Hệ thống robot vượt địa hình

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  BÀI T P ỚN ÔN HỌC THI T K HỆ TH NG CƠ ĐIỆN T Giáo viên hướng dẫn TS Phan Đình Hiếu Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Cường 2019606109 Ng.

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BÀI T P ỚN ÔN HỌC: THI T K HỆ TH NG CƠ ĐIỆN T Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Cường 2019606109 Nguyễn Minh Trường 2019606048 Nguyễn Trần Anh Vũ 2019607002 Hà Nội- 2022 Nhận xét phản biện MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THI T K - 1.1 Nhu cầu thị trường, công ty, môi trường 1.2 Tiềm thị trường - 1.2.1 Khảo sát nhu cầu doanh nghiệp Việt Nam 1.2.2 Nhiệm vụ công ty 14 1.3 Phân loại Robot 15 1.3.1 Phân loại theo phương pháp di chuyển 15 1.3.2 Phân loại theo môi trường hoạt động 18 1.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển -20 1.4 Ứng dụng robot vượt địa hình -21 1.5 Một số loại robot vượt địa hình giới -24 1.6 Lên ý tưởng thiết kế -26 1.7 Thiết lập danh sách yêu cầu 27 CHƢƠNG THI T K SƠ BỘ 33 2.1 Xác định vấn đề 33 2.2 Thiết lập cấu trúc chức -41 2.2.1 Xây dựng cấu trúc chức -41 2.2.2 Khối chức 42 2.3 Phát triển cấu trúc làm việc -44 2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc -46 CHƢƠNG THI T K CỤ THỂ 49 3.1 Xây dựng bước thiết kế cụ thể 49 3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc danh sách yêu cầu -49 3.1.2 Xác định điều kiện biên không gian cưỡng bước thiết kế cụ thể 50 3.1.3 Xác lập layout thô – xác định phận thực chức -51 3.1.4 Lựa chọn layout sơ phù hợp -52 3.1.5 Danh sách checklist 53 3.2 Tích hợp hệ thống 54 3.3 Tính tốn, thiết kế, phác thảo sản phẩm 55 3.3.1 Tính tốn -55 3.3.2 Thiết kế khí 59 3.4 Thiết kế mạch điện tử -62 3.4.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống 62 3.4.2 Thiết kế mạch -64 3.5 Phần mền lập trình điều khiển -73 3.5.1 Phần mềm Arduino IDE -73 3.5.2 Phần mềm tạo app điều khiển MIT app inventor -74 3.6 Mô thử nghiệm hệ thống 78 CHƢƠNG TỔNG K T 80 4.1 Kết luận -80 4.2 Những định hướng phát triển mơ hình tương lại 80 PHỤ LỤC 82 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Số lượng robot Việt Nam Hình 1-2: Biểu đồ quy mơ loại hình doanh nghiệp Việt Nam -13 Hình 1-3: Ứng dụng robot leo cầu thang sau khảo sát 13 Hình 1-4: Robot di chuyển sử dụng bánh xe -16 Hình 1-5: Robot di chuyển sử dụng chân -17 Hình 1-6: Robot Packbot 510 di chuyển sử dụng bánh xích -17 Hình 1-7: Máy bay khơng người lái UAV 18 Hình 1-8: Robot di chuyển nước -19 Hình 1-9: Robot di chuyển mặt đất -20 Hình 1-10: Robot Sojourner bề mặt Sao Hỏa -21 Hình 1-11: Robot vận chuyển hàng hóa nhà máy 22 Hình 1-12: Robot cứu hỏa Thermite -23 Hình 1-13: iRobot 210 24 Hình 1-14: iRobot’s 710 Warrior 25 Hình 1-15: iRobot's 510 Packbot 25 Hình 1-16: Robot thám hiểm Sao Hỏa Opportunity -26 Hình 2-1: Sơ đồ khái quát chức tổng thể -41 Hình 2-2: Sơ đồ cấu trúc chức -41 Hình 2-3: Khối chức dẫn động 42 Hình 2-4: Khối chức khống chế tốc độ -42 Hình 2-5: Khối chức bảo vệ hệ thống điện -43 Hình 2-6: Khối chức nhận diện địa hình -43 Hình 2-7: Khối chức chống va đập 44 Hình 3-1: Lựa chọn layout sơ -52 Hình 3-2: Lưu đồ thuật tốn 54 Hình 3-3: Phân tích lực 55 Hình 3-4: Động gạt nước 57 Hình 3-5: Sơ đồ cấu tạo động gạt nước -57 Hình 3-6: Động planet -59 Hình 3-7: Bản vẽ tách -59 Hình 3-8: Mơ hình 3D -60 Hình 3-9: Bánh xe trục phụ -60 Hình 3-10: Bánh xe trục -61 Hình 3-11: Bản vẽ thân 61 Hình 3-12: Bản vẽ -62 Hình 3-13: Nguyên lý hệ thống điện, điện tử 62 Hình 3-14: Sơ đồ mạch mơ hệ thống 63 Hình 3-15: Bo mạch Arduino uno R3 -64 Hình 3-16: Pin lipo TCB 12v-3s -66 Hình 3-17: Modun điều khiển tốc độ động L298 V3.1 67 Hình 3-18: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS 69 Hình 3-19: Động RC servo MG996 70 Hình 3-20: Module bluetooth HC05 -72 Hình 3-21: Mạch thiết kế proterus -73 Hình 3-22: Giao diện phần mềm Arduino IDE 74 Hình 3-23: Giao diện phần mềm app Inventor -75 Hình 3-24: Tạo giao diện cho app điều khiển MIT app inventor -75 Hình 3-25: Lập trình cho app điều khiển -76 Hình 3-26: Giao diện app điều khiển điện thoại 77 Hình 3-27: Khi robot phát vật cản -78 Hình 3-28: Khi robot khơng phát triển vật cản -79 DANH MỤC BẢNG BIỂU ảng 1-1: Mong muốn khách hàng 14 ảng 1-2: Thiết lập danh sách yêu cầu 27 ảng 2-1: Phát triển cấu trúc làm việc 44 ảng 2-2: Lựa chọn cấu trúc làm việc 46 ảng 3-1: Xác lập phần layout thô 51 ảng 3-2: Danh sách checklist 53 ảng 3-3: Bảng thông số Arduino Uno R3 65 ảng 3-4: Bảng thông số pin Lipo TCB 66 ảng 3-5: Bảng thông số module L298 V3.1 68 ảng 3-6: Bảng thông số động RC Servo MG996 70 ảng 3-7: Thông số kỹ thuật Module bluetooth HC05 72 LỜI NÓI ĐẦU Từ xưa đến khát vọng chinh phục tự nhiên thúc người tìm tịi, nghiên cứu khoa học Cho đền thành tựu khoa học mà người đạt to lớn nhiều lĩnh vực, nơi không gian mà người không làm được, việc chế tạo robot thơng minh hoạt động cách độc lập, linh hoạt môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm Có thể nói Robot thành tựu Cơ Điện Tử xuất từ sớm có thay đổi mạnh mẽ, thơng minh, linh hoạt xác ên cạnh việc ứng dụng công nghệ không dây vào việc truyền nhận thông tin người điều khiển Robot giúp cho Robot hoạt động có hiệu nhờ điều khiển trực tiếp từ người tình bất ngờ mà thân khơng thể xử lí được, ngồi mang đến an tồn cho người điều khiển môi trường nguy hiểm Là sinh viên thuộc ngành Cơ Điện tử khối ngành kĩ thuật, học kiến thức khoa học mà hệ trước để lại việc thiết kế sản phẩm Cơ Điện Tử hội tốt cho chúng em nắm rõ kiến thức học Từ đó, chúng em chọn đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử “Robot leo cầu thang” cho tập lớn Tuy cố gắng tìm tịi, nghiên cứu sử dụng kiến thức thân hạn chế kiến thức rộng lớn khoa học nên chúng em không tránh thiếu sót hay mặt cơng nghệ cịn lạc hậu Vì chúng em mong nhận bảo tận tình thầy khoa giúp chúng em bổ sung nắm vũng vốn kiến thức CHƢƠNG PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THI T K 1.1 Nhu cầu thị trƣờng, công ty, môi trƣờng Nền kinh tế Việt Nam kinh tế phát triển nhanh giới.Tuy nhiên, Việt Nam liệt vào nước có chuẩn bị yếu cho công nghiệp 4.0 theo báo cáo diễn đàn kinh tế giới, xếp hạng thấp tronng hạng mục cách mạng khoa học cơng nghệ Để cải thiện tình trạng này,chính phủ tập trung phát triển sáng kiến luật pháp để đẩy nhanh tiến trình đại hóa.Trong năm đổ lại đây, ngành cơng nghiệp nói chung ,tự động hóa nói riêng coi xương sống kinh tế.Trong chiến lược phát triển khoa học công nghệ chế tạo máy-tự động hóa bốn hướng ưu tiên, bên cạnh công nghệ thông tin truyền thông, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu công nghệ môi trường Vì nhu cầu robot Việt Nam tăng trưởng xu hướng quan trọng nh m đón đầu xu hướng Robotics cơng nghệ cao để giảm nhân cơng chi phí vận hành, tạo trì lợi cạnh tranh cho doanh nghiệp Robot sử dụng ngày phổ biến nhà máy, xí nghệp hộ gia đình 1.2 Tiềm thị trƣờng 1-1: Số lượng robot Việt Nam Từ đồ thị cho ta thấy việc sử dụng robot xu hướng tất yếu, Việt Nam việc ứng dụng robot hoàn toàn vấn đề doanh nghiệp định hướng ưu tiên mà chưa có chiến lược cụ thể Để tăng suất lao động, tăng tính cạnh tranh sản phẩm… cần chương trình hoạch địch dài hạn, có tính thống cao để tạo đường lối áp dụng robot công nghiệp cách thuận lợi, dễ dàng cho doanh nghiệp.Việc chế tạo lắp đặt đảm bảo chất lượng tốt quán hơn, nâng cao suất, an toàn, thúc đẩy phát triển kinh tế nâng cao đời sống người  Việt Nam đất nước tiềm để phát triển 1.2.1 Khảo sát nhu cầu doanh nghiệp Việt Nam Nhóm đặt tiêu chí cụ thể tiến hành khảo sát 50 doanh nghiệp để đưa nhìn khách quan thị trường Việt Nam triển tích hợp Arduino IDE (Arduino Integrated Development Environment) trình soạn thảo văn bản, giúp viết code để nạp vào bo mạch Arduino 3-22: Giao diện phần mềm Arduino IDE 3.5.2 Phần mềm t o pp iều khiển MIT app inventor MIT app inventor ứng dụng web nguồn mở ban đầu cung cấp Google trì Viện Cơng nghệ Massachusetts (MIT) Nền tảng cho phép nhà lập trình tạo ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành Android (OS) B ng cách sử dụng giao diện đồ họa, tảng cho phép người dùng kéo thả khối mã blocks) để tạo ứng dụng chạy thiết bị Android 74 3-23: Giao diện phần mềm app Inventor 3-24: Tạo giao diệ c o app điều khiển MIT app inventor 75 3-25: Lập tr c o app điều khiển 76 3-26: Giao diệ app điều khiể trê điện thoại 77 3.6 Mô thử nghiệm hệ th ng Khi cảm biến phát vật cản phía trước động servo mở góc 90°, đèn led sáng, bốn động phụ, với động quay đẩy robot phía trước, sau 1,5s servo đóng lại nâng phần đầu robot lên, với động quay giúp cho robot leo lên bậc cầu thang 3-27: Khi robot phát vật cản Khi khơng có vật cản phía trước động servo đóng lại, đèn led tắt, động phụ dừng hoạt động Robot hoạt động với động Đánh giá hệ thống: - Hệ thống chạy ổn định - Tuy nhiên khả đáp ứng chậm Khả phát triển: ứng dụng robot leo địa hình, robot hút bụi, 78 3-28: Khi robot không phát triển vật cản 79 CHƢƠNG TỔNG K T 4.1 K t luận Qua thời gian nghiên cứu thực hiện, đến nhóm chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: "Thiết kế chế tạo robot leo cầu thang dùng khung bán nguyệt " giảng viên TS Nguyễn Văn Trường hướng dẫn Qua mơ hình đạt kết thiết kế mô hình mini sử dụng arduino điều khiển b ng app điện thoại chứng tính khả thi ý tưởng, tính tốn chọn động cơ, truyền xích, đường kính trục, xây dựng giải tốn động học, động lực học mobile robot Thông qua đồ án chúng em trau dồi thêm nhiều kiến thức mới; vận dụng kiến thức lý thuyết học, áp dụng vào thiết kế hệ thống điện tử thực tế từ khâu thiết kế, lắp ráp cấu khí, điều khiển lập trình Ngồi chúng em cịn học thêm nhiều kỹ như: kỹ tự tìm kiếm tài liệu, tổng hợp thơng tin, kỹ chế bản, kỹ trình bày,… Giúp chúng em có thêm kiến thức kinh nghiệm cần thiết để áp dụng vào công việc thực tế sau trường 4.2 Những ịnh hƣớng phát triển củ mơ hình tƣơng l i Trong tương lai, để phát triển đồ án nhóm chúng em tiếp tục nghiên cứu thêm để hồn thiện mơ hình robot cải tiến mơ hình 3D giao diện điều khiển để thân thiện tiện dụng với người dùng hơn, nâng cao tính thẩm mĩ, hướng tới tích hợp cảm biến, ứng dụng xử lí ảnh để robot hoạt động độc lập khơng cần can thiệp người Cùng với đó, chúng em muốn đưa đề tài đến với hệ sinh viên để trở thành công cụ học tập nghiên cứu arduino,lập trình điều khiển qua luetooth… 80 Cùng với nhóm tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu để chế tạo sản phẩn thực tế có khả leo cầu thang tịa nhà cao tầng để chuyển hàng hóa, cứu nạn, 81 PHỤ LỤC Code cho chương trình điều khiển #include #include Servo myservo1, myservo2 ; #define sensor 12 #define led #define motor1 13 #define TX_PIN #define RX_PIN char value; SoftwareSerial bluetooth(RX_PIN, TX_PIN); int baudRate[] = {300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200}; int enbA=6; int in1 = 7; int in2 = 8; int in3 = 9; int in4 = 10; int enbB=5; void setup() { Serial.begin(9600); while (!Serial) {} Serial.println("Configuring, please wait "); for (int i = ; i < ; i++) { bluetooth.begin(baudRate[i]); 82 String cmd = "AT+BAUD4"; bluetooth.print(cmd); bluetooth.flush(); delay(100); } bluetooth.begin(9600); Serial.println("Config done"); while (!bluetooth) { Serial.println("Enter AT commands:"); pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); pinMode(in3, OUTPUT); pinMode(in4, OUTPUT); pinMode(enbA, OUTPUT); pinMode(enbB, OUTPUT); digitalWrite(in1, LOW); digitalWrite(in2, LOW); digitalWrite(in3, LOW); digitalWrite(in4, LOW); digitalWrite(enbA, LOW); digitalWrite(enbB, LOW); pinMode(sensor, INPUT); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(motor1, OUTPUT); myservo2.attach(4); myservo1.attach(11); } 83 void loop() { value=""; if (bluetooth.available()) { value=bluetooth.read(); Serial.write(value); switch(value) { case 'f': dithang(); break; case 'b': dilui(); break; case 'l': disangtrai(); break; case 'r': disangphai(); break; case 's': dunglai(); 84 break; case 't': xoayphai(); break; case 'p': xoaytrai(); break; } } } void dithang() { analogWrite(enbA, 150); analogWrite(enbB, 150); digitalWrite(in1, 0); digitalWrite(in2, 1); digitalWrite(in3, 0); digitalWrite(in4, 1); } void dunglai(){ analogWrite(enbA, 0); analogWrite(enbB, 0); digitalWrite(in1, 0); digitalWrite(in2, 0); digitalWrite(in3, 0); digitalWrite(in4, 0); } 85 void disangphai() { analogWrite(enbA, 150); analogWrite(enbB, 0); digitalWrite(in1, 0); digitalWrite(in2, 1); digitalWrite(in3, 0); digitalWrite(in4, 0); } void disangtrai() { analogWrite(enbA, 0); analogWrite(enbB, 150); digitalWrite(in1, 0); digitalWrite(in2, 0); digitalWrite(in3, 0); digitalWrite(in4, 1); } void dilui() { analogWrite(enbA, 150); analogWrite(enbB, 150); digitalWrite(in1, 1); digitalWrite(in2, 0); digitalWrite(in3, 1); digitalWrite(in4, 0); 86 } void xoay() { analogWrite(enbA, 150); analogWrite(enbB, 150); digitalWrite(in1, 0); digitalWrite(in2, 1); digitalWrite(in3, 1); digitalWrite(in4, 0); } void xoaytrai() { analogWrite(enbA, 1500); analogWrite(enbB, 150); digitalWrite(in1, 1); digitalWrite(in2, 0); digitalWrite(in3, 0); digitalWrite(in4, 1); } void xoayphai() { analogWrite(enbA, 150); analogWrite(enbB, 150); digitalWrite(in1, 0); digitalWrite(in2, 1); digitalWrite(in3, 1); digitalWrite(in4, 0); } 87 void cambien() { if (digitalRead(sensor) == 1) { Serial.println("Phat hien vat can"); digitalWrite(led, HIGH); myservo2.write(0); myservo1.write(0); digitalWrite(motor1, HIGH); delay(1500); myservo2.write(90); myservo1.write(90); } else { Serial.println("KHONG phat hien vat can"); digitalWrite(led, LOW); } 88 ... số mơ hình robot vượt địa hình chúng em mong muốn thiết kế robot vượt địa hình để thay người làm công việc nặng nhọc nguy hiểm Trong địa hình cầu thang loại địa hình phức tạp phổ biến thế, vượt. .. dây điện sàn nhà 1.4 Ứng dụng robot vƣợt ịa hình Các tiến khoa học kỹ thuật ngày phát triển áp dụng vào thực tiễn nhiều hơn, có robot vượt địa hình Robot vượt địa hình phát triển phục vụ cho nhiều... nghiệp Công ty sản xuất hệ thống: - Đem lại xuất lớn - Thời gian làm việc tối ưu - Giá thành cạnh tranh với hệ thống có thị trường 1.3 Phân lo i Robot Robot vượt địa hình phân loại b ng nhiều