Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ROBOTKHỬ KHUẨN ĐA PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN GVHD: NGUYỄN THANH HẢI SVTH: PHẠM MINH TIẾN HUỲNH NGỌC TUYỂN SKL009338 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2022 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 TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ROBOT KHỬ KHUẨN ĐA PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN GVHD: PGS TS Nguyễn Thanh Hải SVTH: Phạm Minh Tiến MSSV: 17141140 SVTH: Huỳnh Ngọc Tuyển MSSV: 17141154 TP HỒ CHÍ MINH – 06/2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 05 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Minh Tiến MSSV: 17141140 Huỳnh Ngọc Tuyển MSSV: 17141154 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hải Ngày nhận đề tài: 28/04/2022 Ngày nộp đề tài: 19/07/2022 Tên đề tài: Thiết kế mơ hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Nhóm CNTT, “Robot khử khuẩn phòng cách ly”, sản phẩm nghiên cứu thuộc trung tâm công nghệ bệnh viện Quân Dân Y miền đông - Hứa Gia Thuận, Ngô Quang Trạng, “Thiết kế thi công robot diệt khuẩn bề mặt tia cực tím”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2021, HK2 - Nhóm sinh viên Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái Ngun, “Mơ hình Robot tránh vật cản”, Đồ án tốt nghiệp - Nhóm sinh viên Đại Học Bách Khoa Tp.HCM , “Mơ hình Robot dị đường”, Đồ án mơn học, 05/2017 Nội dung thực đề tài: - Đọc tài liệu tham khảo, tóm tắt hướng đề tài - Tìm hiểu cách thức hoạt động loại board - Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ ngun lý tồn mạch - Tính tốn, thiết kế mơ hình sử dụng board arduino, module động có sẵn thị trường - Thiết kế giao diện điều khiển app điện thoại - Thiết kế mô hình chạy thử sản phẩm i - Viết báo cáo thực - Bảo vệ luận văn Sản phẩm: Mơ hình robot khử khuẩn thiết kế gồm robot khử khuẩn ứng dụng điều khiển trực tiếp thông qua smartphone với cấu di chuyển bánh xích, xịt khử khuẩn bơm áp suất, người dùng điều khiển cấu phun lên xuống trái phải, bên cạnh cịn có chức tự động mà không cần người dùng điều khiển trực tiếp TRƯỞNG NGÀNH GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Phạm Minh Tiến Huỳnh Ngọc Tuyển Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển Họ tên Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hải NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Đề tài có chương, thiết kế thi cơng mơ hình robot khử khuẩn điều khiển cách (thủ cơng, dị line, tránh vật cản) thơng qua ứng dụng từ điện thoại thơng minh Đề tài có chế độ điều khiển giúp cho robot hoạt đơng tùy theo mơi trường khác Nhóm sinh viên hồn thành tất mục tiêu đề đề cương chi tiết, nội dung phù hợp với thực tế mang tính ứng dụng Ưu điểm: Thiết kế robot hoạt động với chế độ thời gian dài, robot có khả phun khử khuẩn từ xa số mơi trường khác Khuyết điểm: Robot khó di chuyển địa hình khơng phẳng Trong chế độ dò line, chưa khắc phục hạn chế cho robot hoạt động nơi có ánh sáng mặt trời chiếu trực diện Đề nghị cho bảo vệ hay không? Cho phép bảo vệ Đánh giá loại: Giỏi Điểm: 8,5……………….(Bằng chữ: Tám năm ) Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Thanh Hải iii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MSSV: 17141140 Họ tên Sinh viên: Phạm Minh Tiến MSSV: 17141154 Huỳnh Ngọc Tuyển Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: 10 Đề nghị cho bảo vệ hay không? 11 Đánh giá loại: 12 Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giáo viên phản biện iv LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Thanh Hải hướng dẫn truyền đạt kinh nghiệm quý báu từ kiến thức chuyên môn kỹ cần thiết khác để hồn thành khóa luận tốt nghiệp cách tốt hành trang cho em việc phát triển thân tương lai Nhóm xin cảm ơn q Thầy Cơ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đặc biệt Quý Thầy Cô khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Khoa Điện - Điện Tử truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích tạo điều kiện tốt cho chúng em xuyên suốt trình học tập, rèn luyện trường Cuối cùng, nhóm muốn gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, tới gia đình bạn bè - người ủng hộ, giúp đỡ động viên suốt trình bọn em theo học trường Khóa luận em cịn hạn chế lực thiếu sót q trình nghiên cứu Em xin lắng nghe tiếp thu ý kiến giáo viên phản biện để hoàn thiện, bổ sung kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Phạm Minh Tiến Huỳnh Ngọc Tuyển v LỜI CAM ĐOAN Nhóm thực Đồ Án Tốt Nghiệp cam đoan không chép nội dung kết cơng trình nghiên cứu khác Các nội dung tham khảo trích dẫn đầy đủ Người thực đề tài Phạm Minh Tiến Huỳnh Ngọc Tuyển vi Khi gạt switch sang chế độ “Tránh vật cản”, switch thay đổi trạng thái sang màu đỏ hình 5.10 Chế độ cho phép robot di chuyển cách chạy đường thẳng, phát vật cản robot lùi lại di chuyển hướng khác thực tiếp tục tác vụ khử khuẩn Hình 5.10 Giao diện chạy tự động tránh vật cản bật app f Giao diện chế độ khử khuẩn tự động dò line Switch cuối chế độ “Dò line” Khi chế độ robot di chuyển theo đường line màu đen khử khuẩn nơi mà ta trang bị đường line Khi di chuyển chế độ này, phát vật cản robot dừng lại đợi vật cản gạt bỏ ta điều khiển thủ động để robot tránh vật cản robot tiếp Theo hình 5.11 chế độ dị line bật Hình 5.11 Giao diện chạy tự động phòng bật app 5.2 Nhận xét, đánh giá Sau trình thi cơng vận hành robot, nhóm đưa số trường hợp để thực nghiệm nhằm mục đích tổng hợp số liệu Thực nghiệm 1: Chế độ khử khuẩn tránh vật cản Khi bật chế độ này, ta đặt robot cuối hành lang, lúc robot bắt đầu thẳng, phát tường robot quay trái góc 150 độ tiếp tục di chuyển Tại lần phát vật cản robot di chuyển theo góc ngược lại để tạo hình di chuyển theo dạng ziczac giúp đảm bảo phun khử khuẩn hầu hết nơi mà robot qua Hình 5.12 Bản đồ di chuyển theo dạng ziczac Thực nghiệm 2: Chế độ khử khuẩn dò line Khi đặt di chuyển robot đến vị trí đường line, ta gạt switch “Dị line” sang phải để xe di chuyển theo chế độ chạy theo line vẽ sẵn Như hình 5.13, nhóm thực đường line đường trịn có đường kính 2m để thực nghiệm chế độ 41 Hình 5.13 Bản đồ chạy dị line thử nghiệm Hình 5.14 Robot khử đặt đường line Do điều kiện ánh sáng trời khác theo buổi Nhóm lập bảng 5.2 để thống kê kết thực nghiệm chạy chế độ dò line theo thời điểm ngày Bảng 5.2 Thống kê chạy chế độ dò line vào buổi Buổ 42 Từ bảng 5.2 ta thấy, thời điểm khác ngày, robot chạy với độ xác khác Vào thời điểm buổi tối, khơng có tác động ánh sáng mặt trời cảm biến phân biệt rõ ràng khả robot chạy khỏi line vô thấp Thực nghiệm 3: Chế độ điều khiển thủ công Chế độ bao gồm chức di chuyển bao gồm: điều khiển xe tiến, lùi trái, phải, điều khiển cần phun quay lên, quay xuống, quay trái, quay phải bật tắt bơm khử khuẩn Người dùng tác động trực tiếp vào giao diện điện thoại để lệnh cho chức Bảng 5.3 Bảng thực nghiệm chế độ thủ cơng Chức Kết Sau q trình thực nghiệm nhóm thống kế xác suất thành cơng chế độ Tiêu biểu chế độ dò line, chế độ thích hợp chạy nhà phịng chế độ cần ánh sáng ổn định để robot phân biệt đường line cách xác 5.3 Quy trình sử dụng robot khử khuẩn đa phương án điều khiển Bước 1: Bơm dung dịch thuốc khử khuẩn loại vi khuẩn, virus cần tiêu diệt vào bình chứa dung dịch màu trắng nằm mặt robot Bước 2: Bật công tắc nguồn gắn phía sau robot để khởi động cấp nguồn toàn cho hệ thống Bước 3: Tiến hành kết nối bluetooth cho app cài đặt điện thoại với robot Ta tiến hành bước sau để kết nối điện thoại với robot: - Tải ứng dụng viết từ phần mềm MIT APP INVENTOR điện thoại, - Nhấp lần vào biểu tượng ứng dụng điều khiển robot tải - Nhấn KẾT NỐI bảng danh sách thiết bị có kết nối bluetooth Chọn tên thiết bị có ký tự “98:DA:60:01:7B:49 HC-06” (mỗi HC-06 có kí hiệu khác nhau) Bước 4: Người điều khiển bắt đầu điều khiển robot di chuyển thủ công cách tương tác trực tiếp qua giao diện app hình điện thoại tác vụ: - Gạt switch BƠM sang bên phải đến switch chuyển sang màu đỏ để khởi động chế 43 độ bơm tự động giúp robot vừa di chuyển vừa khử khuẩn người dùng điều khiển tới Để điều khiển hướng quay cách tay robot người dùng sử dụng phím điều hướng bên phải Cụ thể sau: + Bấm vào phím hướng lên cánh tay robot nâng lên + Bấm vào phím hướng xuống cánh tay robot gập xuống + Bấm vào phím hướng trái cánh tay robot quay trái + Bấm vào phím hướng phải cánh tay robot quay phải - Robot cấp nguồn mặc định hoạt động chế độ thủ công nên người dùng điều khiển robot di chuyển theo hướng mong muốn phím điều hướng bên trái giao diện app điều khiển Cụ thể sau: + Bấm vào phím hướng lên robot thẳng phía trước + Bấm vào phím hướng xuống robot lùi phía sau + Bấm vào phím hướng trái robot rẽ trái + Bấm vào phím hướng phải robot rẽ phải Bước 5: Để điều khiển robot hoạt động phương án tự động với chế độ: Tự động tránh vật cản, dò line người điểu khiển cần thực tác vụ sau: Đối với chế độ tự động tránh vật cản: + Gạt switch chế độ tránh vật cản sang phải + Gạt switch chế độ bơm tự động để robot vừa di chuyển vừa phun khử khuẩn chế độ - Đối với chế độ dò line tự động: + Gạt switch chế độ dò line sang phải đến switch chuyển sang màu đỏ + Gạt switch chế độ bơm tự động để robot vừa di chuyển vừa phun khử khuẩn chế độ 5.4 Dự tốn chi phí thi cơng Sau thi cơng lắp đặt mơ hình, nhóm liệt kê số danh sách linh kiện với chi phí dự tốn bảng 5.4 Bảng 5.4 Bảng dự toán đề tài STT Linh kiện, vật liệu Bơm áp suất 44 Acqui Bộ bánh xích xe tăng Khung nhựa Mica Adruno Nano Module L298N Module hiển thị pin Động DC Dây điện 1m 10 Sạc acqui 11 Servo 12 Gá đỡ servo kim loại 13 Ống nước 1m 14 Module hạ áp 15 Béc phun sương 16 Co nối ngã tư, chữ L,Van khóa 17 Thùng đựng thuốc 18 Chiết áp 19 Domino 20 Transistor 21 Cảm biến 22 Công tắc, đầu đực sạc acqui 23 Mach in 24 Ốc lục giác ( 1gram) 25 Keo nến, keo dán ống 45 26 Giấy dán 27 Dây rút Như vậy, với chi phí ước chừng linh kiện khoảng 4.000.000 số khoản chi phí phát sinh Nhóm thiết kế thành công robot khử khuẩn với nhiều chức hoạt động với tổng thời giản sử dụng liên tục khoảng 50p Đồng thời thông qua chương giúp cho người hiểu rõ cách thức hoạt động robot 46 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Mơ hình đề tài “Thiết kế thi cơng mơ hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển” hồn thành hoạt động tốt, mơ hình có tính ứng dụng cao đặc biệt thời buổi dịch bệnh hoành hành Về phần cứng, hệ thống sử dụng vi điều khiển Arduino Nano giao tiếp với ngoại vi module HC06, module L298N, servo, cảm biến hồng ngoại, cảm biến dò line, bơm áp suất péc phun sương để thực điều khiển phun khử khuẩn bề mặt tiếp xúc Các module kết nối với sơ đồ nguyên lý thiết kế hoạt động với tính ổn định lâu dài Về phần mềm, nhóm thực thiết kế lưu đồ giải thuật lập trình cho vi điều khiển thực chức hệ thống, thiết kế giao diện app tảng Mit App Inventor để tạo ứng dụng điều khiển điện thoại thông minh Kết thực đáp ứng mục tiêu đưa ban đầu đề tài Cụ thể là: robot điều khiển thơng qua app cài đặt điện thoại, có chế độ điều khiển điều khiển tự động người dùng điều khiển trực tiếp, bên cạnh kiểm sốt góc phun lưu lượng phun Hệ thống có đầy đủ chức robot khử khuẩn như: kết nối với app, di chuyển, phun khử khuẩn Giao diện app điều khiển hình điện thoại trực quan, dễ dàng tương tác Bên cạnh đề tài cịn nhiều hạn chế: - Robot di chuyển đường line vòng qua vật cản vào lại line mà dừng lại trước vật cản, trường hợp cần sự can thiệp người điều khiển cách gạt bỏ vật cản điều khiển thủ động để robot tránh vật cản vào lại line robot tiếp - Robot giao tiếp thông qua giao thức Bluetooth phạm vi 20m 6.2 Hướng phát triển Để mơ hình hồn thiện ứng dụng vào thực tế, nhóm có số kiến nghị hướng phát triển đề tài: Trang bị cảm biến mực nước, cảm biến truyền gửi liệu lượng dung dịch thùng chứa điện thoại giúp ta kịp thời cấp thêm dung dịch khử khuẩn - Thiết kế cấu di chuyển chắn hơn, khung thay chất liệu kim loại - Thay điều khiển qua blutooth thành điều khiển thông qua wifi có gắn camera (có thể dùng ESP 32) để người dùng điều khiển từ nơi xa mà không cần phải quan sát robot 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhóm CNTT, “Robot khử khuẩn phịng cách ly”, sản phẩm nghiên cứu thuộc trung tâm công nghệ bệnh viện Quân Dân Y miền đông 04/2021 [2] Hứa Gia Thuận, Ngô Quang Trạng, “Thiết kế thi cơng robot diệt khuẩn bề mặt tia cực tím”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 07/2021, HK2 [3] Lương Văn Sử, Lê Minh Huy, “Robot khử khuẩn tự hành Phenikaa”, đề tài nghiên cứu trường ĐH Phenikaa,08/2020 [4] Đỗ Chí Hữu, Nguyễn Tấn Bình, “Thiết kế thi cơng hệ thống khóa cửa điện tử đa phương án mở”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 07/2021 [5] Nguyễn Ngọc Anh Quân, Nguyễn Trung Phong, “Robot máy nông nghiệp”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐH HUTECH, Tp.HCM, 03/2020 [6] Võ Ngọc Tiến, Lâm Minh Cảnh “Thiết kế thi công điều khiển xe lăn điện sử dụng cảm biến gia tốc”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019 [7] Nguyễn Văn Lập, Hà Đăng Lộc, “Thiết kế thi cơng mơ hình xe robot dị tìm kim loại điều khiển điện thoại”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019 [8] Lâm Gia Linh, Lê Thanh Thảo, “Thiết kế thi công xe khử khuẩn”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐH Bách Khoa, Đà Nẵng, 2020 [9] Lê Văn Luận, Phạm Minh Kha, “Điều khiển xe lăn điện giọng nói smartphone”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019 [9] Microchip, “Datasheet ATmega328P”, 01/20115 [10] HC Information Technology, “HC-06 is the higher version of LV_BC_2.0.”, 2011 [11] Báo tuổi trẻ, “Robot khử khuẩn đại học Tôn Đức Thắng”, 2020 [12] Wikipedia, “App_Inventor_for_Android”, wikipedia.org 2019 [13] Wikipedia, “Lực ma sát”, wikipedia.org, 2015 [14] Engineersedge, “Bảng hệ số ma sát trượt”, 2020 [15] Ebookbkmt.com, “Thiết kế khí robot dạng bánh xích”, 03/2021 [16] Appinventor.mit.edu, “Welcome to App Inventor 2”, 2020 48 PHỤ LỤC Code chương trình Vì code chương trình cho hệ thống có độ dài lớn nên nhóm gửi phần code chương trình link đính kèm Trong link gồm có file: code cho chương trình Arduino code xây dựng app MIT INVENTOR https://drive.google.com/file/d/1jSq-i4UrHRlMcQtAUuFc0oOqbRnXz0zp/view?usp=sharing Cấu hình block Mit Inventor Vì code cấu hình khối block có độ dài lớn nên nhóm di chuyển xuống phần phụ lục đây: Cấu hình block cho khối kết nối, sau nhấn gọi hàm kết nối với bluetooth gọi danh sách module tìm kiếm Hình PL.1 Khối kết nối bluetooth Tiếp theo, để điều khiển xe, cần phun chế độ khác ta cần thiết lập thêm khối chức thể hình PL2 49 Hình PL.2 Khối di chuyển Ở cấu phun nhóm sử dụng touch up touch down để điều khiển góc quay servo hình PL.3 Hình PL.3 Điều khiển cần bơm 50 Sau chức dò line chức tránh vật cản, gạt switch khởi động chức lên Hình PL.4 Khối chế độ tự động 51