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 HỊA 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: Tên đề tài: Các số liệu, tài liệu ban đâu: Nội dung thưc đề tài: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH MSSV: Lớp: ĐT: Ngày nộp đề tài: GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* ́ PHIÊU 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 ******* ́ PHIÊU NH Ṇ 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 công 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 - Mô hình xe tư hành ( Kích th ớc 25 cm x 15cm ) Chạy mơ hình ổn định q 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 công 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 môi 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 khơng 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 mơi tr ờng khác 2.3Mơ 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 S = ∆ φ1 r S = ∆ φ2 r Với ∆ φ , ∆ φ2 đoạn dịch chuyển bánh chủ động Ta có lân l ợt l ợng dịch chuyển quay bán kính bánh chủ động T khoảng cách bánh RD , ∆ α bán kính quay góc dịch chuyển robot mặt phẳng n m ngang Khi T RD= ∆ S +∆S ( ∆ S2−∆ S1 ) ∆ S2−∆ S1 ,∆α= T Trong tiểu luận ta xét tr ờng hợp đặc biệt chuyển động: Khi ∆ S =∆ S , RD=∞,∆ α=0 robot theo quỹ đạo đ ờng thẳng(tiến lùi) 2 ∆ ∆ ∆S x=∆ y : l ợng dịch chuyển theo x=RD sin(∆ α),∆ y =RD (1−cos(∆ α )) ph ơng hệ toạ độ gắn với robot [ ∆ ∆X ] =[ ∆ x − ∆y Y∆ y ∆ x ] [ cos(∆ α )] sin(∆ α ) ( Vị trí robot toạ độ gốc D thời điểm thứ (i) đ ợc xác định nh sau α X D (i) [ ] [ D(i) Y D (i) α =X Y ∆α D(i−1) + D (i−1) D (i−1) ] ∆X X D Y ) + góc định h ớng D α , toạ độ D D(i) 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 θa=¿) +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) - Công 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 Thơng 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 servo RC (radio-controlled) Trong thưc tế, th n động servo 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 Thơng 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 vịng/ phút 5VDC Moment: 0.5KG.CM - Tỉ số truyền 1:120 • 50 vịng/ phút 3VDC • 83 vịng/ 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