
Hình 2.19: Điều kiện bắt đầu................................................................................. 36
Hình 2.20: Giao thức truyền nhận dữ liệu ............................................................. 37
Hình 2.21: Điều kiện kết thúc ................................................................................ 38
Hình 2.22: Thiết bị master gửi dữ liệu đến các slave ............................................. 38
Hình 2.23: Thiết bị slave so sánh địa chỉ được gửi từ master................................. 39
Hình 2.24: Thiết bị master gửi hoặc nhận khung dữ liệu ....................................... 39
Hình 2.25: Thiết bị slave nhận tín hiệu thành công và trả về tín hiệu cho master... 40
Hình 2.26: Thiết bị master gửi điều kiện dừng báo hiệu cho slave ......................... 40
Hình 2.27: Thiết bị master gửi dữ liệu đến thiết bị slave........................................ 40
Hình 2.28: Thiết bị master nhận dữ liệu từ thiết bị slave ....................................... 41
Hình 3.1: Gắn hệ tọa độ cho robot ........................................................................ 42
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.2: Mô hình động học nghịch robot ............................................................. 44
Hình 3.3: Bộ truyền đai răng của robot ................................................................. 46
Hình 3.4: Động cơ DC M555126000 ..................................................................... 48
Hình 3.5: Bản vẽ chi tiết khâu trượt và đế robot Scara .......................................... 49

Hình 3.6: Bản thiết kế chi tiết 2 khâu quay robot Scara ......................................... 50
Hỉnh 3.7: Bản vẽ chi tiết khâu tay gắp robot Scara ................................................ 51
Hình 3.8: Bản vẽ tổng thể mô hình robot ............................................................... 52
Hình 3.9: Bộ vít-me đại ốc ..................................................................................... 53
Hình 3.10: Thanh trượt sắt dài 30cm ..................................................................... 53
Hình 3.11: Bộ truyền đai của robot ....................................................................... 53
Hình 3.12: Bạc đạn đỡ trục KFL08 ....................................................................... 54
Hình 3.13: Ổ bi trượt............................................................................................. 54
Hình 3.14: Ốc vít ................................................................................................... 54
Hình 3.15: Bộ đầu kẹp giữ lưỡi cắt ........................................................................ 55
Hình 3.16: Thanh ren inox..................................................................................... 55
Hình 3.17: Tấm sắt tròn ........................................................................................ 55
Hình 3.18: Đế robot Scara .................................................................................... 56
Hình 3.19: Phần tấm trượt tịnh tiến cho robot Scara ............................................. 56
Hình 3.20: Tay gắp robot Scara ............................................................................ 57
Hình 3.21: Hai khâu quay của robot Scara............................................................ 57
Hình 3.22: Khâu trượt và đế robot Scara .............................................................. 58
Hình 3.23: Mô hình cơ khí hoàn thiện của robot Scara ......................................... 58
Hình 3.24: Lưu đồ giải thuật điều khiển robot Scara ............................................. 59
Hình 3.25: Sơ đồ kết nối mạch điện hệ thống......................................................... 60
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.26: Sơ đồ chân Arduino Uno...................................................................... 61
Hình 3.27: Các chân năng lượng ........................................................................... 63
Hình 3.28: Chân vào ra tín hiệu ............................................................................ 63

Hình 3.29: Sơ đồ chân Arduino Nano .................................................................... 64
Hình 3.30: Module L298N ..................................................................................... 67
Hình 3.31: Nguồn tổ ong 12V-10A ........................................................................ 68
Hình 3.32: Động cơ Servo MG995 ........................................................................ 69
Hình 3.33: Công tắc hành trình Hanyoung HY-L707 ............................................. 70
Hình 3.34: Cửa sổ làm việc guide quick start ........................................................ 73
Hình 3.35: Giao diện guide ................................................................................... 74
Hình 3.36: Cửa sổ Inspector.................................................................................. 75
Hình 3.37: Cách lập trình trên file.fig.................................................................... 75
Hình 3.38: Cách tạo file.m .................................................................................... 76
Hình 3.39: Giao diện người dùng điều khiển robot Scara ...................................... 76
Hình 4.1: Mô hình hóa robot Scara trên Matlab Simulink ..................................... 78
Hình 4.2: Mô hình 3D khi mô phỏng trên Matlab .................................................. 78
Hình 4.3: Kết quả chạy mô phỏng vị trí khâu thứ nhất robot ................................. 79
Hình 4.4: Kết quả chạy mô phỏng vị trí khâu thứ hai robot ................................... 79
Hình 4.5: Kết quả chạy mô phỏng vị trí khâu thứ hai robot ................................... 80
Hình 4.6: Kết quả chạy thực nghiệm PID trên khâu 1............................................ 81
Hình 4.7: Kết quả chạy thực nghiệm PID trên khâu 2............................................ 81
Hình 4.8: Kết quả chạy thực nghiệm PID trên khâu 3............................................ 82
Hình 4.9: Kết quả chạy mô phỏng động học trên thuận giao diện GUI .................. 82
Hình 4.10: Kết quả chạy mô phỏng động học thuận thực tế ................................... 83
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 4.11: Kết quả mô phỏng động học nghịch trên giao diện GUI....................... 83
Hình 4.12: Kết quả chạy mô phỏng động học nghịch thực tế ................................. 84

Hình 4.13: Chạy thử nghiệm khâu trượt robot Scara ............................................. 84
Hình 4.14: Chạy thử nghiệm khâu quay thứ 1 robot Scara .................................... 85
Hình 4.15: Chạy thử nghiệm khâu quay thứ 2 robot Scara .................................... 85
Hình 4.16: Chạy thực tế theo chu trình gắp 1 vật .................................................. 86
Hình 4.17: Chạy thực tế theo chu trình thả 1 vật ................................................... 86
Hình 4.18: Chạy thực tế theo chu trình gắp 3 vật .................................................. 87
Hình 4.19: Chạy thực tế theo chu trình thả 3 vật ................................................... 87

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang ix


LỜI NÓI ĐẦU

LỜI NÓI ĐẦU
Theo quá trình phát triển của xã hội, nhu cầu nâng cao sản xuất và chất lượng
sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hóa sản
xuất. Xu hướng tạo ra những dây chuyền và thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đã
hình thành và phát triển mạnh mẽ, vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng
robot để tạo ra các hệ sản xuất tự động linh hoạt. Robot ứng dụng rộng rãi và đóng
vai trò quan trọng trong sản xuất cũng như trong đời sống. Robot là cơ cấu đa chức
năng có khả năng lập trình được dùng để di chuyển nguyên vật liệu, các chi tiết, các
dụng cụ thông qua các truyền động được lập trình trước. Robot có thể thao tác như
con người và có thể hợp tác với nhau một cánh thông minh. Robot có cánh tay với
nhiều bậc tự do và có thể thực hiện được các chuyển động như tay người và điều
khiển được bằng máy tính hoặc có thể điều khiển bằng chương trình.
Hiện nay việc áp dụng các ứng dụng của robot ngày càng trở nên phổ biến, từ
những cái đơn giản như: đếm sản phẩm 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. Vì thế là một kỹ sư trong tương lai, em đã nắm bắt được thị hiếu này và tìm
hiểu, nghiên cứu để tiến tới công nghệ cao, xây dựng nên một giai đoạn mới, phát
triển mới cho bản thân cho xã hội. Với đề tài tài “thiết kế và chế tạo mô hình robot
Scara phân loại sản phẩm” nhóm tin tưởng rằng với những kết quả có được từ
việc tìm hiểu và tính toán trong bài luận văn này sẽ là bước đệm quan trọng cho
việc phát triển nhiều hơn nữa những ý tưởng trong tương lai về tính toán và thiết kế
các loại robot công nghiệp.
Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng như thời
gian còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong quá
trình tính toán cũng như thi công công mô hình, rất mong được sự thông cảm và
đóng góp ý kiến của quí thầy cô cũng như các bạn!

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lí do và mục đích chọn đề tài:
1.1.1. Lí 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 internet, các loại vi điều khiển, IoT, thiết bị thông minh…làm cho ngành
cơ 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.

Hình 1.1: Robot Scara PF3400 gắp vật
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 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.
Đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp những cánh tay robot ngày càng được
nâng cấp và phát triển nhằm nâng cao năng suất trong các qui trình sản xuất, trong

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
đó có robot Scara đây là một kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt được sử dụng nhiều
trong các công việc lắp ráp các tải trọng nhỏ theo phương thẳng đứng.

Hình 1.2: Scara Robot phân loại sản phẩm
Đối với một 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 tiến 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 và điều khiển một robot, nên em đã tìm đến với robot bằng cách thiết kế,
xây dựng nên một mô hình robot cho riêng bản t hân. Với sự góp ý và hướng dẫn
của thầy Đường Khánh Sơn, em đã chọn ra đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình
robot Scara phân loại sản phẩm ” cho luận văn tốt nghiệp của mình.


Hình 1.3: Robot Scara viết chữ

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.2. Mục đích của đề tài:
Xuất phát từ những ứng dụng quan trọng của robot nên chúng em đã tìm
hiểu, nghiên cứu, cải tiến thêm từ các sản phẩm cũng như công trình của nhiều tác
giả trước đây và xây dựng ra mô hình thực tế “Robot Scara phân loại sản phẩm”
nhằm vào nhiều ứng dụng sau đây:
- Nhằm mục đích phục vụ học tập, nghiên cứu và sáng tạo cho mọi người có
chung đam mê về robot.
- Ứng dụng mô hình trong các dây chuyền sản xuất và phân loại sản phẩm
trong các nhà máy công nghiệp.
- Đề tài có thể được nâng cấp và chế tạo thêm ứng dụng và các lĩnh vực như:
in 3D, máy khắc CNC, viết chữ…
Hoàn thành thiết kế và chế tạo mô hình robot Scara đã giúp chúng em hiểu rõ
về cấu tạo, cách thức hoạt động cũng như việc xây dựng giải thuật điều khiển cho
một mô hình robot Scara. Bên cạnh đó việc thiết kế đề tài còn giúp chúng em nâng
cao khả năng sử dụng các phần mềm bổ trợ như Solidworks, Matlab, Arduino... Kết
quả đạt được của đề tài là cơ sở nền tảng để chúng em nâng cao và phát triển mô
hình trong tương lai.
1.2. Giới thiệu sơ lược về robot:
1.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển của robot:
Thuật ngữ robot xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học văn
Tiệp Khắc có tên Karel Capek.
Thuật ngữ Inducstrial robot (IR) – xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty AMF

(American Manchine and Foundry Company) quảng cáo mô tả một thiết bị mang
dáng dấp và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực
hiện một số thao tác sản xuất thiết bị có tên gọi Versatran.
Quá trình phát triển của robot:

- Từ những năm 50 ở Mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên.
- Đầu những năm 60 sản phẩm đầu tiên ra đời mang tên Versatran của công
ty AMF.

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các robot theo bản quyền của
Mỹ từ năm 1967.
- Ở các nước Tây Âu khác như: Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển đã bắt đầu nghiêng
cứu từ những năm 70.
- Châu Á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng robot từ năm 1968.
Đến nay có khoảng trên 20 công ty sản xuất robot trong số đó có trên 2 công
ty của Nhật,90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty
ở Nga, Tiệp…

Hình 1.4: Robot hàn KUKA của Nhật Bản
Theo chủng loai, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của
tay máy, người máy được sản xuất trên thế giới có thể phân thành các thế hệ sau:
- Thế hệ 1: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu trình dạng chương trình cứng
không có khả năng nhận biết thông tin.
- Thế hệ 2: Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kì dạng chương trình mềm

bước đầu có khả năng nhận biết thông tin.
- Thế hệ 3: Thế hệ có kiểu điều khiển tinh khôn, có khả năng nhận biết thông
tin và bước đầu đã có một số chức năng lí trí của con người.
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại, trong đó có hơn 40% là loại
tay máy điều khiển đơn giản thuộc thế hệ 1.
Sự xuất hiện của robot cùng với sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất
và xã hội loài người làm xuất hiện một ngành khoa học mới là robot học (Robotic).
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Trên thế giới ở nhiều nước đã xuất hiện nhiều viện nghiên cứu về robot. Ở Việt
Nam từ những năm của thập kỷ 80 đã có viện nghiên cứu về robot.
1.2.2. Tình hình phát triển của robot trên thế giới:
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh chóng góp phần nâng
cao năng suất lao động. Đặt biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo robot
nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân
tay của con người.
Đối với các nước ngoài lĩnh vực tự động hóa đã xuất hiện rất sớm, đến nay
ngành tự động hóa đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn hỗ trợ con người
trong nhiều lĩnh vực như:
- Robot công nghiệp:

Hình 1.5: Cánh tay robot 5 bậc tự do của hãng YASKAWA MOTOMAN
- Robot không gian:

Hình 1.6: Xe tự hành Spirit của NASA đang thám hiểm sao hỏa
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành


Trang 6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
- Robot y tế:

Hình 1.7: Robot phẫu thuật Da Vinci
- Robot phục vụ đời sống:

Hình 1.8: Robot đầu bếp Suzumo
Tự động hóa đã trở thành một trong những ngành mũi nhọn của nhiều nước
trên thế giới, với sự phát triển không ngừng của công nghệ bán dẫn, công nghệ
thông tin, trí tuệ nhân tạo và cơ khí chính xác, robot không còn là những cổ máy vô
tri vô giác chỉ biết lặp lại một công việc cố định mà nó đã bắt đầu có cảm xúc, suy
nghĩ và hành động như một sinh vật, từ đó ngành tự động hóa đã mở ra nhiều ứng
dụng hết sức phong phú, những thế hệ robot gần giống con người lần đầu được các
hãng như HONDA, ASIMO, MITSUBITSI, SONY...cho ra đời chứng tỏ sự phát
triển và tiềm năng mạnh mẽ của ngành tự động hóa.

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2.3. Tình hình phát triển của robot tại Việt Nam:
Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẻ, chúng ta đang trong giai đoạn
của thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, đa số các máy móc trong các xí
nghiệp còn hạn chế về máy móc thiết bị và sử dụng nhiều lao động chân tay, việc tự

động hóa và bổ sung thêm các mấy móc thiết bị là nhu cầu hết sức cần thiết, nhưng
các máy móc thiết bị hiện nay phần lớn đều nhập từ nước ngoài mà chưa thể tự chế
tạo được, do đó nghiên cứu và chế tạo robot là một trong những ngành mũi nhọn
cần được đầu tư phát triển để đáp ứng được nhu cầu của nền công nghiệp nước nhà.
Để có thể làm được điều đó chúng ta cần một lực lượng hùng hậu lẫn về chuyên
môn cùng với sự đầu tư về trang thiết bị, cơ sở vật chất.
Nhiều cuộc thi về tự động hóa đã diễn ra nhằm khuyến khích lòng say mê
sáng tạo trong giới trẻ đã được tổ chức như: ROBOCON, EUREKA,...đã nhanh
được sự ủng hộ nhiệt tình trong sinh viên góp phần thúc đẩy đam mê và lòng ham
thích của sinh viên Việt Nam trên con đường xây dựng đất nước.

Hình 1.9: Cuộc thi ROBOCON 2018
Đứng trước nhu cầu thực tế đó cộng với lòng đam mê của bản thân chúng em
bắt tay vào thực hiện đề tài này với sự giúp đỡ nhiệt tình về kiến thức, kinh nghiệm
và sự động viên nhiệt tình của thầy cô, mong đóng góp một phần sức lực vào sự
phát triển nước nhà.

SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 8


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2.4. Các ứng dụng của robot:
1.2.4.1. 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,
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…
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.
1.2.4.2. Một số lĩnh vực ứng dụng:
Ứng dụng trong các lĩnh vực sản xuất cơ khí. Trong lĩnh vực cơ khí, robot
được ứng dụng khá phổ biến nhờ khả năng hoạt động chính xác và tính linh hoạt
cao. Các loại robot hàn là một ứng dụng quan trọng trong các nhà máy sản xuất ô
tô, sản xuất các loại vỏ bọc cơ khí…

Hình 1.10: Robot hàn trong công nghiệp sản xuất cơ khí
SVTH: Trần Chí Nguyện – Trương Tấn Thành

Trang 9