(Đồ án hcmute) chế tạo và điều khiển robot chụp ảnh 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHỤP ẢNH 3D GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH SVTH: LÊ QUANG THẮNG MSSV: 11146203 SVTH: DƯƠNG CÁT HOÀNG HÀ MSSV: 11146216 SVTH: LÊ VĂN BÌNH MSSV: 11146188 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHỤP ẢNH 3D” Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Giảng viên phản biện: PGS.TS PHẠM SƠN MINH Sinh viên thực hiện: LÊ QUANG THẮNG 11146203 DƢƠNG CÁT HỒNG HÀ 11146216 LÊ VĂN BÌNH 11146188 Lớp: 11146CLC Khóa: 2011-2015 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 i an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO Bộ môn :Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Sinh viên thực hiện:LÊ QUANG THẮNG MSSV:11124203 DƢƠNG CÁT HỒNG HÀMSSV: 11146216 LÊ VĂN BÌNH MSSV: 11146188 Tên đề tài: Chế tạo điều khiển robot chụp hình 3D Nội dung đồ án: - Thiết kế, chế tạo Robot chụp hình 3D bậc tự sử dụng động RC-Servo động bƣớc (Khung khí mạch điện điều khiển) Mơ hình hóa động học robot Lập trình robot chuyển động theo quỹ đạo Xây dựng giao diện điều khiển ghép ảnh chụp đƣợc Các sản phẩm dự kiến: Robot chụp ảnh 3D Ngày giao đồ án: 31-1-2015 Ngày nộp đồ án: 10 -7 - 2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Chế tạo điều khiển robot chụp ảnh 3D - Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh Giảng viên phản biện: TS Phạm Sơn Minh Họ tên sinh viên: Lê Quang Thắng - MSSV: 11146203 Lớp:11146CLC Địa liên lạc: Số 8,đƣờng Hiền Vƣơng, Quận 9, TP HCM - Số điện thoại liên lạc: 01694164241 Email:lequangthang.1993@gmail.com Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp:10/7/2015 Lời cam kết: “Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp.Hồ Chí Minh, ngày10 tháng năm 2012 Ký tên Lê Quang Thắng ii an NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Tp.Hồ Chí Minh, Ngày PGS.TS Nguyễn Trƣờng Thịnh iii an tháng năm 2015 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Tp.Hồ Chí Minh, Ngày PGS.TS Phạm Sơn Minh iv an tháng năm 2015 LỜI CẢM ƠN Đề tài đƣợc phát triển lên từ đồ án môn học, đƣợc ủng hộ thầy bạn bè, nhóm phát triển từ phiên khác Em xin cảm ơn đến thầy Nguyễn Trƣờng Thịnh, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em thực đề tài này, em xin cảm ơn đến giúp đỡ, động viên thầy đặc biệt kiến thức sở để em thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Sơn Minh có đóng góp để em hồn thiện đồ án mình, thầy ln gƣơng mẫu mực để hệ sinh viên chúng em noi theo Cảm ơn tập thể lớp 11146CLC, cảm ơn khích lệ bạn mà tự tin thực đề tài Cuối em xin gửi lời cám ơn đến tồn thể thầy trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung thầy cô môn Cơ Điện tử ủng hộ, giúp đỡ em q trình thực Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Lê Quang Thắng Dƣơng Cát Hồng Hà Lê Văn Bình v an TÓM TẮT ĐỀ TÀI CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHỤP ẢNH 3D Khi khoa học cơng nghệ phát triển máy móc đời từ đơn giản đến phức tạp nhằm thay sức lao động cho ngƣời Chúng làm công việc nguy hiểm, độc hại, công việc lặp lặp lại thƣờng gây nhàm chán dễ gây tai nạn cho ngƣời Ngày nay, robot xuất hầu hết lĩnh vực, từ công nghiệp đến đời sống ngƣời số lĩnh vực đòi hỏi xác, liên quan đến ngƣời nhƣ y học quân Tuy nhiên , lĩnh vực quảng cáo,robot lại đƣợc sử dụng Đề tài “Chế tạo điều khiển robot chụp ảnh 3D” giải toán ứng dụng robot lĩnh vực quảng cáo, xa lĩnh vực khác vi an ABSTRACT IMPLEMENTATION AND CONTROL IN 3D PHOTOGRAPHY ROBOT As the development of science and technology, machinery are increasing from simple to complex to replace human labor They dangerous work, hazardous work is often repetitive and gets boring, which make accidents for human In recent years, sciences and technology đƣợc improved, there are more and more complicated machines for supporting people One of the advanced technologies is Robot Robots help so many things in industry human, human lives, medicine and military affairs However, print promotion Strategies, Robot is not common Therefore, the report "Implementation and control in 3D photography Robot" will show how to apply in marketing and other fields Robot vii an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED LỜI CAM KẾT II NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN III NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN IV LỜI CẢM ƠN V TÓM TẮT ĐỀ TÀI VI ABTRACT……………………………………………………………… … …viii MỤC LỤC XIII DANH MỤC HÌNH XIV DANH MỤC BẢNG… VIii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VII CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc trình phát triển robot……………………………………………………1 1.2.Tổng quan robot chụp ảnh giới…………………………………………….….7 1.3 Mục tiêu thực đề tài…………………………………………………………….….12 1.4.Nội dung thực đề tài……………………………………………………………….12 CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA ROBOT 13 2.1.Các thông số, định nghĩa robot………………………………… ……………….13 2.2 Ma trận biểu diễn…………………………………………………… ……………… 13 2.3 Các phép chuyển vị ma trận…………………………………………………………… 14 2.3.1 Phép biến đổi tịnh tiến…………………… …………………………………………15 2.3.2 Phép biến đổi quay quanh trục tọa độ…………… …………… …………… 16 2.4 Động học robot………………………………………………………… ………………16 2.4.1 Mô hình hóa khớp robot………………….……………………………….16 2.4.2 Động học thuận Robot…………………………………………………….…… … 17 viii an 3.4.2 Chƣơng trình Ip Webcam Chƣơng trình trợ giúp biến điện thoại thành Webcam Giúp cho việc truyền ảnh sau chụp đƣợc máy tính dễ dàng Hình 3.19: IP webcam 3.4.3 Kết đạt đƣợc Giao diện điều khiển gồm phần điều khiển robot hoạt động với chức nhƣ chạy, dừng , reset phần ghép ảnh Hình 3.20: Giao diện ngƣời dùng an 45 CHƢƠNG : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 4.1 Mô hình robot hồn chỉnh Hình 4.1 : Mơ hình hồn chỉnh 4.2 Hình ảnh thực nghiệm Hình 4.2: Hình ảnh thực nghiệm 46 an Hình 4.3: hình ảnh giao diện 4.3 Đánh giá: Sau thử nghiệm phƣơng pháp giải động học nghịch phƣơng pháp dùng lý thuyết ma trận số Levenberg-Marquardt dùng ma trận giả đảo để tính động học nghịch robot cho kết tốt Kết thực nghiệm robot cho thấy robot đáp ứng vị trí định hƣớng theo yêu cầu tốt mặt định tính Đề tài đạt đƣợc yêu cầu đặt ra, nhiên để phát triển cách hoàn thiện cần xây dựng phần mềm xử lí ảnh hoàn thiện 47 an CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết trực tiếp đề tài Đề tài thực nội dung đề bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan Mơ hình hóa robot, phân tích, giải động học thuận, động học nghịch robot - Tính tốn, thiết kế quỹ đạo - Xây dựng giải thuật điều khiển robot chuyển động chụp hình Thiết kế, thi cơng phần khí robot - Thiết kế, thi công phần điện cho robot Xây dựng phần mềm hỗ trợ việc điều khiển robot Hồn thành mơ hình khí robot chuyển động nhƣ quỹ đạo thiết kế 5.2 Quá trình nghiên cứu kèm theo Nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab dùng cho thiết kế giao diện ngƣời dùng Nghiên cứu sử dụng Arduino Mega 2560 driver điều khiển động bƣớc 5.3 Những khó khăn thực đề tài - Đề tài robot chụp ảnh ngƣời thực , khó khăn tài liệu tham khảo Đề tài vừa mang tính chất nghiên cứu, vừa mang tính chất chế tạo thử nghiệm nên nhiều thời gian Độ xác động khơng cao Khó khăn kinh phí thực đề tài 5.4 Hƣớng phát triển - Sử dụng động có độ xác cao Nâng cấp phần cứng Sử dụng cảm biến Tối ƣu hóa kết cấu robot: nhẹ hơn, cứng vững - Phát triển phần mềm xử lí hình ảnh đƣợc chụp 48 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Nguyễn Trƣờng Thịnh, " KỸ THUẬT ROBOT",2014 Phan Kì Phùng, Thái Hồng Phong "GIÁO TRÌNH SỨC BỀN VẬT LIỆU”, 2005, Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm “ THIẾT KẾ CHI TIẾT MÁY" 1999 http://arduino.vn/ http://hshop.vn/dong-co-rc-servo-mg996 htps://www.toshiba.com/taec/components2/Datasheet_Sync/201103/DST_TB6 560-TDE_EN_27885.pdf 49 an PHỤ LỤC - Code chƣơng trình điều khiển robot #include #include #define pi 3.14159265 Servo myservo; int Motor1StepPin = 9; int Motor2StepPin = 7; int Motor3StepPin = 12; int Motor1DirPin = 8; int Motor2DirPin = 6; int Home1 = 4; int Home2 = 11; signed long Pst1 = 0; signed long Pst2 = 0; signed long doSteps = 0; ///////////// float t=0.0,x=0.0,y=0.0; float deg=180.0; signed long x0=20000,y0=0,r=20000,x1,y1; unsigned int SpeedMotor1 = 50; unsigned int SpeedMotor2 = 50; unsigned int SpeedMotor3 = 3000; int dem=0; int start=0; int reset=0; /////////////// void moveToPosition(long pulse1, long pulse2); void SetPST(long position1, long position2); void rotary(long pulse); I an void gohome(); void setup() { myservo.attach(2); pinMode(Motor1StepPin, OUTPUT); pinMode(Motor2StepPin, OUTPUT); pinMode(Motor3StepPin, OUTPUT); pinMode(Motor1DirPin, OUTPUT); pinMode(Motor2DirPin, OUTPUT); pinMode(Home1, INPUT); pinMode(Home2, INPUT); digitalWrite(Motor1DirPin, LOW); digitalWrite(Motor1StepPin, LOW); digitalWrite(Motor3StepPin, LOW); digitalWrite(Motor2DirPin, LOW); digitalWrite(Motor2StepPin, LOW); Serial.begin(9600); while (!Serial) {;} myservo.write(170); } void loop() { char dataa=0; if (Serial.available()){ dataa = Serial.read(); if(dataa=='1'){start = 1;} elseif(dataa=='2'){start = 0;} else if(dataa=='3'){myservo.write(170);gohome(); deg=180.0;Pst1=Pst2=0; reset=1;myservo.write(70);delay(2000);myservo.write(170);} else; } if(start == 1){ II an dem=0; deg=deg-0.005; if(deg