(Đồ án hcmute) thiết kế, thi công và lập trình điều khiển robot nhện 6 chân

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 ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT KẾ, THI CƠNG VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT NHỆN CHÂN GVHD : SVTH : MSSV : SVTH : MSSV : Nguyễn Văn Thái Đoàn Thanh Sơn 14151126 Huỳnh Đào Thanh Tâm 14151136 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, 2018 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc  Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Sơn MSSV: 14151126 Họ tên sinh viên: Huỳnh Đào Thanh Tâm MSSV: 14151136 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Lớp: 14151CLC Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thái SĐT: 0902807576 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT NHỆN CHÂN Nội dung thực đề tài:  Nghiên cứu, thiết kế phần cứng robot SolidWorks  Tính tốn phương trình động học thuận, động học nghịch cho robot  Nghiên cứu dáng robot áp dụng mơ hình Sản phẩm:  Robot chân TRƯỞNG NGÀNH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Trương Đình Nhơn TS Nguyễn Văn Thái i an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc  PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Đoàn Thanh Sơn Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Đào Thanh Tâm MSSV: 14151126 MSSV: 14151136 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT NHỆN CHÂN Họ và tên Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thái NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giảng viên hướng dẫn ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc  PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Đoàn Thanh Sơn MSSV: 14151126 Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Đào Thanh Tâm MSSV: 14151136 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CƠNG VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT NHỆN CHÂN Họ và tên Giáo viên phản biện: TS Nguyễn Minh Tâm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: 6.Điểm: (Bằng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giáo viên phản biện iii an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái LỜI CẢM ƠN Đề tài “ Thiết kế, thi cơng lập trình điều khiển Robot nhện chân” nội dung nhóm chọn để nghiên cứu làm đồ án tốt nghiệp sau bốn năm theo học chương trình đại học chun ngành Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Để hồn thành q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn này, lời tơi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Thái thuộc khoa Điện – Điện tử Thầy trực tiếp bảo hướng dẫn nhóm suốt trình nghiên để tơi hồn thiện luận văn Ngồi tơi xin chân thành cảm ơn Thầy, Khoa Điện – Điện tử đóng góp ý kiến quý báu cho đồ án Nhân dịp này, xin cảm ơn Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, lãnh đạo anh chị công tác trường tạo điều kiện thời gian cho nhóm suốt q trình nghiên cứu Cuối cùng, nhóm xin cảm ơn đến cha mẹ ln động viên khích lệ tạo điều kiện giúp đỡ suốt q trình thực để nhóm hồn thành đồ án cách tốt Nhóm xin chân thành cảm ơn! i an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái TÓM TẮT Trong đề tài này, nhóm thực việc thiết kế thi công Robot nhện chân với chân cánh tay robot bậc tự Robot tự di chuyển cách độc lập địa hình phẳng Nhóm thiết kế phần cứng Robot nhện chân phần mềm SolidWorks Sau tính tốn động học thuận nghịch dựa thơng số thiết kế Việc lựa chọn vật liệu, thiết bị để thi công robot phần quan trọng thành cơng Robot Sau hồn tất việc thi cơng mơ hình, nhóm tiến hành xử lý thuật toán di chuyển Robot để phù hợp với dáng thực tế Kết cuối nhóm thu mơ hình Robot thiết kế ban đầu Robot hoạt động mục tiêu mong muốn ii an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 2.1: Chiều dài góc xoắn khâu Hình 2.2 : Các thông số khâu : d, a, θ α Hình 2.3: Quy tắc bàn tay phải Hình 2.4: Thông số động học cho chân robot Hình 2.5: Hệ tọa độ không gian cho chân robot 10 Hình 2.6: Chuyển động xoay theo trục 12 Hình 2.7: Phép xoay thân robot 13 Hình 2.8: Phép tịnh tiến cho thân robot 14 Hình 2.9: Sơ đồ bước chân dáng liên tục 16 Hình 2.10: Sơ đồ bước chân dáng không liên tục 18 Hình 3.1: Thân thân robot nhện chân 19 Hình 3.2: Link robot nhện 20 Hình 3.3: Đế đỡ động servo 20 Hình 3.4: Link robot nhện 20 Hình 3.5: Link robot nhện 20 Hình 3.6: Mơ hình robot nhện chân SolidWork 2015 21 Hình 3.7: Board Arduino Mega 2560 22 Hình 3.8: Hình ảnh chi tiết board Arduino Mega 2560 23 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý board Arduino Mega 2560 23 Hình 3.10: Arduino Mega Sensor Shield 24 Hình 3.11: Sơ đồ chức chân Mega Sensor Shield 24 Hình 3.12: Cấu tạo bên RC Servo 25 Hình 3.13: RC Servo Digital RC FR1501 27 Hình 3.14: Mạch giảm áp 27 Hình 3.15: Pin Lipo 3cell 28 Hình 4.1: Mơ hình robot nhện chân thực tế 29 Hình 4.2: Mơ hình kết nối chân robot với Arduino 30 iii an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái Hình 5.1: Hướng phát triển Robot chân tương lai 33 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng thông số DH Bảng 2.2: Bảng thông số D-H cho chân robot Bảng 3.1: Tóm tắt thông số Arduino Mega 2560 22 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật mạch giảm áp 25 Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật pin Lipo 2s 26 iv an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU iv MỤC LỤC .v CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Nội dung đề tài .3 CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung .4 2.2 Bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH) 2.3 Bài toán động học thuận robot 2.4 Bài toán động học nghịch robot 10 2.5 Phương pháp điều khiển thân robot .12 2.6 Kiểu dáng di chuyển cho robot .15 2.6.1 Di chuyển liên tục 15 2.6.2 Di chuyển không liên tục .17 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 19 3.1 Thiết kế robot 19 3.2 Lựa chọn thiết bị 21 3.2.1 Bộ điều khiển board arduino mega 2560 .21 3.2.2 Shield Mega Sensor V2 24 3.2.3 Động RC Servo Digital RC FR1501 .24 3.2.4 Mạch giảm áp DC 27 3.2.5 Pin Lipo 28 CHƯƠNG THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ 29 4.1 Thi công 29 v an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.2 GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái Điều khiển 30 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .32 5.1 Kết luận .32 5.1 Những công việc thực .32 5.1.2 Những mặt hạn chế: .32 5.2 Hướng phát triển để tài 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO .34 Phụ lục 35 vi an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái y=sin(theta1)*(L1 + L3*cos(theta2 + theta3) + L2*cos(theta2)); z=L3*sin(theta2 + theta3) + L2*sin(theta2); Serial.print(x);Serial.print("==");Serial.print(y);Serial.print("==");Serial.println(z); } void updatee() { x=x-1.06; y=y+0.14; } void IK(){ theta1=atan2(y,x); L=sqrt(sq(x)+sq(y)); nx = x*cos(theta1) - L1 + y*sin(theta1); ny = -z; cos_theta3 = ((sq(nx) +sq(ny)) - (sq(L2) + sq(L3)))/(2*L2*L3); sin_theta3 = sqrt(1-sq(cos_theta3)); theta3 = atan2(sin_theta3,cos_theta3); beta_1=atan2(L3*sin(theta3),L2+L3*cos(theta3)); beta_2=atan2(z,L-L1); beta=beta_2-beta_1; theta1=theta1*180/PI; theta2=beta*180/PI; theta3=theta3*180/PI; 38 an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái Serial.print(theta1);Serial.print("==");Serial.print(theta2);Serial.print("==");Serial.prin tln(theta3); } void step_foward() { for (int i = 0; i < 3; i++) { foward(); delay(40); } } void step_right() { for (int i = 0; i < 5; i++) { turn_right(); delay(30); } } void step_left() { for (int i = 0; i < 5; i++) { turn_left(); 39 an BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.Nguyễn Văn Thái delay(30); } } //for (int i = 0; i < 3; i++) // { // up_down(); // delay(200); // } void stepp_left() { for (int i = 0; i < 3; i++) { left(); delay(40); } } void step_back() { for (int i = 0; i < 3; i++) { back(); delay(40); } } void foward() { m=0; for (i=0;i