Xay dưng đuợc về khả năng tư hành tránh vật cản của robot sử dụng cảm biến siêu

  TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ************ ĐỒ ÁN MÔN HỌC XE TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN SVTH: HOÀNG VĂN PHÚ QUÝ - 20151409   ĐẶNG THANH HUY - 20151378 Khố : 2020 Ngành : CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Tp.Hồ Chí Minh,tháng 09 năm 2022   CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư – Hạnh phúc   *** Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 2023  NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên:  Ngành: Giảng viên hớng dẫn:  Ngày nhận đề tài: MSSV: Lớp: ĐT: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Các số liệu, tài liệu ban đâu: Nội dung thưc đề tài: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN   CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾ U NHÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: MSSV:  Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hớng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tai & khối lượng thc hiện: Ưu điểm: Khuyêt điểm: Đề ngh cho bảo vệ hy không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)   CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾ U NH̣ N XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: MSSV: MSSV: MSSV:  Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tai & khối lượng thc hiện: Ưu điểm: Khuyêt điểm: Đề ngh cho bảo vệ hy không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…   CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Hiện công nghiệp 4.0 phát triển mạnh rộng rãi hâu hết ứng dụng kinh tế quốc gia Một ứng dụng đợc sử dụng gân đy ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo điều khiển robot thông minh Xu phát triển giới khoa học cơng nghệ ln có thay đổi mạnh mẽ Nền kinh tế tri thức với công nghệ thông tin kỹ thuật góp phân quan trọng vào việc nng cao chất lợng sống ngời Trong kinh tế tri thức thưc sư phát triển xã hội tách khỏi sư phát triển kỹ thuật công nghệ thông tin đặc biệt sư phát triển tin học, ngành khoa học công nghệ tạo sản phẩm robot nghiên cứu ứng dụng hình thành thập kỷ gân đy đợc gọi Robotics 1.2 Mục đích đề tài  – Điều khiển xe robot chạy tiến, lùi, trái phải  – Sử dụng cảm biến trớc để tránh vật cản  – Viết chơng trình điều khiển  – Thi cơng mơ hình xe robot  – Sản phẩm cuối chạy thưc tế 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Đối tợng nguyên cứu đề tài - Mơ hình xe tư hành ( Kích thớc 25 cm x 15cm ) - Chạy mơ hình ổn định trình cảm biến tư hành tránh vật cản * Phạm vi nguyên cứu  Không gian làm việc xe mặt phẳng đợc giới hạn tờng, vật cản đợc xem vật cản chiều tĩnh hoàn tĩnh 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Ý nghĩa khoa học   Xy dưng đợc khả tư hành tránh vật cản robot sử dụng cảm biến siêu m * Ý nghĩa thưc tiễn đề tài Ứng dụng xe tư hành lớn, kể đến robot vận hành vật liệu, hàng hóa tịa nhà, nhà máy, cửa hàng, sn bay hay th viện,  tư hành vào khu thơng mại điện tử,…   CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1Mơ hình xe tự hành tránh vật cản Hình 2.1 Mơ hình xe tự hành tránh vật cản 2.2 Tổng quan robot tự hành tránh vật cản  Ngày nay, Robot học đạt đợc thành tưu to lớn sản xuất cơng nghiệp Những cánh tay robot có khả làm việc với tốc độ cao, xác liên tục làm tăng suất lao động tăng nhiều lân Chúng làm việc mơi trờng độc hại nh hàn, phun sơn, nhà máy hạt nhn, hay lắp ráp linh kiện điện tử tạo điện thoại, máy tính cơng việc địi hỏi sư tỉ mỉ, xác cao Tuy nhiên robot có hạn chế chung hạn chế không gian làm việc Không gian làm việc chúng bị giới hạn số bậc tư tay máy vị trí gắn chúng Ngợc lại, Robot tư hành laị có khả hoạt động cách linh hoạt môi trờng khác 2.3Mô hình động học robot tự hành tránh vật cản Mơ hình kết cấu     Kết cấu robot nhóm em lưa chọn gồm bánh Với kết cấu robot có khả di chuyển linh hoạt quay góc Gọi ∆ S , ∆ S2 là đoạn dịch chuyển bánh chủ động Ta có ∆ S1 = ∆ φ r ∆ S2 = ∆ φ r Với ∆ φ1 , ∆ φ 2 lân lợt lợng dịch chuyển quay bán kính bánh chủ động T khoảng cách bánh  R D , ∆ α   bán kính quay góc dịch chuyển robot mặt phẳng nm ngang Khi  R D=  ( ) ∆ S 2− ∆ S T   ∆ S 2+ ∆ S , ∆ α = ∆ S2 −∆ S1 T   Trong tiểu luận ta xét trờng hợp đặc biệt chuyển động: Khi ∆ S =∆ S ,  R D= ∞,∆ α = 0 robot theo quỹ đạo đờng thẳng(tiến lùi) Khi ∆ S =-∆ S ,  R D= 0,∆ α = 2 ∆ S2 T   robot quay quanh điểm bánh xe ∆ x = ∆ y  : lợng dịch chuyển theo phơng hệ toạ độ gắn với robot ∆ x = R D sin ( ∆ α ),∆ y = R D (1−cos ( ∆ α ))   [ ] =[ ∆ X  ∆ Y  ∆x ∆y  ] [   −∆ y ∆x ( ∆ α ) ( ∆ α ) cos sin ] Vị trí robot toạ độ gốc D ( X  D và Y  D) + góc định hớng α  D , toạ độ thời điểm thứ (i) đợc xác định nh sau [ ][ ][ ]  α  D ( i)  X  D( i)  α  D( i −1) =  X  D (i−1) Y  D ( i ) Y  D ( i−1)  ∆ α  D( i) + ∆ X  D (i ) ∆ Y  D ( i ) Các tình sensor phát hiên vật cản: Tình : cảm biến phát vật cản +Nếu dl>dr robot di chuyển sang trái θ a=¿) +Nếu dl2A cho motor) - Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V~ +7V - Dịng tín hiệu điều khiển: ~ 36mA (Arduino chơi đến 40mA nên khỏe re bạn) - Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C) - Nhiệt độ bảo quản: -25 °C ~ +130 °C 3.2.3 Cấp nguồn chân nguồn * Cấp nguồn Bộ nguồn 12V-GND-5V: Tùy thuộc loại động mà ta chọn 12V hay 5V * Các chn nguồn - Chn A Enable, B Enable chn điều khiển tốc độ động riêng biệt - Input: Là chn điều khiển chiều quay động - Output A, Output B: Là đâu kết nối với động 3.3 Khối hệ thống cảm biến SR04 3.3.1 Cảm biến SR04 gì? 15   Cảm biến khoảng cách hay cịn gọi cảm biến siêu m loại cảm biến  phổ biến Cảm biến đo khoảng từ đến 300 cm Cảm biến siêu m Ultrasonic HC-SR04 đợc sử dụng để nhận biết khoảng cách từ vật thể đến cảm  biến nhờ sóng siêu m, cảm biến có thời gian phản hồi nhanh, độ xác cao, phù hợp cho ứng dụng phát vật cản, đo khoảng cách bng sóng siêu m Cảm biến siêu m - Nguyên lý hoạt động: Để đo khoảng cách, ta phát xung ngắn (5 microSeconds - ú) từ chn Trig Sau đó, cảm biến tạo xung HIGH chn Echo nhận lại đợc sóng phản xạ pin Chiều rộng xung  bng với thời gian sóng siêu m đợc phát từ cảm biển quay trở lại - Cảm biến SRF04 hoạt động dưa nguyên tắc phát xung tính thời gian từ lúc phát xung đến lúc nhận đợc xung Từ tính khoảng cách bng cách với thời gian vừa đọc đợc nhn với vận tốc sóng siêu m 3.3.2 Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 5VDC - Dịng tiêu thụ: 10~40mA - Tín hiệu giao tiếp: TTL Chn tín hiệu: Echo, Trigger - Góc qt: nối vi điều khiển (ngõ thu) (pin arduino) - Gnd -> nối m VCC 5V TRIG Một chn Digital output Echo Một chn Digital input GND GND 3.4 Khối động RC Servo 3.4.1 Động RC Servo gì?  Động RC Servo có kích thớc nhỏ, loại đợc sử dụng nhiều để làm mơ hình nhỏ cấu kéo khơng cân đến lưc nặng 17    Động servo SG90 Tower Pro có tốc độ phản ứng nhanh, bánh đợc làm bng nhưa nên cân lu ý nng tải nặng làm h bánh răng, động RC Servo 9G có tích hợp sẵn Driver điều khiển động bên nên dễ dàng điều khiển góc quay bng phơng pháp điều độ rộng xung PWM Động servo đợc thiết kế hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động đợc nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí đợc hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu cha đạt đợc vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt đợc điểm xác Các động servo điều khiển bng liên lạc vô tuyến đợc gọi động cơ  servo RC (radio-controlled) Trong thưc tế, thn động servo khơng phải đợc điều khiển bng vơ tuyến, nối với máy thu vô tuyến máy bay hay xe Động servo nhận tín hiệu từ máy thu 3.4.2 Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC - Tốc độ: 0.12 sec/ 60 deg (4.8VDC) - Lưc kéo: 1.6 Kg.cm - Kích thớc: 21x12x22mm - Trọng lợng: 9g 18   3.4.3 Cấp nguồn chân nguồn * Cấp nguồn Điện áp hoạt động ngỡng : 4.8-5V * Các chn nguồn - Dy đen: GNG - Dy đỏ: VCC - Dy cam: Input 3.5 Khối động Motor DC 3.5.1 Động Motor DC gì? Động DC giảm tốc V1 Dual Shaft Plastic Geared TT Motor loại đợc lưa chọn sử dụng nhiều cho thiết kế khung Robot, xe, thuyền, , động có chất lợng giá thành vừa phải với khả dễ lắp ráp đem đến chi phí tiết kiệm sư tiện dụng cho ngời sử dụng 3.5.2 Thông số kỹ thuật • Điện áp hoạt động : 3~9VDC Dòng điện tiêu thụ: 110~140mA - Tỉ số truyền 1:48 19   • 125 vịng/ phút 3VDC • 208 vòng/ phút 5VDC Moment: 0.5KG.CM - Tỉ số truyền 1:120 • 50 vịng/ phút 3VDC • 83 vòng/ phút 5VDC • Moment: 1.0KG.CM 3.6 Khối di chuyển 3.6.1 Bánh xe V1 Bánh xe V1 đợc thiết kế để sử dụng với động giảm tốc V1 Bánh xe V1 loại bánh đợc sử dụng nhiều thiết kế robot có giá thành phải chăng, chất lợng tốt, để lắp ráp ứng dụng thiết kế   3.6.2 Thông số kỹ thuật - Chất liệu: Nhưa - Đờng kính bánh xe: 66mm - Đồ dày lốp xe : 6.5mm - Chiều rộng bánh xe : 27mm - Trục xe phi 5mm, độ rộng khuyết 3.66mm 20   3.7 Khối cấp nguồn 3.7.1 Pin 18650 Ultrafire gì? Pin 18650 Ultrafire 4200mAh dịng pin sạc đợc sử dụng phổ biến Thờng thấy loại đèn pin siêu sáng, pin sạc dư phòng 3.7.2 Thông số kỹ thuật - Loại pin: Pin sạc / NiMH - Hãng: Ultrafire - Model: Ultrafire 18650 - Điện thế: 3.7V - Dung lợng: 4200 mAh - Kích thớc: 18mm*65mm/1 viên CHƯƠNG KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Tuần thực 5-6 7-8 9-11 Nội dung -Nhận đề tài -Đề mục tiêu nghiên cứu, lập kế hoạch thưc ,lên ý tởng, tìm hiểu linh kiện -Tính tốn, lưa chọn linh kiện - Chuẩn bị thiết bị cân dùng mạch - Kiểm tra thơng số kỹ thuật -Nghiên cứu, tìm hiểu để đa đợc sơ đồ nguyên lý mạch -Viết chơng trình điều khiển, lắp rắp linh kiện, hồn 21   12 13-14 thành cấu tạo -Thử nghiệm thưc tế, chỉnh sửa - Kiểm tra - Viết báo cáo -Trang trí xe, đóng gói sản phẩm -Hồn thành sản phẩm   22 ... * Ý nghĩa khoa học   Xy dưng đợc khả tư hành tránh vật cản robot sử dụng cảm biến siêu m * Ý nghĩa thưc tiễn đề tài Ứng dụng xe tư hành lớn, kể đến robot vận hành vật liệu, hàng hóa tịa nhà,... 3.3 Khối hệ thống cảm biến SR04 3.3.1 Cảm biến SR04 gì? 15   Cảm biến khoảng cách hay cịn gọi cảm biến siêu m loại cảm biến  phổ biến Cảm biến đo khoảng từ đến 300 cm Cảm biến siêu m Ultrasonic... viện, ? ?tư hành vào khu thơng mại điện tử,…   CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1Mơ hình xe tự hành tránh vật cản Hình 2.1 Mơ hình xe tự hành tránh vật cản 2.2 Tổng quan robot tự hành tránh vật cản  Ngày