Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa là ngành học nghiên cứu, thiết kế, vận hành các hệ thống tự động, các dây chuyền sản xuất tự động tại các nhà máy (xi măng, sắt thép, nước giải khát, dược phẩm,…); thiết kế, điều khiển và chế tạo robot; quản lý sản phẩm tại các công ty trong và ngoài nước kinh doanh về các thiết bị điện tử tự động…Trên con đường tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì vấn đề phát triển khoa học kĩ thuật là mấu chốt hàng đầu.Với xu hướng giảm tối thiểu sức người và tăng năng suất lao động đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị,nhiều dây chuyền tự động hóa, lấy sức máy móc thay thế sức người ,…Để đáp ứng nhu cầu này, chắc chắn phải nghiên cứu các thiết bị tự động để phục vụ cho nhà máy, xí nghiệp hay sản xuất nông nghiệp…Trong đó robot là lĩnh vực mới mà ở nước ta đang nghiên cứu và từng bước chế tạo để ứng dụng vào quá trình sản xuất để góp phần nâng cao năng suất sao động.Việc nghiên cứu và chế tạo robot nhằm đáp ứng vào nhu cầu thực tế của các dây chuyền sản xuất là rất cần thiết.Việc xây dựng các chương trình hoạt động cho robot là điều thiết yếu đặc biệt đối với các robot di động.Bài toán robot di động bằng bánh xe(ominidirectional mobie robotOMR) được sự quan tâm lớn của nhiều người trong những năm gần đây, vì chúng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khác nhau như công nghiệp,nônglâm nghiệp,y tế, dịch vụ…do có khả năng di chuyển linh hoạt.Khác với robot di động sử dụng bánh truyền thống, robot di động sử dụng bánh đa hướng(gọi tắt là robot di động đa hướng) có nhứng ưu điểm vượt trội như:khả năng thay đổi vị trí và định hướng linh hoạt,độ chính xác cao…bởi vì chúng có khả năng di chuyển và quay đồng thời hoàn toàn độc lập,vì vậy robot di động đa hướng đã thu hút được nhiều sự chú ý hơn.Robot omni là robot đa hướng kiểu fourwheeled ominidirectional mobie robot(FWOMR) có khả năng di chuyển theo bất kì hướng nào mà không cần phải thay đổi vị trí và tư thế.Với cấu trúc bánh khác biệt và khả năng di chuyển vượt trội, khả năng tiết kiệm năng lượng so với robot sử dụng bánh xe thông thường,robot omni ngày càng được ứng dụng rộng rãi.Các vấn đề kiểm soát quỹ đạo,xử lí tác động nhiễu ngoại sinh,thay đổi các thành phần bất định như khối lượng,momen,ma sát…đang là các nội dụng được quan tâm trong lĩnh vực điều khiển robot Omni.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KĨ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ============ ĐỒ ÁN NHẬP MÔN NGÀNH KĨ THUẬT NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LẮP RÁP ROBOT ĐA HƯỚNG OMNI Người hướng dẫn :TS.Mai Thế Anh Sinh viên thực hiện: Lớp: K62-Kĩ thuật điều khiển tự động hóa Khóa: 2021-2025 NGHỆ AN ,2021 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ .3 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ROBOT OMNI 1.1.Giới thiệu chung robot 1.2 Giới thiệu chung robot omni 1.3 Một số nghiên cứu robot omni giới Việt Nam 1.4: Một số dạng điều khiển 1.4.1: Điều khiển từ xa tay .7 1.4.2: Thực thi theo lộ trình 1.4.3:Ngẫu nhiên hoạt động độc lập .8 1.5:Ưu nhược điểm robot 1.5.1:Ưu điểm 1.5.2:Nhược điểm CHƯƠNG 2:MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 2.1: Lý chọn đề tài 2.2:Mục tiêu đề tài 2.3:Phương pháp thực đề tài 10 CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT .11 3.1:Nguyên lí hoạt động 11 3.1.1:Bánh xe Omni .11 3.1.2: Mơ hình động học robot bốn bánh đa hướng 12 3.1.3: Mơ hình động lực học robot bốn bánh đa hướng: 13 3.2:Tổng quan Arduino 14 3.2.1 Giới thiệu Arduino .14 3.2.2: Lập trình Arduino 15 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN VÀ LẮP RAP .17 4.1:Các linh kiện 17 4.1.1: Arduino Uno R3 17 4.1.2: Module điều khiển động L293D .20 4.1.3: Module Bluetooth HC05 .21 4.1.4: Bộ pin Lion Lipo 2S, 7.4V 22 4.1.5: Bộ khung xe robot bánh Omni Mecanum 23 4.1.6: Dây kết nối mạch động 23 4.1.7: Phần mềm điều khiển Bluetooth Arduino 24 4.2:Tiến hành lắp rap 24 4.3:Kết thực 28 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỀN 29 5.1: Kết luận 29 5.2: Hướng phát triển 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 PHỤ LỤC 32 DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1: Robot Sojourner Hình 1.2: Robot Pioneer Robot MBARI’s ALTEX AUV .5 Hình 1.3:Wow Wee Rovio Robot Hình 1.4:Robot omni đại học bách khoa Hồ Chí Minh thiết kế Hình 1.5:Robot omni sử dụng hồng ngoại tránh vật cản Hình 1.6: iRobot’s PackBot .7 Hình 3.1: Các hướng di chuyển robot .11 Hình 3.2: Hệ trục tọa độ robot bốn bánh đa hướng .13 Hình 3.3: Các loại Arduino 15 Hình 3.4:Giao diện phần mềm arduino 16 Hình 4.1:Arduino Uno R3 .17 Hình 4.2: Sơ đồ chân Arduino Uno R3 .18 Hình 4.3: Module điều khiển động L293D .20 Hình 4.4: Module Bluetooth HC05 .21 Hình 4.5: Pin Lion Lipo 2S, 7.4V 22 Hình 4.6:Pin Li-ion CGR18650CE .22 Hình 4.7:Bộ khung xe robot omni mecanum 23 Hình 4.8: Dây nối 40P màu 24 Hình 4.9: Giao diện App điều khiển 24 Hình 4.10: Lắp động vào khung xe .25 Hình 4.11: Nối dây 25 Hình 4.12: Lắp mạch Arduino .26 Hình 4.13: Lắp Arduino Motor Shield cắm dây .26 Hình 4.14: Kết nối nạp chương trình cho Arduino .27 Hình 4.15: Kết sau lắp rap .28 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 3.1: Thông số phương trình động học…………………………………13 Bảng 4.1: Thơng số kĩ thuật Arduino Uno R3…………………………… 18 Bảng 4.2: Thông số chân lượng…………………………………19 Bảng 4.3: Thông số Bộ pin Lion Lipo 2S, 7.4V…………………………… 22 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điều khiển tự động hóa ngành học nghiên cứu, thiết kế, vận hành hệ thống tự động, dây chuyền sản xuất tự động nhà máy (xi măng, sắt thép, nước giải khát, dược phẩm,…); thiết kế, điều khiển chế tạo robot; quản lý sản phẩm cơng ty ngồi nước kinh doanh thiết bị điện tử tự động… Trên đường tiến tới cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước vấn đề phát triển khoa học kĩ thuật mấu chốt hàng đầu.Với xu hướng giảm tối thiểu sức người tăng suất lao động đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị,nhiều dây chuyền tự động hóa, lấy sức máy móc thay sức người ,…Để đáp ứng nhu cầu này, chắn phải nghiên cứu thiết bị tự động để phục vụ cho nhà máy, xí nghiệp hay sản xuất nơng nghiệp…Trong robot lĩnh vực mà nước ta nghiên cứu bước chế tạo để ứng dụng vào q trình sản xuất để góp phần nâng cao suất động.Việc nghiên cứu chế tạo robot nhằm đáp ứng vào nhu cầu thực tế dây chuyền sản xuất cần thiết Việc xây dựng chương trình hoạt động cho robot điều thiết yếu đặc biệt robot di động.Bài toán robot di động bánh xe(ominidirectional mobie robot-OMR) quan tâm lớn nhiều người năm gần đây, chúng ứng dụng rộng rãi ngành khác công nghiệp,nông-lâm nghiệp,y tế, dịch vụ…do có khả di chuyển linh hoạt Khác với robot di động sử dụng bánh truyền thống, robot di động sử dụng bánh đa hướng(gọi tắt robot di động đa hướng) có nhứng ưu điểm vượt trội như:khả thay đổi vị trí định hướng linh hoạt,độ xác cao…bởi chúng có khả di chuyển quay đồng thời hồn tồn độc lập,vì robot di động đa hướng thu hút nhiều ý Robot omni robot đa hướng kiểu four-wheeled ominidirectional mobie robot(FWOMR) có khả di chuyển theo hướng mà khơng cần phải thay đổi vị trí tư thế.Với cấu trúc bánh khác biệt khả di chuyển vượt trội, khả tiết kiệm lượng so với robot sử dụng bánh xe thông thường,robot omni ngày ứng dụng rộng rãi.Các vấn đề kiểm sốt quỹ đạo,xử lí tác động nhiễu ngoại sinh,thay đổi thành phần bất định khối lượng,momen,ma sát…đang nội dụng quan tâm lĩnh vực điều khiển robot Omni Sau báo cáo đồ án học phần Nhập môn ngành kĩ thuật cơng nghệ nhóm sinh viên chúng em: Chế tạo robot đa hướng omni Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Mai Thế Anh tận tình giúp đỡ chúng em hồn thành học phần.Trong q trình thiết kế trình bày chúng em khơng tránh khỏi khó khăn sai sót mong thầy bảo, giúp đỡ chúng em để có kết tốt học phần Chúng em xin cảm ơn! Nhóm sinh viên thực PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ Người thực Trần Phương Nam Nguyễn Tiến Nam Cao Hồng Quốc Cường Ngơ Xn Mạnh MSSV 21575202161007 21575202161010 21575202161009 21575202161005 Công việc Làm báo cáo Nguyễn Văn Mạnh 215752021610011 Làm slide thuyết trình Trần Ngọc Sang 21575202161000 Làm slide thuyết trình Hoàng Anh Sáng 21575202161003 Mua linh kiện, lắp ráp robot Làm báo cáo Làm báo cáo Làm slide thuyết trình Yêu cầu Báo cáo đầy đủ, rõ ràng chi tiết Báo cáo đầy đủ, rõ ràng chi tiết Báo cáo đầy đủ, rõ ràng chi tiết Slide ngắn gọn,thuyết trình dễ hiểu Slide ngắn gọn,thuyết trình dễ hiểu Slide ngắn gọn,thuyết trình dễ hiểu Mua đúng, đủ linh kiện cần thiết, đảm bảo linh kiện chạy Hình 4.10: Lắp động vào khung xe Bước 2: Nối dây cực âm vào bên trái,cực dương vào bên phải động Hình 4.11: Nối dây Bước 3: Lắp mạch Arduino Hình 4.12: Lắp mạch Arduino 26 Bước 4: Lắp Arduino Motor Shield cắm dây Hình 4.13: Lắp Arduino Motor Shield cắm dây Bước 5: Kết nối nạp chương trình cho Arduino Hình 4.14: Kết nối nạp chương trình cho Arduino 27 4.3:Kết thực Lắp ráp hoàn chỉnh khung xe với độ chắn, đầu dây đấu nối xác,xe chạy ổn định khơng bị sai lệch hướng trình di chuyển Hình 4.15: Kết sau lắp rap 28 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỀN 5.1: Kết luận Tóm lại, lĩnh vực Robot lĩnh vực công nghệ đại, áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Nhìn chung lĩnh vực điều khiển thông minh Robot ngày trọng ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp, đạt thành công định có nhiều ứng dụng hấp dẫn, hữu ích… Hứa hẹn tạo kỉ nguyên cho nghành cơng nghệ điều khiển Sau thời gian tìm hiểu thực đề tài, nhóm hồn thành mơ hình Robot Omni Mecanum với khả di chuyển vượt trội, di chuyển tất hướng mà khơng cần thay đổi vị trí với độ nhanh nhẹn, xác Tuy nhiên đề tài nhóm tồn số khuyết điểm kết nối chưa ổn định, độ thu phát sóng cịn giới hạn Trong suốt trình thực đồ án chúng em gặp nhiều khó khăn tài chính, kiến thức chun mơn thời gian có hạn nên chúng em chưa hoàn thiện vấn đề Đây đề tài hay mới, có nhiều hướng phát triển, có tính thực tế cao Chúng em hy vọng mơ hình khóa sau hồn thiện, phát triển để góp phần làm cho khoa học cơng nghệ nước nhà phát triển mạnh Nhóm xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy Mai Thế Anh hỗ trợ, giúp nhóm củng cố kiến thức để thực đề tài 5.2: Hướng phát triển Đây mơ hình Robot Omni – điều khiển đa hướng với mơ hình quy mơ nhỏ Trong tương lai mơ hình phát triển thêm áp dụng vào lĩnh vực công nghiệp, giao thơng vận tải, Ví dụ điển hình như: việc di chuyển hàng hóa cơng nghiệp, áp dụng vào lĩnh vực giao thông cho phương tiện với nhu cầu di chuyển thuận lợi dễ dàng tình Để hồn thiện sản phẩm hơn, nhóm có số đề xuất hướng phát triển sau: 29 Để tài có tính mở, có nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển để đáp ứng vào nhu cầu thực tế Nghiên cứu cải tiến thuật toán thích nghi robot di chuyển loại địa hình dốc (3D), có kiểu chuyển động phù hợp với loại địa hình phức tạp khác hoạt động ứng dụng thực tế Hoàn thiện tối ưu phần lập trình điều khiển Đồng hóa tác vụ điều khiển tổng thể hệ thống, tích hợp cơng nghệ cảm biến Lidar, camera, tối ưu thời gian xử lý thời gian thực ứng dụng hệ điều hành lập trình cho robot ROS để lập trình thơng minh Trang bị thêm cho Robot hệ thống quan sát,cảm biến, sensor đo nhiệt độ, độ ẩm,… Có thể gắn thêm tay máy cho thuận tiện vào việc cầm nắm, tránh vật cản 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Tính: “Nghiên cứu phát triển số thuật tốn điều khiển robot di động có tính đến ảnh hưởng trượt bánh xe” Luận án TS kỹ thuật điều khiển tự động hóa 2018 [2] Đào Văn Hiệp, “Kỹ thuật Robot”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2003 [3] Nguyễn Thiện Phúc, “Robot công nghiệp”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2004 [4] Website: https://xdocs.pl/doc/kltn-nguyen-viet-khiem-le-quoc-lanh-thietke-che-tao-robot-di-dong-da-huong-4-banhkltndocx-vod46we411o6 [5] Website: https://text.123docz.net/document/4934162-do-an-robot-dichuyen-da-huong-bang-banh-omni.htm [6] Website: http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi [7] Website: https://dientutuonglai.com/arduino-ide-la-gi.html [8] Website: https://mesidas.com/arduino-la-gi/ [9] Website: https://dientutuonglai.com/module-dieu-khien-dong-col293d.html [10] Website: https://vidieukhien.xyz/2014/11/04/giao-tiep-voi-bluetoothhc05-dieu-khien-led-rgb-qua-smartphone/#muc-module-bluetooth-hc05 [11] Website: http://linhkienchatluong.vn/bai-viet/huong-dan-ket-noi-modulebluetooth-hc05-voi-arduino-uno-r3-va-dieu-khien-thiet-bi-bangsmartphone_n342_c96.aspx 31 PHỤ LỤC //Code_DoAnRoBotOmni #include #include #include SoftwareSerial Bluetooth(13, 2); // Arduino(RX, TX) - HC-05 Bluetooth (TX, RX) AF_DCMotor motor(1, MOTOR12_64KHZ); AF_DCMotor motor1(2, MOTOR12_64KHZ); AF_DCMotor motor2(3, MOTOR12_64KHZ); AF_DCMotor motor3(4, MOTOR12_64KHZ); int wheelSpeed=100; int dataIn, m; void setup() { Serial.begin(9600); Bluetooth.begin(9600); Bluetooth.setTimeout(1); delay(20); } void loop() { // Check for incoming data if (Bluetooth.available() > 0) { dataIn = Bluetooth.read(); // Read the data Serial.println(dataIn); if (dataIn == 0) { 32 m = 0; } if (dataIn == 1) { m = 1; } if (dataIn == 2) { m = 2; } if (dataIn == 3) { m = 3; } if (dataIn == 4) { m = 4; } if (dataIn == 5) { m = 5; } if (dataIn == 6) { m = 6; } if (dataIn == 7) { m = 7; } if (dataIn == 8) { m = 8; } if (dataIn == 9) { m = 9; } if (dataIn == 10) { 33 m = 10; } if (dataIn == 11) { m = 11; } if (dataIn == 12) { m = 12; } if (dataIn == 14) { m = 14; } // Set speed if (dataIn >= 16) { wheelSpeed = dataIn; Serial.println(wheelSpeed); } } if (m == 5) { moveSidewaysLeft(); } if (m == 4) { moveSidewaysRight(); } if (m == 2) { moveForward(); } if (m == 7) { moveBackward(); } if (m == 1) { 34 moveRightForward(); } if (m == 3) { moveLeftForward(); } if (m == 6) { moveRightBackward(); } if (m == 8) { moveLeftBackward(); } if (m == 9) { rotateLeft(); } if (m == 10) { rotateRight(); } if (m == 0) { stopMoving(); } //Serial.println(dataIn); // If button "SAVE" is pressed if (m == 12) { } } 35 void moveForward() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(wheelSpeed); motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor1.run(FORWARD); motor.run(FORWARD); motor3.run(FORWARD); motor2.run(FORWARD); } void moveBackward() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(wheelSpeed); motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor1.run(BACKWARD); motor.run(BACKWARD); motor3.run(BACKWARD); motor2.run(BACKWARD); } void moveSidewaysRight() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(wheelSpeed); motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor1.run(BACKWARD); motor.run(FORWARD); 36 motor3.run(BACKWARD); motor2.run(FORWARD); } void moveSidewaysLeft() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(wheelSpeed); motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor1.run(FORWARD); motor.run(BACKWARD); motor3.run(FORWARD); motor2.run(BACKWARD); } void rotateLeft() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(wheelSpeed); motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor1.run(FORWARD); motor.run(BACKWARD); motor3.run(BACKWARD); motor2.run(FORWARD); } void rotateRight() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(wheelSpeed); 37 motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor1.run(BACKWARD); motor.run(FORWARD); motor3.run(FORWARD); motor2.run(BACKWARD); } void moveRightForward() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(0); motor2.setSpeed(wheelSpeed); motor3.setSpeed(0); motor3.run(RELEASE); motor1.run(RELEASE); motor.run(FORWARD); motor2.run(FORWARD); } void moveRightBackward() { motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor.setSpeed(0); motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(0); motor.run(RELEASE); motor2.run(RELEASE); motor1.run(BACKWARD); motor3.run(BACKWARD); } void moveLeftForward() { 38 motor.setSpeed(0); motor1.setSpeed(wheelSpeed); motor2.setSpeed(0); motor3.setSpeed(wheelSpeed); motor2.run(RELEASE); motor.run(RELEASE); motor1.run(FORWARD); motor3.run(FORWARD); } void moveLeftBackward() { motor.setSpeed(wheelSpeed); motor1.setSpeed(0); motor2.setSpeed(wheelSpeed); motor3.setSpeed(0); motor3.run(RELEASE); motor1.run(RELEASE); motor.run(BACKWARD); motor2.run(BACKWARD); } void stopMoving() { motor.run(RELEASE); motor1.run(RELEASE); motor2.run(RELEASE); motor3.run(RELEASE); motor1.setSpeed(0); motor2.setSpeed(0); motor3.setSpeed(0); motor.setSpeed(0); 39 } 40 ... theo trục động bánh số 3: Bánh ghì (dừng), bánh theo chiều mùi tên, bánh ngược chiều mũi tên; Sàng chéo tới theo trục động bánh số 4: Bánh ghì (dừng), bánh theo chiều mùi tên, bánh ngược chiều... linh kiện, lắp ráp robot Làm báo cáo Làm báo cáo Làm slide thuyết trình Yêu cầu Báo cáo đầy đủ, rõ ràng chi tiết Báo cáo đầy đủ, rõ ràng chi tiết Báo cáo đầy đủ, rõ ràng chi tiết Slide ngắn gọn,thuyết... khối lượng,momen,ma sát…đang nội dụng quan tâm lĩnh vực điều khiển robot Omni Sau báo cáo đồ án học phần Nhập môn ngành kĩ thuật công nghệ nhóm sinh viên chúng em: Chế tạo robot đa hướng omni