Trang chủ Công nghệ & Ứng dụng Công nghệ & Ứng dụng Giao tiếp với cánh tay robot Mitsubishi RV-2AJ và ứng dụng điều khiển robot từ TouchPad

Giao tiếp với cánh tay robot Mitsubishi RV-2AJ và ứng dụng điều khiển robot từ TouchPad

Tóm tắt
Bài viết này trình bày một ứng dụng mới trong việc khai thác cánh tay robot RV-2AJ của Mitsubishi vào việc giảng dạy, học tập tại Bộ môn Tự động hóa, Khoa Công nghệ Đại học Cần Thơ, đó là điều khiển robot vẽ ký họa. Việc này cần thông qua bốn giai đoạn như: i) Thực hiện mô phỏng robot RV-2AJ trên phần mềm Matlab; ii) Giải mã tín hiệu thông tin của robot RV-2AJ thông qua việc sử dụng phần mềm Serial Port Minotor để thu thập tập lệnh qua cổng RS232; iii) Thiết kế phần mềm điều khiển robot tương tác với phím chạm Bamboo™Pad thông qua giao tiếp RS232 và iv) Kiểm chứng hoạt động của robot và phần mềm thiết kế. Kết quả cho thấy, robot có thể thực hiện việc vẽ ký họa trên một mặt phẳng bất kỳ trong không gian hoạt động của robot.

1. PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay công nghệ robot hầu như được áp dụng lên mọi lĩnh vực trong xã hội. Trong tương lai, robot có thể thay thế con người thực hiện các công việc phức tạp như điều khiển ô tô tham gia giao thông [1]. Các robot hiện đại có cấu trúc đặc biệt có thể tự tách ra hoặc kết hợp lại để cùng phối hợp thực hiện nhiều tính năng khác nhau theo yêu cầu công nghệ cụ thể [2].

Cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật robot trên thế giới, công nghệ robot tại Việt Nam cũng có những bước đi đáng ghi nhận. Tính từ năm 2006, đã có nhiều bài báo trong và nước ghi nhận sự tiến bộ của kỹ thuật robot tại Việt Nam với nhiều đại diện như: Robot chiến trường của Học viện kỹ thuật quân sự, Robot hút bụi thông minh, Robot nhảy múa TOSY, Robot đánh bóng bàn TOPIO, đại diện cho Robocon Việt Nam đã đạt 05 huy chương vàng các giải Robocon quốc tế [3]. Đến nay, nước ta đã nhập khẩu và triển khai nhiều robot phẫu thuật phục vụ điều trị cho các bệnh đòi hỏi cao về sự chính xác - như các ca phẫu thuật cột sống- tại các tuyến trung ương [4]. Robot hàn, robot lắp ráp, robot phân loại và nhiều chủng loại robot công nghiệp khác cũng được đầu tư nghiên cứu nghiêm túc [5].

Tại khoa Công nghệ, đại học Cần Thơ, cánh tay robot RV-2AJ nằm trong trạm lắp ráp, là một trong sáu trạm của dây chuyền sản xuất linh hoạt FMS của hãng FESTO được đầu tư từ năm 2004.  Nhằm khai thác tối đa tìm năng sẵn có, chúng tôi đã quyết định tách RV-2AJ ra khỏi hệ thống FMS để phục vụ cho học tập giảng dạy về robot. Để thực hiện việc này chúng tôi cần robot giao tiếp được với các phần mềm thông dụng, thay vì phải dùng phần mềm đóng gói đi kèm với hệ thống; rất hạn chế và hầu như không chèn các giải thuật điều khiển vào được. Mục tiêu của chúng tôi là làm thế nào để điều khiển được RV-2AJ với phần mềm Matlab®, và có thể điều khiển chúng từ phím chạm Bamboo™Pad. Đó cũng là nội dung chính sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.

2. NỘI DUNG CHÍNH

2.1 Giới thiệu robot RV-2AJ và touchpad Bamboo™Pad

RV-2AJ là cánh tay robot 5 bậc tự do của hãng Mitsubishi, Nhật Bản sản xuất. Đi kèm với RV-2AJ là bộ điều khiển CR1-571 và bộ lập trình bằng tay R28TB.

MV-2AJ được điều khiển bởi bộ điều khiển CR1-571 trang bị CPU kiến trúc RISC/DSP 64bit [6] ngôn ngữ lập trình MELFA-BASIC IV hoặc MOVEMASTER COMMANDS [7]. Phần mềm giao diện đi kèm là COSIROP dùng để giao tiếp giữa robot với máy tính và lập trình điều khiển. Trên dây chuyền FMS, các tọa độ vị trí và chuyển động của robot RV-2AJ được lập trình trước bằng phần mềm COSIROP và nạp vào bộ điều khiển. Để mở rộng khả năng nhúng các giải thuật điều khiển mới vào robot, một phương thức giao tiếp điều khiển khác là rất cần thiết. Bamboo™Pad là một bộ cảm biến mã hóa dữ liệu 3D bao gồm vị trí X,Y và lực tác động của đầu bút vẽ lên mặt phẳng cảm ứng.
Hình 1 mô tả tổng quan robot RV-2AJ và touchpad Bamboo™Pad

H. 1 Robot RV-2AJ và Bamboo™Pad của hãng Wacom

2.2.1 Giải mã tín hiệu điều khiển Robot

Đa số robot chế tạo sẵn trong thời điểm hiện tại đều được đóng gói cùng với phần mềm biên dịch và bộ điều khiển. Để điều khiển robot từ một phần mềm ứng dụng khác, cần có được thông tin mà phần mềm giao tiếp truyền qua cổng giao tiếp. Điều này đã được thực hiện bởi nhiều đơn vị như công ty Nation Instruments [8], các nghiên cứu sinh ở đại học Quindio - Amenia -  Colombia [9], và một số đơn vị khác. Nhưng điều đáng lưu tâm là tiền mua bản quyền sở hữu trí tuệ có thể lên đến 1200$ [8], khoản tiền này vượt xa kinh phí nghiên cứu khoa học mà đơn vị có thể cung cấp. Vì thế chúng tôi đã tìm đến những giải pháp ít tốn kém hơn nhằm mục đích “lọc” lấy thông tin hai chiều giữa máy tính và robot.

Sau khi tìm hiểu nhiều phần mềm lọc tín hiệu. Nhóm tác giả quyết định chọn chương trình Serial Port Monitor của Eltima vì tính ổn định, nhiều chức năng hữu ích như lưu thông tin dưới dạng txt, lọc sự kiện, hiển thị các ngắt thời gian, ngắt sự kiện.

Như vậy có thể nói, việc giải mã tín hiệu robot ở đây chính là việc thu thập tập lệnh truyền nhận giữa robot và phần mềm COSIROP qua cổng giao tiếp RS232 thông qua việc sử dụng phần mềm Serial Port Monitor.

Với sự hỗ trợ của phần mềm thu thập dữ liệu truyền thông từ phần mềm COSIROP gởi qua bộ điều khiển của robot. Nhóm tác giả đã thu được  các lệnh điều khiển có giá trị để điều khiển hoạt động của cánh tay robot mà không được đề cập trong tập lệnh của nhà sản xuất.  Sau khi xác định được quy luật của các câu lệnh và kết hợp với ngôn ngữ lập trình MELFA-BASIC IV nhóm tác giả đã giải mã được tập lệnh của phần mềm COSIROP điều khiển robot và chuyển sang giai đoạn thiết kế chương trình điều khiển.

2.2.2 Thiết kế chương trình điều khiển robot

Yêu cầu hiện tại của phần mềm điều khiển gồm có:
Kết nối, ngắt kết nối.
Dừng robot.
Reset lỗi.
Khởi động robot.
Đóng/mở tay gắp.
Đọc vị trí, góc quay.
Trả robot về vị trí home.
Tăng/giảm vị trí tay gắp, di chuyển robot.
Tăng/giảm góc quay các khớp, di chuyển robot.
Mô phỏng trong không gian ảo ba chiều.

a) Giao tiếp qua RS232

Để thực hiện giao tiếp với RS232, nhóm tác giả đã tạo ra một hàm điều khiển vị trí trên Matlab có dạng như sau:
function[output_args]=Robot_Mitsubishi
( s,xx,yy,zz,rol,pitch,yar )
Hàm này được tạo ra với 5 mục đích chính:
Kết nối MATLAB với cổng truyền thông RS232.
Điều khiển khớp cổ tay của robot đến vị trí xác định trong không gian.
Đóng cổng RS232.

Chúng ta có thể can thiệp vào hàm này khi cần thay đổi tốc độ truyền thông bằng cách thêm các Init-commands cần thiết cho Robot và kết hợp với các vòng lặp tạo thành chu trình điều khiển.

b) Giao tiếp với Touch pad sử dụng Psychtoolbox

WinTabMex() là hàm truy xuất dữ liệu từ touchpad của Wacom được phát triển bởi Andrew D. Wilson. WinTabMex() nằm trong thư mục con  PsychContributed/Wintab của thư viện Psynchtoolbox. Hàm này cho phép giao tiếp trực tiếp với touchpad của Wacom trên nền hệ điều hành Microsoft Window bằng phần mềm MATLAB 32bit. Hàm WinTabMex() sẽ gọi hàn WinTAB-API từ driver của touchpad. Vì vậy, để sử dụng được hàm WinTabMex cần phải cài đặt đầy đủ driver của touchpad trước khi sử dụng.

2.2.3 Kiểm tra mô phỏng và hoạt động thực tế

Để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc, trước khi điều khiển thực tế robot, nhóm đã thực hiện mô phỏng robot trên máy tính để kiểm tra kết quả của toàn bộ quá trình tính toán các thông số điều khiển robot. Với một vài thông số điều khiển cho trước, nhóm đã thu được kết quả mô phỏng. Sau khi kiểm tra kết quả mô phỏng, nhóm đã thực hiện điều khiển thực tế robot. Kết quả mô phỏng và điều khiển với cùng một thông số đầu vào được trình bày trong hình 2      

H. 2 Mô phỏng robot trên máy tính và điều khiển vị trí robot thực tế
H. 3 Robot RV-2AJ thực hiện thao tác ký tên

2.3 Ứng dụng robot RV-2AJ vẽ ký họa

Robot RV-2AJ được biết đến rộng rãi là một Robot công nghiệp. Phương thức điều khiển thông thường là lập trình cho robot một chuỗi các thao tác tại các tọa độ cố định biết trước. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả muốn mở rộng ứng dụng của robot này trong điều kiện thực tế. Và như đã nêu, nhóm đã nghiên cứu sâu hơn phương pháp điều khiển robot nhằm phục vụ công tác đào tạo, thúc đẩy tinh thần học tập nghiên cứu của sinh viên tại trường. Nghiên cứu này sẽ làm tiền đề cho các ứng dụng tiếp theo phục vụ nhiều mục tiêu nghiên cứu trong tương lai.
Ứng dụng robot vẽ ký họa chỉ là bước đầu trong chuỗi các ứng dụng tiếp theo như điều khiển lực, điều khiển tổng trở, điều khiển mềm dẽo. Kết quả của nghiên cứu sẽ được ứng dụng vào việc thiết lập một phương thức mới trong việc điều khiển robot liên tục từ thiết bị thu nhận dữ liệu.

2.3.2 Tính toán tọa độ tuyệt đối của điểm vẽ trên hệ tọa độ robot

Trong ứng dụng này, tọa độ 3D thu thập được từ Bamboo™Pad sẽ được chuyển đổi sang tọa độ 3D trong hệ tọa độ của robot. Tọa độ tuyệt đối của robot di chuyển đầu bút vẽ trên mặt phẳng công tác đặt trong không gian hoạt động của robot được tính toán bằng giải thuật trên máy tính [10] và xuất qua cổng giao tiếp điều khiển cánh tay robot [6]. Hình 3 mô tả kết quả của chương trình khi thực hiện thao tác ký tên bằng dữ liệu thu thập từ Bamboo™Pad

3. Kết luận

Từ kết quả nghiên cứu phương thức giao tiếp mới giữa robot RV-2AJ với phần mềm máy tính thông dụng là Matlab® và ứng dụng điều khiển robot bằng  thiết bị Bamboo™Pad, nhóm đã thiết lập một ứng dụng điều khiển robot mới theo hướng nghiên cứu, phát triển phục vụ công tác đào tạo và thực hành, đặc biệt là việc ứng dụng robot để vẽ ký họa. Tuy kết quả còn khiêm tốn nhưng nhóm tác giả tin tưởng đề tài này đã sẵn sàng công bố để thể thu hẹp khoảng cách ứng dụng tiến bộ khoa học vào thực tiễn. Kết quả nghiên cứu này có thể tiếp tục được kế thừa để phát triển các ứng dụng khác quan trọng hơn, hiệu quả hơn, có lợi ích to lớn hơn nhằm phục vụ cho cộng đồng.q

Tài liệu tham khảo

[1]    Tom Vanderbilt, 2012. Let the Robot Drive: The Autonomous Car of the future is Here.
[2]    Mark Yim, Wei-Min Shen, Behnam Salemi, Daniela Rus. Modular Self-Reconfigurable Robot Systems. Corel Corp. 10pp.
[3]    Tuổi trẻ online, 2015. Nhịp sống trẻ. http://tuoitre.vn/tin/nhip-song-tre/20150823/viet-nam-lai-dang-quang-robocon-chau-a-thai-binh-duong/957171.html Truy cập ngày 24/8/2015
[4]    TTXVN, 2014. Ứng dụng Robot định vị chính xác trong phẫu thuật. http://www.vietnamplus.vn/photo-ung-dung-
[5]    robot-dinh-vi-chinh-xac-trong-phau-thuat/267585.vnp Truy cập ngày 27/9/2014
[6]    Tố Tâm, 2004. Việt Nam chế tạo thành công robot công nghiệp. http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Viet-Nam-che-tao-thanh-cong-robot-cong-nghiep/45126229/188/ Truy cập ngày 27/9/2014
[7]    Kamil ŽIDEK, Jozef SVETLÍK, Vladislav MAXIM. Remote control of industrial robot. Slovakia 2012
[8]    Mitsubishi Industial Robot (2007), CR1/CR2/CR3/CR4/CR7/CR8/CR9 Controller, Detailed explanations offunctions and operations, 2007, Toky.
[9]    National Instruments, 2014. Robotics Library for Mitsubishi – DigiMetrix GmbH. http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/211070 Truy cập ngày 04/10/2014
[10]    Buitrago, Jaime, Fáber D. Giraldo, and Julián Lamprea. "Remote access lab for Mitsubishi RV-2AJ robot." Robotics Symposium, 2011 IEEE IX Latin American and IEEE Colombian Conference on Automatic Control and Industry Applications (LARC). IEEE, 2011.
[11]    Trường Đại Học Công Nghiệp TPHCM “Giáo Trình Kỹ Thuật Robot” Khoa Công Nghê Điện, TP.HCM, tháng 12/2008

Võ Minh Trí, Lê Công Khanh, Khưu Hữu Nghĩa, Lê Hoàng Sơn Trường Đại học Cần Thơ
e-Mail: Địa chỉ email này đã được bảo vệ từ spam bots, bạn cần kích hoạt Javascript để xem nó. , Địa chỉ email này đã được bảo vệ từ spam bots, bạn cần kích hoạt Javascript để xem nó. ,
Địa chỉ email này đã được bảo vệ từ spam bots, bạn cần kích hoạt Javascript để xem nó. , Địa chỉ email này đã được bảo vệ từ spam bots, bạn cần kích hoạt Javascript để xem nó.

Số 178 - 179 (1-2/2016)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

Hỗ trợ online

Hỗ trợ Web
Mr Phương: 0988906030

Liên kết & Quảng cáo


 
 
 






 

 

Nhà tài trợ


Sửa biến tần

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết