NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ROBOT HÚT BỤI THÔNG MINH

ĐỒ ÁN: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ROBOT HÚT BỤI LAU NHÀ THÔNG MINHTrong xã hội hiện đại ngày nay, khoa học kỹ thuật đang phát triển rất mạnh mẽ và đi cùng với đó là sự phát triển các sản phẩm ứng dụng của nó vào thực tế trong nhiều lĩnh vực như: y tế , giáo dục, nông nghiệp, sản phẩm dân dụng… Do đó, với mong muốn áp dụng kiến thức mà nhóm đã học được trong hơn ba năm ở giảng đường đại học , nhóm đã có sáng kiến làm về một sản phẩm khiến cho cuộc sống con người trở nên dễ dàng và thuật tiện hơn. Sản phẩm đó chính là robot hút bụi và lau nhà thông minh. Hay còn có tên gọi khác bằng tiếng anh “Robotic vacuum cleaner”.Robot lau nhà thông minh được thiết kế để có thể lau sàn nhà trong gia đình bằng khăn lau nhà microfiber cao cấp sử dụng sợi hình vòng khép kín độc đáo nhanh chóng lấy sạch mọi bụi bẩn trên sàn nhà. Robot di chuyển theo hình ziczac thông minh dưới sự điều hướng của la bàn điện tử, kết hợp thuật toán điều khiển với vi điều khiển nhằm ổn định hướng đi cho robot. Đảm bảo robot có thể lau sạch toàn bộ khu vực trong ngôi nhà và tránh được các vật cản thông thường trong nhà bằng các cảm biến siêu âm và công tắc hành trình được gắn trên robot. Với việc sử dụng công nghệ mới là cảm biến giá rẻ mà vẫn mang lại hiệu quả cao, sản phẩm hy vọng sẽ có đủ sức cạnh tranh cả về mặt giá lẫn chất lượng so với các sản phẩm robot của các thương hiệu khác trên thị trường.Đồ án được chia thành 5 chương :Chương 1: Tổng quan về đề tàiChương 2: Tổng quan về robot hút bụi, lau nhàChương 3: Cơ sở lý thuyếtChương 4: Thiết kế hệ thống cơ khíChương 5: Xây Dựng Giải Thuật Điều KhiểnChương 6: Kết quả và thực nghiệmChương 7: Kết luận và hướng phát triểnTrong suốt quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã được các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử nhiệt tình chỉ dẫn để hoàn thành đề tài.Trong quá trình thực hiện không khỏi mắc phải những sai sót, mọi lời nhận xét góp ý hoặc bổ sung nhằm hoàn thiện đề tài của các thầy, các bạn là điều vô cùng quý giá đối với nhóm.Xin chân thành cám ơnNGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ROBOT HÚT BỤI LAU NHÀ THÔNG MINH

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.5 Mục tiêu đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI, LAU NHÀ 2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 2.1.1 Trên giới .4 2.1.2 Tình hình nước 2.2 Phạm vi đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Lựa chọn điều khiển 3.1.1 Giới thiệu chung 3.1.2 So sánh đặc tính kỹ thuật hệ thống điều khiển: .7 3.1.3 Các yêu cầu đặc tính kỹ thuật điều hành thiết bị: 3.2 Các linh kiện mạch: .8 3.2.1 Vi điều khiển .8 3.2.2 Cảm biến siêu âm .9 3.2.3 Pin 18650 10 3.2.4 Mạch sạc Pin Lithium .11 3.2.5 Động giảm tốc DC 775-12V 13 3.2.6 Cảm biến hồng ngoại 14 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 15 4.1 Yêu cầu thiết kế 15 4.2 Phương án xây dựng khí mơ hình robot 15 4.2.1 Phương án xây dựng khí 15 4.2.2 Mơ hình robot hút bụi 16 4.2.3 Chế tạo thân robot 17 4.3 Động .17 4.4 Hệ thống hút bụi 18 4.5 Chế tạo chổi quét 18 4.6 Hệ thống bánh xe 18 4.7 Tính tốn khí 19 4.7.1 Tính tốn động bánh xe 19 4.7.2 Tính tốn động hút bụi 21 4.7.3 Tính tốn động chổi qt .22 4.7.4 Tính tốn góc quay robot 23 4.8 Bài toán động học robot 25 4.8.1 Động học robot 25 4.8.2 Động lực học robot 27 CHƯƠNG XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 31 5.1 Tổng quan sơ đồ điều khiển 31 5.2 Hướng di chuyển lưu đồ 31 5.2.1.Các kiểu di chuyển robot 31 5.2.2 Thiết kế mạch điều khiển 36 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM .37 6.1 Kết thiết kế mơ hình 37 6.2 Về khí 37 6.3 Về mạch điều khiển .37 6.4 Tính hiệu .37 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .38 7.1 Kết luận 38 7.2 Hạn chế đề tài 38 7.3 Hướng phát triển 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Irobot Roomba S9 Plus Hình 2.2: Robot hút bụi Roborock S7 Hình 2.3: Kết cấu robot LG Hombot Hình 2.4: Robot di chuyển kiểu zích-zắc .6 Hình 2.5: Robot di chuyển kiểu phân ô Hình 3.1 Adruino Nano Hình 3.2: Cảm biến siêu âm UltraSonic HY-SRF05 10 Hình 3.3: Pin 18650 11 Hình 3.4: Mạch sạc cho Pin Lithium 12 Hình 3.5: Động giảm tốc DC 775-12V 13 Hình 3.6: Cảm biến hồng ngoại 14 Hình 4.1 : Bản vẽ khí robot hút bụi, lau nhà 15 Hình 4.2: Mơ hình thiết kế khí 16 Hình 4.3: Thiết kế khung 17 Hình 4.4: Hệ thống hút bụi robot 18 Hình 4.5: Chổi quét 18 Hình 4.6: Phần bánh xe Robot Hút bụi 19 Hình 4.7: Hướng xoay bánh robot (Xoay Trái) 23 Hình 4.8: Hướng xoay bánh robot gặp vật cản 24 Hình 4.9: Hình học ổ đĩa vi sai WMR, 26 Hình 4.10: Biểu đồ mômen lực phần thân Robot 29 Hình 4.11: Biểu đồ mơ men lực hai bánh xe Tọa độ khung cố định lái xe điểm bánh xe .29 Hình 5.1: Sơ đồ khối hệ điều khiển robot 31 Hình 5.2: Khi robot chuyển động mà không gặp vật cản 32 Hình 5.3: Khi robot chuyển động mà gặp vật cản 32 Hình 5.4: Sơ đồ di chuyển có vật cản phức tạp 34 Hình 6.1 Mặt mặt robot 37 LỜI MỞ ĐẦU Trong xã hội đại ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ với phát triển sản phẩm ứng dụng vào thực tế nhiều lĩnh vực như: y tế , giáo dục, nông nghiệp, sản phẩm dân dụng… Do đó, với mong muốn áp dụng kiến thức mà nhóm học ba năm giảng đường đại học , nhóm có sáng kiến làm sản phẩm khiến cho sống người trở nên dễ dàng thuật tiện Sản phẩm robot hút bụi lau nhà thơng minh Hay cịn có tên gọi khác tiếng anh “Robotic vacuum cleaner” Robot lau nhà thơng minh thiết kế để lau sàn nhà gia đình khăn lau nhà microfiber cao cấp sử dụng sợi hình vịng khép kín độc đáo nhanh chóng lấy bụi bẩn sàn nhà Robot di chuyển theo hình ziczac thơng minh điều hướng la bàn điện tử, kết hợp thuật toán điều khiển với vi điều khiển nhằm ổn định hướng cho robot Đảm bảo robot lau tồn khu vực ngơi nhà tránh vật cản thông thường nhà cảm biến siêu âm cơng tắc hành trình gắn robot Với việc sử dụng công nghệ cảm biến giá rẻ mà mang lại hiệu cao, sản phẩm hy vọng có đủ sức cạnh tranh mặt giá lẫn chất lượng so với sản phẩm robot thương hiệu khác thị trường Đồ án chia thành chương : -Chương 1: Tổng quan đề tài -Chương 2: Tổng quan robot hút bụi, lau nhà -Chương 3: Cơ sở lý thuyết -Chương 4: Thiết kế hệ thống khí -Chương 5: Xây Dựng Giải Thuật Điều Khiển -Chương 6: Kết thực nghiệm -Chương 7: Kết luận hướng phát triển Trong suốt trình thực đề tài, nhóm thầy mơn Cơ Điện Tử nhiệt tình dẫn để hồn thành đề tài Trong q trình thực khơng khỏi mắc phải sai sót, lời nhận xét góp ý bổ sung nhằm hồn thiện đề tài thầy, bạn điều vô quý giá nhóm Xin chân thành cám ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu Hiện robot hút bụi, lau nhà thông minh dần trở thành xu hướng mới, thay máy hút bụi truyền thống để hỗ trợ người công việc dọn dẹp nhà cửa Tại Việt Nam, dòng sản phẩm mắt dự đoán trở thành sản phẩm hot thời gian tới Robot hút bụi, lau nhà tự động coi trợ thủ vô đắc lực thơng minh gia đình, bà nội trợ làm ngày khơng có thời gian chăm sóc nhà cửa Robot thiết kế thơng minh tự động thực cơng việc hút bụi, lau nhà mà không cần hướng dẫn thủ công Máy hút bụi tự động thiết kế nhỏ gọn làm ngóc ngách gầm bàn, gầm giường, ghế sofa, ngóc ngách Ngồi ra, robot thơng minh cịn sử dụng cho nhiều loại sàn khác như: sàn gỗ, thảm, sàn lát gạch, gạch men Trên thị trường có loại robot làm sàn nhà sản phẩm Robot lau nhà, Robot hút bụi robot kết hợp việc hút bụi lẫn lau nhà Trên thực tế để tăng hiệu làm cách tối đa người ta thường sử dụng robot vừa có khả lau nhà vừa có khả hút bụi 1.2 Lý chọn đề tài Là sinh viên ngành kỹ thuật Cơ điện tử với mong muốn giúp ích cho xã hội áp dụng kiến thức thực tiễn vào sống hàng ngày Nhóm định cho đời sản phẩm hứa hẹn đem lại tiện nghi cho gia đình Việt 1.3 Tính cấp thiết đề tài Việc giữ gìn nhà cửa mong muốn hàng triệu gia đình Việt Ai có ước mong trở nhà sẽ, tươm tất sau ngày dài làm việc Ấy mà, theo cách cũ dùng chổi để quét tốn nhiều cơng sức chí sàn nhà dễ bám bụi trở lại, chí vài tiếng Với số lượng công việc cá nhân ngày nhiều, khơng có dành q nhiều thời gian ngày để dọn dẹp nhiều nhà Để tập trung làm cơng việc khác, hộ gia đình Việt Nam cần có giải pháp nhanh chóng tiết kiệm thời gian Vậy nên, sản phẩm “ Robot hút bụi, lau nhà" đời, nhằm trở thành cánh tay đắc lực cho hàng triệu người bận rộn Việt Nam 1.4 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Với đề tài này, nhóm mong muốn tạo robot có khả tự hành nhà, lau dọn hút cát bụi vi khuẩn ngóc ngách, thay người để đảm bảo an tồn, vệ sinh nhà Ngồi tiết kiệm thời gian thân chi phí thuê người giúp việc Với đề tài này, nhóm nghiên cứu mong muốn góp phần tăng khả giao tiếp người robot ngày gần gũi hơn, mang lại mức đời sống cao cho người tạo bầu khơng khí lành 1.5 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu, thiết kế robot hút bụi lau nhà có ngoại hình gần gũi, phù hợp với hoạt động lau dọn nơi nhà hay nơi làm việc, dễ dàng tương tác với người - Cho phép thông báo hồn thành xong phát tín hiệu lượng chứa bụi máy đầy - Phát vật cản phía trước dừng lại để tránh gây hư hỏng cho robot đường di chuyển - Có thể điều khiển robot từ xa thông qua apps smartphone cách dễ dàng 1.6 Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài này, phương pháp sử dụng cho nghiên cứu chủ yếu kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Về nghiên cứu lý thuyết, nhóm tham khảo tài liệu khí, điện - điện tử, tài liệu nghiên cứu nước, đề tài chế tạo robot hút bụi lau nhà làm Về thực nghiệm, nhóm tiến hành thiết kế, Sau hồn thành thiết kế, nhóm hoạt động thử để đánh giá đạt chưa đạt được so với mục tiêu đặt ban đầu Ngoài ra, nhóm kết hợp kiến thức chuyên ngành điện tử, kiến thức đa ngành, sử dụng phần mềm máy tính để tính tốn, thiết kế, mơ phỏng, xây dựng mơ hình thực nghiệm, qua đáp ứng đặc điểm robot, rút kinh nghiệm từ thiết kế trước, tối ưu hóa trình làm việc nâng cao đời sống, bảo đảm an toàn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI, LAU NHÀ 2.1 Tình hình nghiên cứu nước 2.1.1 Trên giới 2.1.1.1 Robot hút bụi thông minh Irobot Roomba S9 Plus Irobot Roomba S9 Plus sản phẩm Robot thông minh hút bụi tự động phân phối công ty Irobot Được iRobot mắt vào đầu tháng năm 2019 Roomba S9 Plus nắm trọn giới robot hút bụi tốt là: giá đắt nhất, tích hợp nhiều cơng nghệ Tự thu gom rác, lực hút 2.700pa, lưu đồ 10 tầng… nhiều cơng nghệ tương lai có sản phẩm Dòng sản phẩm cao cấp thương hiệu tốt hội tụ đủ yếu tố để trở thành “số 1” sản phẩm mơ ước nhân loại Và nhân vật xứng đáng đứng vị trí số top robot hút bụi lau nhà tốt Hiện bày bán cửa hàng ngồi nước Hình 2.1: Irobot Roomba S9 Plus 2.1.1.2 Robot hút bụi Roborock S7 đến từ nhãn hàng Xiaomi Trung Quốc Một siêu phẩm hoàn toàn mang tới đột phá cơng nghệ năm 2021 Đó Robot hút bụi lau nhà Xiaomi Roborock S7 360 đến từ thương hiệu Roborock Đây coi dòng hút bụi cao cấp Xiaomi thời điểm với công nghệ lau rung lần áp dụng đem đến khả làm vượt trội mà dòng Robot trước chưa làm Nếu trước dòng robot gặp trở ngại làm vết bẩn cứng đầu, vết bẩn khơ… Thì Robot roborock S7 với công nghệ lau rung đánh bay vết bẩn, kể vết bẩn khó Đây cải tiến bật đến từ nhà Roborock Ngồi Robot Roborock S7 cịn cải tiến chổi kết hợp với cơng nghệ hút Hyper Force giúp cho robot S7 tập trung áp lực hút trung tâm, cho khả hút bụi nhạy bén khơng bỏ sót khu vực Đặc biệt với công nghệ nhận biết thảm sóng âm giúp Robot Roborock S7 trở thành dịng hút bụi đáng để mua Bởi tính khắc phục nhược điểm mà dòng robot trước mắc phải phun nước thảm, khó qua thảm… Khơng Robot S7 cịn vượt thảm cách dễ dàng nhờ lau nâng lên Hình 2.2: Robot hút bụi Roborock S7 2.1.1.3 Robot LG Hombot Hombot robot hút bụi thông minh hệ mớido hãng LG nghiên cứu chế tạo Hình 2.3: Kết cấu robot LG Hombot Hệ thống cảm nhận vật cản robot sử dụng cảm biến siêu âm, cảm giúp cho robot phát vật cản hiệu quả, đo khoảng cách chuẩn xác Robot tiếp xúc với vật cản từ khoảng cách nhỏ với mm Không giống robot hút bụi khác, Hombot hoạt động hiệu nhờ chế độ di chuyển hợp lý, hình xốy ốc, zigzag, phân ngăn, phân ô.Trang bị camera nhận biết không gian, từ đưa lịnh trình làm việc hiệu cao Ví dụ : nơi mà robot qua không lập lại, ưu tiên làm nơi bẩn Hình 2.4: Robot di chuyển kiểu zích-zắc Hình 2.5: Robot di chuyển kiểu phân 2.1.2 Tình hình nước Hiện Việt Nam, cơng ty công nghệ chưa sản xuất robot hút bụi, lau nhà mang thương hiệu Việt Nam Chúng ta giữ vai trò phân phối sản phẩm robot ngồi nước vào thị trường Việt Nam Các nhãn hàng Robot hút bụi lau, nhà thị trường chủ yếu phân phối từ nước Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Đức dao động mức giá từ 7-15 triệu đồng tuỳ loại sản phẩm tính 2.2 Phạm vi đề tài Theo yêu cầu thực đề tài dừng lại công việc thiết kế chế tạo robot hút bụi, lau nhà tự động Bao gồm hai phần khí điều khiển, phần thiết kế khí nhằm mục đích đưa phương án khí, lựa chọn phương án tiến hành chế tạo sản phẩm thực tế Phần điều khiển có phần thiết kế bo mạch điều khiển thiết kế giải thuật, chương trình điều khiển CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Lựa chọn điều khiển 3.1.1 Giới thiệu chung Ngày với phát triển không ngừng vũ bão công nghệ tin học công nghệ vi mạch tạo đột phá lĩnh vực điều khiển lĩnh vực tự động hóa Vì để điều khiển thiết bị ta dùng nhiều cách sau: - Dùng mạch rơ le - Dung mạch số (vi xử lý) - Dùng máy tính điều khiển - Dùng mođun xử lý PLC(Programmable logic Controller) 3.1.2 So sánh đặc tính kỹ thuật hệ thống điều khiển: Chỉ tiêu so sánh Rơ le Vi Xử Lý Máy Tính PLC Giá thành chức Khá thấp thấp Cao Khá cao Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Khả chống nhiễu Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt Lắp đặt Mất nhiều thời gian thiết kế lắp đặt Mất nhiều thời gian thiết kế Mất nhiề thời gian lập trình lập trình Lắp đặt đơn giản Khả điều khiển tác vụ phức tạp Rất khó Dễ dàng Dễ dàng Đơn giản Khả thay đổi việc điều khiển Rất khó Tương đối khó Khá đơn giản Rất đơn giản Rất tốn nhiều thời gian Tương đối dễ dàng làm đế cắm cho họ IC Khó khăn nhiều mạch điện tử chun Rất dễ dàng với mơđun Cơng tác bảo trì Tính tốn:  F1 = m1 x a = = (N)  (4.34) M = F1 x L = = (N.m) (4.35)  F2 = = = 0.077 (N) (4.36)  Cung tròn mà bánh xe xoay gặp tường (�): C �R = = 0.2� (Với R≈ L) (4.37)  Vận tốc góc: wxoay = = = 0.083(rad/s) (4.38)  Thời gian để xoay xong góc � : t =12 (s) 4.8 Bài toán động học robot 4.8.1 Động học robot Các robot nhà robot di động khác sử dụng kiểu chuyển động truyền động vi sai Pioneer WMR hiển thị ví dụ WMR truyền động vi sai Các thơng số hình học động học robot hiển thị Véc tơ tư (vị trí / hướng) WMR tốc độ là: P= = Vị trí góc tốc độ bánh xe bên trái bên phải {,}, {,}, Các giả định sau thực hiện: - Bánh xe lăn mà không bị trượt - Trục dẫn hướng (lái) vng góc với mặt phẳng Oxy - Điểm Q trùng với trọng tâm G, nghĩa =0 Gọi vận tốc thẳng bánh xe bên trái bên phải vận tốc tâm bánh xe Q WMR Sau đó, chúng tơi nhận được: = +a = -a (4.39) Cộng trừ nhận được: = (+) 2a =- (4.40) 25 Hình 4.9: Hình học ổ đĩa vi sai WMR, (B) Sơ đồ minh họa ràng buộc phi phân hệ Ở đây, giả định khơng trượt, có =r, =r, trường hợp xe bánh, cho bởi: = cos = sin Và hình học WWR miêu tả mối quan hệ sau: = ( cos + cos) = ( sin + sin) =(-) Tương tự, mơ hình động học viết dạng affine không trôi: = + = (4.41) Hoặc: =J Ở : 26 = , = J Jacobian WMR: J= Ở đây, hai trường vectơ chiều là: = ,= Trường cho phép quay bánh xe bên phải cho phép quay bánh xe bên trái Loại bỏ nhận thường lệ ràng buộc khơng phân tích -sin + cos=0 Biểu thị thực tế điểm Q chuyển động dọc theo Qxr vận tốc dọc theo trục Qyr (không chuyển động theo chiều), nghĩa -+=0 Ở , =sin =cos Ma trận Jacobian J có ba hàng hai cột, khơng thể đảo ngược Do đó, giải pháp đưa là: cos + sin= Chúng ta thu được: r= cos + sin+a r= cos + sin - a (4.42) Đó là: = (4.43) 4.8.2 Động lực học robot Ở suy mơ hình động Newton Euler ổ đĩa vi sai trượt Trường hợp trượt dọc (biến wr; wl) trượt bên (biến zr; zl) có mặt xem xét Để thuận tiện, chúng tơi viết lại phương trình động học rơ bốt (với góc lái = : =+ + a, =r - =+ - a, =r - =+ + b =+ + b 27 Định nghĩa vectơ q biến tổng quát là: Q=[ (4.44) Các quan hệ viết dạng ma trận Pfaffian sau: M(q)=0 Ở đây: M(q)= (4.45) Ma trận B(q) vận tốc véc-tơ v(t) thỏa mãn quan hệ: (q)(q)=0, =B(q)v(t) Được tìm thấy mà: B(q)= (4.46) Ở đây: V= (Chú ý ==) (4.47) A=, B= (4.48) C=, D= Để suy mơ hình động Newton Euler, vẽ biểu đồ thân tự thân robot khơng có bánh xe biểu đồ thân tự hai bánh xe Chúng ta có tham số biến động sau: : Mô-men xoắn cung cấp cho bánh xe ,: Các mô-men xoắn tác động lên bánh xe bên phải bên trái động chúng : Khối lượng robot khơng có bánh xe : Khối lượng cụm bánh xe dẫn động (bánh xe cộng với động DC thân robot) : Mômen quán tính trục thẳng đứng qua G (khơng có bánh xe) Hình 4.10: Biểu đồ mơmen lực phần thân Robot 28 Hình 4.11: Biểu đồ mô men lực hai bánh xe Tọa độ khung cố định lái xe điểm bánh xe : Mơmen qn tính bánh xe trục : Mơmen qn tính bánh xe đường kính : Phản lực thân Robot bánh xe ,: Lực kéo ngang bánh xe ,: Lực kéo dọc bánh xe Sử dụng ký hiệu trên, phương trình động lực học Newton Euler rô bốt, viết cho biến tổng quát vectơ, là: = (+)sin - (+)cos = -(+)cos - (+)sin (+2)=(+)b - (+)a +=+=- (4.49) -=-==-r =-r Ở đây: = Cơng thức viết dạng, cụ thể là: D(q)+ h(q,) = E(q)τ + f + (q) F (4.50) Trong đó, M(q) đưa ,và: D=diag[,,+2,,,,,,] H=[0,0,0,,-,-,0,0] E=[], τ= 29 f =[ F=[ Áp dụng theo quy trình, chúng tơi nhận mơ hình rút gọn sau: (q) +(q,)v+(q,)=τ+(q) (4.51) Ở đây: (q)=DB, (q,)=D, (q,)h,=E, (q)= 30 CHƯƠNG XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 5.1 Tổng quan sơ đồ điều khiển Hình 5.1: Sơ đồ khối hệ điều khiển robot *Giá trị đầu vào: Là giá trị thiết lặp sẵn, để điều khiển theo thiết kế, như: o Tọa độ X, Y vị trí mà robot điều khiển di chuyển đến o Khoảng cách giới hạn an toàn robot đo đạt cảm biến ∆(m) o Góc quay  robot gặp vật cản, tường, … *Bộ điều khiển: Nhận giá trị tín hiệu đầu vào, giá trị thiết lập người dùng tín hiệu trả từ cảm biến Từ xử lý thơng số, tiến hành tính tốn, thiết lập lại thơng số để chuyển đến cấu chấp hành hệ thống Cân chỉnh tốc độ động cho phù hợp với điều kiện *Thiết bị điều khiển: Những thiết bị nhận tín hiệu điều khiển điện áp cung cấp từ điều khiển trả ngước tín hiệu cho điều khiển Những thiết bị hoạt động kết hợp với đầu não điều khiển để giúp cho robot hoạt động cách xác linh hoạt *Tín hiệu điều khiển: Các cảm biển cung cấp tín hiệu trạng thái vị trí, phương hướng robot so với tọa độ điều khiển từ ban đầu, từ đưa lên điều khiển để tính tốn lại, hạn chế sai số vị trí robot 5.2 Hướng di chuyển lưu đồ 5.2.1.Các kiểu di chuyển robot 5.2.1.1 Di chuyển theo đường thẳng Ở chế độ này, ta nên đặt điểm bắt đầu cho robot góc chân tường, từ điểm bắt đầu robot chạy men theo mép tường, làm tăng hiệu làm việc Minh họa sơ hướng chuyển động robot theo kiểu di chuyển đường thẳng sau: 31 Hình 5.2: Khi robot chuyển động mà khơng gặp vật cản Hình 5.3: Khi robot chuyển động mà gặp vật cản Thuật tốn chuyển động robot tính tốn dựa vào thông số sau: - D khoảng cách từ cảm biến đến tường phòng (do ta dùng cảm biến đo khoảng cách) nên: o D1: cảm biển khoảng cách trước o D2: cảm biển khoảng cách phải o D3: cảm biển khoảng cách trái - X chiều rộng thân robot tính từ tâm - N số lần phát tường d 1: Sau d1  lần ( tức phát tường lần ) thực việc thay đổi, giá trị d1 = (d1 – x*n) Và lần phát tường lần thứ 4: d2 = (d2 – x*n) d3 = (d3 – x*n) - ∆ ngưỡng giới hạn khoảng cách cho robot - Điều kiện để robot kết thúc cơng việc mình: thỏa điều kiện d = d2 = mà d3 ≠ d3  trường hợp cịn lại *Ưu nhược điểm: 32 Ưu điểm Nhược điểm - Thuật tốn đơn giản - Chỉ làm việc khơng gian đơn giản, vật cản phức tạp - Thời gian dọn dẹp nhanh -Dễ có sai số, bỏ sót nhiều góc nhà *Lưu đồ thuật tốn di chuyển: 5.2.1.2 Chuyển động theo kiểu sóng sin: Ở phương pháp di chuyển này, robot thẳng gặp tường, chuyển 33 động dọc theo hướng ngược lạ (quay đầu) Phương pháp ta đặt robot góc chân tường vừa bắt đầu, robot chuyển động tương tự phương pháp chuyển động thẳng Minh họa chuyển động robot sau: Hình 5.4: Sơ đồ di chuyển có vật cản phức tạp Mô tả: Đặt robot di chuyển dựa vào vách tường phòng phát vách phòng đối diện, vật cản Robot chuyển hướng xoay 180o Robot di chuyển theo quỹ đạo lần di chuyển ( quay phải trái tùy theo người lập trình) phát vách đối diện Lặp lại bước robot khơng cịn xoay (dựa vào tín hiệu cảm biến dịch chuyển vượt ngưỡng quy định) Thuật toán chuyển động robot tính tốn dựa vào thơng số sau: - D khoảng cách từ cảm biến đến tường phòng (do ta dùng cảm biến đo khoảng cách) nên: o D1: cảm biển khoảng cách trước o D2: cảm biển khoảng cách phải o D3: cảm biển khoảng cách trái - X chiều rộng thân robot tính từ tâm - ∆ ngưỡng giới hạn khoảng cách cho robot - Điều kiện để robot kết thúc cơng việc thỏa điều kiện: o Khi làm việc từ góc tường bên này, cảm biến d d3 tiến hành ghi giá trị lớn mà đo xuống d2max d3max Cho đến d2 d3 lặp lại giá trị max lần nữa, xem quét xong lần cho phòng o Robot thực lặp lặp lại, sử dụng giá trị đo đạt lần chạy đầu tiên, thực n lần ( theo cài đặt người dùng ) Khi đạt đủ số lần ngừng 34 - *Ưu nhược điểm: Ưu điểm Nhược điểm - Thuật toán đơn giản - Làm việc tốt môi trường nhiều - Thời gian thực chậm vật cản phức tạp -Vẫn có sai số, *Lưu đồ thuật tốn di chuyển 5.2.2 Thiết kế mạch điều khiển Trong mạch gồm có: +Adruino Nano 35 +Cảm biến SR-04 +Cảm biến hồng ngoại +Mạch điều khiển động L298 +Động chổi quét +Động quạt hút  Mạch điều khiển: Hình 5.4 Mạch điều khiển robot CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 6.1 Kết thiết kế mơ hình 36 Hình 6.1 Mặt mặt robot 6.2 Về khí Để làm phần khí cho robot phần gắn kết với ốc vít Robot có hai bánh xe sau điều hướng bánh đa hướng giữa, với thiết kế robot di chuyển linh hoạt sàn nhà gạch men  Ưu điểm: Giá thành rẻ, dễ thi công Robot di chuyển linh hoạt vào nơi nhỏ hẹp lau chùi cách hiệu sàn nhà  Nhược điểm: Độ bền chưa cao, dễ cong vênh 6.3 Về mạch điều khiển Các module mạch điều khiển gồm: bo mạch vi điều khiển có động chổi quét, động di chuyển, động hút bụi, mạch cảm biến Các mạch sản xuất cơng nghiệp nên có độ bền tính ổn định cao Ngồi ra, khối module kết nối với qua bus nên việc phát triển thuận lợi 6.4 Tính hiệu Hoạt động tương đối hiệu mơi trường vật cản Tùy vào khu vực có hay nhiều vật cản mà diện tích sàn lau khác 37 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu phương pháp điều khiển thiết kế, chế tạo robot hút bụi dựa Robot hút bụi đạt yêu cầu đề khả di chuyển tránh vật cản robot, cách bố trí linh kiện cho robot tính tốn khí xây dựng khối mạch vi điều khiển để điều khiển robot hoạt động theo lưu đồ giải thuật thiết lập 7.2 Hạn chế đề tài Vì chưa có điều kiện thực mơ hình thực tế nên chưa đánh giá khả hoạt động robot Giải thuật robot chưa đa dạng, di chuyển mặt sàn phẳng, vật cản sát tường 7.3 Hướng phát triển Robot cần trang bị thêm cảm biến để định vị không gian Phát triển giải thuật để robot thay đổi quỹ đạo di chuyển không gian robot với quỹ đạo hình xoắn ốc, quỹ đạo ngẫu nhiên, Thực nghiệm robot hút bụi, lau nhà thực tế 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Đào Văn Hiệp, Kỹ thuật Robot, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Dương Minh Trí, Cảm biến Ứng dụng, NXB Trẻ [3] Trần Thế San-Nguyễn Ngọc Phương, Thực hành chế tạo Bobot điều khiển từ xa, NXB Thanh Niên [4] Nguyễn Hữu Lộc, “Cơ sở thiết kế máy”, Nhà xuất ĐHQG, Tp.HCM [5] Trong Hieu Bui, Tan Tien Nguyen, Tan Lam Chung and Sang Kim Bong, 2000, “ A Simple Nonlinear Control of Two-Wheels Welding Robot”, Transactions on Control, Automation, and Systems Engineering Vol.2, No [6] Autonomous Mobile Robots, R Seigwart, I.Nourbakhsh [7] Ying-Wen Bai and Ming-Feng Hsueh, 2012, “Using an Adaptive Iterative Learning Algorithm for Planning of the Path of an Autonomous Robotic Vacuum Cleaner”, The 1st IEEE Global Conference on Consumer Electronics 2012, pp 406~410 39 ... thuật tiện Sản phẩm robot hút bụi lau nhà thông minh Hay cịn có tên gọi khác tiếng anh “Robotic vacuum cleaner” Robot lau nhà thông minh thiết kế để lau sàn nhà gia đình khăn lau nhà microfiber cao... QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI, LAU NHÀ 2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 2.1.1 Trên giới 2.1.1.1 Robot hút bụi thông minh Irobot Roomba S9 Plus Irobot Roomba S9 Plus sản phẩm Robot thông minh hút bụi tự... loại robot làm sàn nhà sản phẩm Robot lau nhà, Robot hút bụi robot kết hợp việc hút bụi lẫn lau nhà Trên thực tế để tăng hiệu làm cách tối đa người ta thường sử dụng robot vừa có khả lau nhà vừa