Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Robot 5 bậc tự do phục vụ giảng dạy và đào tạo (23/06/2016)

Ông Phạm Văn Xu - Trưởng Phòng Quản lý Khoa học, Sở KH&CN TP. Hồ Chí Minh cho biết, hệ thống robot 5 bậc do kỹ sư Lê Anh Kiệt cùng nhóm cộng sự phát triển là minh chứng rõ ràng cho thấy sự gắn kết mật thiết giữa nghiên cứu, sáng tạo khoa học với sản xuất, ứng dụng thực tiễn.

Bắt đầu từ tháng 8/2011, được sự hỗ trợ của Sở KH&CN TP. Hồ Chí Minh, kỹ sư Kiệt - cựu sinh viên Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh - bắt đầu thực hiện dự án nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot 5 bậc tự do phục vụ đào tạo. Và chỉ sau 1 năm khẩn trương triển khai, Kiệt và nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công robot này với tỷ lệ nội địa hóa đến 95%.

Kỹ sư Lê Anh Kiệt giới thiệu 2 robot 5 bậc tự do với tính ổn định khá cao, phục vụ giảng dạy hiệu quả trong trường ĐH.

Kỹ sư Kiệt cho biết trừ vài linh kiện điện tử là hàng ngoại (do trong nước chưa sản xuất được), các chi tiết còn lại của robot đều được thực hiện bằng nguyên liệu trong nước.

Robot 5 bậc tự do có các bộ phận và chức năng cơ bản:

- Đầu cơ khí 5 bậc tự do (chế tạo hoàn toàn tại Việt Nam)

- Bộ điều khiển thiết kế trên vi điều khiển mạnh (ARM Cortex-M3), kết nối máy tính, cho phép thực hiện các kiểu điều khiển: điều khiển độc lập, điều khiển từ máy tính và điều khiển hỗn hợp.

- Bàn điều khiển dạng phím nhấn, phím cảm ứng, điều khiển từ xa (qua RF) từ máy tính bảng hoặc điện thoại di động. 

- Phần mềm cho phép điều khiển, hiển thị trạng thái đặt và trạng thái thực của robot thông qua giao diện người dùng với mỗi kiểu hoạt động và mỗi ứng dụng. Các tham số hiển thị gồm: tọa độ từng khớp, tọa độ đầu cuối robot, biểu diễn đồ thị vận tốc, gia tốc, xung đếm,... Phần mềm mô phỏng cho phép xây dựng mạng đào tạo lập trình robot hoặc kiểm tra phần mềm lập trình trước khi tải vào điều khiển robot thực.

- Thiết bị phụ trợ: Băng tải chứng minh, bộ mẫu, tài liệu hướng dẫn thực hành.

Ở thời điểm tháng 9/2012, theo nhóm nghiên cứu, robot này còn có thể mở rộng đến 6 bậc tự do để ứng dụng trong sản xuất công nghiệp (chức năng gắp sản phẩm), và đáng chú ý là chất lượng của robot “Made in Vietnam” do nhóm nghiên cứu tương đương thiết bị ngoại, nhưng giá thành chỉ vào khoảng 200 triệu đồng/robot, tức rẻ hơn 40-50% so với robot có cùng tính năng được nhập từ nước ngoài.

Tính năng nổi bật của robot do kỹ sư Kiệt phát triển là hệ thống có tính mở nên cho phép sinh viên có thể lập trình điều khiển mở rộng. Phần mềm mô phỏng robot với hình ảnh 3D nên có thể chạy online (đồng thời với robot thật) và có thể chạy offline trên máy tính mà không cần robot.

Điều này cho phép nhiều sinh viên có thể cùng học lập trình robot mà không cần phải trang bị nhiều robot thật. Sau khi lập trình mô phỏng xong, sinh viên có thể sao lưu tập tin điều khiển (do mình viết) vào USB và gắn vào robot controller để điều khiển robot thật lúc thích hợp. Ngoài ra, sinh viên cũng có thể điều khiển robot đặt tại một trạm nào đó bằng Internet hay điện thoại di động.

Về cơ bản, robot 5 bậc tự do do kỹ sư Kiệt phát triển thành công có các thông số kỹ thuật chính là robot khớp xoay dạng đứng, bán kính làm việc trong khoảng 610mm, tốc độ cực đại 600 mm/giây, tải trọng lớn nhất là 1 kg (tay gắp truyền động bằng motor DC hay khí nén), độ chính xác lặp lại trong khoảng 0,8mm.

Ý tưởng xuất phát từ thực tiễn

Theo lời kỹ sư Kiệt, khi còn là sinh viên, nhiều khi anh phải thực tập “chay” và đó là lý do thôi thúc anh chế tạo robot này.

Đặc biệt, trong một lần quay lại trường cũ (tức ĐH Bách khoa TP. Hồ Chí Minh) hồi năm 2011, kỹ sư Kiệt thấy phòng thí nghiệm của khoa Điện - Điện tử từng học vẫn còn sử dụng nhiều dụng cụ thực hành đã cũ, trong đó có một robot tên là Scorbot ER5 do hãng Intelitek (Mỹ) sản xuấ) đang bị hư phần điều khiển nên đành “đắp chăn” vì không có phụ kiện thay thế.

Và khi ấy, Kiệt nghĩ ngay tới việc chế tạo loại robot tương tự có giá thành thấp, chức năng đầy đủ với nhiều bài thực hành nhằm giúp các bạn sinh viên ngành kỹ thuật thực tập để tiếp thu tốt hơn môn học điều khiển tự động và robot học, và đặc biệt là phải được cấu tạo từ nhiều linh phụ kiện có khả năng thay thế cao để phục vụ hiệu quả cho công tác bảo trì, sửa chữa trong quá trình sử dụng lâu dài.

Và áp dụng cũng cho thực tiễn

Trước khi trình làng 14 sản phẩm robot loại 5 bậc tự do theo yêu cầu khi nhận đề tài nghiên cứu từ Sở KH&CN TP. Hồ Chí Minh, nhóm nghiên cứu của kỹ sư Kiệt đã có cách làm riêng “độc đáo” trong việc tiếp thị, quảng bá sản phẩm: đó là cho các trường, viện mượn sử dụng miễn phí.

Sau đó, các trường cho sinh viên thực tập trên robot này và đánh giá chất lượng sản phẩm, từ đó phản hồi ý kiến cho nhóm nghiên cứu để làm cơ sở hoàn thiện sản phẩm.

Được biết, robot 5 bậc tự do đã nhận được phản hồi tích cực từ ĐH Quốc tế (ĐH Quốc gia TP. Hồ Chí Minh), ĐH Tôn Đức Thắng, ĐH GTVT, CĐ Công nghệ Thông tin TP. Hồ Chí Minh, phòng triển lãm Khu Công nghệ cao TP. Hồ Chí Minh.

Theo đánh giá của PGS-TS Nguyễn Ngọc Lâm (Hội Tự động hóa TP. Hồ Chí Minh) thì robot 5 bậc tự do của nhóm kỹ sư Kiệt với thiết kế cơ khí chính xác, khả năng kết nối vào dây chuyền sản xuất linh hoạt, điều khiển PLC qua các ngõ In/Out của robot có thể được xem là robot “gần” công nghiệp, có khả năng phát triển thành robot công nghiệp trong thời gian tới.

Còn tiến sỹ Nguyễn Đình Uyên, giảng viên chuyên ngành điều khiển học và hệ thống cao tần tại ĐH Quốc tế TP. Hồ Chí Minh cho biết sản phẩm robot này đã được sử dụng để hướng dẫn cho 6 nhóm sinh viên thực hành (lý thuyết điều khiển về robot), sử dụng hướng dẫn cho một sinh viên cao học làm đề tài điều khiển cánh tay 5/6 bậc tự do trong một hệ thống tự động phối hợp nhiều robot. Trong quá trình sử dụng robot vận hành tốt, không xảy ra lỗi điều khiển hay hư hỏng bất thường nào.

Phó giáo sư - tiến sỹ Nguyễn Tấn Tiến, giảng viên ĐH Bách khoa TP. Hồ Chí Minh cho biết điểm mạnh của robot 5 bậc tự do nằm ở giá thành và khả năng sửa chữa, trong khi đó robot Scorbot ER-5 do công ty Intelitek (Mỹ) sản xuất được ĐH Bách khoa mua về với giá hơn 20.000 USD nhưng sau một thời gian sử dụng thì robot bị lỗi hệ thống điều khiển và không có khả năng sửa chữa nên đành “nằm chờ”.

Nguồn: vista.gov.vn