Đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo robot ứng dụng trong nông nghiệp. Sản phẩm của đề tài là “Robot ứng dụng trong nông nghiệp” thực hiện được những chức năng gieo hạt, tưới nước, trồng cây, đo độ ẩm đất, diệt cỏ,.. Trải qua quá trình thực nghiệm cho thấy Robot vận hành ổn định ,hoạt động trơn chu và truyền động đúng yêu cầu mà bài toán đã đặt ra. Theo nhiều cách khác nhau, robot nông nghiệp áp dụng tốt cho các hộ gia đình, thực hiện quá trình một cách tự động không cần bán tự động, cải thiện năng suất cây trồng, giảm bớt tình trạng thiếu lao động phổ biến, giúp nông dân tăng hiệu suất và giảm chi phí vận hành.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Robot ứng dụng nơng nghiệp Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghê-Kỹ thuật 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Robot ứng dụng nơng nghiệp Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng nghệ- Kỹ thuật 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG .5 MỞ ĐẦU .11 CHƯƠNG 13 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP 13 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Robot ứng dụng nông nghiệp 13 1.2 Cấu trúc chung Robot .14 1.3 Phân loại Robot nông nghiệp 15 1.3.1 Một số Robot thực nhiệm vụ nông nghiệp 15 1.3.2 Nhiệm vụ Robot nông nghiệp 19 1.4 Các tiêu chí đánh giá thơng số kỹ thuật 20 1.4.1 Độ động cấu 20 1.4.2 Hệ số phục vụ .21 1.4.3 Các thông số kỹ thuật robot nông nghiệp 21 CHƯƠNG 23 THIẾT KẾ ROBOT NÔNG NGHIỆP 23 2.1 Ý tưởng 23 2.2 Thiết kế robot 23 2.2.1 Phần mềm SOLIDWORKS 23 2.2.2 Xây dựng mơ hình SOLIDWORKS 26 2.3 Cáp ống 31 2.3.1 Lắp ráp trục Z .31 2.3.2 Lắp ráp trục Y 33 2.3.3 Lắp ráp trục X 36 2.3.4 Thắp sáng 38 2.4 Công cụ .38 2.4.1 Gía treo dụng cụ đa 38 2.4.2 Máy gieo hạt giống .39 2.4.3 Vòi tưới 40 2.4.4 Đầu gắn cảm biến độ ẩm 41 2.4.5 Đầu diệt cỏ dại 42 2.5 Sử dụng lượng mặt trời .42 2.6 Thiết kế lựa chọn thiết bị hệ thống điều khiển robot .43 2.6.1 Arduno Atmega2560 43 2.6.2 Ramps 1.4 45 2.6.3 Raspberry Pi 45 2.6.4 Bộ tản nhiệt Stepper Driver .46 2.6.5 Động bước .47 2.6.6 Bơm chân không 49 2.6.7 Nguồn cấp 49 2.6.8 Cảm biến đo độ ẩm đất .50 2.6.9 Đèn led .51 2.6.10 Định cỡ hệ mặt trời, pin ( ắc quy ) thành phần .51 CHƯƠNG 55 CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM 55 3.1 Lắp ráp hồn thiện mơ hình 55 3.2 Lắp ráp tủ điều khiển 56 3.3 Thực nghiệm .57 3.3.1 Phần mềm Farmbot 57 3.3.2 Sử dụng ứng web farmbot điều khiển robot .59 3.3.3 Điều khiển robot ứng dụng web farmbot 61 3.4.4 Code 74 KẾT LUẬN 80 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các phận cấu thành robot công nghiệp 11 Hình 1.2 Robot chim ưng 13 Hình 1.3 Robot thu hoạch nhà kính 14 Hình 1.4 Robot Tertill 15 Hình 1.5 Robot Treerover 15 Hình 2.1 Mơ hình robot 20 Hình 2.2 Chức khối .22 Hình 2.3 Thiết kế phần đế di động 24 Hình 2.4 Gắn bánh xe di chuyển 25 Hình 2.5 Giàn di chuyển phần đế 25 Hình 2.6 Gắn dầm giàn nên cột 26 Hình 2.7 Giàn bánh xe gắn nên cột giàn .26 Hình 2.8 Tấm trượt chéo .27 Hình 2.9 Gắn bánh xe chữ V giàn trục Z nên trượt chéo 27 Hình 2.10 Trượt chéo 27 Hình 2.11 Gắn trục Z vào trượt chéo 28 Hình 2.12 Định hình cáp trục Z 28 Hình 2.13 Gắn cáp trục Z vào trượt chéo 29 Hình 2.14 Gắn động nên trục Z 29 Hình 2.15 Đưa dây điện ống vào cáp trục Z 30 Hình 2.16 Định hình cáp trục Y 31 Hình 2.17 Gắn động nên trục Y .31 Hình 2.18 Đưa dây điện ống vào cáp trục Y 32 Hình 2.19 Gắn cáp nên trục giàn .32 Hình 2.20 Đi dây đai trục Y 32 Hình 2.21 Định hình cáp trục X 33 Hình 2.22 Kết nối động trục X thứ 33 Hình 2.23 Kết nối động trục X thứ hai 33 Hình 2.24 Đưa dây điện ống vào cáp trục X 34 Hình 2.25 Gắn giá đỡ cáp trục X 34 Hình 2.26 Đi dây đai trục X 35 Hình 2.27 Lắp đèn chiếu sáng vào dàn .35 Hình 2.28 Gía treo dụng cu đa 36 Hình 2.29 Máy gieo hạt giống .36 Hình 2.30 Máy hút chân khơng 37 Hình 2.31 Thùng đựng hạ giống 37 Hình 2.32 Đầu tưới nước .38 Hình 2.33 Đầu đo độ ẩm .38 Hình 2.34 Đầu dập cỏ 39 Hình 2.35 Sơ đồ kết nối hệ thống lượng mặt trời .40 Hình 2.36 Kết nối chuyển đổi lượng mặt trời .40 Hình 2.37 Arduino Atmega 2560 41 Hình 2.38 Ramps 1.4 42 Hình 2.39 Raspberry Pi 43 Hình 2.40 Bộ tản nhiệt Stepper Driver 44 Hình 2.41 Động bước vỏ bọc động .45 Hình 2.42 Máy hút chân khơng 46 Hình 2.43 Nguồn tổ ong 46 Hình 2.44 Cảm biến đo độ ẩm SMS-V2 .47 Hình 2.45 Đèn led dạng ống 48 Hình 2.46 Tấm pin lượng mặt trời 100W 49 Hình 2.47 Pin axit chì lượng mặt trời 12V 50 Hình 2.48 Bộ điều khiển sạc .51 Hình 3.1 Tủ điều khiển 53 Hình 3.2 Hệ thống điều khiển .54 Hình 3.3 Raspberry pi kết nối với Farmduino .55 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Đặc trưng robot 22 Bảng 2.1 thông số kỹ thuật động thơng số kỹ thuật bảng mã hóa .48 Bảng 2.2 Thông số kỹ thật máy hút chân không 49 Bảng 2.3 Thông số Kỹ thật nguồn tổ ong 50 Bảng 2.4 Thơng số pin axit chì lượng mặt trời 52 MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Trong trình nghiên cứu làm đề tài với khối lượng cơng việc khơng nhỏ nên q trình làm, chúng em gặp khó khăn việc tính tốn chọn thơng số, lấy số liệu thực tế, Tuy nhiên chúng em cố gắng để khắc phục vướng mắc, để hoàn thiện sản phẩm Lý chọn đề tài Hiện xã hội ngày phát triển đại hóa nhu cầu suất, chất lượng sản phẩm ngày yêu cầu cao đòi hỏi ứng dụng rộng rãi phương tiện tự động hóa sản xuất vào lĩnh vực sản xuất số ngành nơng nghiệp Việc đưa mơ hình robot vào sản xuất nơng nghiệp ứng dụng nước phát triển đem lại nhiều lợi ích mặt kinh tế, thời gian, sức lao động Vốn phổ biến từ nhiều nước giới Tuy nhiên Việt Nam vài năm trở lại việc vận dụng mơ hình robot vào sản xuất nơng nghiệp trở thành xu hướng Robot nông nghiệp trở nên phổ biến với người nông dân nông thôn người dân mạnh dạn đưa vào xử dụng chi phí đầu tư cao Mặt khác khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ làm thay đổi sống người, làm cho sống người ngày trở nên tiện nghi đại Kỹ thuật điện tử phát triển người tạo thiết bị máy móc đại thay cho người công việc nặng nhọc địi hỏi xác cao Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhều lĩnh vực: công nghiệp, giao thông vận tải, hành không vũ trụ,…Các thiết bị điều khiển tự động vai trị quan trọng góp phần lớn cho tiến không ngừng lĩnh vực Ngành nông nghiệp nước ta cịn phụ thuộc nhiều vào khí hậu tự nhiên, với phương pháp sản xuất canh tác truyền thống không mang lại suất cao Khi kinh tế xã hội phát triển nhu cầu người nâng cao, đòi hỏi chất lượng nâng cao Do cần đến thiết bị kỹ thuật tiên tiến có khả gieo trồng , đo đạc điều khiển thông số môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm, chất dinh dưỡng cung cấp phù hợp cho trồng,…Xuất phát từ vấn đề thực tiễn chúng em tiến hành:“Nghiên cứu ,thiết kế, chế tạo robot ứng dụng nông nghiệp’’ Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài nghiên cứu đưa phương trình điều khiển cấu hình robot nơng nghiệp, dựa vào thực nghiệm xây dưng chương trình mơ chuyển động mơ hình robot Đưa sản phẩm nghiên cứu ứng dụng vào ngành nơng nghiệp (có thể đưa vào sử dụng hộ gia đình) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài phướng pháp tính tốn, thiết lập trình tự, mơ điều khiển mơ hình thực tế máy tính Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài robot ứng dụng ngành nông nghiệp, sản phẩm nhiều người quan tâm nghiên cứu.Phạm vi nghiên cứu, phân tích động học mơ chuyển động robot, tích hợp chức khác sản phẩm để tối ưu hóa hiệu suất nông nghiệp Ý tưởng tạo hệ thống tự động có thích thước nhỏ hoạt động hiệu máy đầu kéo nông nghiệp cồng kềnh hình thành phát triển, Robot nông nghiệp CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT ỨNG DỤNG TRONG NƠNG NGHIỆP 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Robot ứng dụng nông nghiệp Trong nhiều năm kể từ đời vào năm 1961, robot sử dụng chủ yếu ứng dụng cơng nghiệp, cụ thể nhà máy, xí nghiệp công nghiệp, hệ thống sản xuất, nơi môi trường làm việc xác lập xác cho hoạt động lập trình xác Robot điều kiện làm việc không thay đổi Trong nhiều năm, nông lâm nghiệp lĩnh vực mà Robot chưa thực đặt bước chân Đầu năm 1960, dự án hệ thống tự động máy kéo tự động khởi đầu, tạo triển vọng ứng dụng thiết bị không người lái phục vụ cho nông lâm nghiệp Dựa phương thức tiếp cận hành vi, phương tiện vận chuyển cánh đồng tích hợp với hệ thống cảm biến, cơng nghệ truyền thơng, hệ thống định vị tồn cầu GPS hệ thống thông tin địa lý GIS tạo hệ thống máy tự trị, thích nghi, có khả thực canh tác thu hoạch cho loại trồng có giá trị cao có khả quản lý tồn khu vực canh tác Ý tưởng tạo hệ thống tự động có thích thước nhỏ hoạt động hiệu máy đầu kéo nông nghiệp cồng kềnh hình thành phát triển, Robot nông nghiệp Một số Robot làm nhiệm vụ thu hoạch ăn trái tự động thiết kế điển Robot hái cam (Hannan Burks, 2004), Robot hái dâu tây (Kondo et al., 2005) Robot thu hoạch cà chua (Chi & Linh, 2004) phát triển phịng thí nghí nghiệm Hệ thống tự động cho tưới tiêu dựa điều kiện khí hậu cho trồng có giá trị cao phát triển ( Miranda et al, 2005) Hệ thống Demeter trang bị camera GPS để điều hướng để thu hoạch cánh đồng (Pilarski et al., 2002) Các Robot kiểm soát diệt trừ cỏ dại thiết kế (Have et al., 2005) Ưu điểm Robot thực cơng việc giao điều kiện làm việc suốt thời gian năm, khơng cần giám sát thích nghi với điều kiện mơi trường Các thiết bị Robot nhỏ bé tác động lên môi trường, giảm việc sử dụng mức hóa chất phân bón, sử dụng lượng phù hợp với