(Đồ án hcmute) nghiên cứu, thiết kế và chế tạo xe vận chuyển tài liệu trong văn phòng tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE VẬN CHUYỂN TÀI LIỆU TRONG VĂN PHÒNG TỰ ÐỘNG GVHD: BÙI HÀ ĐỨC SVTH : TRƯƠNG ĐỒNG BẢO MSSV: 15146007 SVTH : VÕ TRỊNH ANH KHOA MSSV: 15146060 SVTH : NGUYỄN NGỌC THẠCH MSSV: 15146098 SKL 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2019 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE VẬN CHUYỂN TÀI LIỆU TRONG VĂN PHÒNG TỰ ĐỘNG GVHD: TS BÙI HÀ ĐỨC SVTH: TRƯƠNG ĐỒNG BẢO MSSV: 15146007 SVTH: VÕ TRỊNH ANH KHOA MSSV: 15146060 SVTH: NGUYỄN NGỌC THẠCH MSSV: 15146098 KHÓA: K15 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 an LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, đặc biệt thầy cô khoa Đào tạo Chất lượng cao trường Và chúng em xin chân thành cám ơn thầy Bùi Hà Đức nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án Trong trình thực tập, trình làm báo cáo, khó tránh khỏi sai sót, mong thầy, bỏ qua Đồng thời trình độ kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên báo cáo tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy, cô để em học thêm nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt báo cáo tốt nghiệp tới Em xin chân thành cảm ơn! i an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Cùng với mở rộng nhà máy tự động hóa khí hóa, vấn đề việc vận chuyển, bốc dỡ tích trữ hàng hóa trở nên ngày quan trọng Tuy nhiên xe AGV tập trung chủ yếu nhà máy, xưởng sản xuất mà chưa thấy ứng dụng nhiều cơng việc văn phịng, lĩnh vực cần phải cải thiện nâng cao hiệu suất làm việc Hiện nay, công ty Việt Nam phát triển theo mơ hình phịng, ban gồm văn phịng sát cạnh tòa nhà Với việc phải xử lý tài liệu giấy tờ hợp đồng, hồ sơ, giấy tờ cần sếp ký… dẫn tới nhu cầu giao nhận tài liệu phòng với Do đó, nhu cầu có thiết bị tự động giải việc giao nhận tài liệu văn phịng giúp cơng ty nâng cao suất làm việc nhân viên Từ ý tưởng kiến thức học cơ, điện, lập trình… nhóm chúng em định thực đề tài: “XE VẬN CHUYỂN TÀI LIỆU TỰ ĐỘNG TRONG VĂN PHÒNG” ii an MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH .viii TÀI LIỆU THAM KHẢO x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Bố cục báo cáo CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu xe AGV: Xe AGV gì: Các ưu điểm ứng dụng AGV: Phân loại xe AGV: Loại chạy không theo đường dẫn: Loại chạy theo đường dẫn: Các phương pháp nhận diện đường băng kẻ sàn Sử dụng cảm biến dò line Sử dụng camera để nhận diện đường line 2.2 Giới thiệu bánh omni Bánh Omni gì? Các loại bánh omni: Các ứng dụng bánh omni iii an Ứng dụng bánh omni vào thiết kế xe AGV 2.3 Tính tốn động học cho xe AGV 2.4 Nhận dạng đường xử lý ảnh 12 Thu nhận hình ảnh từ camera 12 Tiền xử lý 14 Cân sáng 15 Hệ màu HSV 17 Thuật toán Threshold inRangel 19 Xác định cạnh (edge detection) 20 Nhận diện xử lý lane 23 Tìm xử lý contour 24 Thuật toán Hough 28 Nhận diện trạng thái đường tâm Lane 31 2.5 Giới thiệu Lamp Server 35 Lamp Server gì? 35 Các thành phần Lamp server 35 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 37 3.1 Yêu cầu kỹ thuật 37 Phần dẫn động: 38 Phần khung đỡ 39 Phần đựng tài liệu: 39 3.2 Tính tốn sức bền cho khung 41 3.3 Tính tốn chọn động cơ: 44 CHƯƠNG 4: BỘ ĐIỀU KHIỂN 46 4.1 Thiết kế điều khiển 46 4.2 Chọn phần cứng cho phần điều khiển 47 Chọn điều khiển Master 47 Giới thiệu Raspberry 47 iv an Chọn điều khiển Slave 48 Giới thiệu Adruino nano 48 Chọn driver điều khiển động 48 Chọn pin 49 4.3 Sơ đồ nối dây chi tiết 50 Bộ điều khiển trung tâm 50 Arduino điều khiển động DC servo: 51 Arduino điều khiển mạch RFID để nhận biết trạm 52 Arduino điều khiển mạch RFID để đóng mở tủ điều khiển cảm biến siêu âm HC-SR04 53 CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 54 5.1 Thuật toán xử lý ảnh 55 5.2 Thuật toán xử lý web server 56 5.3 Thuật tốn xử lý tính hiệu RFID 57 5.4 Xử lý vận tốc theo giá trị database manual chọn 58 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ 60 6.1 Kết đạt 60 Mơ hình khí 60 Vận tốc xe 61 Điều khiển 62 Hệ thống web server 62 Hệ thống xử lý ảnh 65 Chạy thực tế 68 6.2 Tổng kết 71 Ưu điểm: 71 Khuyết điểm: 71 Phương án phát triển 71 v an DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PID: Proportional-Integral-Derivative RGB: Red, Green, Blue HSV: Hue, Saturation, Value AVG: Automated Guided Vehicle IR: Infrared remote RFID: Radio Frequency Identification DC: Direct current IC: Integrated Circuit vi an DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: So sánh ưu nhược điểm phương pháp thiết kế xe AGV Bảng 2.2: Giá trị chuyển đổi số màu từ RGB sang HSV 18 Bảng 3.1: Thông số động GA 37 45 Bảng 6.1: Thông số kỷ thuật xe 60 Bảng 6.2: Bảng thời gian chạy thử xe 61 vii an DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 2.1: Cơ chế hoạt động IR hồng ngoại 2.2: Nguyên lý hoạt động chế điều hướng 2.3: Ví dụ thuật tốn nhận diện xe ô tô tự hành 2.4: Các loại bánh omni thông dụng 2.5: Tính toán động học cho xe 2.6: Xe di chuyển với vận tốc Vd 10 2.7: Xe di chuyển hệ tọa độ 11 2.8: Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh tổng quát 12 2.9: Ảnh đầu vào thu từ camera 12 2.10: Ảnh có kích thước 5x5 13 2.11: Giá trị i chạy từ tới theo chiều ngang 13 2.12: Gía trị j chạy từ tới theo chiều dọc 14 2.13: Ảnh đầu vào thu từ camera 14 2.14: Ảnh thu điều kiện đủ thiếu sáng 15 2.15: Ảnh trước sau qua trình cân sáng 16 2.16: Ý nghĩa thông số hệ màu HSV 17 2.17: Ảnh trước sau qua sử lý Threshold inRange 19 2.18: Ma trận Sobel 21 2.19: Hướng làm trịn góc gradient 21 2.20: Cách lấy ngưỡng không cực đại 22 2.21: Ảnh họa hoạt động lọc ngưỡng 22 2.22: Ảnh sau xử lý canny 23 2.23: Lưu đồ thuật toán nhận diện xử lý lane 23 2.24: Ví dụ 4-connectivity 8-connectivity 25 2.25: Mơ tả q trình tìm contour thuật toán Square Tracing 25 2.26: Ví dụ trường hợp thuật tốn chạy sai 26 2.27: Ví dụ trường hợp thuật toán chạy 26 2.28: Mơ tả q trình tìm contour thuật tốn Moore-Neighbor Tracking 27 2.29: Kết sau tìm xử lý contour 28 2.30: Biểu diễn đường thẳng qua hai thông số ρ θ 28 2.31: Đường thằng điểm tọa độ cực 29 2.32: Biểu diễn nhiều đường thẳng qua điểm không gian Hough 29 2.33: Biểu diễn tất đường thẳng qua điểm không gian Hough 30 2.34: Đường thẳng điểm giao đường sin torng không gian Hough 30 2.35: Hình biểu diễn AB trục tọa độ Oxy 31 2.36: Các điểm cần xác định lane 32 2.37: Trạng thái lane thẳng xe lệch trái 34 2.38: Trạng thái lane rẽ phải 34 viii an Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày Tỉ lệ 1:4 Khối lượng: PHẦN ĐỰNG Trang Tổng số trang: 16 TÀI LIỆU DH SPKT HCM Vật liệu Ngành điện tử Khoa DT CLC Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Chữ ký Ngày Tỉ lệ 1:2 Khối lượng: KHUNG ĐỠ Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Vật liệu Trang Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC 10 STT TÊN CHI TIẾT ĐÁY TRÊN ỐC M4 X 10 BÁNH OMNI KE GĨC CHE ĐÁY ĐỘNG CƠ GA37 NHƠM ĐỊNH HÌNH 20 X20 GÁ ĐÔNG CƠ ỐC M3 X 15 ĐÁY DƯỚI 10 SỐ LƯỢNG 36 3 18 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày PHẦN DẪN ĐỘNG Vật liệu Tỉ lệ 1:3 Khối lượng: Trang Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày PHẦN DẪN ĐỘNG Vật liệu Tỉ lệ 1:3 Khối lượng: Trang Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC 252.0 ±0.1 2.0 ± 4.0 R2 ) ±0 ±0.5 30.9 ±0.1 50.0 ±0.1 313.7 ±0.1 402.0 ±0.1 15.0 ±0.1 10.0 ±0.1 30.0 ±0.1 107.1 ±0.1 50.0 ±0.1 91.0 ±0.1 12.0 ±0.1 83.0 ±0.1 79.0 ±0.1 100.0 ±0.1 36.0 ±0.1 100.0 ±0.1 322.0 ±0.1 322.0 ±0.1 12.0 ±0.1 11.9 ±0.1 45.0 ±0.1 ( 22.4 ±0.1 6x 2.0 ±0.1 29.0 ±0.1 R 0.5 2.0 ±0.1 12 x 6xR 0.5 2.5 ± Rz40 6.0 ±0.1 58.0 ±0.1 Nhôm độ dày h = mm 30.0 ±0.1 2.0 ±0.1 43.0 ±0.1 16.0 ±0.1 252.0 ±0.1 10.0 ±0.1 15 x R2.5 48.0 ±0.1 398.0 ±0.1 28.0 ±0.1 ±0.5 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày KHUNG TRÊN Vật liệu: Nhôm Tỉ lệ 1:3 Khối lượng: Trang Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC Rz40 6x 5.0 ( ) 0.5 ± 402.0 ±0.1 352.0 ±0.1 24.4 ±0.1 191.0 ±0.1 40.0 ±0.1 ±0 4x 4.0 ± 0.5 250.0 ±0.1 25.3 ±0.1 5.0 34.3 ±0.1 8x 11.0 ±0.1 11.0 ±0.1 90.0 ±0.1 17.0 ±0.1 11.0 ±0.1 30.0 ±0.1 17.5 ±0.1 15.0 ±0.1 24.8 ±0.1 90.0 ±0.1 36.0 ±0.1 45.0 ±0.1 20.0 ±0.1 29.2 ±0.1 20.0 ±0.1 38.0 ±0.1 70.0 ±0.1 0.5 5.0 ± 14.0 ±0.1 6x 191.0 ±0.1 29.2 ±0.1 14.0 ±0.1 352.0 ±0.1 402.0 ±0.1 90.0 ±0.1 34.0 ±0.1 250.0 ±0.1 11.0 ±0.1 Mica độ dày h = 2mm Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động 256.0 ±0.1 Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày Tỉ lệ 1:3 Khối lượng: NGĂN ĐỰNG Trang Tổng số trang: 16 CAMERA DH SPKT HCM Vật liệu: Mica Ngành điện tử Khoa DT CLC Rz40 250.0 ±0.1 5.0 ± 0.5 xR2 ±0 15.0 ±0.1 ( ) 84.0 ±0.1 101.0 ±0.1 2x 365.0 ±0.1 2.0 ±0.1 81.2 ±0.1 165.5 ±0.1 249.1 ±0.1 359.0 ±0.1 4.0 ±0 84.0 ±0.1 17.0 ±0.1 214.8 ±0.1 214.80 12.0 ±0.1 Gỗ công nghiệp độ dày h = 6mm Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày HỘC TỦ Vật liệu: Gỗ Tỉ lệ 1:2 Khối lượng: Trang Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC 26.3 ±0.1 2x ( ) 0.5 5.0 ± 10.3 ±0.1 1.3 ±0.1 36.3 ±0.1 Rz40 x ±0 58.7 ±0.1 20.7 ±0.5 50.7 ±0.5 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày Tỉ lệ 2:1 Khối lượng: KE GÓC Vật liệu: Sắt Trang 10 Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC 6.5 ±0.1 1.0 ±0.1 2x Rz40 0.5 5.0 ± ( ) 6.5 ±0.1 17.5 ±0.1 17.5 ±0.1 20.8 ±0.1 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày Tỉ lệ 2:1 Khối lượng: KE NHỎ Vật liệu: Sắt Trang 11 Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC Rz40 ( ) Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Chữ ký Ngày Tỉ lệ 2:1 Khối lượng: Võ Trịnh Anh Khoa Trang 12 Tổng số trang:16 Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Vật liệu: Nhựa DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC Rz40 ( ) 138.0 ±0.1 ± 0.1 260 ±0 ±0 120° x Thép độ dày h = 2mm 0° 10 50 23.5° 12 90.0 ±0.1 23.5° Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày Tỉ lệ 1:2 Khối lượng: ĐÁY TRÊN Trang 13 Vật liệu: Thép Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC 48.65 ±0.50 Rz40 100.00 ±0.50 6x ( ) Thép độ dày h = 2mm 5.00 ±0.50 40 ± 0.10 73° 12 R125 0° 23.5° ° 36.5 400.00 ±0.10 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày Tỉ lệ 1:2 Khối lượng: 14 Tổng số trang: 16 ĐÁY DƯỚI Trang DH SPKT HCM Vật liệu: Thép Ngành điện tử Khoa DT CLC 50.0 ±0.1 Rz40 ( ) Mica độ dày h = 2mm 99.0 ±0.1 2x 5± 36.4 ±0.1 125.1 ±0.1 161.4 ±0.1 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày Tỉ lệ 1:1 Khối lượng: CHE ĐÁY Trang 15 Vật liệu: Mica Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC Rz40 ±0 ( ) 10.0 ±0.1 10.0 ±0.1 6x 31.0 Thép độ dày h = 2mm 3.0 ±0.1 ±0.1 60° 12.5 ± 30.0 ±0.1 0.5 23.02 ±0.10 4x 12.5 ±0.2 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo xe vận chuyển tài liệu văn phòng tự động Họ tên Thiết kế Võ Trịnh Anh Khoa Kiểm tra Võ Trịnh Anh Khoa an Duyệt Chữ ký Ngày GÁ ĐỘNG CƠ Vật liệu: Thép Tỉ lệ 2:1 Khối lượng: Trang 16 Tổng số trang: 16 DH SPKT HCM Ngành điện tử Khoa DT CLC an ... HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE VẬN CHUYỂN TÀI LIỆU TRONG VĂN PHÒNG TỰ ĐỘNG GVHD: TS BÙI HÀ... hình: Thiết kế, chế tạo mơ hình xe vận chuyển tài liệu tự động văn phòng sử dụng bánh omni Phần điều khiển: Sử dụng thuật toán xử lý ảnh để nhận diện vật cản đường thông qua thiết bị raspberry Thiết. .. pháp thiết kế xe AGV  Từ phân tích ta thấy phương án thiết kế xe AGV bánh omni phù hợp với đề tài an 2.3 Tính tốn động học cho xe AGV Hình 2.5: Tính tốn động học cho xe Robot tự hành thiết kế