BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
---- 🙣🕮🙡 ----
DỰ ÁN KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT 3 BẬT BẰNG ESP
32
Giảng viên hướng dẫn : Lâm Tấn Công
Nhóm thực hiện : Nhóm 6
Sinh viên thực hiện :
STT HỌ VÀ TÊN MSSV
1 Phan Chí Nghị 22645701
2 Nguyễn Quang Diệu 22640941
3 Lê Trung Hiếu 22659661
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: Tổng Quan........................................................................................................2
1. Lý do chọn đề tài.................................................................................................................3
2. Mục tiêu của đề tài..............................................................................................................4
3. Phạm vi thực hiện...............................................................................................................4
4. Phương pháp tiếp cận.........................................................................................................5
CHƯƠNG II: Cơ Sở Lý Thuyết.........................................................................................................5
1. Robot 3 bậc tự do (3-DOF)...................................................................................................5
1.1. Khái niệm tự do trong cánh tay robot................................................................................5
1.2. Ứng dụng thực tế của robot 3 DOF trong thực tế...............................................................6
2. Vi điều khiển ESP32................................................................................................................7
1.1. Tổng quan kiến trúc vi điều khiển ESP32...........................................................................7
1.2. Lý do chọn ESP32............................................................................................................8
2. Servo motor........................................................................................................................8
2.1. Cấu tạo...........................................................................................................................8
2.2. Nguyên lý hoạt động......................................................................................................10
2.3. Cách điều khiển bằng PWM (Pulse Width Modulation)....................................................11
3. Giới thiệu về Web Server...................................................................................................12
3.1. Web Server là gì?...........................................................................................................12
3.2. Nguyên lý hoạt động......................................................................................................12
3.3. Vì sau sử dụng Web Server để điều khiển cánh tay robot?...............................................13
4. Giới thiệu về Arduino IDE...................................................................................................13
CHƯƠNG III: Thiết Kế Mô Hình Và Triển Khai Thực Nghiệm............................................................15
1. Thiết kế mô hình tay robot - cấu trúc cơ khí........................................................................15
1.1. Tổng quan thiết kế.........................................................................................................15
1.2. Các thành phần chính...................................................................................................15
1
1.3. Tích hợp hệ thống..........................................................................................................16
1.4. Vật liệu và kích thước.....................................................................................................17
1.4.1. Lựa chọn vật liệu.................................................................................................17
1.4.2.Thiết kế kích thước...................................................................................................17
1.5. Động học thuận.............................................................................................................17
2. Thiết kế phần cứng............................................................................................................19
2.1. Phần cứng.....................................................................................................................19
2.1.1. Vi điều khiển ESP32.............................................................................................19
2.1.2. Động cơ servo.....................................................................................................20
2.1.3. Nguồn tổ ong......................................................................................................20
2.1.4. Khung xương robot..............................................................................................21
2.2. Sơ đồ kết nối..................................................................................................................21
2.2.1. Quy tắc đấu nối quan trọng.................................................................................21
2.2.2. Kết nối tín hiệu điều khiển...................................................................................22
2.2.3. Nguyên tắc đấu nối và chống nhiễu.....................................................................23
3. Thiết kế chương trình phần mềm cho ESP32 trong hệ thống điều khiển...............................24
3.1. Giải thích thuật toán......................................................................................................24
3.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động.............................................................................................25
3.3. Code trên ArduinoIDE....................................................................................................26
3.4. Phân tích chi tiết chương trình.......................................................................................32
3.4.1. Lựa chọn nền tảng và thư viện.............................................................................32
3.4.2. Kết nối WiFi và tổ chức hệ thống mạng.................................................................33
3.4.3. Thiết kế giao diện điều khiển dựa trên Web server................................................35
3.4.4. Chương trình xử lí các slider................................................................................36
3.4.5. Cơ chế xử lý lệnh.................................................................................................37
3.4.6. Hàm điều khiển servo..........................................................................................38
CHƯƠNG IV. Kết Quả Thực Nghiệm & Kết Luận............................................................................39
1. Đổ thành công chương trình và kết nối được wifi trên ESP32...............................................39
2
2. Giao diện điều khiển robot thông qua giao diện HTML trên trình duyệt internet....................40
3. Điều khiển cánh tay robot..................................................................................................40
4. Một số hình ảnh thực của tay robot....................................................................................41
............................................................................................................................................41
5. Kết quả đã đạt được..........................................................................................................42
6. Kết quả chưa đạt được......................................................................................................42
7. Hướng phát triển của đề tài...............................................................................................43
8. Kết luận............................................................................................................................43
3
CHƯƠNG I: Tổng Quan
1. Lý do chọn đề tài
Trên thế giới hiện nay, các máy móc công cụ được tạo ra để thay thế sức lao
động của con người có thể nói đến cánh tay robot là một hệ thống máy móc được thiết
kế để bắt chước chuyển động và thao tác của con người, phục vụ cho việc tối ưu hóa
quy trình sản xuất. Nhờ cấu tạo và cơ chế hoạt động linh hoạt, bền bỉ, mạnh mẻ, thiết
bị này giúp nâng cao năng suất và hiệu quả vận hành của dây chuyền tạo nên sự ưu việt
hơn so với con người. Những công việc có xu hướng lặp đi lặp lại tạo nên cảm giác gây
chán nản cho người lao động thì có thể thay thế bằng cánh tay robot và hơn thế nửa
cánh tay robot còn tạo được sự đáng tin cậy hơn cho các khâu sản xuất cần độ chính
xác và tính tỉ mỉ cực cao như phân loại và lắp ráp linh kiện,điều chế sản xuất chip bán
dẫn... Chính vì những ưu điểm trên nhiều nhà nghiên cứu đã bắt đầu nghiên cứu các
loại robot ở nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm cải thiện sản xuất và nâng cao năng suất và
hiệu quả.
Theo Nguyễn Đăng Quang và Văn Vĩ Thành (2023), đã có nghiên cứu về một
loại robot cánh tay được ứng dụng trong hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên sự khác
biệt về màu sắc. Phần cứng hệ thống được thiết kế trong bao gồm Arduino Uno, cảm
biến màu TCS3200 và 5 động cơ servo. Nguyên lý hoạt động được xây dựng dựa trên
vị trí của sản phẩm. Khi có vật thể đi qua, cảm biến màu sẽ được kích hoạt để gửi tín
hiệu đến Arduino Uno để điều khiển các servo trong các khớp của cánh tay và di
chuyển mang theo vật thể có màu đến các điểm cố định theo màu tương ứng. Vì chỉ
được điều khiển bằng Arduino Uno, robot cánh tay trong hệ thống này được thiết kế
với chế độ hoạt động giới hạn, chỉ thực hiện một nhiệm vụ nhất định và không có khả
năng kết nối hay trao đổi dữ liệu với các thiết bị khác.
Nhiều nghiên cứu công bố trong (Sabya Bharat và Patil Ashish, 2015; Emad và
cs., 2017; Dalgic và cs., 2019; Naveen và cs., 2023) đã đề xuất các phương pháp điều
khiển cánh tay robot không dây thông qua các giao thức và công nghệ bluetooth, radio,
4