NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TLA6 DI CHUYỂN ĐA HƯỚNG TRONG HỖ TRỢ Y TẾ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - ĐỖ THẾ LONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TLA6 DI CHUYỂN ĐA HƯỚNG TRONG HỖ TRỢ Y TẾ CBHD: TS Vũ Hải Quân Sinh viên: Đỗ Thế Long Mã số sinh viên: 2018606369 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hà Nội – 2022 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển không ngừng ngành khoa học kỹ thuật, ngành cơng nghiệp phát triển nhanh chóng Việc áp dụng máy móc đại vào sản suất yêu cầu thiếu nhà máy nhằm tăng suất, tăng chất lượng giảm giá thành sản phẩm Song song với phát triển đó, cơng nghệ chế tạo Robot phát triển nhanh chóng đặc biệt nước phát triển nhằm đáp nhu cầu sản xuất, sinh hoạt, quốc phịng…Robot thực cơng việc mà người khó thực chí khơng thực như: làm cơng việc địi hỏi độ xác cao, làm việc mơi trường nguy hiểm (như lị phản ứng hạt nhân , dị phá mìn quân sự), thám hiểm không gian vũ trụ… Trong họ Robot, không nhắc tới Mobile Robot với đặt thù riêng mà loại Robot khác khơng có Với khả di chuyển linh hoạt vùng hoạt động rộng, thu hút nhiều đầu tư nghiên cứu Trong hai năm vừa qua, tự nhận thấy có nhiều ảnh hưởng dịch bệnh covid-19 Để góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật nước nhà hỗ trợ phần công sức cho nghành y tế, em lựa chọn đề tài Robot TLA6 di chuyển đa hướng sử dụng bánh mecanum với hệ thống điều khiển thơng qua Bluetooth Từ suy nghĩ em sử dụng kiến thức cịn hạn chế để nghiên cứu chế tạo Robot TLA6 phạm vi đồ án tốt nghiệp với ước muốn xe mang thức ăn, nước uống loại thuốc đến phòng mà bác sĩ không cần phải tiếp xúc trực tiếp với bệnh nhân, cần đứng từ xa điều khiển xe LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, thầy cô giáo khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn trân trọng sâu sắc tới thầy giáo Vũ Hải Quân–người tạo điều kiện tận tình hướng dẫn, động viên em suốt trình nghiên cứu thực đồ án Em xin trân trọng cảm ơn đến tất quý thầy cô môn Công nghệ Ôtô trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, người trang bị cho em kiến thức bản, nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt năm học qua Nhân dịp em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Cha Mẹ, bạn bè người thân động viên giúp đỡ em lúc khó khăn để hồn thành Đồ án tốt nghiệp cách tốt Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng 05 năm 2022 Sinh Viên Thực Hiện Long Đỗ Thế Long CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT DI ĐỘNG 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Thuật ngữ "robot" xuất phát từ tiếng Séc robota, có nghĩa "lao động cưỡng bức", từ 'robot' lần sử dụng để biểu thị nhân vật hư cấu kịch "Các Robot Toàn Rossum" năm 1920 nhà văn Séc Karel Čapek Sự phát triển công nghiệp điện tử dẫn đến đời robot tự động điện tử đầu tiên, tạo William Grey Walter Bristol, Anh năm 1948, cơng cụ máy tính điều khiển số (CNC) cuối năm 1940 John T Parsons Frank L Stulen Robot đầu tiên, kỹ thuật số lập trình xây dựng George Devol năm 1954 đặt tên Unimate Nếu robot thể hình dạng, hình thái, hành vi chuyển động mơ tạo cảm giác giống người robot thường gọi người máy Hình dạng Robot xuất nước Hoa Kỳ, loại tay máy chép hình dung phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào năm 50 kỷ trước, bên cạnh loại tay máy chép hình khí, loại tay máy chép hình thủy lực điện tử xuất Tuy nhiên, tay máy thương mại có chung nhược điểm thiếu di động, tay máy hoạt động hạn chế quanh vị trí Ngược lại, Mobile Robot lại Robot di động di chuyển từ khơng gian đến khơng gian khác cách độc lập hay điều khiển từ xa, tạo khơng gian hoạt động lớn Từ năm 1939 đến năm 1945: Trong chiến giới lần thứ II, Robot di động xuất Nó kết thành tựu công nghệ lĩnh vực nghiên cứu có liên quan khoa học máy tính điều khiển học Từ năm 1948 đến 1948: W.Gray Walter tạo nên Elmer Elsie Elmer Elsie trang bị cảm biến sáng Nếu chúng nhận nguồn sáng, chúng di chuyển phía nguồn sáng Chúng tránh chuyển chướng ngại đường di chuyển Từ năm 1961 đến 1963: Trường đại học Johns Hopkins phát triển “Beast” Beast sử dụng hệ thống định vị di chuyển xung quanh Khi pin yếu tự tìm ổ cắm điện cắm vào Năm 1969: Mowbot Robot cắt bãi cỏ cách tự động The Stanford Cart line follower Robot di động di chuyển thông qua nhận dạng đường kẻ trắng, sử dụng camera để nhìn Nó bao gồm “kênh truyền thanh” gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo tính tốn Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford xây dựng nghiên cứu Shakey Shakey có camera, dãy kính gắm, cảm biến truyền Shakey Robot lý giải chuyển động Điều có nghĩa Shakey đưa nhiều mệnh lệnh chung Robot tính tốn bước cần thiết để hồn thiện nhiệm vụ giao Năm 1976: chương trình Vikiry, tổ chức NASA phóng hai tàu vũ trụ khơng người lái lên hỏa Năm 1977: Bộ phim “Chiến tranh sao” phần I, A new Hope mô tả R2D2, Robot di động hoạt động độc lập C3P0, robot hình người Họ khiến công chúng biết đến Robot Năm 1980: Thị hiếu người tiêu dùng Robot tăng, robot bày bán mua để sử dụng nhà Ví dụ RB5X tồn tới ngày loạt mẫu robot HERO Robot The Stanford Cart phát triển mạnh, lái tàu biển vượt qua trở ngại tạo lên đồ nơi qua Năm 1995: Robot di động lập trình Pioneer (người tiên phong) bán sẵn mức giá chấp nhận được, điều dẫn tới gia tăng rộng rãi nghiên cứu Robot trường đại học nghiên cứu Robot suốt thập sau Robot di động trở thành phần thiếu chương trình giảng dạy trường đại học Năm 1996-1997: NASA phóng tàu Mars Pathfinder có Robot Rover Sojourner lên Hoả The Rover thám hiểm bề mặt hoả điều khiển từ mặt đất Sojourner trang bị với hệ thống tránh rủi cao Hệ thống làm cho Sojourner tìm thấy đường cách độc lập địa hình Hoả Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống bầy côn trùng khởi động Chúng bao gồm số lượng lớn Robot đơn lẻ, tác động lẫn thực nhiệm vụ phức tạp Năm 2006: Sony dừng việc sản xuất Aibo Helpmate PatrolBot trở lên phổ biến Robot di động tiếp tục cạnh tranh để trở thành mặt hàng độc quyền Sở an ninh Mỹ bỏ dự án MDARS-I, lại gây quỹ cho dự án MDARS-E loại Robot an ninh tự động khác TALON-Sword, loại Robot tự động dùng để bán sẵn với dàn phóng lựu đạn lựa chọn vũ khí hợp thành khác đời Asimo Honda biết cách chạy leo cầu thang với hai chân người 1.2 Phân loại Robot di động 1.2.1 Phân loại theo phương pháp di chuyển • Robot có chân, chân giống người hay động vật Robot di chuyển chân • Robot di chuyển xích, đai… Hình 1.1 Robot di chuyển đai xích • Robot di chuyển bánh xe Hình 1.2 Robot di chuyển bánh xe 1.2.2 Phân loại theo dạng điều khiển * Điều khiển từ xa tay: Robot điều khiển từ xa tay điều khiển thơng qua sóng RF, wifi, hồng ngoại hay Bluetooth… Robot điều khiển từ xa giúp người tránh khỏi nguy hiểm Ví dụ Robot điều khiển từ xa tay gồm có: Military-Robot iRobot’s PackBot 10 Hình 1.3 iRobot’s PackBot Military-Robot * Điều khiển theo lộ trình: Một vài Robot tự động Robot theo lộ trình Chúng theo đường sơn khắc sàn trần nhà hay dây điện Đa số Robots hoạt động theo thuật toán đơn giản giữ lộ trình cảm biến trung tâm, chúng khơng thể vịng qua chứng ngại vật, chúng dừng lại có vật cản đường chúng Rất nhiều mẫu loại Robot bán FMC, Egemin, HK sytem vài công ty khác * Robot hoạt động ngẫu nhiên, độc lập: Robot hoạt động độc lập với chuyển động ngẫu nhiên, chuyển động nhảy bật lên tường, tường cảm nhận cản trở mặt vật lý máy hút bụi Roomba với cảm biến điện tử máy cắt cỏ Friendly Robotics Máy hút bụi Rooma Friendly 42 Hình 4.2 Động sau gắn vào khung Bước 3: Gắn bánh xe vào động vàng V1 Hình 4.3 Bánh xe sau ghép nối Bước 4: Lắp khớp nối giá đỡ Hình 4.4 Giá đỡ sau lắp ghép 43 4.1.2 Đi dây điện từ vi mạch tới thiết bị điện Sơ đồ đấu dây tạo qua ứng dụng MIT APP INVENTOR để người đọc có nhìn trực quan nhất: Hình 4.5 Sơ đồ đấu nối dây điện Bước 1: Ghép chồng module điều khiển động L293D lên bo mạch arduino uno R3 theo thứ tự chân Hình 4.6 Trước sau ghép module 44 Bước 2: Kết nối chân động cơ, module bluetooth vào bo mạch Arduino Hình 4.7 Các chân sau kết nối vào bo mạch Bước 3: Gắn bo mạch, nguồn điện lên thân Robot Hình 4.8 Nguồn điện bo mạch sau gắn vào thân xe 45 4.2 Lập trình code cho Robot TLA6 4.2.1 Giới thiệu phần mềm lập trình 4.2.1.1 Ngơn ngữ lập trình cho Arduino Phần mềm Arduino IDE Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính thông dụng mang lại nhiều lợi cho Arduino, nhiên sức mạnh thực Arduino nằm phần mềm Mơi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngơn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu dựa tảng C/C++ quen thuộc với người làm kỹ thuật Và quan trọng số lượng thư viện code viết sẵn chia sẻ cộng đồng nguồn mở lớn Arduino IDE phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Mơi trường lập trình Arduino IDE chạy ba tảng phổ biến Windows, Macintosh osx Linux Do có tính chất nguồn mở nên mơi trường lập trình hồn tồn miễn phí mở rộng thêm người dùng có kinh nghiệm Ngơn ngữ lập trình mở rộng thơng qua thư viện C++ Và ngơn ngữ lập trình dựa tảng ngôn ngữ c AVR nẽn người dùng hồn tồn nhúng thêm code viết AVR vào chương trình muốn Hình 4.9 Giao diện Arduino IDE Hiện tại, Arduino IDE download từ trang chủ http://arduino.cc/ bao gồm phiên sau: 46 • • Arduino 1.0.5 Arduinol.5.5 BETA (Hỗ trợ cho board Arduino là: Arduino Yun • Arduino Due) Arduino IDE cho Intel Galileo 4.2.1.2 Công cụ tạo dựng Smartphone Để tạo ứng dụng đơn giản khơng thiết lập trình viên, có kiến thức lập trình, thứ đơn giản App Inventor Ngày 12/7/2010, Google thức giới thiệu cơng cụ lập trình trực quan App Inventor dùng để phát triển phần mềm ứng dụng hệ điều hành Android App Inventor cơng cụ lập trình dành cho người, kể trẻ em Tại hội thảo Activate 2010 (1/7/2010), Eric Schmidt - giám đốc điều hành Google khẳng định: "Công nghệ di động lĩnh vực phát triển nóng Những lập trình viên giỏi ưu tiên tạo phần mềm ứng dụng cho thiết bị di động, thay phần mềm cho máy tính cá nhân Windows Apple Mac Một nguyên nhân xu hướng thiết bị di động có tính cá nhân sâu sắc nhiều so với máy tính cá nhân" Với công cụ App Inventor, Google tạo điều kiện để người tự xây dựng phần mềm ứng dụng cho thiết bị di động dùng hệ điều hành Android Trang web dự án App Inventor nêu rõ: "Với App Inventor, bạn xây dựng phần mềm ứng dụng theo ý tưởng Nhiều người bắt đầu với việc tạo trò chơi đơn giản sau lập trình phức tạp chuyên sâu Dựa vào cảm ứng có sẵn điện thoại, bạn cịn tạo trị chơi di chuyển bóng "mê cung" cách nghiêng điện thoại Việc lập trình ứng dụng khơng giới hạn trò chơi đơn giản Bạn tạo phần mềm để cung cấp thơng tin phục vụ cho việc dạy học, chẳng hạn phần mềm giúp bạn bạn học ơn tập kiến thức để chuẩn bị cho kỳ thi Do Android có sẵn chức đọc từ thành tiếng, phần mềm bạn cịn đọc to câu hỏi ôn tập App Inventor thực chất ứng dụng web, chạy trình duyệt máy tính cá nhân.Tuy nhiên, người dùng phải cài đặt phần mềm Java 47 mang tên App Inventor Extras, có nhiệm vụ điều khiển điện thoại Android (kết nối với máy tính thơng qua cổng USB) Nhờ vậy, người dùng nhanh chóng chuyển ứng dụng từ máy tính cá nhân qua điện thoại Android để chạy thử Nhóm dự án App Inventor Google dự định bổ sung mô điện thoại Android để sử dụng App Inventor mà khơng cần có điện thoại Android thực gắn vào máy tính 4.2.2 Các bước lập trình code Bước 1: Setup ứng dụng điều khiển máy android Bước 2: Vào phần cài đặt phần mềm để đọc kí hiệu quy ước Bước 3: Tạo biến Int để lưu kí tự kiểu số nguyên: int dataIn, m; Kiểm tra có tín hiệu gửi khơng hàm: Bluetooth.available Nếu HC-05 nhận tín hiệu chương trình gán biến dataIn giá trị: dataIn = Bluetooth.read(); Bước 4: Dùng hàm Void loop để tạo xử lý phản hồi lặp lại: 48 Lệnh có nghĩa kiểm tra liệu đầu vào, tín hiệu Bluetooth nhận lớn giá trị liệu đầu vào thông tin mà Bluetooth đọc được, sau có lệnh println(dataIn) để in liệu đầu vào dạng cột Trong phần mềm: phím 1: moveRightForward nghĩa tiến phía trước bên phải, phím 2: moveForward tiến lên phía trước, phím 3: moveLeftForward tiến phía trước trái, phím 4: movesidewaysRight sang ngang phía bên phải, phím 5: movesidewaysLeft sang ngang bên trái… tương tự phím cịn lại ước tạo dựng trước phần mềm 49 Bước 6: Viết điều kiện cho trường hợp điều khiển: Hình 4.10 Điều khiển trường hợp 50 4.2.3 Nạp code vào Arduino Uno R3 Trước nạp code ta cần kiểm tra xem phần code có bị lỗi khơng, cách bấm vào nút trình biên dịch Hình 4.11 Kiểm tra trình biên dịch Sau chạy thử trình biên dịch, có lỗi chương trình dịng màu đỏ phía dưới, ta cần sửa lỗi biên dịch lại Nếu chương trình khơng có lỗi kết trả Done Compling hình Tiếp theo ta kết nối Arduino UnoR3 với máy tính qua cáp USB Hình 4.12 Kết nối bo mạch máy tính 51 Sau kết nối bo mạch máy tính xong ta cần chọn Board, cổng Port chương trình cách: Nhấn Tools - Board – Arduino Uno Hình 4.13 Chọn Board nạp code Nhấn Tools – Port – Com4 để chọn cổng chứa bo Arduino Hình 4.14 Chọn Port nạp code 52 Nhấn Tools – Program – AVR ISP Hình 4.15 Chọn chương trình để nạp code Sau chọn Board, cổng Port chương trình, ta tiến hành bấm nạp code vào Arduino Lưu ý chương trình cáp USB không thay đổi di chuyển để tránh ảnh hưởng tới trình nạp code Hình 4.16 Nạp code thành cơng Q trình nạp code thành cơng xuất dịng chữ Done Uploading Lúc ta rút cáp USB khỏi máy tính Kết nối lại Arduino UnoR3 với mạch điều khiển động L293D 53 KẾT LUẬN Robot TLA6 mang theo mong muốn hỗ trợ phần sức lực cho bác sĩ, giúp bác sĩ không cần phải tiếp xúc trực tiếp với bệnh nhân Chiếc xe mang thuốc, thức ăn nhu yếu phẩm…do địi hỏi cần phải chế tạo với độ xác cao nhằm đảm bảo độ bền an tồn ổn định tính động Khung, giá đỡ cần phải có độ cứng vững cao nhằm tránh gây hại, sai lệch đổ xe chạy đường Chương giúp người đọc có nhìn tổng quan robot di động Chương Đồ án mơ hình hóa mơ Robot TLA6 phần mềm Autodesk Inventor giúp em thiết kế, tạo hình ý tưởng ban đầu Bên cạnh mơ giúp người đọc có nhìn trực quan ý tưởng người thiết kế Chương sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích tĩnh kết cấu khung xe giúp xác định giới hạn lực mà khung xe chịu đựng Các kết Đồ án làm thiết kế khung xe thực tế có kết cấu hợp lý Chương với ứng dụng mà điện tử mang lại để lập trình code điều khiển xe chạy, từ phát triển thêm tính nghành Ơtơ Mặc dù cố gắng việc nghiên cứu thực đồ án hiểu biết kinh phí em cịn hạn chế nên Robot TLA6 dừng lại mơ hình, chưa thực Robot TLA6 thực tế chưa áp dụng tính thơng minh tự động Đồng thời đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, nên em mong nhận góp ý bỏ qua từ thầy Em xin chân thành cảm ơn! 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS.Phạm Thị Thanh Huyền, Nguyễn Ngọc Anh, Nguyễn Thị Minh Tâm Linh kiện điện tử Hà Nội : Đại học Công Nghiệp Hà Nội, 2014 TS.Nguyễn Văn Đơng Hải; KS.Phạm Quang Huy Lập trình điều khiển ARDUINO từ đến nâng cao Hồ Chí Minh : NXB niên, 2018 TS.Lê Thành Nhân Thiết kế mơ hình 3D Hồ Chí Minh : NXB Sư phạm kỹ thuật Hồ Chí Minh, 2017 TS.Vũ Hồng Hưng; PGS,TS.Nguyễn Quang Hùng Ansys phân tích kết cấu Hồ Chí Minh : NXB xây dựng, 2013 ... xích, đai… Hình 1.1 Robot di chuyển đai xích • Robot di chuyển bánh xe Hình 1.2 Robot di chuyển bánh xe 1.2.2 Phân loại theo dạng điều khiển * Điều khiển từ xa tay: Robot điều khiển từ xa tay điều... ch? ?y leo cầu thang với hai chân người 1.2 Phân loại Robot di động 1.2.1 Phân loại theo phương pháp di chuyển • Robot có chân, chân giống người hay động vật Robot di chuyển chân • Robot di chuyển. .. m? ?y tính lớn để tạo tính tốn Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford x? ?y dựng nghiên cứu Shakey Shakey có camera, d? ?y kính gắm, cảm biến truyền Shakey Robot lý giải chuyển