Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu chế tạo Robot tự hành đa hướng dư dẫn động Rôbốt tự hành là một đề tài nóng được rất nhiều nhà nghiên cứu khoa học quan tâm, nghiên cứu thiết kế và chế tạo. Các kết quả của đồ án là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp thiết kế bộ điều khiển cho Rôbốt tự hành điều hướng linh hoạt kiểu bánh xe đa hướng Mecanum.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo Robot tự hành đa hướng dư dẫn động Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Thị Khánh Ly Sinh viên thực hiện: Đỗ Minh Trung Mã sinh viên: 1781410373 Chuyên ngành: Tự động hóa điều khiển thiết bị điện cơng ……………………… nghiệp Lớp: D12 TĐK & ĐK1 Khố: 2017-2022 Hà Nội – 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đỗ Minh Trung Mã số sinh viên: 1781410373 Lớp: D12TDH&DK1 Chuyên ngành: Tự động hóa điều khiển thiết bị điện công nghiệp Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu chế tạo Robot tự hành đa hướng dư dẫn động Đề tài thuộc diện: (nếu có) ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực hiện Nội dung phần thút minh tính tốn: Đề tài gồm 02 sinh viên thực hiện TT Họ tên sinh viên Mã số SV Lớp Chuyên ngành Tự động hóa điều khiển Nguyễn Hữu Hưởng 1781410342 D12TDH&DK1 thiết bị điện cơng nghiệp Tự động hóa điều khiển Đỗ Minh Trung 1781410373 D12TDH&DK1 thiết bị điện công nghiệp a Nội dung đề tài: Chương Tổng quan Robot tự hành đa hướng Chương Phương trình động học AVG điều hướng linh hoạt kiểu bánh xe đa hướng Mecanum Chương Chế tạo thực nghiệm Chương Lập trình điều khiển b Nội dung - Khảo sát, chọn mua thiết bị - Tìm hiểu tổng quan chung Robot đa hướng - Thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm - Kết luận đánh giá Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ ): - Bản vẽ thiết kế rõ ràng theo TCVN: bao gồm vẽ lắp vẽ chi tiết (nếu có) Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 28/10/2021 Ngày hoàn thành đồ án: 10/01/2022 Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Khoa ĐK&TĐH Người hướng dẫn TS Trịnh Thị Khánh Ly TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ii Phụ lục 05 NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin chung: Họ tên sinh viên: ĐỖ MINH TRUNG Lớp: D12 TĐH & ĐK1 Mã SV: 1781410373 Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot tự hành đa hướng dư dẫn động Người hướng dẫn: TS.Trịnh Thị Khánh Ly II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: Về tính cấp thiết, tính mới, khả ứng dụng đề tài: Trên sở nghiên cứu lý thuyết, đồ án thiết kế chế tạo Rôbốt tự hành đa hướng Khảo sát đánh giá ảnh hưởng tham số điều khiển đến độ xác điều khiển, từ lựa chọn tham số điều khiển để tối ưu hóa, tăng tính xác chất lượng điều khiển, dẫn đến khả làm việc Rôbốt tự hành nâng cao Về kết giải quyết nội dung nhiệm vụ yêu cầu đồ án: Đồ án giải quyết mục tiêu đặt ra: (1) Thiết lập mơ hình động học Rôbốt tự hành điều hướng linh hoạt kiểu bánh xe đa hướng Mecanum (2) Trình bày phương pháp thiết kế điều khiển động học Rôbốt tự hành đa hướng (3) Thiết kế chế tạo Rôbốt tự hành đa hướng Về hình thức, cấu trúc, bố cục đồ án tốt nghiệp: Đồ án trình bày cẩn thận, khoa học hợp lý, nội dung đồ án bao gồm chương bao gồm: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH ĐA HƯỚNG Chương 2: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC RƠ BỐT TỰ HÀNH Chương 3: CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM Chương 4: LẬP TRÌNH BỘ ĐIỀU KHIỂN Đề tài có giá trị khoa học/ có báo/ giải quyết vấn đề đặt doanh nghiệp nhà trường: Rôbốt tự hành đề tài nóng nhiều nhà nghiên cứu khoa học quan tâm, nghiên cứu thiết kế chế tạo Các kết đồ án sở để tiếp tục nghiên cứu sâu phương pháp thiết kế điều khiển cho Rôbốt tự hành điều hướng linh hoạt kiểu bánh xe đa hướng Mecanum iii Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: Đồ án cịn số lỗi tả cần chỉnh sửa III Tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: Sinh viên nghiêm túc, có tinh thần học hỏi, có khả làm việc nhóm, làm thiết kế mạch IV Đánh giá: Điểm đánh giá: …… /10 Đề nghị: ☐ Đồng ý bảo vệ đồ án ☐ Không bảo vệ Hà Nội, ngày 22 tháng 02 năm 2022 Người hướng dẫn TS Trịnh Thị Khánh Ly NHẬN XÉT iv CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN NỘI DUNG NHẬN XÉT Nội dung thiết kế tốt nghiệp Nhận xét người phản biện v Hà nội, ngày tháng năm 2022 Người duyệt ký vi LỜI NÓI ĐẦU Trong sản xuất hiện đại, phủ nhận vai trò quan trọng giúp đỡ Robot công nghiệp hệ thống sản xuất tự động Robot công nghiệp giúp nâng cao suất chất lượng sản phẩm, tiết kiệm thời gian, giải phóng người khỏi công việc nguy hiểm hay giai đoạn nhàm chán trình làm việc, sản xuất Trong hệ thống sản xuất tự động, robot công nghiệp thực hiện cơng việc như: vận chuyển, lắp ráp, Trong số lĩnh vực khác giáo dục, nghiên cứu Robot đáng đẩy mạnh thực hiện nhiều trường đại học thế giới, nước ta nhiều trường kĩ thuật trang bị môn học liên quan đến phát triển Robot Tuy nhiên, việc nắm bắt hay tìm hiểu sinh viên cịn bị hạn chế thiếu điều kiện – kĩ thực hành, vận dụng lí thuyết vào thực tế nên lĩnh vực Robot nước ta chưa phát triển Do đó, Robot lĩnh vực cần nghiên cứu phát triển để ứng dụng nhanh vào đời sống công nghiệp , đời sống kinh tế , góp phần nâng cao phát triển xã hội – đất nước Cùng với xu hướng phát triển hiện nay, kết hợp phạm vi thực hiện đồ án tốt nghiệp sinh viên ngành Tự Động Hóa Điều Khiển Thiết Bị Điện Cơng nghiệp hướng dẫn tận tình giáo - TS Trịnh Thị Khánh Ly, nhóm chúng em xin thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo Robot tự hành đa hướng dư dẫn động“ để góp phần tìm hiểu rõ ràng tính lợi ích ứng dụng Robot Nhóm chúng em xin ơn giáo Trịnh Thị Khánh Ly thầy cô khoa Điều Khiển Tự Động Hóa giảng dạy chúng em kiến thức chun mơn để nhóm chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp tạo điều kiện để chúng em hồn thành tốt nhiệm vụ Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực (ký ghi rõ họ tên) vii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .vii MỤC LỤC viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix DANH MỤC CÁC BẢNG xii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH ĐA HƯỚNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ RÔBỐT TỰ HÀNH DI CHUYỂN BẰNG BÁNH XE 1.2 PHÂN LOẠI RÔBỐT TỰ HÀNH DI CHUYỂN BẰNG BÁNH XE 1.3 RÔBỐT TỰ HÀNH DI CHUYỂN BẰNG BÁNH XE ĐA HƯỚNG 1.4 ỨNG DỤNG CỦA ROBOT ĐA HƯỚNG .7 1.5 CẤU TRÚC CHUNG CỦA RÔBỐT TỰ HÀNH DI CHUYỂN BẰNG BÁNH XE 1.6 CÁC LOẠI RÔBỐT TỰ HÀNH DI CHUYỂN BẰNG BÁNH XE ĐA HƯỚNG 1.7 CẤU TRÚC PHẦN MỀM CHUNG CỦA RÔBỐT TỰ HÀNH DI CHUYỂN BẰNG BÁNH XE 11 1.8 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 12 CHƯƠNG 15 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT TỰ HÀNH ĐIỀU HƯỚNG KIỂU BÁNH XE MECANUM 15 2.1 GIỚI THIỆU VỀ BÁNH XE ĐA NĂNG MECANUM .15 2.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT TỰ HÀNH ĐIỀU HƯỚNG KIỂU BÁNH XE MECANUM 16 2.2.1 Bài toán động học Robot tự hành 16 2.2.2 Phương trình động học AVG điều hướng linh hoạt kiểu bánh xe đa hướng Mecanum 18 2.3 CÁC BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC 19 2.3.1 Bài toán động học thuận 19 2.3.2 Bài toán động học ngược 20 2.4 THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG BẰNG ĐƯỜNG CONG NURBS 21 2.4.1 Đường cong NURBS .21 viii 2.4.2 Đường cong hàm NURBS 22 2.4.3 Đạo hàm đường cong NURBS 25 2.4.4 Tính tốn đường cong 25 2.5 KHẢO SÁT QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG CONG BẤT KỲ 28 2.5.1 Thiết kế quỹ đạo 28 2.5.2 Khảo sát chuyển động xe 29 CHƯƠNG 36 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM 36 3.1 MÔ TẢ CẤU TRÚC CỦA RÔBỐT 36 3.1.1 Cấu trúc thân xe .36 3.1.2 Phần mềm chương trình 38 3.1.3 Bộ điều khiển 38 3.2 CẤU TRÚC BỘ DẪN ĐỘNG .38 3.3 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 40 3.4 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁC THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 41 3.5 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM 45 3.6 THỰC NGHIỆM THỬ NGHIỆM .46 3.6.1 Chế độ tay .46 3.6.2 Chế độ điều khiển tự động bám theo quỹ đạo 51 3.6.3 Thực nghiệm quét đồ 52 CHƯƠNG 56 LẬP TRÌNH BỘ ĐIỀU KHIỂN 56 4.1 HỆ ĐIỀU HÀNH ROS .56 4.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ VÀ GIAO TIẾP IMU 57 4.2.1 Sơ đồ kết nối động IMU với máy tính nhúng .57 4.2.2 Thiết kế phần mềm điều khiển động 58 4.2.3 Thiết kế phần mềm giao tiếp với IMU 60 4.2.4 Chương trình bo mạch nhúng Arduino Mega 2560 61 4.3 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 67 4.4 THU THẬP DỮ LIỆU LIDAR VÀ QUÉT BẢN ĐỒ 70 4.5 THỬ NGHIỆM 77 KẾT LUẬN ĐỒ ÁN .82 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .83 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình Nội dung Trang Hình 1.1 Xe tự hành Cơng nghiệp Hình 1.2 Bánh xe Omni Hình 1.3 Bánh xe Mecanum Hình 1.4 Các rơbốt sử dụng bánh xe đa hướng siêu thị Hình 1.5 Rôbốt sử dụng bánh xe đa hướng dây chuyền sản xuất 10 Hình 1.6 Rơbốt thơng minh sử dụng bánh xe đa hướng 10 Hình 1.7 Rơbốt tự hành siêu trọng sử dụng bánh xe đa hướng 11 Hình 1.8 Cấu trúc phần mơ-đun phần mềm 12 Hình 1.9 Rơ bốt nâng hàng linh hoạt 13 Hình 2.1 Bánh Mecanum 15 Hình 2.2 Các phương án điều khiển Robot tự hành đa hướng kiểu bánh xe Mecanum 16 Hình 2.3 Rơbốt tự hành siêu trường,siêu trọng sử dụng bánh xe đa hướng 16 Hình 2.4 Vị trí hướng Rôbốt tự hành hệ quy chiếu cố định 17 Hình 2.5 Động học AGV đa hướng kiểu bánh xe Mecanum 18 Hình 2.6 Ví dụ đường cong NURBS 21 Hình 2.7 Hình 2.8 Đường cong NURBS với n+1=5, k=3, vector nút mở, Đường cong NURBS với n+1=5, k=4, vector nút mở, x 23 23 "