NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH của sinh viên trường đại học công nghiệp HAUI 2023 (có đầy đủ file code, bản vẽ và video).
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật điện tử Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Ngọc Tiến Sinh viên thực hiện: Phan Như Hội 2019600967 Trần Duy Khánh 2019600432 Bùi Tuấn Linh 2019600270 Nguyễn Thành An 2019603570 Hà Nợi-2023 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNGĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆPHÀNỘI Đợc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Họ tên sinh viên: Phan Như Hội Trần Duy Khánh Bùi Tuấn Linh Nguyễn Thành An Mã SV: 2019600967 Mã SV: 2019600432 Mã SV: 2019600270 Mã SV: 2019603570 Lớp: CĐT Lớp: CĐT Lớp: CĐT Lớp: CĐT Khóa:14 Khóa:14 Khóa:14 Khóa:14 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Robot vượt địa hình Mục tiêu đề tài: - Tìm hiểu tổng quan hệ thống - Xây dựng mô hình hệ thống khí - Thiết kế hệ thống điện, điều khiển hệ thống - Tích hợp hệ thống xây dựng giải pháp điều khiển - Đánh giá chất lượng hệ thống Kết dự kiến - Quyển báo cáo nghiên cứu, thiết kế chế tạo Robot vượt địa hình - Các vẽ thiết kế hệ thống khí, vẽ sơ đồ hệ thống điện - Bản vẽ lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển - Mơ hình thực Robot vượt địa hình Thời gian thực hiện: từ 06/03/2023 đến 07/05/2023 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA (Ký ghi rõ họ tên) TS Trần Ngọc Tiến PGS.TS Hoàng Tiến Dũng NỘI DUNG THỰC HIỆN Bố cục thuyết minh đề tài: Nội dung nghiên cứu SV thực Chương 1: Giới thiệu chung Robot vượt địa hình 1.1 Lịch sử nghiên cứu Phan Như Hội 1.2 Các vấn đề đặt Trần Duy Khánh 1.3 Phương pháp nghiên cứu Bùi Tuấn Linh Nguyễn Thành An 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa thực tiễn Chương 2: Cơ sở lý thuyết Robot vượt địa hình 2.1 Sơ lược Robot vượt địa hình 2.2 Hệ thống chấp hành 2.3 Hệ thống điện, điện tử 2.4 Hệ thống điều khiển Phan Như Hội Trần Duy Khánh Bùi Tuấn Linh Nguyễn Thành An Chương 3: Tính tốn, thiết kế Robot vượt địa hình 3.1 Thiết kế hệ thống khí Phan Như Hội 3.2 Thiết kế hệ thống điện, điều khiển Trần Duy Khánh 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển Bùi Tuấn Linh Nguyễn Thành An Chương 4: Chế tạo mơ hình và đánh giá Robot vượt địa hình 4.1 Chế tạo mơ hình hệ thống khí Phan Như Hội 4.2 Chế tạo hệ thống điện, điều khiển Trần Duy Khánh 4.3 Thử nghiệm đánh giá hệ thống Bùi Tuấn Linh Kết luận và phương hướng phát triển Nguyễn Thành An Bản vẽ: TT Tên vẽ Khổ giấy Số lượng SV thực Phan Như Hội Bản vẽ lắp hệ thống khí A3 Bản vẽ hệ thống điều khiển A3 Bùi Tuấn Linh Lưu đồ thuật toán điều khiển A3 Nguyễn Thành An Trần Duy Khánh Mơ hình/ sản phẩm Trình bày ngắn gọn thơng số kỹ thuật mơ hình/ sản phẩm Nợi dung công việc SV thực Chế tạo, lắp ráp cấu chuyển động khí, khung Phan Như Hội giá đỡ mơ hình hệ thống Trần Duy Khánh Lắp ráp mạch điều khiển, mạch động lực Bùi Tuấn Linh Lập chương trình thử nghiệm Nguyễn Thành An NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Giáo viên hướng dẫn TS Trần Ngọc Tiến ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Giáo viên phản biện MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các vấn đề đặt 10 1.3 Phương pháp nghiên cứu 11 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu 12 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH 14 2.1 Sơ lược Robot vượt địa hình 14 2.2 Hệ thống chấp hành 19 2.3 Hệ thống điện, điện tử 22 2.4 Hệ thống điều khiển 34 CHƯƠNG TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH 42 3.1 Hệ thống khí 42 3.2 Thiết kế hệ thống điện, điều khiển 56 3.3 Thiết kế chương trình điều khiển 63 CHƯƠNG CHẾ TẠO MƠ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH 68 4.1 Chế tạo mơ hình hệ thống khí 68 4.2 Chế tạo hệ thống điện điều khiển 70 4.3 Thử nghiệm đánh giá hệ thống 73 KẾT LUẬN 80 PHỤ LỤC 82 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Robot Lunokhod Hình 2: Robot Sojourner Hình 3: Robot Genghis Hình 1: Robot ngồi trời 14 Hình 2: Robot nước 15 Hình 3: Robot nhà 15 Hình 4: Robot di chuyển bánh xe 16 Hình 5: Robot di chuyển xích 16 Hình 6: Robot mơ động vật 17 Hình 7: Cấu tạo động giảm tốc 19 Hình 8: Động Cơ DC Giảm Tốc JGA25-370 20 Hình 9: Mạch chuyển đổi mức tín hiệu 22 Hình 10: Sơ đồ kết nối 22 Hình 11: Mạch Giảm Áp LM2596 23 Hình 12: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 24 Hình 13: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 25 Hình 14: Mạch thu phát Wifi ESP 8266 26 Hình 15: Cảm biến khí Gas MQ-2 27 Hình 16: Sơ đồ mạch điện cảm biến khí gas MQ-2 28 Hình 17: Pin 18650 29 Hình 18: Sơ đồ thu phát hình ảnh 30 Hình 19: Router 31 Hình 20: IP camera 32 Hình 21: Arduino IDE 34 Hình 22: Giao diện Arduino 35 Hình 23: Giao diện Firebase 37 Hình 24: Module điều khiển động L298N 38 Hình 25: Remote điều khiển PS2 Khơng Dây 39 Hình 26: Sơ đồ đấu nối 41 Hình 3.1: Mơ hình thiết kế 3D 42 Hình 3.2: Kết cấu phần hộp linh kiện Robot 43 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý 45 Hình 3.4: Cơ cấu khung xe 47 Hình 3.5: Biểu đồ lực mặt phẳng ngang 48 Hình 3.6: Biểu đồ lực mặt phẳng nghiêng 50 Hình 3.7: Biểu đồ lực Robot di chuyển lên dốc 51 Hình 3.8: Biểu đồ lực di chuyển mặt phẳng lệch 52 Hình 3.9: Biểu đồ lực Robot di chuyển lên cầu thang 53 Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống 56 Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện 57 Hình 12: Bố trí động khung xe 58 Hình 13: Lưu đồ thuật tốn 59 Hình 14: Hệ thống điện điều khiển điều hướng 60 Hình 15: Hệ thống điện điều khiển Camera cảm biến nhiệt độ, độ ẩm 61 Hình 16: Lưu đồ thuật tốn hệ thống cảm biến 62 Hình 18: Tạo sở liệu Firebase 64 Hình 19: Xuất liệu lên Firebase 64 Hình 20: Kết 65 Hình 21: Các chân kết nối 66 Hình 1: Khung xe ban đầu 68 Hình 2: Khung xe hoàn thiện 69 Hình 3: Hệ thống điện 70 Hình 4: Đi dây 71 Hình 5: Đi dây hộp điện điều khiển 71 Hình 6: Tay cầm điều khiển 72 Hình 7: Thử nghiệm camera lần đầu 73 Hình 8: Thử nghiệm phần Camera 73 Hình 9: Leo dốc với góc nghiêng 30° 74 Hình 10: Thử nghiệm Robot vượt qua địa hình sỏi đá khơng phẳng 75 Hình 11: Thử nghiện Robot vượt qua địa hình đồng cỏ 76 Hình 12: Thử nghiệm Robot vượt qua địa hình bậc thang 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp (2006) Chi tiết máy - Tập 1,2 Hà Nội: Nhà xuất giáo dục [2] ThS Lê Ngọc Duy, Giáo trình Cảm biến hệ thống đo, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, 2019 [3] Nguyễn Thị Phương Hà (Chủ biên), Lý thuyết điều khiển tự động, Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2016 [4] N T T Hường, Sức bền vật liệu, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, 2011 [5] GS TS Trần Đình Thám, Cơ học kỹ thuật, Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2019 [6] Nguyễn Quang Khang, vật lí đại cương 1, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2008 81 PHỤ LỤC Code Arduino Code điều khiển động 82 83 84 85 86 87 Code ESP8266 88 89 Code PY Camera import cv2 import threading from firebase import firebase # Khởi tạo firebase firebase = firebase.FirebaseApplication('https://test-terrain1-default- rtdb.firebaseio.com/', None) # Kết nối với camera IP camera = cv2.VideoCapture('rtsp://anhem88:anhem88@192.168.199.151:554/stream2') # Khai báo biến lưu trữ nhiệt độ độ ẩm temperature = None humidity = None gas = None # Hàm đọc liệu từ Firebase def read_from_firebase(): global temperature, humidity, gas while True: temperature = firebase.get('temperature', None) humidity = firebase.get('humidity', None) gas = firebase.get('gas', None) 90 # Khởi tạo thread cho đọc liệu từ Firebase firebase_thread = threading.Thread(target=read_from_firebase) firebase_thread.start() while True: # Lấy frame từ camera IP ret, frame = camera.read() # Hiển thị nhiệt độ độ ẩm hình video if temperature is not None and humidity is not None and gas is not None: text = f'Temperature: {temperature} C Humidity: {humidity} % Gas: {gas} ppm' org = (20, frame.shape[0] - 20) font = cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN fontScale = color = (0, 0, 255) thickness = frame = cv2.putText(frame, text, org, font, fontScale, color, thickness, cv2.LINE_AA) # Hiển thị video cv2.imshow('Camera with temperature', frame) # Đợi phím nhấn để if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'): break 91 Bản vẽ lắp Bản vẽ phân rã Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Lưu đồ thuật toán