BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT DÒ LINE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HCM VIỆN CƠ KHÍ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT DÒ LINE Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Tên thành viên nhóm: Trần Văn A 20170000 Lê Minh B 20170000 Nguyễn Văn C 20170000 Hà Nội 2021 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT THÔNG MINH .8 1.1- KỶ NGUYÊN CỦA ROBOT THÔNG MINH .8 1.2- CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP ROBOT CỦA CÁC QUỐC GIA .10 1.2.1- Tại nước giới .10 1.2.2- Nghiên cứu robot Việt Nam .12 1.3- GIỚI THIỆU ROBOT DÒ LINE 13 1.4- SƠ LƯỢC CÁC BƯỚC THỰC HIỆN 14 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT DỊ LINE 16 2.1 TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC 16 2.2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC 18 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ROBOT DỊ LINE .24 3.1- LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 24 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE DÒ LINE 31 4.1 KIT ĐIỀU KHIỂN ARDUINO NANO .31 4.2- MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TB6612 34 4.3- HỆ THỐNG DÒ ĐƯỜNG 39 4.4- SƠ ĐỒ KHỐI ROBOT DÒ LINE .45 4.5- SƠ ĐỒ MẠCH THIẾT KẾ ALTIUM 45 4.6- CODE ĐIỀU KHIỂN 48 CHƯƠNG 5- MƠ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE DỊ LINE 50 5.1- GIỚI THIỆU CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG 50 5.2- MƠ PHỎNG XE DỊ LINE 51 LỜI KẾT 61 DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 PHỤ LỤC .64 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1- Hệ thống xe AGV nhà máy Hình 1.2- Robot an ninh Hình 1.3- Robot dò line Nhật Bản 14 Hình 2.1- Hệ tọa độ robot 16 Hình 2.2- Mơ hình phân tích lực bánh chủ động robot 18 Hình 2.3- Cấu tạo động giảm tốc vàng 23 Hình 3.1: Sơ đồ ngun lý mơ hình xe dị line 28 Hình 3.2- Bản vẽ 3D xe dò line 29 Hình 3.3- Bản vẽ 2D xe dò line 30 Hình 4.1- Kit Arduino Nano với vi điều khiển ATEMEGA328P 31 Hình 4.2- Sơ đồ chân Arduino Nano 32 Hình 4.3- Module điều khiển động TB6612 36 Hình 4.4- Mơ hình mạch cầu H 37 Hình 4.5- Động quay thuận .38 Hình 4.6- Động quay nghịch 38 Hình 4.7- Cảm biến hồng ngoại 41 Hình 4.8- Ngun lí hoạt động cảm biến hồng ngoại 42 Hình 4.9- Sơ đồ thiết kế cảm biến hồng ngoại 43 Hình 4.10- Sơ đồ ngun lí module dị line tự thiết kế .43 Hình 4.11- Sơ đồ đấu nối chân mạch 2D 44 Hình 4.12- Hình 3D module dị line tự thiết kế mặt trên, 44 Hình 4.13- Sơ đồ khối ngun lí hoạt động robot dị line 45 Hình 4.14- Phần mềm thiết kế mạch Altium .45 Hình 4.15- Sơ đồ mạch nguyên lí mạch điều khiển 46 Hình 4.16- Mạch 2D PCB 47 Hình 4.17- Mạch 3D PCB 47 Hình 4.18- Lưu đồ thuật toán 49 Hình 5.1- Phần mềm MATLAB 50 Hình 5.2- Biên dạng hoạt động robot 50 Hình 5.3- Sơ đồ nguyên lý động điện DC 51 Hình 5.4- Sơ đồ khối mạch điện phần ứng 52 Hình 5.5- Sơ đồ khối phần momen điện từ 52 Hình 5.6- Sơ đồ khối phần cần momen động 53 Hình 5.7- Sơ đồ khối động với tín hiệu vào điện áp tín hiệu vận tốc 54 Hình 5.8- Sơ đồ khối động với tín hiệu vào điện áp tín hiệu góc quay 55 MỞ ĐẦU Trong sống ngày nay, Robot mang tới cho sống người sống mới, cách trải nghiệm sống người bạn Những hãng Robot (RB) từ nước tiếng giới từ Đức, Nhật bản, Nga, Mỹ ngày khẳng định diện RB phần không thiếu sống tương lai phía trước Nó xuất tất lĩnh vực từ khoa học vĩ mô vi mô ngày đa dạng Trong khuôn khổ môn học Đồ án môn học thiết kế hệ thống CĐT với đề tài thiết kế robot dò line, chúng em tin tưởng với kết có từ việc tìm hiểu tính tốn tiểu luận bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều ý tưởng tương lai tính tốn thiết kế loại Robot thông minh Với bố cục gồm: 1- Tổng quan Robot thông minh, giới thiệu đề tài robot dị line; 2- Tính tốn tốn chuyển động robot; 3- Xây dựng mơ hình khí cho robot dò line SolidWorks; 4- Xây dựng mạch điều khiển, thuật tốn giải thuật điều khiển; 5- Mơ hoạt động Matlab Từ tính tốn chương 2, nhóm đề xuất mơ hình thiết kế hệ thống khí điều khiển cho robot dị line số phần mềm đồ họa mô Nhóm chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Văn A, cảm ơn thầy đóng góp qua giảng hướng dẫn trình trao đổi buổi gặp mặt Những góp ý, sửa chữa thầy phần giúp chúng em tự tin cách thức tiếp cận với cơng nghiệp 4.0 Mặc dù có chuẩn bị em kiến thức em mang đến báo cáo sai sót chưa đúng; chúng em mong có bổ sung, sửa chữa từ thầy cô bạn Chúng em chân thành cảm ơn chúc thầy sức khoẻ! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT THƠNG MINH Cùng với tiến cơng nghệ thông tin, robot trở nên thông minh hệ robot truyền thống Chúng đóng vai trị ngày quan trọng sản xuất thơng 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 CỦA ROBOT THƠNG MINH Năm 2015 thức đánh dấu đời robot thông minh với lên trí tuệ nhân tạo Như vậy, cơng nghệ robot, công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông trí thơng minh nhân tạo chắn tích hợp sâu sắc Robot chào đón kỷ nguyên thông minh sau thời gian dài dừng chân thời kỳ kỹ thuật điện kỹ thuật số Tồn q 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 công nghệ trí thơng minh nhân tạo thị giác máy tính, xử lý ngôn 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 hòa nhập sâu rộng vào xã hội loài 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 tồn diện so với robot truyền thống Chúng mô 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 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: 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 1.1- Hệ thống xe AGV nhà máy Robot dịch vụ nhà: ví dụ robot quét 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 công 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 hồn thành nhiều nhiệm vụ quảng cáo, cung cấp dẫn, tư vấn hỗ trợ, trợ lý cơng việc văn phịng, thực tuần tra an ninh 10 Ở mô nên ta chọn đầu vào cảm biến tín hiệu ngẫu nhiên Mơ hình hố điều khiển: Bộ điều khiển PID cho động cơ: Vào mục Tunning PID để điều chỉnh đáp ứng cho động cơ: 62 Các thông số sau tunning PID: Tốc độ đặt 1, qua điều khiển PID, mơ hình mối quan hệ vận tốc điện áp ta có kết quả: 63 Áp dụng cho hệ thống toàn robot: Bộ điều khiển nhận tín hiệu phản hồi từ cảm biến (ở tín hiệu chọn ngẫu nhiên theo bảng Error mục từ -4 đến 4); Qua điều khiển PID để đáp ứng vị trí đầu vào setpoint =0; Điện áp cấp ban đầu 6V (có thể tuỳ chỉnh theo người đặt), phải y) return y; else return x; } void up(int value) { if (value > 0) { analogWrite(PWMA, speed_maxa); analogWrite(PWMB, constrain(speed_maxb - value, 0, 255)); } else if (value < 0) { analogWrite(PWMB, speed_maxb); analogWrite(PWMA, constrain(speed_maxa +value, 0, 255)); } else { analogWrite(PWMA, speed_maxa); analogWrite(PWMB, speed_maxb); } } void loop() { a1 = analogRead(A0); a2 = analogRead(A2); a3 = analogRead(A3); a4 = analogRead(A4); 72 a5 = analogRead(A5); a6 = analogRead(A6); a7 = analogRead(A7); if((a1>th1)&&(a2