BÁO cáo đồ án môn cơ điện tử NGHIÊN cứu, THIẾT kế ROBOT LEO cầu THANG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT LEO CẦU THANG Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Tên thành viên nhóm: Trần Văn A Lê Minh B Nguyễn Văn C Hà Nội- 2021 download by : skknchat@gmail.com NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH…………………………………………………… download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT THÔNG MINH…………………7 1.1- Kỷ nguyên robot thông minh……………………………………… 1.2- Chiến lược phát triển công nghiệp robot quốc gia ………… 11 1.2.1- Tại nước giới………………………………………….11 1.2.2- Nghiên cứu robot Việt Nam………………….…………………13 1.3- Giới thiệu robot vượt địa hình………………………………………… 15 1.4- Sơ lược bước thực hiện…………………………………………… 18 CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH ROBOT LEO CẦU THANG……….20 2.1 Cụm bánh động lực………………………………………………………20 2.2 Cụm thân………………………………………………………………….21 2.3- Cụm nâng robot………………………………………………………….23 2.4- Mơ hình 3D robot leo cầu thang……………………………………… 28 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC; THIẾT KẾ; TÍNH TỐN KẾT CẤU CƠ KHÍ…………….29 3.1- Tính tốn bậc thang…………………………………………………… 29 3.2- Tính tốn động học………………………………………………………31 3.3- Tính tốn động lực học………………………………………………….35 3.4- Tính chọn động trục chính………………………………………….39 3.5-Tính trục cho cụm động dẫn động………………………………….41 3.5.1- Tính tốn đường kính trục……………………………………….41 3.5.2- Tính tốn độ bền mỏi trục………………………………….42 3.6- Chọn cấu nâng hạ robot leo cầu thang……………………………43 3.6.1- Chọn xy lanh nâng hạ robot………………………………………43 download by : skknchat@gmail.com 3.6.2- Kiểm tra độ bền xy lanh điện hành trình 300mm………….44 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN………………… 46 4.1- Vi điều khiển ATEMEGA328P (Kit Arduino Nano)…………………46 4.2- Module điều khiển động L298P…………………………………….59 4.3- Cơng tắc hành trình…………………………………………………… 65 4.4- Module hạ áp LM2596………………………………………………… 65 4.5- Cảm Biến Khoảng Cách NPN Thường Mở / Mức Thấp………… …66 4.6- Nguồn cấp cho robot leo cầu thang…………………………………….68 4.7- Module điều khiển động DC BTS 7960 43A……………………… 70 4.8- Sơ đồ khối robot tuần tra………………………………………… … 73 4.9- Sơ đồ mạch thiết kế Altium…………………………………………… 75 4.10- Code điều khiển…… ……………………………………… …………80 4.11- Thiết kế giao diện điều khiển………………………………………… 82 LỜI KẾT…………………………………………………………………… 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 87 PHỤ LỤC 1……………………………………………………………………88 DANH MỤC HÌNH ẢNH download by : skknchat@gmail.com Hình 1.1- Tay máy SCARA…………………………………………………….9 Hình 1.2- Hệ thống xe AGV nhà máy……………………………………9 Hình 1.3- Robot tuần tra……………………………………………………… 10 Hình 1.4- I-robot 210 negotiator……………………………………………….16 Hình 1.5- I-robot 710 Warrior…………………………………………………17 Hình 1.6- I-robot 510 Packbot…………………………………………………17 Hình 2.1- Cụm bánh động lực………………………………………………….20 Hình 2.2- Cụm thân…………………………………………………………….22 Hình 2.3- Khung mơ hình robot leo cầu thang…………………………… 28 Hình 3.1- Kích thước bậc thang……………………………………………… 29 Hình 3.2- Thiết kế sơ kích thước robot leo cầu thang………………………30 Hình 3.3- Hệ tọa độ robot………………………………………………………31 Hình 3.4- Mơ hình phân tích lực bánh sau robot………………………… 35 Hình 3.5- Động GM25-370…………………………………………………40 Hình 3.6- Đồ thị phương trình đường cong mỏi………………………………42 Hình 3.7- Xy lanh điện hàng trình 300mm…………………………………….44 Hình 4.1- Vi điều khiển Atemega328P……………………………………… 46 Hình 4.2- Sơ đồ chân vi điều khiển ATEMEGA328P……………………… 54 Hình 4.3- Kit Arduino Nano với vi điều khiển ATEMEGA328P…………….55 Hình 4.4- Sơ đồ chân Arduino Nano………………………………………….56 Hình 4.5- Mơ đun điều khiển động L298N……………………………… 59 Hình 4.6- Mơ hình mạch cầu H……………………………………………… 60 Hình 4.7- Động quay thuận…………………………………………………61 download by : skknchat@gmail.com Hình 4.8- Động quay nghịch……………………………………………… 62 Hình 4.9- Sơ đồ chân kết nối………………………………………………… 63 Hình 4.10- Sơ đồ mạch ngun lí mơ đun điều khiển động L298N……….64 Hình 4.11- Cơng tắc hành trình……………………………………………… 65 Hình 4.12- Module LM2596………………………………………………… 66 Hình 4.13- Cảm Biến Khoảng Cách NPN E18-DNK30……………………….67 Hình 4.14- Pin cell 18650 Samsung 2600mA…………………………………69 Hình 4.15- Module điều khiển động DC BTS 7960 43A………………… 71 Hình 4.16- BTS 7960 43A Pinout………………………………………… …72 Hình 4.17- Sơ đồ khối nguyên lí hoạt động robot leo cầu thang………………74 Hình 4.18- Phần mềm thiết kế mạch Altium………………………………… 76 Hình 4.19- Sơ đồ mạch ngun lí mạch điều khiển……………………….77 Hình 4.20- Mạch chia áp……………………………………………………….78 Hình 4.21- Mạch 2D PCB…………………………………………………… 79 Hình 4.22- Mạch 3D PCB…………………………………………………… 80 Hình 4.23- Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE………………….82 Hình 4.24- Giao diện quản lí project………………………………………… 83 Hình 4.25- Giao diện thiết kế………………………………………………… 83 Hình 4.26- Giao diện app điều khiển robot nhóm tự thiết kế………………….84 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT THÔNG MINH download by : skknchat@gmail.com Cùng với tiến công nghệ thông tin, robot trở nên thông minh hệ robot truyền thống Chúng đóng vai trị ngày quan trọng sản xuất thông minh, hệ thống vận chuyển thông minh, internet vạn vật, dịch vụ thông minh sức khỏe y tế Trong thời gian tới, robot thơng minh tiếp tục tích hợp mở rộng nhiều công nghệ tiên tiến như: cộng tác người - robot, truyền động tích hợp thơng minh, nhận biết cảm xúc, giao diện máy tính - não, mạng liệu lớn, phần mềm sinh học tảng đám mây 1.1- Kỷ nguyên robot thông minh Năm 2015 thức đánh dấu đời robot thơng minh với lên trí tuệ nhân tạo Như vậy, công nghệ robot, công nghệ thơng tin, cơng nghệ truyền thơng trí thơng minh nhân tạo chắn tích hợp sâu sắc Robot chào đón kỷ ngun thơng minh sau thời gian dài dừng chân thời kỳ kỹ thuật điện kỹ thuật số Toàn trình thay đổi cho thấy ba điều sau: trước tiên, công nghệ công nghiệp truyền thống điều khiển, động servo giảm tốc chuyển đổi thành cơng nghệ trí thơng minh nhân tạo thị giác máy tính, xử lý ngơn ngữ tự nhiên học sâu; thứ hai, robot thu hút quan tâm từ người sử dụng công nghiệp thương mại, hộ gia đình cá nhân, chứng tỏ robot ngày hịa nhập sâu rộng vào xã hội lồi người; thứ ba, mối quan hệ qua lại độc lập người robot thay tương tác chặt chẽ Robot thông minh hệ thống máy cải thiện khả nhận thức, định thực thi nhiệm vụ theo cách toàn diện so với robot truyền thống Chúng mơ ứng xử, cảm xúc suy nghĩ giống người Với “bộ não” thơng minh, robot thực theo dẫn người vận hành, sau hồn thành nhiều nhiệm vụ lập trình trước, tự học nâng cấp ứng xử chúng lúc tương tác với người Thực tiễn cho thấy, vai download by : skknchat@gmail.com trị robot thơng minh sống xã hội sản xuất ngày trở nên quan trọng Xuất phát từ môi trường ứng dụng, phân chia robot thơng minh thành loại robot sau: Robot công nghiệp: thường tay máy nhiều khớp (nhiều bậc tự do) ứng dụng trực tiếp cho công nghiệp robot chiếm 60% giá trị thị trường robot toàn cầu Đây thiết bị máy ứng dụng kết nghiên cứu phát triển cơng nghệ để tự điều khiển hồn thành nhiều cơng việc khác Mỗi khớp robot khối chức đơn lẻ dẫn động động servo động bước, vận hành theo quỹ đạo điều khiển để đạt tới điểm hướng khơng gian SCARA robot loại robot trụ sử dụng nhiều sản xuất cơng nghiệp, làm việc mặt phẳng lắp ráp thẳng đứng Tay máy song song nhiều bậc tự có ứng xử bền vững với sai lệch động lực học, khơng có sai lệch tích lũy đạt tới độ xác cao với cấu trúc gọn nhẹ, độ cứng cao khả tải lớn Hình 1.1- Tay máy SCARA download by : skknchat@gmail.com Xe tự dẫn hướng (AGV) trang bị thiết bị dẫn hướng tự động cảm biến điện từ quang, di chuyển dọc theo đường dẫn biết trước đảm bảo an tồn, hồn thành nhiều cơng việc vận chuyển Hình 1.2- Hệ thống xe AGV nhà máy Robot dịch vụ nhà: ví dụ robot qt lau cửa sổ, làm việc giống trợ lý giúp việc hộ gia đình Chúng có khả tìm kiếm thăm dò, tự động lập kế hoạch đường tránh vật cản Nhiều loại robot dịch vụ khác, robot xã hội hóa gia đình, robot bầu bạn, robot trợ lý di động, robot huấn luyện thú cưng, có khả tương tác với người, hoàn thành nhiệm vụ giao, chăm nom người già trẻ nhỏ, nhắc nhở kiện tuần tra nhà Bên cạnh đó, cịn có robot giao tiếp cảm xúc, robot giáo dục trẻ nhỏ, robot học thông minh, UAV cá nhân, robot di động cá nhân hỗ trợ thêm cơng nghệ tương tác giọng nói cho phép tương tác giao tiếp cảm nhận cảm xúc người Nhiều robot dịch vụ thương mại, bao gồm robot nhận thức, robot hướng dẫn mua hàng, robot nấu ăn, robot văn phòng, robot an ninh tùy biến dịch vụ cá nhân theo tình ứng dụng cụ thể hoàn download by : skknchat@gmail.com ... trình thiết kế nhằm đưa hướng giải vấn đề: - Đề xuất phương án khả thi: khí, điện, điều khiển - Đánh giá lựa chọn phương án thiết kế - Tìm hiểu đánh giá thiết bị thị trường để thực phương án: động... phương án: động cơ, vi điều khiển… 17 download by : skknchat@gmail.com b) Thiết kế hệ thống điện – điện tử Với phương án điện chọn, tiến hành lựa chọn thông số sử dụng thiết bị, kết hợp thiết bị thành... công nghiệp robot chiếm 60% giá trị thị trường robot toàn cầu Đây thiết bị máy ứng dụng kết nghiên cứu phát triển cơng nghệ để tự điều khiển hồn thành nhiều cơng việc khác Mỗi khớp robot khối