Thiết kế và chế tạo robot dò line

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  BÁO CÁO DỰ ÁN ĐỀ TÀI: DỰ ÁN CUỐI KÌ MƠN HỌC NHẬP MƠN NGÀNH (ROBOT DỊ LINE) Giảng viên hướng dẫn: Ths Bùi Thị Tuyết Đan Sinh viên thực hiện: Lê Hồi Lâm Nguyễn Chí Phúc Nguyễn Ngọc Nguyên Bình Trần Đức Huy Lê Sỹ Đan Nguyễn Lê Phú Cường Tp.HCM, tháng năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc  NHIỆM VỤ THỰC HIỆN DỰ ÁN ROBOT DỊ LINE Họ tên SV: Lê Hồi Lâm MSSV: 20161220 Họ tên SV: Lê Sỹ Đan MSSV: 20161175 Họ tên SV: Trần Đức Huy MSSV: 20131043 Họ tên SV: Nguyễn Lê Phú Cường MSSV: 20161168 Họ tên SV: Nguyễn Ngọc Nguyên Bình MSSV: 20161165 Họ tên SV: Nguyễn Chí Phúc MSSV: 20161244 Chun ngành: Cơng nghệ kĩ thuật Điện tử - Viễn thông Tên đề tài: Thiết kế chế tạo Robot dò line Người hướng dẫn : Trần Thiện An Nội dung thực hiện: Lý thuyết:  Tìm hiểu Arduino  Tìm hiểu lập trình Arduino IDE  Tìm hiều cách lắp ráp xe dị line  Tìm hiểu ngun lí làm việc động Modul 298 Thực hành:  Sử dụng phần mềm dịch sẵn Arduino để thiết kế robot xe dò line Thời gian bắt đầu : – 12 – 2020 Thời gian kết thúc : 13 – – 2021 TP.HCM ngày 12 tháng năm 2021 Trưởng Ngành ĐT-VT Giảng viên (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc  TỔNG QUAN DỰ ÁN Sinh viên thực : Họ tên SV: Lê Hoài Lâm MSSV: 20161220 Họ tên SV: Lê Sỹ Đan MSSV: 20161175 Họ tên SV: Trần Đức Huy MSSV: 20131043 Họ tên SV: Nguyễn Lê Phú Cường MSSV: 20161168 Họ tên SV: Nguyễn Ngọc Ngun Bình MSSV: 20161165 Họ tên SV: Nguyễn Chí Phúc MSSV: 20161244 Người hướng dẫn : Trần Thiện An Mô tả kĩ thuật : * Thiết kế Robot xe dò line thỏa mãn yêu cầu sau: - Đảm bảo dò đường - Xe chạy đảm bảo tốc độ ổn định - Có đèn LED hiển thị trạng thái xe đường - Xe có khả đảo chiều quay động cơ, hãm ngược - Thiết kế phần mềm dễ nhìn, dễ kiểm tra, sửa chữa đảm bảo thực yêu cầu đề Tóm tắt đề tài : - Robot dị đường biến thể đặc biệt robot hướng sáng Sở dĩ nói chúng có nguyên tắc hoạt động sử dụng cảm biến quang điện ( quang trở diode hồng ngoại) để so sánh cường độ sáng từ điều chỉnh hướng thích hợp.Tuy nhiên, robot dò đường, cảm biến bố trí gần mặt đường nguồn sáng để so sánh lúc robot tạo Nhưng đâu lại có sai lệch cường độ sáng Câu trả lời nằm đường vẽ, đường vẽ có tính chất khác với xung quanh, thường có màu đen để hấp thụ ánh sáng Khi robot lệch vào vùng có vạch vẽ, ánh sáng phát từ robot khơng phản xạ lại bình thường mà bị đường kẻ hấp thụ phần làm sai lệch độ sáng cảm biến Vậy ta phải thiết kế cho robot có hành vi khắc phục sai lệch ta có loại robot theo đường vẽ với tốc độ nhanh để tiến hành thi đấu Thời gian thực hiện: tuần - Với mạnh người mà trưởng nhóm phân cơng, bố trí cơng việc cho thành viên nhóm cho hợp lí nhất, thành viên bổ trợ cho để hoàn thành tốt dự án nhận Ngày thực Nội dung Thông tin hướng 4/12/2020 Từ 4/12/2020 đến 10/12/2020 Nhận dự án, nhiệm vụ Lên kế hoạch phân công nhiệm dẫn vụ, cơng việc cho thành viên nhóm mua dụng cụ, thiết bị Từ 10/12/2020 đến 20/12/2020 Tiến hành lắp ráp, viết code, gắn dây, trang trí robot xe dò line tiến hành thử nghiệm Từ 20/12/2020 đến 2/1/2021 Viết Poster, làm báo cáo dự án Từ 2/1/2021 đến 12/1/2021 robot Làm trình chiếu , thuyết trình dự án nhóm kiểm tra tổng thể cơng đoạn Dự án hồn thành TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Người hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo này, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tạo điều kiện sở vật chất với phịng học đẹp, có wifi, để phục vụ cho việc học tập tìm kiếm thơng tin chúng em Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy Trưởng Ngành, Cô Bùi Thị Tuyết Đan, anh trợ giảng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM với tri thức tâm huyết để truyền đạt cho chúng em kiến thức quý báu để chúng em học tập, nghiên cứu chế tạo sản phẩm Trong học kì, nhóm em khơng thể hồn thành dự án khơng có giảng dạy tận tâm, giúp đỡ nhiệt tình Bùi Thị Tuyết Đan Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, nhóm em xin gửi đến Chúc cô thành công tâm huyết với nghề để tiếp tục truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em trình học tập trường xa sống Do chưa có nhiều kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế, mong nhận ý kiến đóng góp từ phía để dự án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật nói chung tự động hóa nói riêng nhu cầu thiết yếu tất doanh nghiệp tổ chức Các đơn vị lĩnh vực sản xuất mong muốn tìm kiếm giải pháp để nâng cao doanh thu tối ưu sản xuất Trong đó, Robot dẫn đầu ngành tự động hóa, đẩy mạnh việc sản xuất nhờ việc gia tăng tính an tồn, giảm chi phí đồng thời nâng cao hiệu sản xuất Xu hướng sử dụng Robot địi hỏi doanh nghiệp phải có lao động trực tiếp tay nghề cao: Việc sử dụng Robot tự động hóa sản xuất cơng nghiệp lĩnh vực Việt Nam tương lai gần Việt Nam hướng tới cơng nghiệp hóa nhu cầu phát triển chế tạo robot ngày cao, loại robot phổ biến ví dụ robot dị đường, robot chế tạo, robot di động… PHẦN : GIỚI THIỆU VÀ PHỤ LỤC Mục lục Nhiệm vụ dự án…………………………………………………1 Tổng quan dự án………………………………….…………… Phần : Lời cảm ơn……………………………………………… Giới thiệu đề tài……….………………………… …… Giới thiệu phụ lục…………………………………… Danh mục hình ảnh……………………………………….7 Phần : Tổng quan kĩ thuật……………………………………… I Cấu trúc robot xe dò line Vật liệu – linh kiện Phương án thiết kế Phần : Thiết kế dự án……………………………………………9 I Xây dựng dự án Thiết kế tổng quan Chi tiết thiết kế…………………………………….… 2.1.Khối nguồn………………………………………… 2.2 Khối cảm biến……………………………………… 10 2.3 Khối động cơ……………………………………… 11 2.4 Khối điều khiển…………………………… ……….12 2.5 Khối so sánh…………………… ………………… 14 Đường line…………………………………………… 14 Biểu đồ điều khiển…………………………………… 14 Code điều khiển …………………………………… 15 Ứng dụng, hạn chế hướng giải quyết……………… 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………….19 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ khối nguồn Trang Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Cảm biến hồng ngoại (1 đèn – quang trở) Nguyên lí cảm biến Sơ đồ nguyên lí động V1 Sơ đồ khối điều khiển Cấu trúc chân vi điều khiển ATmega328 Sơ đồ khối bên vi điều khiển ATmega328 Các kiểu đường line Biểu đồ điều khiển PHẦN : TỔNG QUAN KĨ THUẬT I Cấu trúc robot xe dò line Vật liệu – linh kiện  1x Board điều khiển Arduino Uno R3  1x Modul điều khiển L298  3x Cảm biến hồng ngoại + đèn – quang trở Trang 10 Trang 10 Trang 11 Trang 12 Trang 13 Trang 13 Trang 14 Trang 15  1x Đế test board  1x Đế lắp pin  3x pin loại 3.65V  1x Khung xe 2-4 bánh  2x Giảm tốc V1  2x Dây điện hai đầu đực đầu cực dây điện hai đầu Phương án thiết kế  Xe vận hành có bánh, bánh sau chủ động, bánh trước xoay tròn định hướng (bánh lái)  Xe dẫn động động chiều đặt hai bánh sau  Xe có hiển thị trạng LED (báo nguồn, động cơ…) tương ứng với trạng thái xe  Phần điều khiển chuyển động chọn mạch cầu H tích hợp sẵn L298  Phần dò đường dùng cặp cảm biến (1 led phát hồng ngoại quang trở.) PHẦN : THIẾT KẾ DỰ ÁN I Xây dựng dự án Thiết kế tổng quan - Gồm khối :  Khối nguồn: cung cấp điện áp 12V cho động 5V cho khối vi điều khiển  Khối vi điều khiển  Khối sensor: nhận tín hiệu đường  Khối so sánh  Khối điều khiển động V1 Chi tiết thiết kế 2.1 : Khối nguồn Dùng nguồn 12V để cấp điện áp vào, sau thơng qua khối lọc, hạ áp dùng 7805 ta lấy điện áp 5V ổn định để cung cấp cho khối lại Ngồi cịn có số biện pháp bảo vệ dùng cầu chi 2A, dùng diode chống ngược nguồn Hình : Sơ đồ khối nguồn 2.2 : Khối cảm biến - Gồm đèn led quang trở * Khi Led phát tín hiệu có tín phản lại quang trở thay đổi điện trở phát tín hiệu vào để so sánh đưa vào vi điều khiển để vi điều khiển xử lý đưa tín hiệu để phát lệnh điều khiển động Hình : Cảm biến hồng ngoại ( đèn – quang trở ) 10 Hình : Nguyên lí cảm biến Chức khối: + Tạo tín hiệu phản hồi khối vi xử lý trung tâm để từ điều khiển động + Ngun lý hoạt động: Khi có ánh sáng điện trở quang trở giảm ngược lại, điện trở thay đổi cỡ từ 0.5k (khi có ánh sáng) đến 250k (khơng có ánh sáng), ta sử dụng led phát làm nguồn sáng cho Khi gặp trắng, ánh sáng phản xạ lên quang trở làm điện trở giảm xuống gặp vạch đen (băng keo đen) ánh sáng khó phản xạ nên quang trở nhận ánh sáng => trở tăng Từ dựa vào quang trở, robot phân biệt vạch đen 2.3 Khối động * Động quay : Ta sử dụng động V1 Hình : Sơ đồ ngun lí động V1 Với thơng số  Điện áp hoạt động: 3~12V DC  Dòng điện tiêu thụ: 110-200 mAh  Tỉ số truyền: 1:48  125 vòng / phút 3VDC  208 vòng / phút 5VDC  Moment: 0.8 kg.cm 11 * Ta lựa chọn L298 để điều khiển động với mạch cầu H tích hợp sẵn bên Trong IC L298 tích hợp cầu H, cầu H chịu dòng Ampe Khi nối chân có chức cầu H IC với IC cung cấp dòng Ampe đủ động hoạt động hết công suất Sơ đồ khối điều khiển (Hình 5) IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver Điện áp đầu vào: 5~30VDC Công suất tối đa: 25W cầu (lưu ý cơng suất = dịng điện x điện áp nên áp cấp vào cao, dòng nhỏ, cơng suất có định 25W)  Dịng tối đa cho cầu H là: 2A  Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss  Kích thước: 43x43x27mm    2.4 : Khối điều khiển * Sử dụng vi điều khiển bit ATmega328 Vi điều khiển cho phép lập trình ứng dụng điều khiển phức tạp trang bị cấu hình mạnh với loại nhớ ROM, RAM Flash, ngõ vào digital I/O có nhiều ngõ có khả xuất tín hiệu PWM, ngõ đọc tín hiệu analog chuẩn giao tiếp đa dạng UART, SPI, TWI (I2C) + Kiến trúc: AVR 8bit + Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz + Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB + Bộ nhớ EEPROM: 1KB + Bộ nhớ RAM: 2KB + Điện áp hoạt động rộng: 1.8V – 5.5V + Số timer: timer gồm timer 8-bit timer 16-bit + Số kênh xung PWM: kênh (1timer kênh) 12 * Cấu trúc chân sơ đồ khối bên Hình : Cấu trúc chân ATmega328 13 Hình : Sơ đồ khối bên ATmega328 2.5 : Khối so sánh - Mạch gồm hai phầnː mạch ngõ vào khuếch đại thuật tốn có hệ số khuếch lớn, mạch ngõ thông dụng mạch logic - Mức điện áp đầu so sánh nhận biết led đầu so sánh, gặp vạch trắng, mức điện áp 0V, đèn sáng gặp vạch đen, mức điện áp 5V, đèn tắt Đường line Hình Các kiểu đường line * Ta sử dụng đường line trắng đen ngược lại cho cảm biến xe nhận diện chạy theo 14 Biểu đồ điều khiển KHỞI TẠO GIỚI THIỆU DÒ ĐƯỜNG NO YES LỆCH Đi thẳng Cua trái Or Cua phải 15 NO YES Chương trình bắt vạch đích Hình Biểu đồ điểu khiển Robot xe dị line Code điều khiển : int enA = 11; int A_1 = 2; int A_2 = 3; int B_1 = 4; int B_2 = 5; int enB = 10; int L1 = A0; int L2 = A1; int L3 = A2; int L4 = A3; int L5 = A4; void setup() { pinMode(enA, OUTPUT); pinMode(A_1, OUTPUT); pinMode(A_2, OUTPUT); pinMode(enB, OUTPUT); pinMode(B_1, OUTPUT); 16 pinMode(B_2, OUTPUT); pinMode(L1, INPUT); pinMode(L2, INPUT); pinMode(L3, INPUT); pinMode(L4, INPUT); pinMode(L5, INPUT); analogWrite(enA, 65); analogWrite(enB, 65); delay(200); } void loop() { if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 0)){dithang();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 0)){dithang();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 0)){dilui();} if ((digitalRead(L1) == 1)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 0)){trai();} if ((digitalRead(L1) == 1)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 0)){trai();} if ((digitalRead(L1) == 1)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 0)){trai();} if ((digitalRead(L1) == 1)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 0)){trai();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 0)){trai();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 0)){trai();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 0)&&(digitalRead(L5) == 1)){phai();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 1)){phai();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 1)){phai();} 17 if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 1)){phai();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 0)){phai();} if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 0)){phai();} if ((digitalRead(L1) == 1)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 1)){dung();} } void dithang(){ digitalWrite(A_1, LOW); digitalWrite(A_2, HIGH); digitalWrite(B_1, HIGH); digitalWrite(B_2, LOW); } void dilui(){ digitalWrite(A_1, HIGH); digitalWrite(A_2, LOW); digitalWrite(B_1, LOW); digitalWrite(B_2, HIGH); } void trai(){ digitalWrite(A_1, LOW); digitalWrite(A_2, LOW); digitalWrite(B_1, HIGH); digitalWrite(B_2, LOW); } void phai(){ digitalWrite(A_1, LOW); digitalWrite(A_2, HIGH); digitalWrite(B_1, LOW); digitalWrite(B_2, LOW); } void dung(){ digitalWrite(A_1, LOW); 18 digitalWrite(A_2, LOW); digitalWrite(B_1, LOW); digitalWrite(B_2, LOW); } Ứng dụng, hạn chế hướng giải * Ứng dụng Robot xe dò line đời sống cơng nghiệp - Việc phát triển Robot dị line giúp ích nhiều cho người khâu vận chuyển lĩnh vực giao thông – vận tải, công nghiệp, dịch vụ… - Giảm đáng kể chi phí vận chuyển hàng hóa - Tiết kiệm thời gian, cơng sức - Đảm bảo an tồn mức cao - Có thể làm việc mơi trường nhiễm cao * Hạn chế hướng giải - Trong trình thực hiện, chúng em gặp số khó khăn sau bước khắc phục  Tài liệu Đây lần thực sản phẩm thực dựa kiến thức học tập nên nhiều vấn đề chưa thông suốt Trước hết, cách làm xe kĩ thuật, thiết kế mạch, dò đường sao, cua xe trái phải thuận ngược Khắc phục: học hỏi từ hướng dẫn anh An, bạn lớp, học hỏi từ anh khóa trước, tham khảo nguồn tài liệu mạng Internet… Kết quả: Học hỏi nhiều kinh nghiệm làm robot đơn giản từ nguồn trên, lắp ráp, kĩ thuật xếp linh kiện, dây chu  Lập trình Đây coi vấn đề phức tạp linh hồn xe tự hành, điều khiển toàn hoạt động xe vấn đề tiêu tốn nhiều thời gian 19 Vấn đề 1: Đọc xử lý tín hiệu Tính toán, thu thập trường hợp xe lệch khỏi đường, xe gặp khúc cua, xe không bắt vạch đen, xe bắt vạch đích, xe cua góc cua gấp… Trong trình test xe, nhiều cảm biến bắt không chuẩn không ổn định Code chưa chuẩn, chưa phù hợp với xe Khắc phục: Để thu thập trường hợp, dùng tay đẩy xe theo đường đặc biệt khúc cua ghi tín hiệu hiển thị led báo về, kiểm tra cáp nối với mạch vi điều khiển, điều chỉnh biến trở để lấy điện áp so sánh hoạt động ổn định đưa vào IC L298 Kiểm tra kĩ lại đường dây nối mạch Tìm hiểu chỉnh sửa lại code Kết quả:Mạch hoạt động ổn định, cảm biến bắt tốt, tín hiệu báo mạch vi điều khiển chuẩn xác, xe chạy ổn định, bị lệch khỏi đường line TÀI LIỆU THAM KHẢO o Youtube.com o Arduino.vn o 123doc.net o Machtudong.vn o Dientuviet.com o Icdayroi.com 20 ... thuật……………………………………… I Cấu trúc robot xe dò line Vật liệu – linh kiện Phương án thiết kế Phần : Thiết kế dự án……………………………………………9 I Xây dựng dự án Thiết kế tổng quan Chi tiết thiết kế? ??………………………………….… 2.1.Khối... đề tài: Thiết kế chế tạo Robot dò line Người hướng dẫn : Trần Thiện An Nội dung thực hiện: Lý thuyết:  Tìm hiểu Arduino  Tìm hiểu lập trình Arduino IDE  Tìm hiều cách lắp ráp xe dị line  Tìm... dụng Robot tự động hóa sản xuất cơng nghiệp lĩnh vực Việt Nam tương lai gần Việt Nam hướng tới cơng nghiệp hóa nhu cầu phát triển chế tạo robot ngày cao, loại robot phổ biến ví dụ robot dò đường,