Wireless control system design for 5-AXIS educational robot arm

Abstract

This research work was initiated according to the demand to replace the malfunction controlling system with commercially licensed software of a 5-axis robot arm with an IR50P model. A new controlling system was conceptually designed by integrating an open-source application to the alternatively less complicated and low-cost controller. This allows the connection between an assigned user and the robot arm for student training and laboratory practices. As a result, a system using Bluetooth communication to control the robot arm has been developed using MIT App Inventor as the control panels installed on Android smartphones. Controlling hardware is replaced and calibrated. The system performance was evaluated according to ISO 9283-1998. The position accuracy and repeatability of the robot arm were evaluated at low and high velocities from the location data. The ANOVA with hypothesis testing was performed to study the relationship between the relevant parameters. The maximum average position accuracy (1.9 0.3 mm), when running the robot arm at low velocity, is approximately satisfied the required position accuracy (2.0 mm) of this work. The average position accuracy is in the range of average position repeatability. Thus, the positioning performance of this controlling system is at the maximum average position repeatability, 4.9 0.1 mm, which is satisfied with the position repeatability limit (5.0 mm) of the former controller. In summary, the controlling system developed in this research work satisfies the required positioning performance at a low cost.

งานวิจัยนี้ริเริ่มจากความต้องการในการทดแทนระบบควบคุมที่ติดตั้งโปรแกรมควบคุมที่มีลิขสิทธิ์การใช้งานที่ไม่สามารถใช้การได้ของแขนกลแบบ 5 แกน รุ่นไออาร์ 50 พี ระบบควบคุมใหม่นี้ มีแนวคิดในการออกแบบที่จะบูรณาการโปรแกรมควบคุมที่ไม่มีข้อจำกัดในลิขสิทธิ์การใช้งานเข้ากับอุปกรณ์ควบคุมที่มีความซับซ้อนน้อยกว่าและราคาถูก ซึ่งจะทำให้การเชื่อมต่อระหว่างผู้ใช้งานที่ต้องการและแขนกลเพื่อประโยชน์ด้านการสอนนักศึกษาและการฝึกปฏิบัติในห้องปฏิบัติการ จากเหตุดังกล่าว ระบบที่สื่อสารผ่านบลูทูธเพื่อควบคุมแขนกลได้พัฒนาขึ้นโดยใช้แอปพลิเคชันสำหรับนักประดิษฐ์ของสถาบันเอ็มไอทีเป็นหน้าจอควบคุมผ่านโทรศัพท์อัจฉริยะแบบแอนดรอยด์ อุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ได้นำมาติดตั้งและสอบเทียบ มีการทดสอบสมรรถนะการใช้งานด้วยมาตรฐาน ISO 9283-1998 ความเที่ยงตรงและความแม่นยำเชิงตำแหน่งของแขนกลได้ถูกประเมินที่ความเร็วในการเคลื่อนที่ช้าและเร็ว การวิเคราะห์ความแปรปรวนและการทดสอบสมมติฐานใช้ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง ค่าสูงสุดของค่าความเที่ยงตรงเชิงตำแหน่งเฉลี่ย (1.9 ±0.3 มม.) ประเมินได้ขณะควบคุมแขนกลให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำ ซึ่งสอดคล้องกับค่าความเที่ยงตรงเชิงตำแหน่งที่ต้องการ (2.0 มม.) เมื่อพิจารณาค่าความเที่ยงตรงเชิงเฉลี่ย พบว่ามีค่าอยู่ในช่วงของค่าความแม่นยำเฉลี่ย ดังนั้น สมรรถนะเชิงตำแหน่งของระบบควบคุมนี้ มีค่าสูงสุดของความแม่นยำเชิงตำแหน่งเฉลี่ยคือ 4.9 ±0.1 มม. ซึ่งสอดคล้องกับขีดจำกัดของความแม่นยำเชิงตำแหน่งของตัวควบคุมเดิมคือ 2.0 มม. โดยสรุป ระบบควบคุมที่พัฒนาขึ้นในงานวิจัยนี้เป็นไปตามสมรรถนะเชิงตำแหน่งที่ต้องการโดยใช้ต้นทุนที่ต่ำ