Nghiên cứu, chế tạo robot hút bụi điều khiển qua bluetooth điện thoại

TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong điều kiện kinh tế xã hội khoa học kỹ thuật phát triển mạnh nhƣ ngày khái niệm robot khơng cịn xa lạ với Robot đƣợc sử dụng rộng rãi phổ biến, xuất sản xuất công nghiệp mà cịn phục vụ gia đình, giải trí, gọi chung robot dịch vụ Bên cạnh nhịp sống ngày gấp rút hối hơn, xuất robot phục vụ tự động gia đình trở nên cấp thiết Sự xuất robot hút bụi tự động mang lại cho sống thêm tiện nghi đại Robot hút bụi sản phẩm kết hợp hệ thống hút bụi lập trình di chuyển để tiến hành hút bụi đƣợc sử dụng ngày nhiều dân dụng Nắm bắt đƣợc nhu cầu trên, robot hút bụi đƣợc nghiên cứu, phát triển giới từ năm 1995 Đến nay, robot hút bụi đƣợc sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu ngƣời với hãng sản xuất nhƣ: Samsung, LG, Sanyo… Nhiệm vụ đề tài khảo sát tính robot hút bụi thị trƣờng, từ cải tiến phát triển robot dựa vi điều khiển Arduino bluetooth điện thoại android ABSTRACT In the socio-economic conditions and technological development as strong as today the concept robot was no stranger to us Robots are widely used and popular, not only appear in industrial production, but also in domestic service, entertainment, collectively called service robots Besides lifestyle increasingly more urgency and hustle, so service robots appear automatically in the family becomes more urgent The advent of robotic vacuum cleaner automatically gives us more life and more modern amenities Robot vacuum cleaners are products that combine vacuum system and programmed to move to conduct vacuum is used more and more in consumer products Catching up with demand, the robot vacuum cleaner has been researching, developing world since 1995 To date, the robot vacuum cleaner has been produced to meet the needs of people with the manufacturer as : Samsung, LG, Sanyo The mission of this project is to examine the features of the robot vacuum cleaners on the market, thus improving and developing robots based on the Arduino microcontroller and Bluetooth phone android Mục Lục I.1 Đặt vấn đề II Giới thiệu số loại Robot hút bụi : II.1 Robot Roomba II.2.Robot LG Hombot III Kế thừa hƣớng nghiên cứu IV Điểm đề tài .10 V Giới hạn đề tài 11 VI Phƣơng pháp nghiên cứu 11 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC 12 I Thiết kế cấu trúc robot 12 I.1 Yêu cầu kĩ thuật robot: 12 I.2 Phƣơng án thiết kế: 12 II.Bài toán quỹ đạo di chuyển robot .23 III.Giải thuật điều khiển : .24 CHƢƠNG : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN 25 I.Các thiết bị linh kiện Robot : 25 I.1 Bộ điều khiển trung tâm: 25 I.2 Mạch công suất (mạch cầu H L298) điều khiển động : 32 I.3 Động driver dùng cho bánh xe : 33 I.4 Động dùng cho chổi quét hệ thống hút bụi : 35 I.5 Module Bluetooth HC06 : .36 I.6 Mạch báo pin 38 I.7 Cảm biến Siêu âm SRF05 39 I.8 Nguồn cấp cho Robot: 41 II Sơ đồ mạch điện .42 CHƢƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT BẰNG PHẦN MỀM APP MIT INVENTOR .49 CHƢƠNG :THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .54 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 I Kết luận: 59 II Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Danh mục hình ảnh: Hình 1.1: Robot Hút Bụi Roomba 18 Hình 1.2: Kết cấu Robot RoomBa 19 Hình 1.3: Quỹ đạo di chuyển robot RoomBa 19 Hình 1.4: Hệ thống chổi RoomBa 20 Hình 1.5: RoomBa tự động sạc pin … 20 Hình 1.6 : Robot LG HomBot 21 Hình 1.7: Hình dáng bố trí chổi qt góc tƣờng 22 Hình 1.8: Kết cấu bố trí cảm biến Robot… .22 Hình 1.9 : HomeBot tiếp xúc vật cản… .23 Hình 1.10: Bố trí nguồn ni chổi Robot 23 Hình 1.11: Robot di chuyển kiểu zigzag .24 Hình 1.12: Robot di chuyển phân ô… 25 Hình 1.13: Robot di chuyển xốy ốc… 25 Hình 2.1: Tổng thể Robot đƣợc thiết kế solidwork 29 Hình 2.2: Bản vẽ thiết kế mặt khung 30 Hình 2.3 : Bản vẽ thiết kế mặt dƣới khung 31 Hình 2.4: Bản vẽ thiết kế chổi quét 32 Hình 2.5: Ngun lí hút bụi 33 Hình 2.6: Bản vẽ hộp đựng bụi 34 Hình 2.7: Bản vẽ hộp đựng rác 35 Hình 2.8: Bản vẽ quạt hút 36 Hình 2.9: Cấu trúc bên robot solidword 37 Hình 2.10: Bánh tự lựa thị trƣờng 38 Hình 2.11: Bánh tự lựa đƣợc chọn 39 Hình 2.12: Sơ đồ thuật toán điều khiển robot 40 Hình 3.1 Mạch Arduino 44 Hình 3.2: Chu trình chạy phần mềm IDE 46 Hình 3.3: Giao diện Arduino IDE 47 Hình 3.4: Arduino Toolbar 47 Hình 3.5: IDE menu … 48 Hình 3.6: File menu 48 Hình 3.7: Sketch menu 48 Hình 3.8: Tool menu 49 Hình 3.9: Hiển thị Board va Serial Port 49 Hình 3.10: Board Arduino sử dụng 49 Hình 3.11: Mạch cầu H 50 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 50 Hình 3.13: Động DC Servo JGA25-371 51 Hình 3.14: Bản vẽ chi tiết động DC Servo JGA25-371 52 Hình 3.16: Động DC gear motor 5V 53 Hình 3.17: Module bluetooth HC06 54 Hình 3.18: Mơ hình Arduino kết nối với module bluetooth HC 06 56 Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý mạch báo pin yếu 56 Hình 3.20: Mạch báo pin yếu 57 Hình 3.21: Cảm biến siêu âm SRF05 57 Hình 3.22 : Pin Lipo sạc 59 Hình 3.23: Sơ đồ mạch điện 60 Hình 3.24: Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển 61 Hình 3.25: Đồ thị điều chế xung PWM 62 Hình 3.26: Sơ đồ ngun lí PWM điều khiển động 64 Hình 3.27: Cấu trúc chung hệ thống vịng kín 64 Hình 4.1: Phần mềm MIT app inventor 67 Hình 4.2: Giao diện App Inventor 69 Hình 4.3: Giao diện điều khiển robot đƣợc thiết kế (Designer) MIT Inventor 70 Hình 4.4: Giao diện lập trình (Blocks) sau Designer 71 Hnh 5.1 : Mơ hình thực tế Robot 72 Hình 5.2: Giao diện Android chế độ AUTO 74 Hình 5.3 : Giao diện Android chế độ MANUAL 75 Danh mục bảng Bảng 3.28 : Tác động Kp,Ki,Kd.… 66 Bảng 3.29 : Cơng thức tính tốn độ lợi KP, KI, KD 66 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I.1 Đặt vấn đề Ngày nay, robot học không đạt thành tựu to lớn sản xuất công nghiệp : cánh tay robot có khả làm việc với tốc độ cao, xác liên tục làm suất tăng nhiều lần so với trước mà ứng dụng đời sống hàng ngày Một sản phẩm robot ứng dụng đời sống robot hút bụi tự động Robot giúp bạn tránh việc phải cùng, tiếp xúc trực tiếp với bụi bặm, tiếng ồn - yếu tố gây tác động xấu lên sức khỏe Với mục tiêu hoạt động nhà, robot hút bụi thiết kế nhỏ gọn để hoạt động nơi người tiếp xúc lau dọn :gầm giường ,ghế ,sofa ,bàn nhỏ… Đồng thời, robot hút bụi có khả phát tránh vật cản, chống rơi để thích hợp hoạt động nhà.Tuy nhiên, phải di chuyển hoạt động nên nguồn nuôi robot pin acquy nên thời gian hoạt động công suất hút bụi robot bị bạn chế Để khắc phục bất tiện nguồn nuôi tăng khả tương tác với người dùng, sản phẩm robot hút bụi nghiên cứu, chế tạo theo hướng thông minh như: tự động sạc nguồn điện yếu nguồn, chức hẹn giờ, lưu đồ đường Hiện ,robot thút bụi nhập sử dụng Việt Nam.Tuy nhiên ,chưa có nghiên cứu nước thực đề tài Vì vậy, nghiên cứu robot hút bụi cần thiết tạo tiền đề chế tạo sản phẩm phù hợp phục vụ nhu cầu nước Page II Giới thiệu số loại Robot hút bụi : II.1 Robot Roomba Robot Roomba hãng iRobot robot hút bụi thông minh Không giống nhƣ loại máy hút bụi thông thƣờng Roomba thực cơng việc hút bụi cách hồn tồn tự động theo chƣơng trình đƣợc lập sẵn Roomba thích hợp cho gia đình văn phịng có gỗ, thảm, đá hoa Hình 1.1 Robot hút bụi Roomba Với kích thƣớc nhỏ gọn robot di chuyển hết phòng ,những nơi mà máy hút bụi thơng thƣờng khó vào đƣợc nhƣ gầm bàn, giƣờng ,sofa,… Page Hình 1.2 Kết cấu Robot RoomBa Các chức bật Roomba điều khiển từ xa remote control tự cảm nhận tránh vật cản, tự động sạc hết nguồn pin Roomba có khả di chuyển linh hoạt nhƣ di chuyển hình xoắn ốc,zigzag,… Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển robot RoomBa Roomba đƣợc trang bị chổi quét, chổi thứ đặt phía trƣớc có chức qt bụi góc tƣờng Chổi thứ hai chổi thứ ba có chiều quay ngƣợc đƣa bụi nhƣ rác vào hộp đựng bụi Hộp đựng bụi mà lọc khơng khí Page Hình 1.4 Hệ thống chổi RoomBa Robot Roomba có khả báo hết pin tự động tìm nơi sạc pin Hình 1.5 RoomBa tự động sạc pin Với giá thành tầm khoảng gần 11 triệu vnd so với thị trƣờng tiêu thụ Việt Nam cao Page { //change the percentage range of -> 100 into the PWM //range of -> 255 using the map function int duty = map(percent, 0, 100, 0, 255); switch(mode) { case 0: //disable/coast digitalWrite(ENA, LOW); //set enable low to disable A break; case 1: //turn clockwise //setting IN1 high connects motor lead to +voltage digitalWrite(IN1, HIGH); //setting IN2 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN2, LOW); //use pwm to control motor speed through enable pin analogWrite(ENA, duty); break; case 2: //turn counter-clockwise //setting IN1 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN1, LOW); Page 70 //setting IN2 high connects motor lead to +voltage digitalWrite(IN2, HIGH); //use pwm to control motor speed through enable pin analogWrite(ENA, duty); break; case 3: //brake motor //setting IN1 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN1, LOW); //setting IN2 high connects motor lead to ground digitalWrite(IN2, LOW); //use pwm to control motor braking power //through enable pin analogWrite(ENA, duty); break; } } //******************************************************** //**************** Motor B control ***************** Page 71 void motorB(int mode, int percent) { //change the percentage range of -> 100 into the PWM //range of -> 255 using the map function int duty = map(percent, 0, 100, 0, 255); switch(mode) { case 0: //disable/coast digitalWrite(ENB, LOW); //set enable low to disable B break; case 1: //turn clockwise //setting IN3 high connects motor lead to +voltage digitalWrite(IN3, HIGH); //setting IN4 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN4, LOW); //use pwm to control motor speed through enable pin analogWrite(ENB, duty); break; case 2: //turn counter-clockwise //setting IN3 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN3, LOW); Page 72 //setting IN4 high connects motor lead to +voltage digitalWrite(IN4, HIGH); //use pwm to control motor speed through enable pin analogWrite(ENB, duty); break; case 3: //brake motor //setting IN3 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN3, LOW); //setting IN4 high connects motor lead to ground digitalWrite(IN4, LOW); //use pwm to control motor braking power //through enable pin analogWrite(ENB, duty); break; } } void robotMANUAL(byte inR1, byte inR2, byte inL1, byte inL2,byte ena,byte enb, byte action) { digitalWrite(ena,HIGH); digitalWrite(enb,HIGH); switch (action) Page 73 { case 0: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; case 1: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); break; case 2: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; case 3: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; case 4: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); break; case 5: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; case 6: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); Page 74 break; case 7: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; case 8: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; default: action = 0; } } void motorControlNoSpeed (byte in1,byte in2, byte direct) { switch (direct) { case 0: digitalWrite(in1,LOW); digitalWrite(in2,LOW); break; case 1: digitalWrite(in1,HIGH); digitalWrite(in2,LOW); Page 75 break; case 2: digitalWrite(in1,LOW); digitalWrite(in2,HIGH); break; } } 2.Lập Trình Trên App MIT Inventor : Page 76 Page 77 Page 78 Page 79 Page 80 Page 81 Page 82 Page 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học : “Nghiên Cứu Chế Tạo Robot Hút bụi Tự Động” - 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.1 - 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”, The1st IEEE Global Conference on Consumer Electronics 2012, pp.406~410 -Autonomous Mobile Robots, R Seigwart,I.Nourbakhsh - “Báo Cáo Phƣơng Pháp Nghiên Cứu Khoa Học Tìm Hiểu Board Mạch Cho Arduino Và Các Ứng Dụng Của Nó” Trang web : “www.google.com” Trang web: ”www.youtube.com” Page 84 ... qua điện thoại Android Trong đề tài ? ?Nghiên cứu, chế tạo robot hút bụi điều khiển qua Bluetooth điện thoại? ?? Tôi sâu vào việc thiết kế gia cơng khí cho robot ,phân tích xác định độ xác lắp ghép,... Giới thiệu số loại Robot hút bụi : II.1 Robot Roomba Robot Roomba hãng iRobot robot hút bụi thông minh Không giống nhƣ loại máy hút bụi thông thƣờng Roomba thực cơng việc hút bụi cách hồn tồn tự... cứu chế tạo robot hút bụi tự động” I Thiết kế cấu trúc robot I.1 Yêu cầu kĩ thuật robot: Robot hút bụi có nhiệm vụ di chuyển hút bụi tránh vật cản phía trƣớc Phần khí robot hút bụi cứng vững để