ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạt

ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạtĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT đề tài Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN DOG ROBOT Giảng viên hướng dẫn: Võ Lâm Chương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Cường 19146055 Nguyễn Ngọc Hiếu 19146054 Phạm Tiến Trọng 19146286 Ngành: CNKT Cơ Điện tử Khóa: 2019-2023 TP HỒ CHÍ MINH – 12/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: Võ Lâm Chương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Cường MSSV: 19146055 Điện thoại: 0902906201 Nguyễn Ngọc Hiếu MSSV: 19146054 Điện thoại: 0335348856 Phạm Tiến Trọng MSSV: 19146286 Điện thoại: 0327545952 Tên đề tài - Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạt Các số liệu, tài liệu ban đầu - Bản vẽ mơ hình Dog Robot - Phân tích động học, động lực học, quỹ đạo chuyển động Dog Robot Nội dung đồ án - Hồn thiện lắp ráp Dog Robot - Điều khiển Dog Robot di chuyển - Mô điều khiển hoạt động Dog Robot Các sản phẩm dự kiến - Mô hình Dog Robot - Quyển báo cáo, vẽ Robot slide trình chiếu Ngày giao đồ án: 22/08/2022 Ngày nộp đồ án: 29/12/2022 Ngôn ngữ trình bày: - Bản báo cáo: Tiếng Việt - Trình bày bảo vệ: Tiếng Việt TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Ngày tháng năm 2022 Giảng viên hướng dẫn Giảng viên phản biện Ký tên Ký tên LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chận thành gửi lời cảm ơn đến thầy Võ Lâm Chương tận tình hướng dẫn, cung cấp nhiều tài liệu cần thiết, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu suốt trình chúng em thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô Khoa khí Chế tạo máy truyền đạt vốn kiến thức tảng cho chúng em suốt thời gian học tập trường Nhờ có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy, cô nên đề tài nghiên cứu chúng em hồn thiện tốt đẹp Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn hỗ trợ bạn bè thời gian học tập hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn! i LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học công nghệ, công nghiệp phát triển vũ bão Để tăng suất, nâng cao chất lượng, hạ giá thành sản phẩm việc ứng dụng máy móc đại vào sản xuất yêu cầu tất yếu nhà máy Đồng thời, công nghệ chế tạo Robot phát triển nhanh chóng, đặc biệt nước phát triển, để đáp ứng nhu cầu sản xuất, sinh hoạt, quốc phịng, an ninh, … Robot thực nhiệm vụ khó, chí người như: làm công việc địi hỏi độ xác cao, làm việc mơi trường nguy hiểm (như lò phản ứng hạt nhân, quét mìn qn đội), thám hiểm khơng gian Trong họ Robot phải kể đến Mobie Robot với chức mà loại Robot khác khơng có Tính linh hoạt tốc độ di chuyển nhanh Mobie Robot ứng dụng rộng rãi quốc gia để thay người làm việc môi trường nguy hiểm làm việc thay cho người – suất vượt xa người làm tay Sau thời gian làm việc, nghiên cứu tham khảo, nhóm em hồn thành đề tài “Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạt”, làm nhiều lý thuyết nên em tiếp tục hoàn thiện để ứng dụng vào thực tiễn ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ vi MỤC LỤC BẢNG .viii GIỚI THIỆU CHUNG 1 Lý chọn đề tài Giới hạn đề tài .2 Lợi ích hướng phát triển đề tài Bố cục đề tài NỘI DUNG ĐỀ TÀI .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Giới thiệu Mobile Robot 1.1.1 Robot 1.1.2 Moblie Robot 1.2 Ưu điểm nhược điểm 1.2.1 Ưu điểm 1.2.2 Nhược điểm 1.3 Cấu tạo Mobile Robot 1.4 Môi trường hoạt động .10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ROBOT .12 2.1 Hình ảnh 3D – Tổng quát đề tài .12 2.2 Bản vẽ thiết kế Robot 13 iii 2.2.1 Cụm thân Robot .13 2.2.1.1 Thân Robot .13 2.2.1.2 Tấm chắn hông Robot 15 2.2.2 Cụm vai chân Robot 17 2.2.2.1 Vai Robot .17 2.2.2.2 Chân Robot .21 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT 25 3.1 Cơ sở lý thuyết 25 3.1.1 Động học Mobile Robot 25 3.1.2 Động lực học Mobile Robot 29 3.2 Thực hành tính tốn động lực học robot 33 3.2.1 Bài toán động học thuận nghịch .33 3.2.1.1 Bài toán động học thuận .33 3.2.2 Mô tả không gian hoạt động đầu công tác (Chân Robot) 37 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KIỂN 39 4.1 Sơ đồ khối .39 4.1.1 Sơ đồ khối 39 4.1.2 Mô tả hoạt động .39 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 39 4.2.1 Sơ đồ khối 39 4.2.2 Danh sách thành phần điều khiển 40 4.2.2.1 Board điều khiển Raspberry Pi Zero W .40 iv 4.2.2.2 Module 16 kênh PWM 12 bit điều khiển servo PCA9685 43 4.2.2.3 Module cảm biến gia tốc MPU6050 .44 4.2.2.4 Mạch Hạ Áp USB 5V-6A 30W - M249 .45 4.2.2.5 Động RC Servo MG996R 46 4.2.2.6 Mạch Đèn Báo Dung Lượng Pin 4S .47 4.2.2.7 Pin 4S 18650 49 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50 5.1 Kết luận 50 5.2 Hướng phát triển .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 v DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1: Tổng quan Dog Robot Hình 2: Dog Robot hỗ trợ cho NYPD Hình 3: Dog Robot ứng dựng ngành xây dựng .4 Hình 4: Dog Robot quân Hình 5: Cánh tay Robot sản xuất Hình 6: Robot Vector (Mobie Robot) Hình 7: Robot hút bụi (Mobie Robot) Hình 8: Mobie Robot quân 10 Hình 9: Hình 3D – Tổng quan Robot 12 Hình 10: Bản vẽ thiết kế thân Robot 13 Hình 11: Bản vẽ thiết kế thân Robot 14 Hình 12: Bản vẽ thiết kế chắn hông (bên phải) Robot 15 Hình 13: Bản vẽ thiết kế chắn hơng (bên trái) Robot 16 Hình 14: Bản vẽ thiết kế vai Robot thứ 17 Hình 15: Bản vẽ thiết kế vai Robot thứ 18 Hình 16: Bản vẽ thiết kế vai Robot thứ 19 Hình 17: Bản vẽ thiết kế vai Robot thứ 20 Hình 18: Bản vẽ thiết kế khớp truyền động Robot 21 Hình 19: Bản vẽ thiết kế khớp đùi Robot 22 Hình 20: Bản vẽ thiết kế khớp chân (bên phải) Robot 23 vi CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KIỂN 4.1 Sơ đồ khối 4.1.1 Sơ đồ khối Hình 28 Sơ đồ khối tổng thể Robot 4.1.2 Mô tả hoạt động  Từ giao diện điều khiển, người điều khiển điều khiển vật theo chức tự động tự điều khiển  Trong điều khiển, tín hiệu liệu điều khiển đưa lên database  Sau database đưa kết nhận cho điều khiển  Bộ điều khiển truyền tín hiệu cho Robot thực động tác tương ứng 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 4.2.1 Sơ đồ khối Nguồn pin cell 3,7V x 4, sau qua mạch hạ áp, cấp nguồn cho Raspberry Hiển thị mức pin lên báo pin Raspberry ly tín hiệu điều khiển từ cảm biến liệu điều khiển từ người điều khiển, phát tín hiệu cho PCA9685, từ điều khiển động theo ý muốn 40 Hình 29 Sơ đồ khối điều khiển Robot 4.2.2 Danh sách thành phần điều khiển 4.2.2.1 Board điều khiển Raspberry Pi Zero W Raspberry Pi Zero W trang bị CPU Cortex-A53 Lõi tứ (4 nhân), xung nhịp GHz Phần lõi Raspberry Pi RP3A0 system-in-package (SiP), tích hợp Broadcom BCM2710A1 512MB LPDDR2 SDRAM Có thay đổi nhỏ khả kết nối không dây Bluetooth bo mạch nâng cấp lên phiên 4.2 Chúng có kết nối WiFi chuẩn IEEE 802.11 b/g/n BLE Một điểm đáng ý khu vực chứa chip WiFi Bluetooth trang bị khung bảo vệ nhơm 41 Hình 30 Raspberry Pi Zero W Với CPU lõi tứ 64-bit Raspberry Pi Zero W, sức mạnh tổng thể phiên nâng cấp đến 5.2 lần Từ kết kiểm tra, khởi động Raspberry Pi OS với thẻ nhớ microSD 32GB MakerDisk với Raspberry Pi Zero W khoảng 20 giây, Raspberry Pi Zero W cần tới 70 giây Khi so sánh tốc độ đơn nhân, Pi Zero W nhanh đến tận 40% Vậy nên Raspberry Pi Zero W phù hợp cho việc điều khiển động xử lý tín hiệu nhanh 42 Hình 31 Thông số kỹ thuật Raspberry Pi Zero W 43 4.2.2.2 Module 16 kênh PWM 12 bit điều khiển servo PCA9685 Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 sử dụng để xuất đồng thời 16 xung PWM từ 16 cổng khác thông qua giao tiếp I2C sử dụng IC PCA9685, giúp bạn điều khiển đồng thời 16 RC Servo Dimmer 16 thiết bị đồng thời, Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 có cấu trúc phần cứng phần cứng đơn giản thư viện có sẵn Arduino nên dễ dàng sử dụng kết nối Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685 có chất lượng phần cứng, gia công tốt, độ bền cao, phù hợp cho nhu cầu cần điều khiển nhiều xung PWM Robot cánh tay máy, Robot nhện, Hình 32 Module PCA9685 Thông số kỹ thuật:  Mạch điều khiển 16 Chanel PWM PCA9685  IC chính: PCA9685  Điện áp sử dụng: 2.3 ~ 5.5VDC 44  Số kênh PWM: 16 kênh, tần số: 40~1000Hz  Độ phân giải PWM: 12bit  Giao tiếp: I2C (chấp nhận mức Logic TTL ~ 5VDC)  Kích thước: 62.5mm x 25.4mm x 3mm 4.2.2.3 Module cảm biến gia tốc MPU6050 Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 sử dụng để đo thông số: trục Góc quay (Gyro), trục gia tốc hướng (Accelerometer), loại cảm biến gia tốc phổ biến thị trường nay, ví dụ code dành cho nhiều có loại vi điều khiển, bạn muốn mua cảm biến gia tốc để làm mơ lắc động, xe tự cân bằng, máy bay, MPU6050 lựa chọn tối ưu Hình 33 Hình ảnh sơ đồ kết nối chân MPU6050 Thông số kỹ thuật: 45  Điện áp sử dụng: 3~5VDC  Điện áp giao tiếp: 3~5VDC  Chuẩn giao tiếp: I2C  Giá trị Gyroscopes khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec  Giá trị Acceleration khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g  Board mạch mạ vàng, linh kiện hàn tự động máy chất lượng tốt 4.2.2.4 Mạch Hạ Áp USB 5V-6A 30W - M249 Mạch Hạ Áp USB 5V-6A 30W - M249 có chức hạ áp với điện áp ngõ vào từ - 36VDC, điện áp ngõ cố định 5V với dòng tải tối đa lên đến 6A Hình 34 Mạch hạ áp M249 Thơng số kỹ thuật:  Điện áp ngõ vào: - 36VDC 46  Điện áp ngõ ra: 5V6A  Giao diện ngõ vào: Jack DC - Domino pin  Giao diện ngõ ra: Cổng USB - Domino pin  Kích thước: 65 x 27 x 13mm 4.2.2.5 Động RC Servo MG996R Động Cơ RC Servo MG996R (nâng cấp MG995) có momen xoắn lớn, nâng cấp từ Động RC servo MG995 tốc độ, lực kéo độ xác Lực kéo 6V: 11kg Phù hợp với máy bay cánh quạt loại 50 – 90 methanol máy bay cánh cố định xăng 26cc-50cc So với MG946R, MG996R nhanh hơn, nhỏ Hình 35 Động RC Servo MG996R 47 Thông số kỹ thuật:  Servo MG996R (nâng cấp MG995) có momen xoắn lớn  Lực kéo 6V: 11kg  Đây nâng cấp từ servo MG995 tốc độ, lực kéo độ xác  Phù hợp với máy bay cánh quạt loại 50 -90 methanol máy bay cánh cố định xăng 26cc-50cc  So với MG946R, MG996R nhanh hơn, nhỏ  Tên sản phẩm: MG996R  Trọng lượng sản phẩm: 55g  Kích thước sản phẩm: 40.7 * 19.7 * 42.9mm  Lực kéo: 9.4kg / cm (4.8V), 11kg / cm (6V)  Tốc độ xoay: 0.17 giây / 60 độ (4.8 v) 0.14 giây / 60 độ (6 v)  Điện áp làm việc: 4.8-7.2V  Nhiệt độ hoạt động: ℃ -55 ℃  Dịng điện khơng tải: ~0.15A  Vật liệu bánh răng: Kim loại 4.2.2.6 Mạch Đèn Báo Dung Lượng Pin 4S Được sử dụng để đo dung lượng Pin 3.7V, tùy vào nhu cầu sử dụng Pin ta cần hàn vào số chân tương ứng mạch Các vạch LED hiển thị tương ứng với dung lượng pin lại Pin Mạch thiết kế với kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt sử dụng 48 Hình 36 Đèn báo pin Hình 37 Mạch hiển thị mức lượng pin 1S 4.2V 49 4.2.2.7 Pin 4S 18650 Pin 18650 loại pin lithium-ion sạc lại Hình 38 Kích thước pin 18650 Khi ta nghe nói khối pin 18650 cell có nghĩa khối pin có cục pin nhiều cục pin mắc song song thành điện áp từ 3.7-4.2V Tương tự khối pin cell có điện áp từ 7.4 – 8.4V Khối pin cell có điện áp từ 11.7-12.6V… Pin sạc 18650 cung cấp hiệu suất tốt pin sạc người tiêu dùng sử dụng Chúng không dễ bị hỏng sạc trước xả hoàn toàn (như trường hợp pin cadmium niken), chúng xuống cấp tương đương với pin điện thoại thông minh 50 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Trải qua trình tham khảo, chọn lọc học thêm nhiều kiến thức, Đồ án khí tạo cho nhóm hội để tiếp cận, tìm hiểu thêm nhiều điều mẻ kiến thức học qua trường lớp Dog Robot không đồ án, không dừng lại sản phẩm mơ phỏng, mà cịn trình đúc kết kiến thức, rèn luyện thêm nhiều kĩ sử dụng phần mềm, thêm nhiều kiến thức sâu sắc Robot cho nhóm , nhiên, khơng có đường thật đẹp, chẳng có đoạn đường trải thật nhiều hoa hồng, q trình mà nhóm làm việc gặp phải sai sót đáng tiếc khơng mong muốn, nhiên sai sót tạo nên điều mẻ tuyệt vời tương lai Và lời mở đầu, Dog Robot sản phẩm đem đến nhiều tương lai hướng phát triển, mang đến nhiều lợi ích đến với người mục đích, mục tiêu, mà nhóm mong muốn gặt hái thơng qua q trình chọn lọc, tham khảo tài liệu kiến thức Kết sau trình nghiên cứu thiết kế Dog Robot:  Về lý thuyết:  Phân tích lựa chọn hình dáng, thiết kế hợp lý  Xây dựng mơ hình động học, động lực học đơn giản  Xây dựng mơ hình điều khiển Robot máy tính  Về thực nghiệm: 51  Chế tạo mơ hình Dog Robot  Thiết lập hệ thống điều khiển Dog Robot  Điều khiển Robot di chuyển thành công hạn mức đề  Vấn đề chưa giải quyết:  Kết cấu Robot cịn chưa hồn thiện, thiếu nhiều thành phần  Điều khiển Robot chưa xác  Chưa xây dựng thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết động lực học  Chưa xây dựng phần mềm điều khiển từ xa  Robot chưa truyền hình ảnh để thuận lợi cho việc điều khiển 5.2 Hướng phát triển Từ nghiên cứu đến thực nghiệm có khoảng cách lớn Do đó, số ứng dụng sau cần phải nghiên cứu, phát triển thêm để nâng cao tính ứng dụng đồ án  Hoàn thiện Robot, thiết kế cho hợp lý kích thước khối lượng  Cải tiến tín hiệu điều kiển Robot nhanh chóng, xác  Thêm ứng dụng xử lý ảnh, di chuyển điều kiện ánh sáng không ổn định  Ứng dụng công nghệ AI nhận diện cho Robot để thuận tiện việc di chuyển nhận dạng 52 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Nguyễn Trường Thịnh Sách Kỹ Thuật Robot [2] Phú Nguyễn Động học thuận cánh tay robot bậc tự do, trích xuất từ https://www.youtube.com/watch?v=U3zecbEErbo&t=2s [3] PhD Nguyen Van Thai Động học thuận tay máy, trích xuất từ https://www.youtube.com/watch?v=Rvod_NM4Vso [4] Phan Van Sinh Phương trình động lực học Lagrange - Euler, trích xuất từ https://www.youtube.com/watch?v=1avVw7ACrtk&t=444s [5] Mơ hình Robot, trích xuất từ https://grabcad.com/library/diy- quadruped-robot-1 [6] Động RC Servo MG996R, https://nshopvn.com/product/dong-co-rc-servo-mg996r/ HẾT 54 trích xuất từ ... động Dog Robot Nội dung đồ án - Hoàn thiện lắp ráp Dog Robot - Điều khiển Dog Robot di chuyển - Mô điều khiển hoạt động Dog Robot Các sản phẩm dự kiến - Mơ hình Dog Robot - Quyển báo cáo, vẽ Robot. .. 19146286 Điện thoại: 0327545952 Tên đề tài - Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạt Các số liệu, tài liệu ban đầu - Bản vẽ mơ hình Dog Robot - Phân tích động học, động lực học, quỹ đạo chuyển. .. em hồn thành đề tài ? ?Thiết kế, lắp ráp Dog Robot di chuyển linh hoạt? ??, làm cịn nhiều lý thuyết nên em tiếp tục hồn thiện để ứng dụng vào thực tiễn ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ