Thiết kế và chế tạo robot phun khử khuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT PHUN KHỬ KHUẨN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HÙNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Đỗ Quốc Quy 1811710044 18DCTA2 Trần Như Trung 1811032762 18DCTA2 Mai Khánh Triệu 1811250765 18DCTA2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 i (dịng 29) Tp Hồ Chí Minh, tháng …/… (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ) MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÍ ĐỀ TÀI ĐATN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC HÌNH xi Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Giới hạn đề tài 1.6 Bố cục đồ án Chương 2: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG KHỬ KHUẨN 2.1 Giới thiệu mơ hình Robot phun khử khuẩn 2.1.1 Mơ hình Robot khử khuẩn phòng cách ly 2.1.2 Mơ hình UV Robot 2.1.3 Mơ hình Robot khử khuẩn Phenikaa-X 2.1.4 Robot phun khử khuẩn chiếu xạ UV 10 2.2 Lựa chọn tảng phát triển Robot khử khuẩn 11 2.2.1 Ưu điểm 11 2.2.2 Nhược điểm 11 2.2.3 Nền tảng phát triển 12 vi 2.3 Đề xuất cấu hình Robot phun khử khuẩn sử dụng bánh xe Mecanum Wheel 12 2.4 Kết luận 12 Chương 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 13 3.1 Giới thiệu 13 3.1.1 Giới thiệu chức năng, cấu tạo Robot 13 3.1.2 Giới thiệu linh kiện phần mềm Robot 13 3.1.2.1 Vi điều khiển 13 3.1.2.2 Module bluetooth HC-06 14 3.1.2.3 Động servo MG996R 15 3.1.2.4 Module hạ áp LM2596 16 3.1.2.5 Pin Lithium 3S 17 3.1.2.6 Máy bơm áp suất mini 17 3.1.2.7 Béc phun sương 18 3.1.2.8 Động giảm tốc JGA25 19 3.1.2.9 Bánh xe Mecanum Wheel 19 3.1.2.10 Cảm biến dò line đơn TCRT 5000 20 3.1.2.11 Cảm biến vật cản hồng ngoại 20 3.1.2.12 Module động L298N 21 3.1.2.13 Mit App Inventor 22 3.1.2.14 Adruino IDE 22 3.2 Tính tốn, thiết kế khí, sơ đồ khối hệ thống hệ thống điện 23 3.2.1 Cấu tạo phần khí 23 3.2.1.1 Thiết kế phần khung sườn 24 3.2.1.2 Nguyên lí hoạt động bánh Mecanum Robot phun khử khuẩn 26 3.2.1.3 Thiết kế phần vỏ 28 3.2.1.4 Mặt cắt Robot phun khử khuẩn 30 3.2.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 31 vii 3.2.3 Tính tốn thiết kế chọn linh kiện, sơ đồ mạch 32 3.3.3.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm 32 3.2.2.2 Thiết kế khối di chuyển 33 3.2.2.3 Thiết kế khối giao tiếp 36 3.2.2.4 Thiết kế khối phun khử khuẩn 37 3.2.2.5 Thiết kế khối nguồn 40 3.2.2.6 Nguyên lí hoạt động toàn mạch 43 3.2.2.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 45 3.3 Thiết kế phần mềm 46 3.3.1 Lưu đồ giải thuật chương trình 46 3.3.2 Lưu đồ thuật toán di chuyển 47 3.3.3 Lưu đồ thuật toán di chuyển theo Line 49 3.3.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển Servo 50 3.3.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển bơm Sensor 51 3.3.6 Lưu đồ giải thuật chương trình “tiến, lùi” 51 3.3.7 Lưu đồ thuật tốn chương trình “phải, trái” 52 3.3.8 Lưu đồ thuật tốn chương trình “xoay phải, xoay trái” 52 3.3.9 Lưu đồ thuật toán chương trình “góc trái trên, góc trái dưới” 53 3.3.10 Lưu đồ thuật tốn chương trình “góc phải trên, góc phải dưới” 54 3.3.11 Lưu đồ thuật tốn chương trình “dừng” di chuyển 54 Chương 4: THI CƠNG MƠ HÌNH PHUN KHỬ KHUẨN 55 4.1 Giới thiệu 55 4.2 Thi công phần cứng 55 4.2.1 Thi công board mạch 55 4.2.2 Lắp ráp linh kiện kiểm tra board mạch 56 4.2.2.1.Board mạch điều khiển 58 4.2.2.2 Kết cấu hoàn chỉnh Robot 60 viii 4.2.3 Thi cơng mơ hình Robot 61 4.2.3.1 Thi công cấu phun 61 4.2.3.2 Thi công cấu di chuyển 62 4.3 Thi công phần mềm 63 Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 65 5.1 Kết thực mơ hình 65 5.1.1 Mơ hình phần cứng Robot 65 5.1.2 Giao diện điều khiển Robot 68 5.1.2.1 Giao diện tồn hình điều khiển điện thoại 68 5.1.2.2 Giao diện kết nối Bluetooth điện thoại 68 5.1.2.3 Giao diện chế độ người điều khiển 69 5.1.2.4 Giao diện chế độ bơm tự động 69 5.1.2.5 Giao diện chế độ khử khuẩn tự động (dò line) 69 5.1.2.6 Giao diện chế độ sát khuẩn tay khử khuẩn 70 5.2 Nhận xét, đánh giá 70 5.2.1 Thực nghiệm 1: Chế độ khử khuẩn thủ công dọc theo hành lang 70 5.2.2 Thực nghiệm 2: Chế độ thủ công với chức sát khuẩn tay gặp người 72 5.2.3 Thực nghiệm 3: Chế độ tự động (dò line) 73 5.3 Tổng kết: 74 5.4 Hướng dẫn sử dụng Robot phun khử khuẩn 75 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77 6.1 Kết luận 77 6.2 Hướng phát triển đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC 80 ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Kí hiệu DNA English Vietnamese Deoxyribonucleic Acid Axit Deoxyribonucleic UV Ultra Violet Tia cực tím NM Nano met Nano met RF Radio Frequency Tần số vô tuyến UART Universal Asynchronous Máy thu phát không đồng Receiver and Transmitter đa TX Remote Cổng phát RX Receiver Cổng thu CH Channel Kênh UPS Uninterruptible Power Supply Nguồn điện liên tục 10 API 11 IDE 12 Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng Integrated Development Mơi trường phát triển tích Environment hợp GND Ground Đất 13 PWM Pulse Width Modulation Chế độ rộng xung 14 RPM Revolutions Per Minute Số vòng quay phút x DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1 Robot khử khuẩn phòng cách ly Hình UV Robot Hình Robot phun khử khuẩn tự hành Phenikaa-X Hình Robot phun khử khuẩn chiếu xạ UV Hình Robot khử khuẩn phịng cách ly Hình 2 UV Robot Hình Robot phun khử khuẩn tự hành Phenikaa-X 10 Hình Robot phun khử khuẩn chiếu xạ UV 11 Hình Arduino Uno R3 14 Hình Modul bluetooth HC- 06 15 Hình 3 Động servo MG996R 16 Hình Module hạ áp LM2596 16 Hình Pin Lithium 3S 17 Hình Máy bơm áp lực mini 18 Hình Béc phun sương 18 Hình Động giảm tốc JGA25 19 Hình Bánh xe Mecanum Wheel 19 Hình 10 Cảm biến dò line đơn TCRT 5000 20 Hình 11 Cảm biến vật cản hồng ngoại 20 Hình 12 Module L298N 21 Hình 13 Mơ tả hoạt động Mit Inventor 22 Hình 14 Biểu tượng Aruino IDE 23 Hình 15 Các lực tác dụng 23 Hình 16 Mơ hình Robot phun khử khuẩn 24 xi Hình 17 Đế tầng 24 Hình 18 Khớp nối động với bánh xe Micanum 25 Hình 19 Thông số bánh xe Mecanum Wheel 25 Hình 20 Phương, hướng, chiều quay bánh xe tiến lùi 26 Hình 21 Phương, hướng, chiều quay bánh xe sang phải sang trái 26 Hình 22 Phương, hướng, chiều quay bánh xe xoay phải xoay trái 27 Hình 23 Phương, hướng, chiều quay bánh xe tiến góc 450 phía 27 Hình 24 Phương, hướng, chiều quay bánh xe tiến góc 450 phía 27 Hình 25 Hai mặt bên Robot 28 Hình 26 Hai mặt trước sau Robot 28 Hình 27 Bốn mặt đứng vát mép 450 29 Hình 28 Ke góc vng chữ L 29 Hình 29 Mặt cắt Robot phun khử khuẩn 30 Hình 30 Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm 31 Hình 31 Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm 32 Hình 32 Động JGA 25 35 Hình 33 Thông số động 35 Hình 34 Sơ đồ kết nối Module L298N với khối xử lí trung tâm 35 Hình 35 Sơ đồ kết nối khối giao tiếp với khối xử lí trung tâm 36 Hình 36 Cánh tay phun khử khuẩn 37 Hình 37 Sơ đồ mạch điều khiển động bơm 38 Hình 38 Sơ đồ nguyên lý khối phun khử khuẩn khối điều khiển 39 Hình 39 Sơ đồ nguyên lí khối nguồn 41 Hình 40 Khối nguồn toàn hệ thống 43 Hình 41 Sơ đồ kết nối toàn hệ thống 44 Hình 42 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống phần mềm Proteus 45 xii Hình 43 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống phần mềm Fritzing 45 Hình 44 Lưu đồ giải thuật chương trình 46 Hình 45 Lưu đồ thuật toán di chuyển 48 Hình 46 Lưu đồ thuật tốn di chuyển theo Line 49 Hình 47 Lưu đồ thuật tốn điều khiển Servo 50 Hình 48 Lưu đồ thuật tốn điều khiển bơm qua Sensor 51 Hình 49 Lưu đồ tiến 52 Hình 50 Lưu đồ lùi 52 Hình 51 Lưu đồ rẽ phải 52 Hình 52 Lưu đồ rẽ trái 52 Hình 53 Lưu đồ xoay phải 53 Hình 54 Lưu đồ xoay trái 53 Hình 55 Lưu đồ góc trái 53 Hình 56 Lưu đồ góc trái 53 Hình 57 Lưu đồ góc phải 54 Hình 58 Lưu đồ góc phải 54 Hình 59 Lưu đồ dừng di chuyển 54 Hình Sơ đồ mạch in 2D mạch điều khiển 56 Hình Sơ đồ mạch in 3D mạch điều khiển 56 Hình Mặt sau board mạch sau thi công 57 Hình 4 Kiểm tra chức mạch cấp nguồn 12V 57 Hình Board mạch điều khiển 58 Hình Jack nối Servo với board mạch 59 Hình Hai Module L298N kết nối với nguồn, động chân điều khiển 59 Hình Bản vẽ tầng Robot 60 Hình Hệ thống điều khiển hồn chỉnh 60 xiii Hình 10 Bản vẽ lắp mặt khung Robot 61 Hình 11 Bản vẽ mặt Robot 61 Hình 12 Cánh tay Robot kết hợp với vòi phun 62 Hình 13 Cơ cấu di chuyển Robot 62 Hình 14 Tạo project Mit Inventor 63 Hình 15 Kéo thả khối công cụ 63 Hình 16 Giao diện khối điều khiển điện thoại 64 Hình 17 Xuất file cài ứng dụng 64 Hình Mặt trước Robot phun khử khuẩn 65 Hình Mặt sau Robot phun khử khuẩn 66 Hình Vị trí lắp board mạch module L298N 66 Hình Vị trí lắp máy bơm pin Lithium 67 Hình 5 Tổng thể bên Robot 67 Hình Giao diện tồn hình điều khiển điện thoại Robot 68 Hình Giao diện danh sách Bluetooth kết nối với Robot 68 Hình Giao diện điều khiển thủ công App điện thoại Robot 69 Hình Giao diện bật chế độ bơm tự động điện thoại 69 Hình 10 Giao diện bật chế độ khử khuẩn tự động 69 Hình 11 Giao diện bật chế độ sát khuẩn tay 70 Hình 12 Robot di chuyển theo hành lang từ A đến D 70 Hình 13 Vị trí thử nghiệm hành lang 71 Hình 14 Chế độ sát khuẩn tay Robot 72 Hình 15 Robot trạng thái tự động 73 xiv PHỤ LỤC Code chương trình sử dụng Robot phun khử khuẩn #include #include Servo sv2; Servo sv3; SoftwareSerial HC06(2,3); // khai bao bien int out1=4, out2=5, out3=6, out4=7 , out5=8, out6=9 , out7=10 , out8=11 ; // khai bao chan di chuyen int sens2=A1, sens3=A2, sens4=A3; // khai bao chan cam bien line int bom=A0; // bom int lenxuong=160, traiphai=87; int cambienvatcan=A4; char c ; void tien() { digitalWrite(out1,1); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,1); digitalWrite(out4,0); digitalWrite(out5,1); digitalWrite(out6,0); digitalWrite(out7,1); digitalWrite(out8,0); } void lui() { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,1); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,1); digitalWrite(out5,0); digitalWrite(out6,1); digitalWrite(out7,0); digitalWrite(out8,1); } void phai() { 80 digitalWrite(out1,1); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,1); digitalWrite(out5,0); digitalWrite(out6,1); digitalWrite(out7,1); digitalWrite(out8,0); } void trai() { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,1); digitalWrite(out3,1); digitalWrite(out4,0); digitalWrite(out5,1); digitalWrite(out6,0); digitalWrite(out7,0); digitalWrite(out8,1); } void xt() { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,1); digitalWrite(out3,1); digitalWrite(out4,0); digitalWrite(out5,0); digitalWrite(out6,1); digitalWrite(out7,1); digitalWrite(out8,0); } void xp() { digitalWrite(out1,1); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,1); digitalWrite(out5,1); digitalWrite(out6,0); digitalWrite(out7,0); digitalWrite(out8,1); } void gtt () { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,1); digitalWrite(out4,0); digitalWrite(out5,1); digitalWrite(out6,0); digitalWrite(out7,0); digitalWrite(out8,0); 81 } void gtd () { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,1); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,0); digitalWrite(out5,0); digitalWrite(out6,0); digitalWrite(out7,0); digitalWrite(out8,1); } void gpt () { digitalWrite(out1,1); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,0); digitalWrite(out5,0); digitalWrite(out6,0); digitalWrite(out7,1); digitalWrite(out8,0); } void gpd () { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,1); digitalWrite(out5,0); digitalWrite(out6,1); digitalWrite(out7,0); digitalWrite(out8,0); } void dung() { digitalWrite(out1,0); digitalWrite(out2,0); digitalWrite(out3,0); digitalWrite(out4,0); digitalWrite(out5,0); digitalWrite(out6,0); digitalWrite(out7,0); digitalWrite(out8,0); } void setup() { Serial.begin(9600); HC06.begin(9600); 82 pinMode(bom,OUTPUT); digitalWrite(bom,0); pinMode(out1,OUTPUT); pinMode(out2,OUTPUT); pinMode(out3,OUTPUT); pinMode(out4,OUTPUT); pinMode(sens2,INPUT); pinMode(sens3,INPUT); pinMode(sens4,INPUT); sv2.attach(12); sv3.attach(13); } void loop() { sv2.write(lenxuong); sv3.write(traiphai); if (HC06.available()) { c=HC06.read(); // kiem tra bluetooth } // gan ki tu di chuyen if (c=='A') lui(); else if (c=='B') phai(); else if (c=='C') tien(); else if (c=='D') trai(); else if (c=='N') gtt(); else if (c=='M') gtd(); else if (c=='O') gpt(); else if (c=='I') gpd(); else if (c=='W') xt(); else if (c=='P') xp(); else if (c=='S') dung(); // servo else if (c=='E') {if (traiphai0) traiphai ; delay(5);} 83 else if (c=='H') {if (lenxuong0) lenxuong ; delay(5);} // bom else if (c=='J') digitalWrite(bom,1); else if (c=='K') digitalWrite(bom,0); // code di chuyen tu dong else if (c=='T'){ if((digitalRead(A1))==1&&(digitalRead(A2))==1&&(digitalRead(A3))==1) dung(); //khi tat ca cam bien line else if((digitalRead(A1))==0&&(digitalRead(A2))==0&&(digitalRead(A3))==0) dung(); //khi tat ca cam bien line else if((digitalRead(A1))==1&&(digitalRead(A2))==0&&(digitalRead(A3))==1) tien(); // tien else if((digitalRead(A1))==0&&(digitalRead(A2))==1&&(digitalRead(A3))==1) xt(); // trai else if((digitalRead(A1))==1&&(digitalRead(A2))==1&&(digitalRead(A3))==0) xp(); // phai } else if (c=='U') dung(); //code sat khuan tay else if (c=='Q') if (digitalRead(A4)==0) { if (traiphai!=87) traiphai=87; delay(125); if (lenxuong!=180) lenxuong=180; delay(125); digitalWrite (bom,1); // xit khuan vat can on } else if (digitalRead(A4)==1) { digitalWrite(bom,0);// xit khuan vat can off 84 } else if (c=='V'){ digitalWrite (bom,0); // xit khuan vat can off } Serial.println(c); } Cấu hình block Mit-Inventer Cấu hình block cho khối kết nối, sau nhấn gọi hàm kết nối với Bluetooth gọi danh sách Module tìm kiếm Ứng dụng thông báo phát âm câu lệnh “CHÀO BẠN TÔI LÀ ROBOT PHUN KHỬ KHUẨN” kết nối Bluetooth thành công “TẠM BIỆT BẠN NHÉ” ngắt kết nối Hình 2.1 Khối kết nối Bluetooth Sau nhấn nút điều khiển di chuyển hay phun muốn dừng lại thả tay khỏi nút nhấn ta sử dụng Touch Down, Touch Up để cấu hình cho Block Nhóm gán lệnh chữ để thuận tiện việc gọi hàm, hàm viết chương trình thiết lập Arduino Các khối di chuyển gán lệnh hình 2.2 85 Hình 2.2 Khối di chuyển Ở cấu phun nhóm sử dụng Touch Up Touch Down để điều khiển góc quay Servo hình 2.3 86 Hình 2.3 Khối kết servo phun khử khuẩn Ở khối tự động, muốn giữ trạng thái nên ta sử dụng Switch, kèm theo gọi khối lệnh thơng báo âm Sau gạt Switch bật chế độ, ứng dụng thông báo phát âm câu lệnh “KÍCH HOẠT CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG” ngược lại tắt phát “ĐÃ TẮT CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG” Ở chế độ “SÁT KHUẨN TAY” gọi hàm thiết lập sẵn Board Arduino Hình 2.4 Khối chế độ tự động 87 88 89 90 91 92 93 94 ... Hình Robot phun khử khuẩn chiếu xạ UV Hình Robot khử khuẩn phòng cách ly Hình 2 UV Robot Hình Robot phun khử khuẩn tự hành Phenikaa-X 10 Hình Robot phun khử khuẩn. .. Giới thiệu chức năng, cấu tạo Robot Trong chương này, nhóm tiến hành tính tốn thiết kế mơ hình Robot phun khử khuẩn với chế độ: chế độ khử khuẩn tự động chế độ khử khuẩn thủ công, điều khiển... phẩm Robot khử khuẩn có thị trường Đồng thời nghiên cứu đưa giải pháp phát triển mơ hình Robot phun khử khuẩn cách vượt trội 2.1 Giới thiệu mơ hình Robot phun khử khuẩn Hiện xe phun khử khuẩn