Bài tiểu luận môn thực hành cơ sở (3)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Bài tập lớn Thực Hành Cơ Sở Nhóm 05 Đề tài : Chế tạo oto tự hành tránh vật cản dùng cảm biến siêu âm Giáo viên giảng dạy: Nguyễn Đức Việt Sinh viên thực hiện : Kiều Quang Thoại : B17DCDT175 Hà Nội, tháng năm 2022 Lời cảm ơn Trên thực tế thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người xung quanh Trong trình làm tập lớn, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Thầy Cơ, gia đình bạn bè Đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn Đức Việt thầy hướng dẫn đề tài luận văn chúng em, thầy nhiệt tình hỗ trợ mặt thời gian chúng em thực đề tài Thầy cung cấp cho em kiến thức quý báu, ln động viên chúng em cố gắng hồn thành đề tài Chúng em thật biết ơn thầy! Chúng em xin cảm ơn thầy môn thực hành sở dạy bảo, cung cấp cho chúng em học bổ ích kinh nghiệm quý báu không giúp chúng em thực luận văn mà làm hành trang cho nghiệp chúng em Kính chúc thầy sức khoẻ, hạnh phúc thành công đường nghiệp giảng dạy Mục lục I Tổng quan robot 1.1 Sự phát triển 1.2 Mô hình hóa robot 1.3 Yêu cầu công nghệ nhu cầu thực tế II/ Sơ đồ khối chức khối robot tự hành tránh vật cản 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Chức khối 2.2.1 Khối nguồn 2.2.2 Khối điều khiển: 2.2.3 Khối sensor (khối cảm biến): 2.2.4 Khối điều khiển động cơ: III/ Tính năng, datasheet linh kiện 3.1 Danh sách linh kiện chuẩn bị 3.2 Thông số linh kiện mạch IV/ Sơ đồ mạch 18 4.1 Sơ đồ nguyên lý 19 4.3 Mạch in 20 4.4 Hình ảnh sản phẩm 20 4.5 Nguyên lí hoạt động 20 V/ Lưu đờ tḥt tốn code ng̀n 21 5.1 Lưu đồ thuật toán 21 5.2 Chương trình điều khiển 22 VI/ Đánh giá nhận xét sản phẩm 29 6.1 Ưu khuyết điểm 29 6.2 Hướng phát triển 29 VII/ Kết luận lời cảm ơn 30 IX/ Tài liệu tham khảo 30 I Tổng quan robot 1.1 Sự phát triển Ngày nay, Robot học đạt thành tựu to lớn sản xuất cơng nghiệp Những cánh tay robot có khả làm việc với tốc độ cao, xác liên tục làm tăng suất lao động tăng nhiều lần Chúng làm việc mơi trường độc hại hàn, phun sơn, nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp linh kiện điện tử tạo điện thoại, máy tính…một cơng việc địi hỏi tỉ mỉ, xác cao Tuy nhiên robot có hạn chế chung hạn chế khơng gian làm việc Không gian làm việc chúng bị giới hạn bởi số bậc tự tay máy vị trí gắn chúng.Ngược lại, Robot tự hành laị có khả hoạt động cách linh hoạt mơi trường khác 1.2 Mơ hình hóa robot Mơ hình hóa robot Vấn đề robot tự hành tránh vật cản làm để robot tự hành tránh vật cản hoạt động, nhận biết môi trường thực thi nhiệm vụ đề Vấn đề di chuyển, Robot tự hành tránh vật cản nên di chuyển cấu di chuyển lựa chọn tốt Điều hướng vấn đề nghiên cứu chế tạo Robot tự hành tránh vật cản Trong hiệp hội nghiên cứu Robot tự hành tránh vật cản có hướng nghiên cứu khác nhau: Hướng thứ nhất: nghiên cứu Robot tự hành tránh vật cản có khả điều hướng ở tốc độ cao nhờ thông tin thu từ cảm biến, loại robot có khả hoạt động ở mơi trường phịng mơi trường bên ngồi Loại robot u câù khả tính tốn đờ sộ trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để điều khiển robot di chuyển ở tốc độ cao, mơi trường có địa hình phức tạp Hướng thứ hai: nhằm giải vấn đề loại robot tự hành tránh vật cản dùng để hoạt động mơi trường phịng Loại robot tự hành tránh vật cản có kết cấu đơn giản loại trên, thực nhiệm vụ đơn giản Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành tránh vật cản chia làm loại: tốn tồn cục ( global) tốn cục (local) Ở tồn cục, mơi trường làm việc robot hồn tồn xác định, đường vật cản hoàn toàn biết trước Ở tốn cục bộ, mơi trường hoạt động robot chưa biết trước biết phần Các cảm biến thiết bị định vị cho phép robot xác định vật cản, vị trí mơi trường giúp tới mục tiêu Các vấn đề gặp phải điều hướng cho Robot tự hành tránh vật cản thường giống loại robot khác Để điều hướng cho Robot tránh vật cản, định theo thời gian thực phải dựa vào thông tin liên tục môi trường thông qua cảm biến, ở mơi trường phịng trời, điểm khác biệt lớn so với kỹ thuật lập kế hoạch ngoại tuyến Robot tự hành tránh vật cản phải có khả tự định phương thức điều hướng, định hướng chuyển động để tới đích thực nhiệm vụ định Điều hướng cho robot tự hành tránh vật cản cơng việc địi hỏi phải thực số khả khác nhau, bao gồm : khả di chuyển ở mức bản, ví dụ hoạt động tới vị trí cho trước, khả phản ứng kiện theo thời gian thực, ví dụ có xuất đột ngột vật cản; khả xây dựng, sử dụng suy trì đồ môi trường hoạt động; khả xác định vị trí robot đờ đó; khả thiết lập kế hoạch để tới đích tránh tình khơng mong muốn khả thích ghi với thay đổi môi trường hoạt động 1.3 Yêu cầu công nghệ nhu cầu thực tế Trong nhà xưởng, người cơng nhân bị gị bó bởi suất lao động, vậy robot tự hành tránh vật cản giải pháp nhằm cung cấp nguyên liệu từ nhà kho đến tay người công nhân, giúp giảm nhân công, tăng suất Tùy theo loại ngun liệu có đặc thù, khối lưọng, kích thước khác mà thiết kế người ta cứ vào đưa yêu cầu về: - Kích thước - Khối lượng - Cơng suất - Tốc độ di chuyển Trong đồ án em chủ yếu tập trung nghiên cứu thiết kế modul chuyển động điều khiển robot chở nguyên liệu dây chuyền sản xuất, với kích thước thơng số nhỏ thực tế: Kết robot tự động có khả di chuyển tự mơi trường có vật cản Đề tài thiết kế chế tạo robot tự hành tránh vật cản chủ yếu giúp cho sinh viên làm quen với vi điều khiển, kỹ lập trình, phương pháp tự thập liệu từ cảm biến sensor, điều khiển động cơ, mạch phụ trợ II/ Sơ đồ khối chức các khối robot tự hành tránh vật cản 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Chức các khối 2.2.1 Khới ng̀n Có nhiệm vụ cấp ng̀n cho động tồn mạch điện xe Do tiêu chí khối ng̀n phải tạo cơng suất đủ lớn có độ ổn định cao Ng̀n lấy từ pin cell 18650 sạc lại pin sau pin hết 2.2.2 Khối điều khiển: Có nhiệm vụ lấy liệu từ khối sensor để có trạng thái hệ thống xử lý liệu thu từ đưa tín hiệu điều khiển cho khối động Việc hệ thống hoạt động có nhịp nhàng hay khơng, tốt hay không phụ thuộc nhiều vào khối điều khiển Việc xây dựng khối điều khiển cho hệ thống, ta đưa lựa chọn vi điều khiển Đối với robot dị đường khơng cần tốc độ xử lý q cao, nên sử dụng adruno, đơn giản dễ sử dụng 2.2.3 Khối sensor (khối cảm biến): Cảm biến thường định nghĩa theo nghĩa rộng thiết bị cảm nhận đáp ứng lại với kích thích tín hiệu Đây thiết bị vơ quan trọng để robot nhận biết giới bên ngồi.đối với tơ tự hành tránh vật cản ta dùng Cảm biến siêu âm SRF05 thiết bị gờm có loa - thu phát tầm hoạt động tối đa cảm biến nằm khoảng 5m Nguyên tắc sử dụng sóng âm để định vị: -Vật chủ phát sóng âm, -Sóng âm va chạm với môi trường xung quanh phản xạ lại -Dựa vào thời gian phát / thu, khoảng cách vật chủ mơi trường xung quanh tính 2.2.4 Khới điều khiển động cơ: Khối điều khiển động module L298N Module có khả điều khiển, thay đổi tốc độ chiều quay động III/ Tính năng, datasheet các linh kiện 3.1 Danh sách các linh kiện chuẩn bị Một khung xe robot bánh Một cảm biến siêu âm SRF 04 SRF05 Một Broad Arduini UNO R3 Một module điều khiển động L298N Một Servo SG90 Khung đỡ cảm biến siêu âm Khung đỡ Servo Dây nối đực-cái, –cái Công tắc 3.2 Thông số các linh kiện mạch 3.2.1 Khối điều khiển trung tâm Arduino UNO R3 a Arduino gì? Arduino tảng mã nguồn mở phần cứng phần mềm Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) sinh thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Mạch Adrduino UNO R3 b Thông số kỹ thuật Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader SRAM KB (ATmega328) EEPROM 1KB (ATmega328) c Cấp nguồn các chân nguồn - Cấp ng̀n + Arduino UNO cấp ng̀n 5V thơng qua cổng USB cấp ng̀n ngồi với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Thường cấp ng̀n pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn ng̀n từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO - Các chân nguồn + GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng ng̀n điện riêng biệt chân phải nối với + 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép ở chân 500mA + 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép ở chân 50mA + Vin (Voltage Input): để cấp ng̀n ngồi cho Arduino UNO, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND + IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đo ở chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù vậy bạn không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng bởi chức khơng phải cấp nguồn + RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ 10 Động Motor DC b Thông số kỹ thuật + Điện áp hoạt động : 3~9VDC + Dòng điện tiêu thụ: 110~140mA - Tỉ số truyền 1:48 + 125 vòng/ phút 3VDC + 208 vòng/ phút 5VDC + Moment: 0.5KG.CM - Tỉ số truyền 1:120 + 50 vòng/ phút 3VDC + 83 vòng/ phút 5VDC + Moment: 1.0KG.CM 3.2.6 Khối di chuyển a Bánh xe V1 - Bánh xe V1 thiết kế để sử dụng với động giảm tốc V1 Bánh xe V1 loại bánh sử dụng nhiều thiết kế robot có giá thành phải chăng, chất lượng tốt, dể lắp ráp ứng dụng thiết kế 16 Bánh xe V1 b Thông số kỹ thuật - Chất liệu: Nhựa - Đường kính bánh xe: 66mm - Đờ dày lốp xe : 6.5mm - Chiều rộng bánh xe : 27mm - Trục xe phi 5mm, độ rộng khuyết 3.66mm 3.2.7 Khới cấp ng̀n a Pin 18650 Ultrafire gì? 17 - Pin 18650 Ultrafire 4200mAh dòng pin sạc sử dụng phổ biến Thường thấy loại đèn pin siêu sáng, pin sạc dự phịng Pin 18650 Ultrafire b Thơng sớ kỹ thuật - Loại pin: Pin sạc / NiMH - Hãng: Ultrafire - Model:Ultrafire 18650 - Điện thế: 3.7V - Dung lượng: 4200 mAh - Kích thước: 18mm*65mm/1 viên IV/ Sơ đờ mạch 18 4.1 Sơ đồ nguyên lý 19 4.3 Mạch in 4.4 Hình ảnh sản phẩm 4.5 Nguyên lí hoạt động Khi xe bắt đầu hoạt động,cả hai động dẫn động hai bánh quay theo chiều thuận,đưa xe phía trước,đồng thời, vi xử lý ở Arduino se liên tục tính tốn khoảng cách từ cảm biến siêu âm robot đến bề mặt phản xạ.Nếu khoảng cách tới bề mặt vận cảm phản xạ cho thấy nhỏ 15cm robot dừng lại,quét phía trái phải,nếu phía trống động quay thuận động dừng cho phép robot hướng trái phải,còn khoảng cách lớn khoảng cách phép robot quay đầu thẳng theo hướng ngược so với lúc đầu 20 V/ Lưu đồ thuật toán code nguồn 5.1 Lưu đồ thuật toán Start Khi khoảng cách trực diện bé 40 cm Đúng Đúng Nếu khoảng cách trái bé khoảng cách phải Đúng Rẽ phải Rẽ trái Đi thẳng 21 5.2 Chương trình điều khiển #include #include install this library //Servo motor library This is standard library //Ultrasonic sensor function library You must //our L298N control pins const int LeftMotorForward = 13; // banh ben trai tien const int LeftMotorBackward = 12; // banh ben trai lui const int RightMotorForward = 11; // banh ben phai tien const int RightMotorBackward = 10; // banh ben phai lui const int ena = 6; const int enb = 5; //sensor pins SR04 #define trig_pin #define echo_pin #define maximum_distance 200 boolean goesForward = false; int distance = 100; NewPing sonar(trig_pin, echo_pin, maximum_distance); //sensor function Servo servo_motor; //our servo name 22 void setup(){ Serial.begin(9600); pinMode(RightMotorForward, OUTPUT); pinMode(LeftMotorForward, OUTPUT); pinMode(LeftMotorBackward, OUTPUT); pinMode(RightMotorBackward, OUTPUT); pinMode(ena, OUTPUT); pinMode(enb, OUTPUT); servo_motor.attach(9); //our servo pin servo_motor.write(90); delay(2000); distance = readPing(); delay(100); distance = readPing(); delay(100); distance = readPing(); delay(100); distance = readPing(); delay(100); analogWrite(ena, 200); // chinh toc dong co ben trai analogWrite(enb, 200); // chinh toc dong co ben trai 23 } void loop(){ int distanceRight = 0; int distanceLeft = 0; delay(50); if (distance = distanceLeft){ // neu khoang cach toi da >= khoang cach ben trai turnRight(); //re phai moveStop(); 24 } else{ // ko thi turnLeft(); // re trai moveStop(); } } else{ moveForward(); // ko phai truong hop tren thi chay thang } distance = readPing(); } int lookRight(){ // nhin phai lay khoang cach servo_motor.write(10); delay(500); int distance = readPing(); delay(100); servo_motor.write(90); return distance; } int lookLeft(){ // nhin trai lai khoang cach servo_motor.write(170); delay(500); int distance = readPing(); 25 delay(100); servo_motor.write(90); return distance; delay(100); } int readPing(){ delay(70); int cm = sonar.ping_cm(); if (cm==0){ cm=250; } return cm; } void moveStop(){ // dung lai digitalWrite(RightMotorForward, LOW); digitalWrite(LeftMotorForward, LOW); digitalWrite(RightMotorBackward, LOW); digitalWrite(LeftMotorBackward, LOW); } void moveForward(){ // di thang 26 if(!goesForward){ goesForward=true; digitalWrite(LeftMotorForward, HIGH); digitalWrite(RightMotorForward, HIGH); digitalWrite(LeftMotorBackward, LOW); digitalWrite(RightMotorBackward, LOW); } } void moveBackward(){ goesForward=false; digitalWrite(LeftMotorBackward, HIGH); digitalWrite(RightMotorBackward, HIGH); digitalWrite(LeftMotorForward, LOW); digitalWrite(RightMotorForward, LOW); } void turnRight(){ 27 digitalWrite(LeftMotorForward, HIGH); digitalWrite(RightMotorBackward, HIGH); digitalWrite(LeftMotorBackward, LOW); digitalWrite(RightMotorForward, LOW); delay(300); digitalWrite(LeftMotorForward, HIGH); digitalWrite(RightMotorForward, HIGH); digitalWrite(LeftMotorBackward, LOW); digitalWrite(RightMotorBackward, LOW); } void turnLeft(){ digitalWrite(LeftMotorBackward, HIGH); digitalWrite(RightMotorForward, HIGH); digitalWrite(LeftMotorForward, LOW); digitalWrite(RightMotorBackward, LOW); 28 delay(300); digitalWrite(LeftMotorForward, HIGH); digitalWrite(RightMotorForward, HIGH); digitalWrite(LeftMotorBackward, LOW); digitalWrite(RightMotorBackward, LOW); } VI/ Đánh giá nhận xét sản phẩm 6.1 Ưu khuyết điểm 6.1.1 Ưu điểm - Mô hình xe tương đối xác 6.1.2 Khút điểm - Tuy nhiên tốc độ tương đối chậm - Những góc hẹp,nhỏ xe di chuyển cịn khó khăn mắc phải nhiều hạn chế 6.2 Hướng phát triển - Cải tiến mơ hình xe lớn hơn, chạy nhanh hơn, khắc phục hạn chế mắc phải - Xây dựng mơ hình kết hợp với dị dường điều khiển từ xa wifi qua điện thoại 29 VII/ Kết luận lời cảm ơn IX/ Tài liệu tham khảo Đồ án tốt nghiệp: Xe tự hành tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm srf05 có điều khiển từ xa ( KTPT- ĐHHHVN) Cộng đồng Arduino Việt Nam (Arduino.vn) Công nghệ chế tạo Robot (kythuatchetao.com) Báo cáo thực tập tốt nghiệp xe tự hành tránh vật cản (text.xemtailieu.com) Clip làm xe Robot tránh vật cản Arduino (linhkien69.vn) 30 ... thành đề tài Chúng em thật biết ơn thầy! Chúng em xin cảm ơn thầy môn thực hành sở dạy bảo, cung cấp cho chúng em học bổ ích kinh nghiệm quý báu không giúp chúng em thực luận văn mà làm hành. .. robot tự hành tránh vật cản dùng để hoạt động môi trường phòng Loại robot tự hành tránh vật cản có kết cấu đơn giản loại trên, thực nhiệm vụ đơn giản Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành tránh... tự hành tránh vật cản phải có khả tự định phương thức điều hướng, định hướng chuyển động để tới đích thực nhiệm vụ định Điều hướng cho robot tự hành tránh vật cản công việc đòi hỏi phải thực