BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Ngành: Kỹ thuật cơ điện tử
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Hoài Nhân
Sinh viên thực hiện
: Lưu Minh Tiến
Ngô Hoàng Giang Sơn
: 1311030220
MSSV
1311030183
: 13DCT02
Lớp
TP. Hồ Chí Minh, 2017
BM04/QT05/ĐT-KT
Viện Kỹ thuật Hutech
BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ (2) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ (3) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................
Ngành : .............................................................................................................. Chuyên ngành : .............................................................................................................. 2. Tên đề tài: ....................................................................................................................... ..........................................................................................................................................
3. Tổng quát về ĐA/KLTN:
....................... Số chương: ....................... Số hình vẽ:
....................... Hình thức bản vẽ:
........................................ Số trang: Số bảng số liệu: ........................................ Số tài liệu tham khảo: ....................... Phần mềm tính toán: ........................................ ........................................ Số bản vẽ kèm theo: Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: .......................................................................................
4. Nhận xét:
a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... b) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... c) Những hạn chế của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... ..........................................................................................................................................
5. Đề nghị:
Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA/KLTN để chấm)
Không được bảo vệ
TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)
Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN.
BM05/QT05/ĐT-KT
Viện kỹ thuật Hutech
BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(GVPB nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……):
(1) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ (2) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ (3) ........................................................... MSSV: ………………… Lớp: ................ 2. Tên đề tài: .................................................................................................................................. .....................................................................................................................................................
3. Nhận xét:
a) Những kết quả đạt được của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... b) Những hạn chế của ĐA/KLTN: .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................
4. Đề nghị:
Được bảo vệ
Bổ sung thêm để bảo vệ
Không được bảo vệ
5. Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng:
(1) .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... (2) .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... (3) .......................................................................................................................................... ..........................................................................................................................................
TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)
Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN.
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: Thiết kế mobile robot phục vụ.
- GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI NHÂN
- SVTH: LƯU MINH TIẾN
NGÔ HOÀNG GIANG SƠN
- Lớp: 13DCT02
- Địa chỉ sinh viên: VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
- Số điện thoại liên lạc: 0934777284
- Ngày nộp đồ án: 28/12/2017
- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan đề tài này là công trình do chính tôi
nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã
được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi
phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng…..năm 2017
Ký tên
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô của trường Đại học Công
Nghệ TP Hồ Chí Minh, cũng như quý thầy cô trong khoa Cơ - Điện – Điện Tử
đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức hữu ích cũng như kinh nghiệm quý báu
cho em trong suốt 4 năm qua.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Hoài Nhân, người
đã tận tình hướng dẫn nhóm hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Cảm ơn tất cả các Thầy cùng với các bạn, các anh/chị đã tận tình giúp đỡ cũng
như hỗ trợ và quan tâm tới em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án
tốt nghiệp.
Kính chúc quý Thầy/Cô và các bạn dồi dào sức khỏe, đạt nhiều thành công
trong công việc và cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
SVTH
LƯU MINH TIẾN
NGÔ HOÀNG GIANG SƠN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
DANH MỤC CÁC BẢNG
Chương 1: Chương 2:
- Bảng 2.1: Thông số động cơ - Bảng 2.2: Chú thích - Bảng 2.3: Bảng công suất
Chương 3:
- Bảng 3.1: Cổng Serial - Bảng 3.2: Chân ngắt ngoài
iv
Chương 4:
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
Chương 1:
- Hình 1.1: Các lực tác dụng - Hình 1.2: Cấu trúc cơ khí - Hình 1.3: Đế tầng 1 - Hình 1.4: Buly - Hình 1.5: Tầng 2 và tầng 3
Chương 2:
- Hình 2.1: Động cơ planet - Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý
Chương 3:
- Hình 3.1: Board mạch Arduino - Hình 3.2: Sơ đồ chân ATmega 2560 - Hình 3.3: Mạch cầu H216 - Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động của cầu H216 - Hình 3.5: Thanh dò line 5 mắt hồng ngoại BFD-1000 - Hình 3.6: Mạch tăng áp XL6009 - Hình 3.7: NodeMCU ESP8266
Chương 4:
v
- Hình 4.1: Sơ đồ mạch điện - Hình 4.2: Top overlay - Hình 4.3: Bottom layer - Hình 4.4: Mô phỏng 3D - Hình 4.5: Sơ đồ khối - Hình 4.6: Cấu tạo chung - Hình 4.7: Lưu đồ giải thuật - Hình 4.8: Demo tầng 1 robot
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
v
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- ĐATN : Đồ án tốt nghiệp - SVTH : Sinh viên thực hiện - GVHD : Giáo viên hướng dẫn
iii
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH ....................... v
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 6
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ ....................................................................... 14
1.1 Cấu tạo phần cơ khí .................................................................................... 14
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ ........................................ 19
2.1 Giả thiết đặt ra ............................................................................................. 19
2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động ...................................................................... 21
2.3 Tính toán công suất và chọn lựa nguồn năng lượng ................................... 22
CHƯƠNG 3: CÁC LINH KIỆN .......................................................................... 23
3.1 Giới thiệu về ARDUINO ............................................................................ 23
3.1.1 Sơ Lược về ARDUINO MEGA .............................................................. 23
3.1.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 24
3.1.3 Vi điều khiển trung tâm ATmega 2560 ................................................ 25
3.2 Mạch cầu H216 ........................................................................................... 27
3.2.1 Giới thiệu .............................................................................................. 27
3.2.2 Nguyên lý hoạt động của khối cầu H .................................................... 28
i
3.2.3 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 28
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
3.2.4 Ứng dụng............................................................................................... 29
3.3 Cảm biến dò line 5 led ................................................................................ 29
3.3.1 Giới thiệu .............................................................................................. 29
3.3.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 30
3.4 Mạch tăng áp ............................................................................................... 31
3.4.1 Giới thiệu .............................................................................................. 31
3.4.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 32
3.5 Wifi ESP8266 NodeMCU ........................................................................... 32
3.5.1 Giới thiệu .............................................................................................. 32
3.5.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 33
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................................................... 34
4.1 Sơ đồ mạch điện và shield .......................................................................... 34
4.1.1 Sơ đồ mạch điện .................................................................................... 34
4.1.2 Thiết kế và thi công shield .................................................................... 35
4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ............................................................ 36
4.2 Nguyên tắc hoạt động của Robot ................................................................ 38
4.3 Chương trình điều khiển ............................................................................. 39
4.4 Các yêu cầu cho robot ................................................................................. 50
4.4.1 Mức độ hoàn thành ............................................................................... 50
4.4.2 Đánh giá ................................................................................................ 50
ii
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 52
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
iii
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: Thiết kế mobile robot phục vụ.
- GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI NHÂN
- SVTH: LƯU MINH TIẾN
NGÔ HOÀNG GIANG SƠN
- Lớp: 13DCT02
- Địa chỉ sinh viên: VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
- Số điện thoại liên lạc: 0934777284
- Ngày nộp đồ án: 28/12/2017
- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan đề tài này là công trình do chính tôi
nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã
được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi
phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng…..năm 2017
Ký tên
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
LỜI CÁM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô của trường Đại học Công
Nghệ TP Hồ Chí Minh, cũng như quý thầy cô trong khoa Cơ - Điện – Điện Tử
đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức hữu ích cũng như kinh nghiệm quý báu
cho em trong suốt 4 năm qua.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Hoài Nhân, người
đã tận tình hướng dẫn nhóm hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Cảm ơn tất cả các Thầy cùng với các bạn, các anh/chị đã tận tình giúp đỡ cũng
như hỗ trợ và quan tâm tới em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án
tốt nghiệp.
Kính chúc quý Thầy/Cô và các bạn dồi dào sức khỏe, đạt nhiều thành công
trong công việc và cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
SVTH
LƯU MINH TIẾN
NGÔ HOÀNG GIANG SƠN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... 3
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH ....................... 5
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 6
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ ....................................................................... 14
1.1 Cấu tạo phần cơ khí .................................................................................... 14
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ ........................................ 19
2.1 Giả thiết đặt ra ............................................................................................. 19
2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động ...................................................................... 21
2.3 Tính toán công suất và chọn lựa nguồn năng lượng ................................... 22
CHƯƠNG 3: CÁC LINH KIỆN .......................................................................... 23
3.1 Giới thiệu về ARDUINO ............................................................................ 23
3.1.1 Sơ Lược về ARDUINO MEGA .............................................................. 23
3.1.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 24
3.1.3 Vi điều khiển trung tâm ATmega 2560 ................................................ 25
3.2 Mạch cầu H216 ........................................................................................... 27
3.2.1 Giới thiệu .............................................................................................. 27
3.2.2 Nguyên lý hoạt động của khối cầu H .................................................... 28
3.2.3 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 28
1
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
3.2.4 Ứng dụng............................................................................................... 29
3.3 Cảm biến dò line 5 led ................................................................................ 29
3.3.1 Giới thiệu .............................................................................................. 29
3.3.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 30
3.4 Mạch tăng áp ............................................................................................... 31
3.4.1 Giới thiệu .............................................................................................. 31
3.4.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 32
3.5 Wifi ESP8266 NodeMCU ........................................................................... 32
3.5.1 Giới thiệu .............................................................................................. 32
3.5.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................. 33
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................................................... 34
4.1 Sơ đồ mạch điện và shield .......................................................................... 34
4.1.1 Sơ đồ mạch điện .................................................................................... 34
4.1.2 Thiết kế và thi công shield .................................................................... 35
4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ............................................................ 36
4.2 Nguyên tắc hoạt động của Robot ................................................................ 38
4.3 Chương trình điều khiển ............................................................................. 39
4.4 Các yêu cầu cho robot ................................................................................. 50
4.4.1 Mức độ hoàn thành ............................................................................... 50
4.4.2 Đánh giá ................................................................................................ 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 52
2
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- ĐATN : Đồ án tốt nghiệp - SVTH : Sinh viên thực hiện - GVHD : Giáo viên hướng dẫn
3
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
DANH MỤC CÁC BẢNG
Chương 1: Chương 2:
- Bảng 2.1 - Bảng 2.2 - Bảng 2.3
Chương 3:
- Bảng 3.1 - Bảng 3.2
Chương 4:
4
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH
Chương 1:
- Hình 1.1 - Hình 1.2 - Hình 1.3 - Hình 1.4 - Hình 1.5
Chương 2:
- Hình 2.1 - Hình 2.2
Chương 3:
- Hình 3.1 - Hình 3.2 - Hình 3.3 - Hình 3.4 - Hình 3.5 - Hình 3.6 - Hình 3.7 - Hình 3.8 - Hình 3.9
Chương 4:
- Hình 4.1 - Hình 4.2 - Hình 4.3 - Hình 4.4 - Hình 4.5 - Hình 4.6 - Hình 4.7
5
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bên cạnh lĩnh vực Robot công nghiệp đã phát triển lâu đời, Robot di động
trong suốt 30 năm qua đã thu hút càng nhiều nghiên cứu. Chưa bao giờ Robot di
động được nhắc đến nhiều như hiện nay, và đang trở thành một ngành công
nghiệp lớn. Dựa theo thống kê mới nhất của Liên đoàn quốc tế về Robot
(International federation of Robotics), khoảng 77 ngàn Robot dịch vụ (Service
Robot) đã được tiêu thụ trong năm vừa qua với giá trị thị trường vào khoảng 13
tỉ USD. Tổ chức này cũng dự báo, thị trường Robot dịch vụ thế giới sẽ đạt mức
17 tỉ USD tiêu thụ hằng năm vào cuối năm 2014.
Robot công nghiệp dành cho thực hiện các công việc trong môi trường công
xưởng và đã được phát triển khá mạnh trong thế kỷ XX. Nhưng trong thế kỷ này
những nghiên cứu về lĩnh vực robot đang chuyển hướng vào việc nghiên cứu
robot dịch vụ khi cuộc sống con người ngày càng bận rộn hơn, con người càng
quan tâm đến sức khỏe, chất lượng cuộc sống và không muốn làm các công việc
như khó khăn, nguy hiểm, lặp đi lặp lại những công việc đơn giản, dơ bẩn. Vì lý
do này cần phải nghiên cứu robot dịch vụ thay thế con người.
Phạm vi nghiên cứu về Robot dịch vụ rất đa dạng về chủng loại, chức năng
của robot ngày càng tinh vi hơn. Robot tiếp tân thay thế con người trong các
công việc hướng dẫn khách trong không gian văn phòng, robot bảo vệ thay thế
bảo vệ trong việc phát hiện kẻ lạ đột nhập, hướng dẫn di chuyển trong một số
điều kiện nguy hiểm, biết chơi nhạc trong dàn nhạc nhà hát, hỗ trợ chức năng thể
chất cho người ốm hoặc người già, giáo dục trẻ em về những kiến thức trong
6
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
cuộc sống, robot làm các công việc lau chùi bề mặt (cửa sổ các toà nhà cao tầng),
chơi bóng chày, làm các thủ thuật phụ mổ (y tế) và robot có thể làm thay con
người các công việc liên quan đến bảo vệ an ninh, quốc phòng.
Đây rõ ràng là một hướng khoa học và một ngành công nghiệp nhiều tiềm
năng và cũng đầy thách thức. Nghiên cứu và phát triển robot di động đòi hỏi một
lượng kiến thức tổng hợp và chuyên sâu; từ các ngành khoa học tự nhiên, kỹ
thuật công nghệ đến cả các ngành sinh học, xã hội học và thẩm mỹ. Rất nhiều
công trình phỏng sinh học tập trung nghiên cứu để học tập từ cuộc sống tự nhiên;
cách cảm nhận và ứng xử với thế giới quanh ta và cả trong vũ trụ.
Trên bình diện thế giới, các cường quốc Robot công nghiệp như Mỹ, Nhật,
Đức vẫn tiên phong trong nghiên cứu và phát triển công nghệ di động. Tuy
nhiên, những thành tựu gần đây của Israel, Canada, Hàn Quốc, Trung Quốc đã
chứng tỏ rằng đấy không còn là độc tôn của các nước công nghiệp phát triển
truyền thống, mà còn là cơ hội cho tất cả các nước, kể cả Việt Nam.
Trên phương diện trong nước, đến giữa những năm 80 mới bắt đầu nghiên
cứu và chế tạo một số Robot công nghiệp. Điển hình như các trường đại học
bách khoa Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh, trung tâm khoa học kỹ thuật quân sự thuộc
Bộ quốc phòng đã chế tạo Robot dịch vụ hỗ trợ cho các hoạt động của con
người…
Trong thế kỷ XXI, cuộc sống con người trở nên bận rộn để làm những công
việc hỗ trợ cuộc sống con người ngày càng tiện nghi và dễ dàng hơn. Robot dịch
vụ có thể cung cấp sự tiện nghi cho người sử dụng bằng việc thực hiện các công
việc nhàm chán, lặp đi lặp lại, nguy hiểm...
7
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Tuy nhiên, việc đầu tư và kết quả nghiên cứu về Robot di động đặc biệt các
robot phục vụ chuyên nghiệp các nhiệm vụ như: tiếp tân, quét dọn, phục vụ nhà
cửa, nội trợ còn khá khiêm tốn. Đấy là do chúng ta mới bắt đầu nghiên cứu robot
dich vụ với sản phẩm chủ lực là Robot tiếp tân cũng như lực lượng nghiên cứu
về lĩnh vực này hiện tại còn rất mỏng. Vì vậy, bên cạnh những nghiên cứu ban
đầu này, vẫn chưa có một nghiên cứu mang tính hệ thống hay là một sản phẩm
Robot di động hoàn thiện đáp ứng được yêu cầu trong khi nhu cầu thực tế đặt ra
đối với Robot dịch vụ và an ninh là cấp bách.
2. Tình hình nghiên cứu
a. Các nghiên cứu ngoài nước
Tại Nhật bản - PEPPER.
Gần đây nhất tại Nhật bản, Aldebaran Robotics và SoftBank Mobile thiết
kế và chế tạo thành công robot Pepper với khả năng đọc được cảm xúc. Nó
được giới thiệu tại một hội nghị về ngày 05 tháng 6 năm 2014, và đã được trưng
bày cho công chúng tại hệ thống các cửa hàng điện thoại di động Softbank tại
Nhật Bản từ ngày 06 tháng 6. Pepper là một robot dịch vụ có thể trò chuyện với
con người , nhận ra và phản ứng với cảm xúc của họ , di chuyển và sống độc lập.
8
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Robot Pepper
Pepper là robot hình người đầu tiên được thiết kế để sống với con người, nó
có thể trò chuyện với con người, cảm nhận và phản ứng với cảm xúc của người.
Pepper có thể kiểm tra nhiệt độ bên trong của mình và quản lý năng lượng pin
của mình. Pepper được lập trình để có thể nhận ra bạn đang ở trong trạng thái gì
bằng cách sử dụng kiến thức của nó về những cảm xúc (niềm vui, bất ngờ, tức
giận, nghi ngờ và nỗi buồn) và khả năng phân tích biểu hiện trên khuôn mặt,
ngôn ngữ cơ thể của bạn và những từ bạn sử dụng.
Thông qua nhiều bộ cảm biến của mình, Pepper là có thể phát hiện những
cảm xúc của bạn và chọn cách lý tưởng để giao tiếp với bạn cho phù hợp. Pepper
còn có thể kết nối vào Internet để tìm kiếm thông tin để mở rộng kiến thức của
mình. Nó có đầy đủ các công nghệ tiên tiến bao gồm máy ảnh 3D để cảm nhận
môi trường xung quanh mình và hệ thống siêu âm của mình được sử dụng để
9
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
tránh chướng ngại vật và di chuyển một cách an toàn trong một không gian nhất
định.
* Đánh giá:
o Ưu điểm:
Pepper có thể phán đoán tình huống thông qua các cảm biến và thuật toán.
Ước tính cảm xúc dựa trên nét mặt và giọng nói.
Pin hoạt động liên tục 12 giờ.
Có thể có được thông tin thông qua cơ sở dữ liệu điện toán đám mây.
Tránh va chạm và có autobalance.
o Khuyết điểm:
Phạm vi sử dụng bị hạn chế.
Di chuyển bằng bánh xe nên khó khăn ở vài kiểu địa hình.
Chỉ nhận biết được lượng pin còn lại chứ không hỗ trợ chế độ sạc tự động.
Tập trung quá nhiều về mặt cảm xúc, không hỗ trợ nhiều và vai trò tiếp tân.
10
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
b. Nghiên cứu trong nước
Robot Topio Dio
Cao 1,25m, nặng 45kg, robot Topio Dio do Việt Nam sản xuất mở ra cuộc
cách mạng giá cả, với giá chỉ bằng 25% những robot có tính năng tương đương
trên thị trường thế giới.
Topio Dio là robot dịch vụ đầu tiên do Công ty Cổ phẩn robot Tosy
Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thành công.
Topio Dio có 3 bánh xe di chuyển, 28 bậc tự do tương đương với các khớp,
có thể được vận hành từ bất cứ nơi nào và dịch chuyển tới bất cứ đâu nhờ một
thiết bị điều khiển không dây hoạt động qua mạng Internet, camera tích hợp và
máy dò chướng ngại vật. Với hình dáng con người, Topio Dio rất có khả năng
trong việc giao tiếp, chào đón khách hàng thông qua những hành động thân thiện
như tặng một em bé chiếc đĩa bay đồ chơi. Topio Dio được sử dụng như người
phục vụ bàn kiêm bartender thân thiện cho ngành nhà hàng, khách sạn.
11
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích hướng đến mô hình tự động hóa trong một lĩnh
vực cụ thể để giảm thiểu công nhân.
Đề tài phù hợp với vốn kiến thức hiện có.
Phù hợp với khả năng kinh tế hạn chế.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu các công nghệ đã có trong việc tính toán, thiết kế và chế tạo:
Tính toán, thiết kế và chế tạo khung Robot.
Lập trình điều khiển Robot.
5. Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo các kết quả nghiên cứu đã có trước đó để kế thừa.
Khảo sát chế độ điều khiển và cơ cấu của các xe điều khiển từ xa là kỹ thuật đã
được dùng rộng rãi, và trong các trò chơi giải trí.
Tìm hiểu khả năng, điều kiện công nghệ chế tạo, đề ra phương án thiết kế phù
hợp.
6. Các kết quả đạt được của đề tài
Tính toán, thiết kế và chế tạo được khung Robot
Lập trình điều khiển động cơ DC Servo, sensor và tự hành ở mức cơ bản.
12
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
7. Kết cấu của DATN
ĐATN gồm có 4 chương:
Chương 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ Chương 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ Chương 3: CÁC LINH KIỆN Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
13
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
1.1 Cấu tạo phần cơ khí
Robot sẽ có chiều dài đế là 400mm , rộng 350mm và cao khoảng 500mm,
được làm từ vật liệu mica. So sánh với các mô hình hiện có cùng chất liệu và sử
dụng mô phỏng trong Solid Works, ta ước tính đước khối lượng của robot sẽ nhỏ
hơn 30kg.
Hình 1.1: Các lực tác dụng
Ff : Lực ma sát
Fw: Lực động cơ
v: vận tốc của robot
a: gia tốc của robot
14
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Khung robot
Hình 1.2: Cấu trúc cơ khí
Chú thích:
1. Phần đế và khung sườn.
2. Phần dẫn động chuyển động chính của hệ thống, bao gồm động cơ, bánh
xe chính và bộ truyền động.
3. Phần tầng chức năng của hệ thống.
15
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
1.2 Thiết kế khung sườn
Hình 1.3: Đế tầng 1
Phần khung sườn và đế robot được chế tạo bằng mica nhằm tiết kiếm chi
phí và giảm thiểu trọng lượng cho robot mà vẫn đảm bảo độ cứng vững cho toàn
bộ kết cấu.
Động cơ sẽ được đặt trên tầng cuối cùng robot nhằm hạ thấp trọng tâm cho
robot, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập trình và di chuyển robot.
Trục động cơ và phần trục bánh xe được nối với nhau bằng một cặp buli
rang dẫn động bằng đai răng.
16
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Hình 1.4: Buly
Tầng hai (tầng gá đặt bộ nguồn), chứa toàn bộ nguồn và hệ thống điều khiển cho
hệ thống.
Hình 1.5: Tầng 2 và tầng 3
17
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Chú thích
1. Đế 5. Bộ truyền buly
2. Gối đỡ 6. Đế tầng 2
3. Động cơ DC 24V 7. Đế tầng 3
4. Bánh xe
18
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ
2.1 Giả thiết đặt ra
Khối lượng ước tính m = 30 kg, vận tốc v = 0.25 m / s, bán kính bánh xe
chính r = 50 mm, hệ số ma sát của bánh xe 𝜇 = 0.3, g = 9.8 m/s2.
- Theo định luật II Newton:
∑ 𝐹 = Fw - Ff = m.a
Fw = m.a + Ff
Fw = m.a + 𝜇.m.g
Fw = 95.7 N
- Momen của động cơ:
T = Fw.r
T = 4.785 Nm.
𝑉.1000
- Số vòng quay của trục động cơ (vòng/phút)
𝜋.𝐷
15.1000
N =
𝜋.100
𝑁.2𝜋
N = = 48 (vòng/phút)
60
= 5.03 rad/s ω =
- Công suất cần thiết:
P = T.ω
P = 24 W
- Hiệu số của hộp số: n1 = 0.97
- Hiệu suất của bộ truyền đai: n2 = 0.96
- Hiệu suất của động cơ: n3 = 0.85
19
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
- Hiệu suất của hệ thống: n = n1.n2.n3 = 0.8
P Pt = n
= 30 W
Với T = 4.785 Nm, Pt = 30 W, N = 48 v / p.
Ta chọn: Động cơ planet 30W có encoder 13 xung.
Thông tin sản phẩm động cơ:
Động cơ 24VDC, 30W, 469 vòng/phút, bộ giảm tốc planet hệ số 19.2k,
encoder 13 xung.
Hình 2.1: Động cơ planet
20
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Bảng 2.1: Thông số động cơ
2.2 Sơ đồ nguyên lý truyền động
Chú thích
Động cơ 1.
Dây đai 2
Buli 3
Bánh xe 4
Gối đỡ 5
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Bảng 2.2: Chú thích
21
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
2.3 Tính toán công suất và chọn lựa nguồn năng lượng
Tổng công suất Thiết bị Công suất (W) Số lượng (W)
60 Động cơ 30 2
10 Các mạch điện 10 1
70
Bảng 2.3: Bảng công suất
Dựa trên công thức sau:
Tổng Công suất tiêu thụ trong hệ thống (W)
Hiệu điện thế của mạch nạp bình ắc quy (V)
Dung lượng của bình ắc quy (AH)
Thời gian cần có điện của hệ thống (T)
Hệ số năng suất của bộ kích điện (pf): thường là 0,7 hoặc 0,8
AH = (T * W)/(V * pf)
Tổng công suất tính toán: 10(W)
→ Công suất thực tiễn = 70*1.5 = 105 (W). Chọn loại kích điện 250VA, 24V
Thời gian hoạt động 2(h)
→ AH = (2*105)/(24*0.7)= 12.5 Ah
Vậy cần 2 acqui 7Ah/12V(Ắc quy xe máy Đồng Nai PTX7L).
22
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
CHƯƠNG 3: CÁC LINH KIỆN
3.1 Giới thiệu về ARDUINO
3.1.1 Sơ Lược về ARDUINO MEGA
Arduino Mega 2560 R3 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 cho số ngoại
vi, các chuẩn giao tiếp và số chân nhiều nhất, bộ nhớ rất lớn (256kb) có thể mở
rộng thêm số chân. Board có cấu trúc tương thích với các board mạch như
Uno.Và sử dụng điện áp 5VDC.
Hình 3.1: Board mạch Arduino
23
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Động cơ dùng Encorder Incremental với 2 kênh xung A và B với thông số
là 13 xung/vòng cho mỗi kênh.
Tốc độ tối đa của động cơ khoảng 9000 vòng/phút ở điện áp nguồn 24VDC.
Suy ra tần số tối đa của Encoder là:
∗ 13 ∗ 4 = 0.078𝑀ℎ𝑧 𝑓max_𝑒𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟 = 9000 60
Ở đây dùng Arduino Mega với tần số thạch anh là 16Mhz hoàn toàn đáp
ứng được tần số của Encorder
3.1.2 Thông số kỹ thuật
- Vi điều khiển : ATmega 2560
- Điện áp hoạt động : 5V
- Nguồn ngoài ( giắc tròn DC) 7-9V. Không nên cấp nguồn 12v vì sẽ gây
hỏng IC ổn áp.
- Số chân Digital: 54 ( 15 chân PWM).
- Số chân Analog: 16.
- Giao tiếp UART: 4 bộ UART.
- Giao tiếp SPI: 1 bộ ( chân 50 đến chân 53) dùng với thư viện SPI của
Ardunio.
24
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
- Giao tiếp I2C: 1 bộ.
- Ngắt ngoài : 6 chân.
- Bộ nhớ Flash : 256 Kb, 8Kb sử dụng cho Bootloader.
- SRAM: 8 Kb.
- Xung clock: 16MHz.
3.1.3 Vi điều khiển trung tâm ATmega 2560
Sơ đồ chân của ATmega 2560
Hình 3.2: Sơ đồ chân ATmega 2560
25
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Board arduino mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 của ATmel, bộ nhớ
chương trình lên đến 256KB trong đó có 8KB được sử dụng bởi bootloader. Với
bộ nhớ chương trình lớn, bạn có thể viết nhiều chương trình phức tạp, điều khiển
được nhiều thiết bị hơn. Dung lượng RAM là 8KB. 4KB EEPROM.
- 4 cổng serial:
Bảng 3.1: Cổng Serial
Lưu ý: cổng serial 0 trên 2 chân 0 và 1 được sử dụng để upload chương
trình từ Arduino IDE vào board Arduino Mega.
- 6 ngắt ngoài
Bảng 3.2: Chân ngắt ngoài
- 15 chân PWM
Các chân 2-13 và chân 44, 45, 46.
- 16 chân analog
26
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
3.2 Mạch cầu H216
3.2.1 Giới thiệu
Mạch điều khiển động cơ DC H216 15A dùng IC kích Fet chuyên dụng cho
Fet luôn dẫn tốt nhất, tránh hiện trượng trùng dẫn, giúp công suất và hiệu năng
của board luôn đạt ngưỡng dẫn tốt nhất và ít hư hỏng Fet, module này chuyên
dùng cho động cơ công suất lớn, điều khiển vị trí, vận tốc DC Motor, có thể dễ
dàng chọn mức kích âm hoặc kích dương để dễ dàng điều khiển.
Hình 3.3: Mạch cầu H216
27
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
3.2.2 Nguyên lý hoạt động của khối cầu H
Hình 3.4 : Nguyên lý hoạt động của cầu H216
Nguồn cấp 24V cho động cơ.
Có hai cách điều khiển:
Nếu ta cấp MASS của Board VDK cho chân DIR- và chân PWM- thì
lúc đó ta sẽ điều khiển tốc độ động cơ bẳng PWM dương.
Nếu ta cấp +5V của Board VDK cho chân DIR+ và chân PWM+ thì
lúc đó ta sẽ điều khiển tốc độ động cơ bằng PWM âm.
3.2.3 Thông số kỹ thuật
- Dòng liên tục 15A,dòng đỉnh 20A công suất 600W, tại 25 độ C.
- Điện áp công suất từ 12v đến 48v.
- Điện áp kích từ 3v3 đến 5v.
- Có cầu chỉ bảo về ngắn mạch.
- Có led báo nguồn (POW), tín hiệu xung đưa vào, (PWM)và tín hiệu đảo
chiều (DIR).
28
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
- BOARD được thiết kế nhỏ gọn với kích thước 52x64x22mm.
- Tần số hoạt động lên tới 100 Khz, sử dụng Opto HCPL-0631 cho tần số
hoạt động cao.
- Độ rộng xung 100%.
3.2.4 Ứng dụng
- Điều khiển động cơ DC
- Điều khiển vị trí, vận tốc các cơ cấu Servo.
- Trong máy in, xe tự hành, xe điện…có sử dụng động cơ DC.
- Dùng trong Robot, trong công nghiệp.
3.3 Cảm biến dò line 5 led
3.3.1 Giới thiệu
Thanh cảm biến dò đường BFD-1000 được thiết kế dùng để phát hiện line
đen và line trắng. Trên thanh cảm biến có 5 cảm biến hồng ngoại hướng xuống
đất nhằm phát hiên line, một cảm biến hồng ngoại ở phía trước và đi cùng nó là
một công tắt hành trình báo hiệu đã đụng vật. Tín hiêu ngõ ra dạng số dễ dàng
cho viêc xử lý.
29
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Hình 3.5: Thanh dò line 5 mắt hồng ngoại BFD-1000
3.3.2 Thông số kỹ thuật
- Điện áp hoạt động 3.3-5v.
- Khaongr cách phát hiện: 0.5-40mm.
- Ngõ ra tín hiệu dạng số dễ dàng cho vi điều khiển.
- Có LED hiển thị ngõ ra cho từng cảm biến.
- Tích hợp 5 cảm biến dò line, 1 cảm biến tránh vật cản và một công tắc
hành trình báo chạm vật.
- Ngõ ra gồm 7 chân tín hiệu của cảm biến dạng số và 2 ngõ vào cấp nguồn
cho thiết bị.
- Kích thước 128 x 45 x 12mm
30
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
3.4 Mạch tăng áp
3.4.1 Giới thiệu
Mạch tăng áp XL6009 được sử dụng để tăng điện áp DC hiệu suất chuyển
đổi của mạch lên đến 94%, dòng ra tối đa 4A, là sự lụa chọn phù hợp cho các
ứng dụng mạch tăng áp.
Hình 3.6: Mạch tăng áp XL6009
31
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
3.4.2 Thông số kỹ thuật
- Mạch tăng áp xung DC không cách ly XL6009
- Tần số: 400Khz
- Dòng không tải: 18mA
- Điện áp đầu vào từ 3V đến 32V
- Điện áp đầu ra từ 5V đến 35V
- Dòng đáp ứng 4A, có hiệu suất làm viêc 94%
- Kích thước : 43x21x14mm
3.5 Wifi ESP8266 NodeMCU
3.5.1 Giới thiệu
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU là kít phát triển dựa trên nền chip
Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt có thể sử dụng trực tiếp
trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử
dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.
Kit RF thu phát Wifi ESP8266 Node MCU được dùng cho các ứng dụng
cần kết nối, thu nhập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứn
dụng liên quan đến IoT.
32
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Hình 3.7: NodeMCU ESP8266
3.5.2 Thông số kỹ thuật
- IC chính: ESP8266 Wifi SoC
- Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin
- GIPO giao tiếp mức 3.3VDC
- Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102
- Kích thước: 25 x 50 mm
- Tích hợp LED báo trạng thái, nút Reset, Flash.
33
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
4.1 Sơ đồ mạch điện và shield
4.1.1 Sơ đồ mạch điện
Hinh 4.1: Sơ đồ mạch điện
34
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
4.1.2 Thiết kế và thi công shield
Hình 4.2: Top overlay
Hình 4.3: Bottom layer
35
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Hình 4.4: Mô phỏng 3D
4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
Khối sensor
Khối nguồn Khối điều khiển Khối điều khiển động cơ
Hình 4.5: Sơ đồ khối
36
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Khối nguồn:
Có nhiệm vụ cấp nguồn cho động cơ và toàn bộ mạch điện trên Robot. Do
đó tiêu chí của khối nguồn là phải tạo được công suất đủ lớn và có độ ổn định
cao.
Ví dụ một nguồn cụ thể, nguồn được lấy từ ắc quy 12V sau đó đưa qua
mạch tăng áp lên 24V để lấy nguồn nuôi động cơ. Về nguôn nuôi Arduino ta sử
dụng loại 2 Pin 18650.
Khối điều khiển
Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ lấy dữ liệu từ khối sensor để có
được trạng thái hiện tại của hệ thống và xử lý dữ liệu thu được từ đó đưa ra các
tín hiệu điều khiển cho khối động cơ, đồng thời đưa tín hiệu thông báo ra khối
hiển thị cho người quan sát thấy trạng thái đang hoạt động của hệ thống. Việc hệ
thống hoạt động có nhịp nhàng hay không, tốt hay không phụ thuộc rất nhiều vào
khối điều khiển này. Việc xây dựng khối điều khiển cho hệ thống, ta đưa ra là
lựa chọn vi điều khiển .
Đối với robot dò đường không cần tốc độ xử lý quá cao, vì thế nên có thể sử
dụng VDK PIC, AVR, ARM ... đều được tùy thuộc vào người dùng thành thạo
loại vi điều khiển nào. Trong các đề tài này mình sẽ dùng Arduino, do đơn giản
dễ sử dụng cho tất cả mọi người, mọi lứa tuổi, tài liệu phong phú....
Khối sensor (khối cảm biến)
Cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và
đáp ứng lại với những kích thích và các tín hiệu .Đây là thiết bị vô cùng quan
trọng để robot có thể nhận biết được chính mình và thế giới bên ngoài. Đối với
37
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Robot dò line thường sử dụng các cặp Led thu phát hồng ngoại làm bộ phận cảm
biến.
Khối điều khiển động cơ
Thực hiện chức năng điều khiển, thay đổi tốc độ cũng như chiều quay của
động cơ. Tín hiệu điều khiển được lấy từ khối điều khiển để điều khiển động cơ.
4.2 Nguyên tắc hoạt động của Robot
Robot chuyển động theo một quỹ đạo được định trước nhờ vạch dẫn, hệ
thống hai bánh xe được dẫn động bởi 2 động cơ điện một chiều thông qua mạch
điều khiển và mạch công suất. Thường thì các vạch dẫn sẽ có màu khác với màu
nền của quỹ đạo chuyển động. Để Robot chuyển động đúng quỹ đạo cần có bộ
phận cảm biến, bộ phận này có nhiệm vụ phân biệt vạch dẫn và màu nền của quỹ
đạo chuyển động, nó có chức năng giống như đôi mắt của con người giúp cho
robot có thể xác định được đường đi. Để Robot chuyển động đúng theo quỹ đạo
cần có bộ phận cảm biến, bộ phần này có nhiệm vụ phân biệt vạch dẫn và màu
nền, đưa tín hiệu điện tương ứng về mạch điều khiển. Mạch điều khiển có nhiệm
vụ thu nhận thông tin phản hồi từ bộ phận cảm biến từ đó điều khiển tốc độ và
chiều quay của hai động cơ điện một chiều sao cho xe luôn bám và chuyển động
theo vạch dẫn. Nhìn chung, về mặt cấu tạo thì Robot được thể hiện theo sơ đồ
sau đây:
38
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Hình 4.6 Cấu tạo chung
4.3 Chương trình điều khiển
Hình 4.7 Lưu đồ giải thuật
39
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Chương trình hoàn thiện Code Arduino
#include
int sensor[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
// Khai bao chan dong co trai
int LeftEnL = 3 ;
int LeftDL = 2;
// Khai bao chan dong co phai
int LeftEnR = 5 ;
int LeftDR = 4;
int cnt, process= 5,a,doiso,dem;
void setup() {
Serial.begin(9600);
// Setup sensor
pinMode(sensor[0],INPUT);
pinMode(sensor[1],INPUT);
pinMode(sensor[2],INPUT);
pinMode(sensor[3],INPUT);
pinMode(sensor[4],INPUT);
// Setup DC
pinMode(LeftEnL,OUTPUT);
pinMode(LeftDL, OUTPUT);
pinMode(LeftEnR,OUTPUT);
pinMode(LeftDR, OUTPUT);
40
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
// Phu thuoc vao cach dau day
digitalWrite(LeftDL,HIGH);
digitalWrite(LeftDR,HIGH);
SPCR |= bit(SPE);
pinMode(MISO, OUTPUT);
SPI.attachInterrupt();
}
ISR(SPI_STC_vect)
{
byte c = SPDR;
if (c<20){
cnt = c;
process = 0;
dem =0;
}else if (c==21){
SPDR = process;
}
}
void loop() {
if (process==0){
read_sensor_values();
}else if (process==1){
quayL(0);
quayR(0);
41
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
delay(5000);
process = 2;
}else if(process ==2){
quaylai();
while(true){
sensor[0] = digitalRead(12);
sensor[1] = digitalRead(11);
sensor[2] = digitalRead(10);
sensor[3] = digitalRead(9);
sensor[4] = digitalRead(8);
if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==0) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
process=3;
quayL(0);
quayR(0);
break;
}}
}else if(process == 3){
read_sensor_values();
}else if(process == 4){
quaylai();
while(true){
sensor[0] = digitalRead(12);
42
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
sensor[1] = digitalRead(11);
sensor[2] = digitalRead(10);
sensor[3] = digitalRead(9);
sensor[4] = digitalRead(8);
if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==0) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
process=5;
quayL(0);
quayR(0);
break;
}}}}
void read_sensor_values()
{
sensor[0] = digitalRead(12);
sensor[1] = digitalRead(11);
sensor[2] = digitalRead(10);
sensor[3] = digitalRead(9);
sensor[4] = digitalRead(8);
if(sensor[0]==1 || sensor[1]==1 || sensor[2]==1 || sensor[3]==1 || sensor[4]==1){
a=0;
if(a!=doiso){doiso =a;}
43
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
}else{
a =1;
if(a!=doiso){
dem= dem+1;
if (dem==cnt){
process=process+1;
dem =0;
}
doiso =a;
}}
if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==0) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
quayL(80);
quayR(80);
}
else if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==0) && (sensor[2]==0) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
quayL(60);
quayR(60);
}
44
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
else if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==0) && (sensor[2]==1) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
quayL(15);
quayR(25);
}
else if((sensor[0]==0) && (sensor[1]==0) && (sensor[2]==1) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
quayL(10);
quayR(60);
}
else if((sensor[0]==0) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==1) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
quayL(0);
quayR(60);
}
else if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==0) && (sensor[3]==0) && (sensor[4]==1))
{
quayL(60);
quayR(40);
45
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
}
else if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==1) && (sensor[3]==0) && (sensor[4]==1))
{
quayL(60);
quayR(10);
}
else if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==1) && (sensor[3]==0) && (sensor[4]==0))
{
quayL(60);
quayR(10);
}
else if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==1) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==0))
{
quayL(60);
quayR(00);
}
else if((sensor[0]==1) && (sensor[1]==1) && (sensor[2]==1) && (sensor[3]==1) && (sensor[4]==1))
{
46
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
quayL(20);
quayR(20);
}
}
// Ham quay dong co trai
void quayL(int nangluong)
{
if(nangluong>0)
digitalWrite(2, HIGH);
else if(nangluong<0)
{
digitalWrite(2, LOW);
nangluong=-nangluong;
}
analogWrite(3, nangluong);
}
// Ham quay dong co phai
void quayR(int nangluong)
{
if(nangluong>0)
47
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
digitalWrite(4, HIGH);
else if(nangluong<0)
{
digitalWrite(4, LOW);
nangluong=-nangluong;
}
analogWrite(5, nangluong);
}
void DungDC()
{
quayL(0);
quayR(0);
}
void tientoi()
{
quayL(80);
quayR(80);
}
void lui()
48
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
{
quayL(-80);
quayR(-80);
}
void quaylai()
{
quayL(-30);
quayR(30);
}
void Delay(float delayTime, void (func)()){
unsigned long endTime = millis() + delayTime;
while(millis() < endTime)
{
func();
while(millis() < endTime){}; //Xóa dòng này nếu muốn lặp hàm func, giữ nếu muốn chạy hàm func 1 lần.
}
}
49
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
4.4 Các yêu cầu cho robot
Đối với phạm vi của DATN, nên nhóm chúng em đặt ra yêu cầu cho hệ
thống trong đề tài này: Điều khiển bằng Apps Android để robot di chuyển đến số
bàn quy định.
4.4.1 Mức độ hoàn thành
Nhóm đã thực hiện hoàn thành phần khung sườn cho robot. Tạo tiền đề cho
việc chế tạo và lắp đặt vỏ và các mạch điện sau này.
Điều khiển robot theo line và dừng lại theo tín hiệu số bàn. Tuy nhiên vẫn
chưa ổn định.
4.4.2 Đánh giá
Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã gặp nhiều thuận lợi và khó khăn
nhất định.
Thuận lợi:
- Được sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn trong việc thiết kế và
thực hiện.
50
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
Khó khăn:
- Khó khăn lớn nhất là trong việc lựa chọn thiết kế và tính chọn thiết
bị.
- Khó khăn trong việc tìm mua thiết bị phù hợp, công đoạn tốn nhiều
thời gian nhất.
- Khó khăn trong việc lắp đặt các thiết bị với nhau vì không có được
các dụng cụ cần thiết cho việc tính độ chuẩn xác.
- Khó khăn trong việc lập trình robot đáp ứng được hết yêu cầu.
Hình 4.8 : Demo tầng 1 robot
51
GVHD: NGUYỄN HOÀI NHÂN
MOBILE ROBOT PHỤC VỤ BÀN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Thế Hùng (2009). Điều Khiển Tự Động – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
[2] SuperG,Chia sẻ kinh nghiệm làm robot. Thứ hai – 25/07/2016, http://hanoiplace.com/vi/news/thuat-toan-ung-dung-robot/Chia-se-kinh-nghiem-lam- Robot-do-duong-298/
[3] Nguyễn Thị Phương Hà (chủ biên), Huỳnh Thái Hoàng. Lý thuyết điều khiển tự
