Ứng dụng kết nối Arduino - lập trình điều khiển robot vẽ chữ Delta Rostock

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

ỨNG DỤNG KẾT NỐI ARDUINO - LẬP TRÌNH
ĐIỀU KHIỂN ROBOT VẼ CHỮ DELTA ROSTOCK
Trần Văn Hải, Triệu Thị Minh Thu
Khoa Cơ khí - Trường Đại học Thủy lợi

1. GIỚI THIỆU CHUNG

nhau trên bàn máy di động thì Robot lại có
khả năng làm việc tương ứng với đầu cơng
tác tích hợp: như một máy in 3D, robot lắp
ráp linh kiện điện tử, máy phay mini, tay gắp
vật... Trong giới hạn bài viết này tác giả trung
vào vấn đề kết nối mạch Aduino - Robot vẽ
chữ, điều khiển bằng máy tính.

Robot song song Delta Rostock với nhiều
ưu điểm về độ cứng vững, độ chính xác cũng
như khả năng ứng dụng trong thực tế và cho
đến nay đã dần khẳng định vai trị quan trọng
khơng thể thiếu trong nhiều lĩnh vực như: y
tế, công nghiệp, dịch vụ… Trong lĩnh vực y
tế, robot có độ chính xác cao đảm bảo khả
năng thao tác trong các nhiệm vụ như phẫu
thuật. Trong lĩnh vực công nghiệp, robot
song song có thể thao tác nhanh với gia tốc
lớn đảm bảo trong quá trình lắp đặt, phân loại
sản phẩm. Robot song song ứng dụng trong
máy in 3D là một sản phẩm đã và đang ứng
dụng rất nhiều trong đời sống...

Bên cạnh đó sự xuất hiện của Aduino từ
năm 2005, ngày càng phổ biến phát triển
mạnh mẽ đã hỗ trợ rất nhiều cho việc lập
trình và thiết kế điều khiển [5]. Phần cứng
của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng
Hình 1. Mơ hình Robot đã được
cơ bản và là mã nguồn mở, ngôn ngữ lập
thiết kế và chế tạo
trình dễ sử dụng tương thích với ngơn ngữ C
[4] và hệ thư viện phong phú được chia sẻ 2. KẾT NỐI MẠCH ĐIỆN TỬ-LẬP
miễn phí.
TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT
Nhằm giúp sinh viên ngành cơ điện tử hiểu
2.1. Mạch Điều khiển trung tâm
rõ kết cấu cũng như lập trình điều khiển và
ứng dụng Robot trong sản xuất thực tế, Khoa
Cơ khí-Đại học Thủy lợi đã thiết kết chế tạo
Robot vẽ chữ Delta Rostock. Robot được
thiết kế vẽ hình dạng các quỹ đạo nên trên
bàn máy di động sẽ được tích hợp thêm bút
viết. Robot có khả năng vẽ các hình đơn giản:
hình trịn, tam giác, hình vng, ngơi sao...
Đặc biệt với kết cấu cấu của Robot song song
này, khi ta thay thế bộ phận gá đặt bút vẽ
bằng các bộ phận thao tác cơng việc khác
Hình 2. Bo mạch Aduino
243


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở
được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện
tử tương tác với nhau hoặc với môi trường
được thuận lợi hơn. Người dùng có thể lập
trình và thực hiện các dự án điện tử mà
khơng cần phải có các cơng cụ chun biệt để
phục vụ việc nạp code.
Arduino bao gồm:
- Phần cứng gồm một board mạch mã
nguồn mở (thường gọi là vi điều khiển): có
thể lập trình được.
- Các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp
IDE (Integrated Development Environment)
dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp
chương cho board.

2.3. Serial Monitor

Serial Monitor là thành phần của arduino
IDE, giúp bo mạch và máy tính có thể gửi và
nhận dữ liệu với nhau qua giao tiếp USB. Để
mở màn hình Serial Monitor, chọn Tool >
Serial Monitor
Để giao tiếp với máy tính, chúng ta cần
phải thiết lập tốc độ kết nối qua cổng usb
bằng hàm Serial.begin(). Sau đó dùng
hàm Serial.print() để hiện thị nội dung ra màn
hình Serial Monitor
Sau khi kết nối bo mạch điều khiển chính

được đặt ở dưới đế bàn làm việc của Robot
với máy tính thơng qua cổng nối USB. Khởi
2.2. Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển động IDE để viết code điều khiển sau đó mở
Robot vẽ các hình dáng quỹ đạo đơn giản Serial Monitor để thao tác các lệnh điều
như trịn, vng tam giác, hình sao… trên khiển cho Robot.
bàn máy nhờ 03 động cơ bước dẫn động. Để
điều khiển 03 động cơ bước này theo quỹ đạo
được lập trình sẵn, tín hiệu được gửi từ máy
tính xuống Aduino nhờ bảng Serial Monitor
có sẵn trong IDE qua cổng USB xuống mạch
Aduino. Máy tính và Aduino có thể giao tiếp
với nhau qua giao thức Serial. Tại đây, vi xử
lý của bo mạch trung tâm sẽ phân tích tín
hiệu được gửi xuống từ máy tính để điều
khiển 03 động cơ bước qua 03 driver A4988
Hình 4. Giao diện điều khiển Robot
chuyển động theo quỹ đạo: setup robot về
trên máy tính
điểm gốc hay vẽ các hình trịn với bán kính
bao nhiêu, hình đa giác với kích thước như
2.4. Mạch cơng suất điều khiển động cơ
nào. Để di chuyển bàn máy gắn bút vẽ về
điểm gốc nhờ 03 tiếp điểm có gắn trên 03
Tác giả sử dụng driver A4988 điều khiển
trục máy của robot. Để xác định được tâm động cơ bước [1] bởi đây là driver điều khiển
của các hình trịn, vng, tam giác…nhờ so nhỏ gọn, hổ trợ nhiều chế độ làm việc,
sánh vị trí giữa điểm gốc của bàn máy gắn điều chỉnh được dòng ra cho động cơ, tự
bút viết trên hệ tọa độ Đecac.
động ngắt điện khi q nóng. Ngồi ra driver
A4988 cịn có giao thức điều khiển số bước

và chiều quay đơn giản. Tuy kích thước nhỏ
gọn nhưng module có thể điều khiển được
động cơ bước cỡ lớn với điện áp điều khiển
cho động cơ (VMOT) là 8V-35V DC. Kết
hợp với đó là sự linh hoạt trong việc điều
Hình 3. Mơ hình ngun lý
khiển động cơ bước với 05 chế độ: full bước,
mạch điều khiển
½ bước, ¼ bước, 1/8 bước, 1/16 bước.
244


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

Hình 6. Một số hình đơn giản
được vẽ bởi Robot
4. KẾT LUẬN

Hình 5. Module driver điều khiển
động cơ A4988
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Bài báo đã tập trung trình bày các vấn đề
như sau:
 Mô tả được các modul kết nối trong
mạch điều khiển chính. Trình bày ngun lý
hoạt động của sơ đồ nguyên lý mạch điều
khiển Robot
 Trình bày cách kết nối bo mạch điều
khiển và cách lập trình điều khiển robot theo

quỹ đạo định trước.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Mạnh Tiến (2006): Điều khiển
Robot công nghiệp. NXB Khoa học và kỹ
thuật.
[2] Kỹ thuật robot, PGS.TS Đào Văn Hiệp Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
[3] Thực hành chế tạo robot điều khiển từ xa,
Trần Thế San - Nhà xuất bản Đà Nẵng,
2006.
[4] Vi điều khiển với lập trình C, Ngơ Diên Tập
- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006
[5] Website www.aduino360.com.

245