Nghiên cứu, thiết kế robot phát thuốc tự động

1. Đặt vấn đề Tự động hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ, do đó giảm được tối đa sự góp mặt của con người vào quá trình sản xuất. Máy móc ngày càng hiện đại và điều khiển phức tạp, từ đó hỗ trợ con người rất nhiều trong cuộc sống cũng như công việc. Hiện nay, sau quá trình chống trọi với dịch bệnh covid 19, nhìn những bác sĩ ngày đêm chống dịch và vấn đề hạn chế tiếp xúc được đặt lên hàng đầu, em đã nhận thấy vấn đề hiện hữu ở đây. Để giải quyết được vấn đề này, việc giao thuốc không tiếp xúc cho các bệnh nhân nhiễm bệnh là một vấn đề cấp thiết. Tuy nhiên đã có nhiều những phương án được đặt ra như giao thuốc bằng bộ đồ bảo hộ, hay để người bệnh tự đi lấy thuốc,… Nhưng những vấn đề này vẫn còn rất nhiều bất cập, chính vì thế, một giải pháp tự động hóa sẽ là một phương án khả thi nhất. Từ đó em đã nghĩ tới việc thiết kế robot phát thuốc tự động để giải quyết những bất cập còn tồn đọng. 2. Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của một số linh kiện: cánh tay robot, module dò line, mạch tích hợp arduino. Thời gian và kiến thức có hạn, nên phạm vi đồ án chỉ tập trung vào nghiên cứu và thiết kế xe đơn giản trên cơ sở hoạt động của bộ phận cảm biến và điều chỉnh động cơ. 3. Nhiệm vụ thiết kế Lựa chọn vi điều khiển Vi điều khiển được lựa chọn để nghiên cứu và thiết kế trong đề tài là vi điều khiển Atmega2560, thuộc họ vi xử lý atmega. Phương pháp điều khiển robot Robot được di chuyển thông qua 4 bánh được điều khiển bằng 4 động cơ, cùng với đó là cảm biến dò đường để có thể tìm đường tới phòng bệnh. Tay robot gắp thuốc Tay robot gắp thuốc được sử dụng là DOF 4 bậc, tay robot được vận hành nhờ động cơ servo với góc mở 180°. Sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM để có thể điều chỉnh góc mở của servo qua đó điều chỉnh được tay robot gắp thuốc và phát thuốc Sử dụng mạng lưới điều khiển từ xa thông qua wifi để điều khiển các chức năng của robot CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT PHÁT THUỐC TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT PHÁT THUỐC TỰ ĐỘNG

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT PHÁT THUỐC TỰ ĐỘNG .3 1.1 Giới thiệu .3 1.2 Lịch sử phát triển robot 1.3 Phân loại robot 1.4 Một số dạng điều khiển robot 1.4.1 Điều khiển từ xa tay .7 1.4.2 Robot điều khiển từ xa tự bảo vệ 1.4.3 Robot theo lộ trình 1.4.4 Robot ngẫu nhiên hoạt động độc lập 1.5 Ứng dụng robot 1.6 Các loại chuyển động robot 10 1.6.1 Chuyển động chân 10 1.6.2 Chuyển động xích 11 1.6.3 Di chuyển bánh xe 11 1.7 Tổng quan chung hệ thống robot dò line 12 1.7.1 Phạm vi nghiên cứu 13 1.7.2 Chức khối 13 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG .17 2.1 Arduino Mega 2560 17 2.2 Cảm biến dò line .23 2.2.1 Cảm biến dị line ? 23 2.3 Động servo 25 2.4 Driver điều khiển động .26 2.5 Khối động chiều (DC Motor) 28 2.6 Mạch giảm áp 29 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ROBOT PHÁT THUỐC TỰ ĐỘNG .30 3.1 Thiết kế phần cứng .30 3.1.2 Sơ đồ đấu nối dây .30 3.2 Thiết kế khung xe 31 3.4 Thiết kế phần mềm .33 3.4.1 Lưu đồ thuật toán hệ thống 33 3.4.2 Giao diện điều khiển sơ đồ phòng 34 KẾT LUẬN .37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 40 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1 1 1 1 1 1 1: Robot Sojourner NASA .8 2: Robot Pioneer 3: Robot chuyển gỗ Plustech .9 4: Robot dọn dẹp Karcher RC 3000 10 5: Robot MANOI PF01 11 6: Robot bánh xích cảm biến RC 11 7: Robot chuyển động bánh xe 12 8: Sơ đồ khối hệ thống .12 9: Nguyên lý khối truyền nhận tín hiệu 14 10: Khối vi xử lý 15 11: Cảm biến tiệm cận hồng ngoại 23 12: Module Dò line .25 13: Động servo 25 Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 2 2 2 2 2 2 1: Mạch Atmega 2560 18 2: Sơ đồ chân Atmega 2560 .19 3: Sơ đồ chân giao tiếp SPI mạch Arduino mega 2560 .23 4: Cảm biến tiệm cận hồng ngoại 23 5: Nguyên lý hệ thống dò line .24 6: Module Dò line .25 7: Động servo 25 8: Nguyên lý điều khiển động servo 26 9: Sơ đồ chân driver L298 27 10: Cấu tạo Drive L298N .27 11: Sơ đồ đấu nối module L298N .28 12: Động kèm encoder 29 13 Mạch giảm áp dc LM2596 3A 29 Hình Sơ đồ nguyên lý robot phát thuốc 30 Hình Sơ đồ nối dây phần cứng 31 Hình 3: Thiết kế vẽ thân xe robot ( xem vẽ chi tiết phụ lục ) 31 Hình Gia công cắt khung robot laser 32 Hình Lưu đồ thuật tốn robot phát thuốc 33 Hình Sơ đồ bố trí phịng bệnh 34 Hình 7: Tạo giao diện điều khiển blynk .34 Hình 8: Hình ảnh mơ q trình robot đến phịng bệnh số 35 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Tự động hóa ngày phát triển mạnh mẽ, giảm tối đa góp mặt người vào q trình sản xuất Máy móc ngày đại điều khiển phức tạp, từ hỗ trợ người nhiều sống cơng việc Hiện nay, sau q trình chống trọi với dịch bệnh covid 19, nhìn bác sĩ ngày đêm chống dịch vấn đề hạn chế tiếp xúc đặt lên hàng đầu, em nhận thấy vấn đề hữu Để giải vấn đề này, việc giao thuốc không tiếp xúc cho bệnh nhân nhiễm bệnh vấn đề cấp thiết Tuy nhiên có nhiều phương án đặt giao thuốc đồ bảo hộ, hay để người bệnh tự lấy thuốc,… Nhưng vấn đề cịn nhiều bất cập, thế, giải pháp tự động hóa phương án khả thi Từ em nghĩ tới việc thiết kế robot phát thuốc tự động để giải bất cập tồn đọng Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu nguyên lý hoạt động số linh kiện: cánh tay robot, module dò line, mạch tích hợp arduino Thời gian kiến thức có hạn, nên phạm vi đồ án tập trung vào nghiên cứu thiết kế xe đơn giản sở hoạt động phận cảm biến điều chỉnh động Nhiệm vụ thiết kế  Lựa chọn vi điều khiển Vi điều khiển lựa chọn để nghiên cứu thiết kế đề tài vi điều khiển Atmega2560, thuộc họ vi xử lý atmega  Phương pháp điều khiển robot Robot di chuyển thông qua bánh điều khiển động cơ, với cảm biến dị đường để tìm đường tới phịng bệnh  Tay robot gắp thuốc Tay robot gắp thuốc sử dụng DOF bậc, tay robot vận hành nhờ động servo với góc mở 180° Sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM để điều chỉnh góc mở servo qua điều chỉnh tay robot gắp thuốc phát thuốc  Sử dụng mạng lưới điều khiển từ xa thông qua wifi để điều khiển chức robot CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT PHÁT THUỐC TỰ ĐỘNG 1.1 Giới thiệu Thuật ngữ robot lần xuất năm 1922 tác phẩm “Rossum's Universal Robot" Karel Capek Trong tác phẩm, nhân vật Rossum trai tạo máy giống người để phục vụ cho người Robot di động (mobile robot) loại máy tự động mà có khả di chuyển môi trường định Robot di động có khả di chuyển xung quanh môi trường chúng không cố định với môi trường vật lý Robot di động tập trung với số lượng lớn nghiên cứu hầu hết trường đại học lớn có nhiều phịng thí nghiệm để tập trung nghiên cứu robot Robot di động có cơng nghiệp, quân bảo mật Chúng xuất sản phẩm dành cho ngành giải trí thực nhiệm vụ định sống hàng ngày hút bụi hay cắt cỏ 1.2 Lịch sử phát triển robot Hình dạng robot xuất Hoa Kỳ, loại tay máy chép hình dùng phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào năm 50 kỷ trước, bên cạnh Tuy nhiên, tay máy thương mại có chung nhược điểm thiếu di động Các tay máy cổ định hoạt động không gian bị giới hạn quanh vị trí Ngược lại, mobile robot loại robot di động di chuyển từ không gian tới không gian khác cách độc lập hay có điều khiển từ xa, tạo nên không gian hoạt động lớn Từ năm 1939 đến 1945: Trong chiến tranh giới lần thứ II, rôbốt di động xuất Nó kết thành tựu công nghệ lĩnh vực nghiên cứu có liên quan khoa học máy tính điều khiển học, hầu hết chúng bom bay, ví dụ bom chị nổ dãy mục tiêu định sử dụng hệ thống hướng dẫn rada điều khiển Tên lửa Vì V2 có “phi cơng tự động” hệ thống phát nổ, chúng tiền thân đầu đạn hạt nhân tự điều khiển đại Từ năm 1948 đến 1949: W.Gray Walter tạo nên Elmer Elsie, hai rô bốt tự động trông giống đồi mồi Về mặt hành , chủng gọi Machina Speculatrix rơ bốt hoạt động môi trường chủ chim đồi mồi Elmer Elsie trang bị cảm biển sang Nếu chúng nhận nguồn sáng, chúng di chuyển phía đỏ Chúng tránh chuyển chướng ngại đường di chuyển chúng Những rôbốt chứng minh cử phức tạp phát sinh từ thiết kế đơn giản Elmer Elsie thiết kế tương đương hai tế bảo thần kinh Từ năm 1961 đến 1963: Trường Đại học Johns Hopkins phát triển "Beast' Beast sử dụng hệ thống định vị để chuyển động xung quanh Khi pin yếu, tự tìm ổ cắm điện cắm vào Năm 1969: Mowhot rôbốt cắt bãi cỏ cách tự động The Stanford Cart line follower rơbốt di động di chuyển thông qua nhận dạng đường kẻ trắng sử dụng camera để nhìn Nó bao gồm “kênh truyền thanh" gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo tính tốn Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford xây dựng nghiên cứu Shakey Shakey có camera, dãy kinh gắm, cảm biến phận truyền Shakey rơbốt lý giải chuyển động Điều có nghĩa Shakey đưa cho nhiều lệnh chung rơbốt tính tốn bước cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ giao Năm 1976: Trong chương trình Vikiry, tổ chức NASA hai tàu vũ trụ không người lái lên Hồ Năm 1977: Bộ phim “Chiến tranh sao" phần I, A new Hope mô tả R2D2, robot di động hoạt động độc lập C3P0, robot hình người Họ khiến cơng chúng biết đến rô bốt Năm 1980: Thị hiểu người tiêu dùng robot tăng, robot bảy mua để sử dụng nhà Ví dụ, RBSX tồn tới ngày loạt mẫu robot HERO Robot The Stanford Cart phát triển mạnh, lái tàu biển vượt qua trở ngại tạo lên đồ nơi qua Năm 1989: Mark Tinden phát minh BEAM robotics Năm 1990: Cha đẻ rôbốt công nghiệp Joseph Engelberger làm việc với đồng nghiệp phát minh rôbốt tự động ngành y tế bán Helpmate Sở an ninh Mỹ gây quỹ cho dự án MDARS-I dựa vào robot bảo vệ nhà Cybermotion Năm 1993-1994: Dante-1 Dante-II phát triển trưởng đại học Carnegie Mellon, hai robot dùng để thảm hiểm núi lửa hoạt động Năm 1995: Rôbốt di động lập trình Pioneer (người tiên phong) sẵn mức giá chấp nhận được,điều dẫn tới gia tăng rộng rãi nghiên cứu robot trường đại học nghiên cứu robot suốt thập sau Robot di động trở thành phần khơng thể thiếu chương trình giảng dạy trường đại học Năm 1996-1997: NASA phóng tàu Mars Pathfinder có robot Rover Sojourner lên Hoà The Rover thám hiểm bề mặt hoả điều khiển từ mặt đất Sojourner trang bị với hệ thống tránh rủi cao Hệ thống làm cho Sojourner tìm thấy đường cách độc lập địa hình Hoả Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, rơ bốt có khả lại, quan sát tác động qua lại tới môi trường Robot điều khiển từ xa dùng cho quân PackBot giới thiệu Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống bẫy côn trùng khởi động Chúng bao gồm số lượng lớn robot đơn lẻ, tác động lẫn thực nhiệm vụ phức tạp ‫ ܀‬Năm 2002: Roomba, robot di động dùng gia đình, thực việc lau nhà xuất Năm 2004: Robosapien, rôbốt đồ chơi, thiết kế Mark Tilden bán sẵn Trong dự án “The Centibots Project" 100 rôbốt làm việc với để tạo lên đồ cho vùng khơng xác định tìm vật thể mơi trường Trong thi DARPA Grand Challenge, rôbốt tự động tranh tài sa mạc Năm 2006: Sony dùng việc sản xuất Aibo Helpmate PatrolBot trở lên phổ biến robot di động tiếp tục cạnh tranh để trở thành mặt hàng độc Sở an ninh Mỹ bỏ dự án MDARS-I, lại gây quỹ cho dự án MDARS-E loại rôbốt an ninh tự động khác TALON-Sword, loại rơbốt tự động dùng để sẵn với dàn phóng lựu đạn lựa chọn vũ hợp ... pháp tự động hóa phương án khả thi Từ em nghĩ tới việc thiết kế robot phát thuốc tự động để giải bất cập cịn tồn đọng Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu nguyên lý hoạt động số linh kiện: cánh tay robot, ... hoạt động cần thiết, robot tự điều chỉnh hoạt động để di chuyển hoạt động xác Robot Plustech thiết kế để di chuyển gỗ sau khai thác khỏi rừng Robot tự điều chỉnh tọa độ hoạt động chân robot, người... chỉnh tay robot gắp thuốc phát thuốc  Sử dụng mạng lưới điều khiển từ xa thông qua wifi để điều khiển chức robot CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT PHÁT THUỐC TỰ ĐỘNG 1.1 Giới thiệu Thuật ngữ robot lần