Thiết kế và thi công robot dò line vượt địa hình

lOMoARcPSD|20597478 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ -  - BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG ROBOT DỊ LINE VƯỢT ĐỊA HÌNH GVHD: ThS Nguyễn Phú Cơng SVTH: Nghiêm Đình Thắng MSSV: 2032190189 LỚP: 10DHTDH2 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 lOMoARcPSD|20597478 GVHD: ThS Nguyễn Phú Công ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT TP HCM NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc MÔN: ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TP HCM, ngày tháng năm 2021 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đồ án: ROBOT DÒ LINE VƯỢT ĐỊA HÌNH Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Nghiêm Đình Thắng - 2032190189 ThS Nguyễn Phú Cơng Đánh giá Đồ án Về báo cáo: Số trang Số chương Số bảng số liệu hình vẽ Số Số bảng số liệu Sản phẩm Một số nhận xét hình thức báo cáo: Về nội dung đồ án: Về tính ứng dụng: SVTH: Nghiêm Đình Thắng Trang | i lOMoARcPSD|20597478 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN GVHD: ThS Nguyễn Phú Công Về thái độ làm việc sinh viên: Đánh giá chung: Điểm sinh viên: Nghiêm Đình Thắng /10 SVTH: Nghiêm Đình Thắng Trang | ii lOMoARcPSD|20597478 Người nhận xét (Ký tên ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TP HCM, ngày 05 tháng 06 năm 2021 ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT TÊN ĐỒ ÁN: Thiết kế thi cơng robot dị line vượt địa hình Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Phú Công Thời gian thực hiện: Từ ngày 05/03/2020 đến ngày 12/06/2020 Sinh viên thực hiện: Nghiêm Đình Thắng lOMoARcPSD|20597478 Nội dung đề tài: - Tìm hiểu lý thuyết - Lập trình dị line - Thi cơng khí - Trình bày báo cáo Tiến độ thực hiện: - Ngày 28/02/2021: Nhận đề tài thi - Từ ngày 01/03/2021 đến ngày 10/03/2021: Nghe hướng dẫn giảng viên - Từ ngày 11/03/2021 đến ngày 31/03/2021: Tìm hiểu lý thuyết - Từ ngày 03/04/2021 đến ngày 21/04/2021: Mua linh kiện lắp ráp - Từ ngày 21/04/2021 đến ngày 02/05/2021: Lập trình dị line - Từ ngày 02/05/2021 đến ngày 04/05/2021: Lắp ráp mơ hình - Từ ngày 04/05/2021 đến ngày 04/04/2021: Tạo địa hình có line trắng đen - Từ ngày 04/04/2021 đến ngày 06/05/2021: Chạy thử robot - Từ ngày 09/05/2021 đến ngày 14/05/2021: Chỉnh sửa code chương trình - Từ ngày 14/05/2021 đến ngày 22/05/2021: Hoàn thiện sản phẩm quay video lại - Từ ngày 29/05/2021 đến ngày 05/06/2021: Viết báo cáo Xác nhận giảng viên hướng dẫn TP HCM, ngày 05 tháng 06 năm 2021 Sinh viên thực Nghiêm Đình Thắng lOMoARcPSD|20597478 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan báo cáo đề tài Thiết kế thi cơng robot dị line vượt địa hình sinh viên Nghiêm Đình Thắng – 2032190189 tổng hợp lại từ trình nghiên cứ u và thưc hiên Các số liệu, hình ảnh, thơng tin báo cáo là trung thư va không chép từ nhóm khác ̀ c Cać taì liêu đươ sử dung báo cáo có ghi nguồn gốc, xuất xứ rõ raǹ g c TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Người cam đoan: Nghiêm Đình Thắng Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh khoa Cơng nghệ Điện - Điện tử tạo điều kiện để sinh viên chúng em có mơi trường làm việc học tập thoải mái sở hạ tầng sở vật chất Em xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Phú Công – Giảng viên phụ trách môn “Đồ án học phần 1” - khoa Công nghệ Điện- Điện tử trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ em q trình thực tập lớn ! Đồ án môn học đồ án chương trình học em, nên đồ án quan trọng, tảng để em thực đồ án sau Trong trình thực đồ án, giúp đỡ thầy Nguyễn Phú Công nên em tiếp thu nhiều kiến thức quý báu giúp em trình học làm việc em tương lai: Được tiếp xúc với vi điều khiển họ AVR (Atmega8), mạch điều khiển động L298, mã nguồn mở IDE, ngơn ngữ lập trình C/C++, v.v… Trong q trình thực hiện, em chưa có nhiều kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi sai sót Mong nhận góp ý thầy để hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ quý thầy trình thực tập lớn để em hoàn thành tập mong giúp đỡ thầy dự án, đồ án, môn học sau Em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Sinh Viên Thực Hiện Nghiêm Đình Thắng Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT iv LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii MỤC LỤC HÌNH ẢNH ix MỤC LỤC BẢNG xii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xiii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 1.1 Tổng quan Robot di động (Mobile Robot) 1.1.1 Phân loại Mobile robot: 1.1.2 Cách định hướng di chuyển Mobile Robot: 1.2 Ứng dụng Mobile robot 1.3 Các cơng trình nghiên cứu liên quan 13 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 Yêu cầu 16 2.2 Mục tiêu 17 2.3 Cấu trúc robot 17 2.3.1 Danh sách linh kiện sử dụng 17 2.3.2 Chi tiết linh kiện thông số kỹ thuật 18 CHƯƠNG CƠ SỞ THỰC HIỆN 26 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 3.1 Khảo sát sân thi đấu 26 3.2 Lý thuyết thiết kế 27 3.3 Thiết kế sản phẩm giải thuật điều khiển 28 3.3.1 Ý tưởng giải thuật 28 3.3.2 Sơ đồ kết nối 29 3.4 Mơ hình xe robot thực tế 31 3.5 Thiết kế thuật toán 33 3.5.1 Giải thuật dò line 33 3.5.2 Phân tích chuyển động 35 3.5.3 Sơ đồ giải thuật điều khiển chương trình 36 3.5.4 Các vị trí đường line đặc biệt 37 3.6 Chương trình viết Arduino IDE (Code ) 41 CHƯƠNG KẾT LUẬN 52 4.1 Kết 52 4.2 Hướng phát triển cho đề tài 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Robot chuyển động bánh xe Hình 1.2 Robot chuyển động chân Hình 1.3 Hệ thống Laser guidance Hình 1.4 Magnetic spot guidance Hình 1.5 Khoảng khơng tính tốn (Dead-reckoning) Hình 1.6 Nguyên tắc hoạt động magnetic guidace Hình 1.7 Wire guidance Hình 1.8 Robot Opportunity NASA Hình 1.9 Robot Scorpion TOSHIBA Hình 1.10 Robot vận chuyển hàng hóa kho hàng tự động Amazon Hình 1.11 Robot hút bụi Xiaomi Roborock Gen Hình 1.12 Một robot chiến đấu quân đội Mỹ 10 Hình 1.13 Một nhà hàng Hà Lan sử dụng Robot để phục vụ 11 Hình 1.14 Nhân vật người máy T-800 phim The Terminator 2: Judgment Day (1991) (Kẻ hủy diệt 2: Ngày phán xét ) đạo diễn James Cameron .12 Hình 1.15 Robot Wall - E tác phẩm điện ảnh tên hãng Pixar Animation Studios 12 Hình 1.16 Robot dò line “The Chariot” (a) sơ đồ nguyên lý (b) .14 Hình 1.17 Robot dị line Silvestre (a) sơ đồ nguyên lý (b) 14 Hình 1.18 Mơ hình xe dị line “Fireball” (a) sơ đồ nguyên lý (b) 15 Hình 2.1 Sơ đồ sân thi đấu 16 Hình 2.2 Kích thước dốc lên xuống 17 Hình 2.3 Nguyên lý thu phát cảm biến dò line 18 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == HIGH && (a4 == LOW && (a5 == LOW && (b1 == HIGH && b2 == LOW)))))) { Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 ERROR = -3; } if (a1 == LOW && (a2 == HIGH && (a3 == LOW && (a4 == LOW && (a5 == LOW && (b1 == HIGH && b2 == LOW)))))) { ERROR = -4; } if (a1 == HIGH && (a2 == HIGH && (a3 == LOW && (a4 == LOW && (a5 == LOW && (b1 == LOW && b2 == LOW)))))) { ERROR = -6; } if (a1 == HIGH && (a2 == HIGH && (a3 == LOW && (a4 == LOW && (a5 == LOW && (b1 == HIGH && b2 == LOW)))))) { ERROR = -7; } if (a1 == HIGH && (a2 == LOW && (a3 == LOW && (a4 == LOW && (a5 == LOW && (b1 == LOW && b2 == LOW)))))) { ERROR = -8; } if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == HIGH && (a4 == HIGH && (a5 == LOW && (b1 == LOW && b2 == LOW)))))) { ERROR = 1; } if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == HIGH && (a4 == LOW && (a5 == LOW && (b1 == LOW && b2 == HIGH)))))) { ERROR = 2; Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 } if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == HIGH && (a4 == HIGH && (a5 == LOW && (b1 == LOW && b2 == HIGH)))))) { ERROR = 3; } if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == LOW && (a4 == HIGH && (a5 == LOW && (b1 == LOW && b2 == HIGH)))))) { ERROR = 4; } if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == LOW && (a4 == HIGH && (a5 == HIGH && (b1 == LOW && b2 == HIGH)))))) { ERROR = 6; } if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == LOW && (a4 == HIGH && (a5 == HIGH && (b1 == LOW && b2 == LOW)))))) { ERROR = 7; } if (a1 == LOW && (a2 == LOW && (a3 == LOW && (a4 == LOW && (a5 == HIGH && (b1 == LOW && b2 == LOW)))))) { ERROR = 8; } if (ERROR == 0) { analogWrite(5, 178); analogWrite(10, 178); Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == 5) { analogWrite(5, 128); analogWrite(10, 128); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == -5) { analogWrite(5, 0); analogWrite(10, 0); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == -1) { analogWrite(5, 233); Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 analogWrite(10, 236); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == -2) { analogWrite(5, 200); analogWrite(10, 202); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == -3) { analogWrite(5, 119); analogWrite(10, 128); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == -4) { Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 analogWrite(5, 157); analogWrite(10, 174); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == -6) { analogWrite(5, 254); analogWrite(10, 202); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == -7) { analogWrite(5, 214); analogWrite(10, 89); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 if (ERROR == -8) { analogWrite(5, 250); analogWrite(10, 250); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } if (ERROR == 1) { analogWrite(5, 169); analogWrite(10, 174); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); } if (ERROR == 2) { analogWrite(5, 212); analogWrite(10, 211); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 } if (ERROR == 3) { analogWrite(5, 92); analogWrite(10, 188); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); } if (ERROR == 4) { analogWrite(5, 253); analogWrite(10, 39); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); } if (ERROR == 6) { analogWrite(5, 244); analogWrite(10, 204); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 digitalWrite(9, HIGH); } if (ERROR == 7) { analogWrite(5, 194); analogWrite(10, 194); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); } if (ERROR == 8) { analogWrite(5, 240); analogWrite(10, 240); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, HIGH); } } Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết  Ưu điểm - Kết tương đối xác - Bám line tốt - Đáp ứng đủ yêu cầu đề thi - Chương trình khơng q phức tạp - Dễ thiết kế - Linh kiện dễ dàng kiếm có sẵn thị trường  Nhược điểm - Những chỗ rẽ mạnh xe cịn sai sót - Tốc độ chưa cao - Dễ bị trượt khỏi đường chạy vận tốc cao, bẻ cua, xuống dốc  Nguyên nhân - Do mặt thiết kế khí - Do tốc độ bánh chưa - Do quán tính 4.2 Hướng phát triển cho đề tài - Sử dụng thuật toán PID để khắc phục hạn chế - Tăng số lượng sensor cụm dò line - Dùng động bẻ góc RC Servo có đáp ứng tốt - Hoặc dùng động bước để tăng khả điều khiển - Sử dụng xử lý trung tâm khác có tốc độ xử lý cao - Thay bánh xe có chất lượng bám đường tốt - Xây dựng chương trình hồn chỉnh - Có thể cải tiến xe kết hợp dị đường tránh vật cản đồng thời nhớ đường tìm đường nhanh Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 Trong trình làm đồ án, gặp nhiều vấn đề thực tiễn khác với lý thuyết học buộc em phải tìm cách khắc phục nó, từ bổ sung nhiều phần kiến thức hổng trình học tập Dựa vào cách hoạt động robot dò line phát triển rộng để tạo loại robot khác phục vụ lĩnh vực sống, giúp người thực công việc phức tạp cách đơn giản, nhẹ nhàng Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách [1] Huu Danh Lam et al., Smooth Tracking Controller for AGV through Junctionusing CMU Camera, Tuyển tập HN Cơ điện tử lần 7, VCM-2014, pp.597-601, Vietnam, 2014 [2] J.H Su et al., An Intelligent Line-Following Robot Project for Introductory Robot Courses, World Transactions on Eng and Technology Education, Vol.8, No.4, pp.455461, 2010 [3] CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN, Đại học Bách khoa Hà Nội, (2009), [4] Phạm Quang Huy - Nguyễn Trọng Hiếu, Vi Điều Khiển Và Ứng Dụng Arduino Dành Cho Người Tự Học, Nhà Xuất Bản Bách Khoa Hà Nội (2017) [5] Trần Vĩnh Thường, Chuyên đề Arduino truyền thông, (2020), Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật TP.HCM [6] J.H Su et al., An Intelligent Line-Following Robot Project for Introductory Robot Courses, World Transactions on Eng and Technology Education, Vol.8, No.4, pp.455461, 2010 Báo, tạp chí [1] Hội sinh viên Việt Nam, Cuộc thi thiết kế Robot dò đường - Robot following line 2016, ngày đăng: 18/11/2016 [2] CỔNG THÔNG TIN ĐIỆN TỬ NGÀNH GIÁO DỤC VIỆT NAM Hội thảo chuyên đề "Khởi động tự động hóa với Arduino" Lễ phát động thi SRobot 2017 – 2018, Cập nhật: 15:58, 18/10/2017 Internet [1] Vinh Ngô Huy, Giới thiệu Arduino, (ngày đăng 17:35, 24 thg 2, 2014 Ngo Vinh), truy cập ngày 27/3/2021 từ https://sites.google.com/site/vinhngohuy/arduinoco-ban/gioi-thieu-ve-arduino Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 [2] Đỗ Hữu Toàn, arduino.vn, Phần Tiếp nối dự án Robot dò line, Ngày đăng: Chủ Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 nhật, 17 Tháng 7, 2016 - 22:30, truy cập ngày 25/4/2021 từ http://arduino.vn/baiviet/995-phan-4-tiep-noi-du-robot-do-line [3] Thái, arduino.vn, Làm xe dò line với module tự làm Phần - Làm mạch cầu H với L9110H, ngày đăng: Thứ ba, 21 Tháng 6, 2016 - 13:21, truy cập ngày 26/4/2021 từ http://arduino.vn/bai-viet/897-lam-xe-do-line-voi-module-tu-lam-phan-3-lam-machcau-h-voi-l9110h [4] ksp, arduino.vn, Arduino UNO R3 gì?, ngày đăng: Thứ năm, 22 Tháng 5, 201417:09, truy cập ngày 20/4/2021 từ http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi [5] QUYNH TY, vietmachine.com.vn, Điều khiển động Arduino DC – L298N | PWM | Mạch Cầu H, viết đăng vào tháng một, 2019, truy cập ngày 5/4/2021 từ https://vietmachine.com.vn/dieu-khien-arduino-dc-l298n-pwm-mach-cau-h.html [6] DIY Builder, How To Make A DIY Arduino Line Follower Car At Home, 13 thg4, 2019, truy cập từ Youtube ngày 17/4/2021 từ https://www.youtube.com/watch? v=t7k9D1jDEtk&t=121s Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com) lOMoARcPSD|20597478 Downloaded by Vu Gi (vuchinhhp4@gmail.com)