Thiết kế và chế tạo robot lau sàn nhà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LAU SÀN NHÀ Ngành: Kỹ thuật Cơ, điện tử Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Tú MSSV: 1711030138 TP Hồ Chí Minh , 2021 i Lớp: 17DCTA1 PHIẾU ĐĂNG KÍ ĐỀ TÀI ĐATN ii PHIẾU GIAO NGHIỆM VỤ iii LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo robot lau sàn nhà ” cơng trình nghiên cứu nhóm Những phần sử dụng tài liệu tham khảo đồ án nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết trình bày đồ án hoàn toàn trung thực, số liệu kết có lệch khơng lớn có lỗi sai sót nghiêm trọng chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chịu kỷ luật viện nhà trường đề TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 iv LỜI CẢM ƠN  Lời em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, q thầy Viện Kỹ Thuật HUTECH giảng dạy, truyền đạt kiến thức hữu ích kinh nghiệm quý báu cho em suốt năm qua Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Thanh Phương, người tận tình hướng dẫn nhóm hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cảm ơn tất Thầy với bạn, anh/chị tận tình giúp đỡ hỗ trợ quan tâm tới em suốt trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Trong q trình thực đồ án, giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Thanh Phương chúng em thu nhiều kiến thức quý báu, giúp chúng em nhiều trình học làm việc tương lai: tiếp xúc với Arduino Nano, Module Bluetooth HC06, hệ thống lau sàn, động DC giảm tốc thi công sản phẩm, Trong trình thực đồ án chúng em chưa có nhiều kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi sai sót Mong nhận góp ý thầy để hồn thiện Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý thầy trình thực đồ án để chúng em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! v MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÍ ĐỀ TÀI ĐATN ii PHIẾU GIAO NGHIỆM VỤ iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi DANH SÁCH HÌNH ẢNH ix LỜI MỞ ĐẦU xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Kỷ nguyên robot thông minh .1 1.2 Chiến lược phát triển công nghiệp robot quốc gia Tại nước giới Nghiên cứu robot Việt Nam .7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 10 2.1 Xác định chủ đề nghiên cứu 10 2.2 Tính cấp thiết đề tài 10 2.3 Tình hình nghiên cứu 10 2.4 Mục đích đề tài 11 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 14 vi 3.1 Nhiệm vụ 14 3.2 Phương pháp nghiên cứu 14 3.3 Kết đạt đề tài .14 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ khí 15 4.1 Quy trình thiết kế khí 15 4.2 Nguyên lý hoạt động 15 4.3 Cấu tạo khí 16 Kích thước khung xe 16 Tính chọn động cơ: 18 Tính tốn truyền động đai .20 4.4 Thiết kế gia công chi tiết 27 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 33 5.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 33 Vi điều khiển ATEMEGA328P (Kit Arduino Nano) 34 Mô đun thu phát Bluetooth HC-06 45 Màn hình LCD 16x02 48 5.2 Sơ đồ mạch thiết kế Altium 49 5.3 Sơ đồ đấu nối thết bị: 51 5.4 Code điều khiển 52 5.5 Mô 3D sản phẩm : .54 vii CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .56 6.1 Mức độ hoàn thành 56 6.2 Đánh giá 56 6.3 Hướng phát triển .57 LỜI KẾT .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC .60 viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1 Cánh tay máy SCADA Hình 2: Hệ thống xe AGV nhà máy Hình 3: Robot tuần tra Hình 1: Ví dụ vệ sinh sàn nhà 11 Hình 2: Máy đánh sàn Durashine 12 Hình 3: Robot IRobot Braava JET M6 12 Hình 1: Quy trình thiết kế khí 15 Hình 2: Sơ đồ chuyền động 16 Hình 3: Động giảm tốc Planet 19 Hình 4: Bộ truyền động đai 20 Hình 5: Hệ thống truyền động xích 21 Hình 6: Mơ hình động học xe 23 Hình 7: Bảng chọn mơ đun [2] 23 Hình 8: Chiều rộng đai [3] 24 Hình 9: Bảng tra số [2] 24 Hình 10: Bản vẽ thiết kế khung xe 27 Hình 11: Thiết kế chi tiết bánh xe 28 Hình 12: Bản vẽ chi tiết gối đỡ vòng bi 28 Hình 13: Thiết kế chi tiết Puly trục 29 ix Hình 14: Bản vẽ phận gạt nước 29 Hình 15: Khóa trục phận gạt nước 30 Hình 16: Cụm motor chà sàn 30 Hình 17: Bình đựng dung dịch chà sàn 31 Hình 18: Bản vẽ lắp thiết bị 32 Hình 1: Vi điều khiển Atemega328P 34 Hình 2: Sơ đồ chân vi điều khiển ATEMEGA328P 41 Hình 3: Kit Arduino Nano với vi điều khiển ATEMEGA328P 42 Hình 4: Sơ đồ chân Arduino Nano 43 Hình 5: Mô đun bluetooth HC-06 46 Hình 6: Sơ đồ nguyên lí HC06 47 Hình 7: Màn hình LCD 1602 xanh 48 Hình 8: Phần mềm thiết kế mạch Altium 49 Hình 9: Sơ đồ mạch nguyên lí mạch điều khiển 50 Hình 10: Mạch 3D PCB 50 Hình 11: Mạch 2D PCB 51 Hình 12: Sơ đồ đấu nối thiết bị 51 Hình 13: Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE 53 Hình 14: Góc nhìn ngang máy 54 x - Mô mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh ,mạch điện trung thực không gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mơ hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện , cấu hình 2D 3D - Hỗ trợ thiết kế PCB sang FFGA ngược lại Hình 9: Sơ đồ mạch ngun lí mạch điều khiển Hình 10: Mạch 3D PCB 50 Hình 11: Mạch 2D PCB 5.3 Sơ đồ đấu nối thết bị: Hình 12: Sơ đồ đấu nối thiết bị 51 5.4 Code điều khiển Phần mềm Arduino IDE Arduino IDE phần mềm mã nguồn mở chủ yếu sử dụng để viết biên dịch mã vào module Arduino Đây phần mềm Arduino thức, giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng Nó có phiên cho hệ điều hành MAC, Windows, Linux chạy tảng Java kèm với chức lệnh có sẵn đóng vai trị quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa biên dịch mã môi trường Có nhiều module Arduino Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro nhiều module khác Trong phạm vi đồ án này, nhóm sử dụng module Arduino Nano Mỗi module chứa vi điều khiển bo mạch lập trình chấp nhận thơng tin dạng mã Mã chính, cịn gọi sketch, tạo tảng IDE tạo file Hex, sau chuyển tải lên điều khiển bo Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần bản: Trình chỉnh sửa Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã yêu cầu phần sau sử dụng để biên dịch tải mã lên module Arduino Môi trường hỗ trợ ngôn ngữ C C ++ Khi người dùng viết mã biên dịch, IDE tạo file Hex cho mã File Hex file thập phân Hexa Arduino hiểu sau gửi đến bo mạch cáp USB Mỗi bo Arduino tích hợp vi điều khiển, vi điều khiển nhận file hex chạy theo mã viết Arduino IDE bao gồm phần khác Window bar Menu bar Phím tắt Text Editor 52 Output Panel Hình 13: Giao diện lập trình phần mềm Arduino IDE 53 5.5 Mơ 3D sản phẩm : - Hình ảnh mơ 3D máy lau sàn nhà vẽ thiết kế phần mềm INVENTOR Hình 14: Góc nhìn ngang máy Hình 15: Góc nhìn sau máy 54 Hình 16: Góc nhìn máy Hình 17: Tổng thể máy 55 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Mức độ hoàn thành  Tính tốn hệ thống khí  Các chi tiết khí vẽ hồn chỉnh  Mạch điện điều khiển hồn thành  Viết trương trình điều khiển động Adruino  Mô 3D Inventor  Mơ q trình hoạt động máy 6.2 Đánh giá Trong trình thực đồ án, em gặp nhiều thuận lợi khó khăn định Thuận lợi: - Được hướng dẫn giáo viên hướng dẫn việc thiết kế thực mơ 3D cho máy Khó khăn: Do tình hình dịch bệnh Covid chuyển biến phức tạp nên chưa hồn thành mơ hình , nhiên luận văn đạt yêu cầu : - Tính tốn thiết kế hệ thống khí - Thiết kế vẽ chi tiết vẽ lắp robot lau sàn nhà - Thiết kế hệ thống điều khiển cho robot - Mô hoạt động robot lau sàn 56 6.3 Hướng phát triển - Cải tiến thiết bị chạy với tốc độ hợp lý hơn, tải trọng lớn để lau loại sàn lớn hơn, ví dụ : cơng ty xí nghiệp - Xây dựng giải thuật hồn chỉnh - Đảm bảo khả di chuyển sang hướng ổn định 57 LỜI KẾT Trên báo cáo đồ án tốt nghiệp Thiết kế chế tạo robot lau sàn nhà chúng em Đây đề tài có tính thực tế cao, thời đại cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngày phát triển với cạnh tranh không ngừng từ nước giới Đòi hỏi suất chất lượng phải cải thiện nhờ dây chuyền máy móc đại thay lao động thủ cơng người Như đồ án tốt nghiệp chúng em tìm hiểu cách xây dựng mơ hình robot vệ sinh, từ tính tốn thiết kế hệ thống khí đến lập trình điều khiển hoạt động Qua đề tài em biết cách vận dụng kiến thức chuyên môn đào tạo trường …… thời gian qua vào với thực tế sống với công nghiệp Không qua đồ án chúng em học nhiều kĩ làm việc , giải vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo… có ích cho sau Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy … Cùng thầy cô môn Cơ Điện Tử giúp chúng em hoàn thành đề tài Do giới hạn thời gian kiến thức đồ án này, chúng em giải số vấn đề việc thiết kế robot lau sàn Tuy nhiên, ngồi cịn nhiều vấn đề cần phải giải khắc phục để trở thành sản phẩm hồn thiện áp dụng tốt, phục vụ tốt sống nói chung ngành cơng nghiệp nước nhà nói riêng chúng em vui mừng mong muốn q thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo trình, giảng [1] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế dẫn động khí (tập một), Nhà xuất giáo dục, 2006 [2] PGS TS Đào Văn Hiệp, Kỹ thuật Robot, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [3] PGS TS Nguyễn Quang Hồng, Bài giảng Robotics, 2017 [4] Andreas Hưlldorfer, BCN3D-MOVEO, github.com/BCN3D/BCN3D-Moveo [5] GS TS Phan Bùi Khơi, Bài giảng tính toán thiết kế robot, 2007 [6] GS TSKH Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 59 PHỤ LỤC CODE ĐIỀU KHIỂN ROBOT VỆ SINH #include LiquidCrystal lcd(A4,A5,12,11,8,7); #include SoftwareSerial bt(3,2); #define d2 A0 #define d1 A1 #define d0 A2 #define d3 A3 int in1=10,in2=9,in3=6,in4=5; char val='E'; void setup() { Serial.begin(9600); lcd.begin(16,2); bt.begin(9600); pinMode(d0,INPUT);pinMode(d1,INPUT);pinMode(d2,INPUT);pinMode(d3,INPU T); pinMode(in1,OUTPUT);pinMode(in2,OUTPUT);pinMode(in3,OUTPUT);pinMode (in4,OUTPUT); lcd.setCursor(0,0);lcd.print("Loading "); 60 dung();delay(2500); lcd.clear(); lcd.print("Cleaner ready ");delay(2500); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: // Serial.print(digitalRead(d0));Serial.print(" "); // Serial.print(digitalRead(d1));Serial.print(" "); // Serial.print(digitalRead(d2));Serial.print(" "); // Serial.println(digitalRead(d3)); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(" Mecha Cleaner "); if(bt.available()>0) { val=bt.read(); Serial.println(val); } // if(val=='A'||digitalRead(d0)==1) tien(); //C // else if(val=='B'||digitalRead(d1)==1) lui(); // A // else if(val=='C'||digitalRead(d2)==1) trai(); //D // else if(val=='D'||digitalRead(d3)==1) phai(); //B 61 if(val=='A'||digitalRead(d1)==1) tien(); else if(val=='B'||digitalRead(d3)==1) lui(); else if(val=='C'||digitalRead(d0)==1) trai(); else if(val=='D'||digitalRead(d2)==1) phai(); else dung(); } void lui() { digitalWrite(in1,0); digitalWrite(in2,1); digitalWrite(in3,0); digitalWrite(in4,1); } void tien() { digitalWrite(in1,1); digitalWrite(in2,0); digitalWrite(in3,1); digitalWrite(in4,0); } 62 void phai() { digitalWrite(in1,1); digitalWrite(in2,0) ; digitalWrite(in3,0); analogWrite(in4,200); } void trai() { digitalWrite(in1,0); analogWrite(in2,200); digitalWrite(in3,1); digitalWrite(in4,0); } void dung() { digitalWrite(in1,0); digitalWrite(in2,0); digitalWrite(in3,0); digitalWrite(in4,0); 63 } 64