(Đồ án hcmute) nghiên cứu, chế tạo robot hút bụi điều khiển qua bluetooth điện thoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU ,CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI ĐIỀU KHIỂN QUA BLUETOOTH ĐIỆN THOẠI GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: PHẠM NGỌC TÙNG MSSV: 10111093 SKL 0 7 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ    LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ,CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI ĐIỀU KHIỂN QUA BLUETOOTH ĐIỆN THOẠI GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH : PHẠM NGỌC TÙNG MSSV : 10111093 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: PHẠM NGỌC TÙNG MSSV:10111093 Ngành: Cơ Điện Tử Lớp:101112 Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo Robot hút bụi điều khiển qua Bluetooth điện thoại” Các số liệu, tài liệu ban đầu: Kế thừa thiết kế từ đề tài “ Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi tự động” Nội dung thực đềtài: - Chế tạo Mobile Robot bánh : bánh dẫn , bánh đẩy - Nghiên cứu xây dựng thuật toán điều khiển Robot - Điều khiển động Dc Servo Arduino Uno -Giao tiếp Arduino Uno Bluetooth điện thoại -Thiết lập giao diện điều khiển điện thoại android Sản phẩm: an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hƣớng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) TP Hồ Chí Minh,ngày tháng Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) an năm 20… CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: Ƣu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) an LỜI CẢM TẠ Trong trình học tập rèn luyện trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đƣợc truyền đạt, bảo tận tình tiếp thu đƣợc lƣợng kiến thức đáng kể không kiến thức chuyên ngành mà kiến thức giới xung quanh thông qua chƣơng trình đào tạo nhà trƣờng với hoạt động giảng dạy, truyền đạt kiến thức toàn thể giảng viên trƣờng Với hỗ trợ đầy đủ sở vật chất nhƣ môi trƣờng nghiên cứu tạo điều kiện cho mở mang kiến thức có nhìn khoa học Vì lời cảm ơn xin gởi đến trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh tất Giảng viên giảng dạy Đồ án hoàn thành nhờ hỗ trợ từ giáo viên hƣớng dẫn Nhờ hƣớng dẫn tận tình thầy bƣớc liên kết kiến thức đƣợc học thực công việc đồ án Thầy ngƣời tạo điều kiện để sáng tạo dám thực ý tƣởng cách chủ động, đồng thời kinh nghiệm mình, thầy góp ý chân thành để tơi hồn thiện ý tƣởng Tơi xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành Tiếp theo xin gửi lời cảm ơn đến ngƣời bạn, ngƣời anh trƣớc giúp đỡ suốt trình làm đồ án Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đặc biệt cha mẹ, ngƣời hy sinh âm thầm để yêu thƣơng đời TP.HCM, ngày … tháng … năm 20… Ngƣời thực an TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong điều kiện kinh tế xã hội khoa học kỹ thuật phát triển mạnh nhƣ ngày khái niệm robot khơng cịn xa lạ với Robot đƣợc sử dụng rộng rãi phổ biến, xuất sản xuất công nghiệp mà cịn phục vụ gia đình, giải trí, gọi chung robot dịch vụ Bên cạnh nhịp sống ngày gấp rút hối hơn, xuất robot phục vụ tự động gia đình trở nên cấp thiết Sự xuất robot hút bụi tự động mang lại cho sống thêm tiện nghi đại Robot hút bụi sản phẩm kết hợp hệ thống hút bụi lập trình di chuyển để tiến hành hút bụi đƣợc sử dụng ngày nhiều dân dụng Nắm bắt đƣợc nhu cầu trên, robot hút bụi đƣợc nghiên cứu, phát triển giới từ năm 1995 Đến nay, robot hút bụi đƣợc sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu ngƣời với hãng sản xuất nhƣ: Samsung, LG, Sanyo… Nhiệm vụ đề tài khảo sát tính robot hút bụi thị trƣờng, từ cải tiến phát triển robot dựa vi điều khiển Arduino bluetooth điện thoại android an ABSTRACT In the socio-economic conditions and technological development as strong as today the concept robot was no stranger to us Robots are widely used and popular, not only appear in industrial production, but also in domestic service, entertainment, collectively called service robots Besides lifestyle increasingly more urgency and hustle, so service robots appear automatically in the family becomes more urgent The advent of robotic vacuum cleaner automatically gives us more life and more modern amenities Robot vacuum cleaners are products that combine vacuum system and programmed to move to conduct vacuum is used more and more in consumer products Catching up with demand, the robot vacuum cleaner has been researching, developing world since 1995 To date, the robot vacuum cleaner has been produced to meet the needs of people with the manufacturer as : Samsung, LG, Sanyo The mission of this project is to examine the features of the robot vacuum cleaners on the market, thus improving and developing robots based on the Arduino microcontroller and Bluetooth phone android an Mục Lục I.1 Đặt vấn đề II Giới thiệu số loại Robot hút bụi : II.1 Robot Roomba II.2.Robot LG Hombot III Kế thừa hƣớng nghiên cứu IV Điểm đề tài .10 V Giới hạn đề tài 11 VI Phƣơng pháp nghiên cứu 11 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC 12 I Thiết kế cấu trúc robot 12 I.1 Yêu cầu kĩ thuật robot: 12 I.2 Phƣơng án thiết kế: 12 II.Bài toán quỹ đạo di chuyển robot .23 III.Giải thuật điều khiển : .24 CHƢƠNG : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN 25 I.Các thiết bị linh kiện Robot : 25 I.1 Bộ điều khiển trung tâm: 25 I.2 Mạch công suất (mạch cầu H L298) điều khiển động : 32 I.3 Động driver dùng cho bánh xe : 33 I.4 Động dùng cho chổi quét hệ thống hút bụi : 35 I.5 Module Bluetooth HC06 : .36 I.6 Mạch báo pin 38 I.7 Cảm biến Siêu âm SRF05 39 I.8 Nguồn cấp cho Robot: 41 II Sơ đồ mạch điện .42 CHƢƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT BẰNG PHẦN MỀM APP MIT INVENTOR .49 CHƢƠNG :THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .54 an CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 I Kết luận: 59 II Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Danh mục hình ảnh: Hình 1.1: Robot Hút Bụi Roomba 18 Hình 1.2: Kết cấu Robot RoomBa 19 Hình 1.3: Quỹ đạo di chuyển robot RoomBa 19 Hình 1.4: Hệ thống chổi RoomBa 20 Hình 1.5: RoomBa tự động sạc pin … 20 Hình 1.6 : Robot LG HomBot 21 Hình 1.7: Hình dáng bố trí chổi qt góc tƣờng 22 Hình 1.8: Kết cấu bố trí cảm biến Robot… .22 Hình 1.9 : HomeBot tiếp xúc vật cản… .23 Hình 1.10: Bố trí nguồn ni chổi Robot 23 Hình 1.11: Robot di chuyển kiểu zigzag .24 Hình 1.12: Robot di chuyển phân ô… 25 Hình 1.13: Robot di chuyển xốy ốc… 25 Hình 2.1: Tổng thể Robot đƣợc thiết kế solidwork 29 Hình 2.2: Bản vẽ thiết kế mặt khung 30 Hình 2.3 : Bản vẽ thiết kế mặt dƣới khung 31 Hình 2.4: Bản vẽ thiết kế chổi quét 32 Hình 2.5: Ngun lí hút bụi 33 Hình 2.6: Bản vẽ hộp đựng bụi 34 Hình 2.7: Bản vẽ hộp đựng rác 35 Hình 2.8: Bản vẽ quạt hút 36 Hình 2.9: Cấu trúc bên robot solidword 37 an //setting IN2 high connects motor lead to +voltage digitalWrite(IN2, HIGH); //use pwm to control motor speed through enable pin analogWrite(ENA, duty); break; case 3: //brake motor //setting IN1 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN1, LOW); //setting IN2 high connects motor lead to ground digitalWrite(IN2, LOW); //use pwm to control motor braking power //through enable pin analogWrite(ENA, duty); break; } } //******************************************************** //**************** Motor B control ***************** Page 71 an void motorB(int mode, int percent) { //change the percentage range of -> 100 into the PWM //range of -> 255 using the map function int duty = map(percent, 0, 100, 0, 255); switch(mode) { case 0: //disable/coast digitalWrite(ENB, LOW); //set enable low to disable B break; case 1: //turn clockwise //setting IN3 high connects motor lead to +voltage digitalWrite(IN3, HIGH); //setting IN4 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN4, LOW); //use pwm to control motor speed through enable pin analogWrite(ENB, duty); break; case 2: //turn counter-clockwise //setting IN3 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN3, LOW); Page 72 an //setting IN4 high connects motor lead to +voltage digitalWrite(IN4, HIGH); //use pwm to control motor speed through enable pin analogWrite(ENB, duty); break; case 3: //brake motor //setting IN3 low connects motor lead to ground digitalWrite(IN3, LOW); //setting IN4 high connects motor lead to ground digitalWrite(IN4, LOW); //use pwm to control motor braking power //through enable pin analogWrite(ENB, duty); break; } } void robotMANUAL(byte inR1, byte inR2, byte inL1, byte inL2,byte ena,byte enb, byte action) { digitalWrite(ena,HIGH); digitalWrite(enb,HIGH); switch (action) Page 73 an { case 0: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; case 1: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); break; case 2: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; case 3: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; case 4: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); break; case 5: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 1); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; case 6: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 1); Page 74 an break; case 7: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 2); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 0); break; case 8: motorControlNoSpeed(inR1, inR2, 0); motorControlNoSpeed(inL1, inL2, 2); break; default: action = 0; } } void motorControlNoSpeed (byte in1,byte in2, byte direct) { switch (direct) { case 0: digitalWrite(in1,LOW); digitalWrite(in2,LOW); break; case 1: digitalWrite(in1,HIGH); digitalWrite(in2,LOW); Page 75 an break; case 2: digitalWrite(in1,LOW); digitalWrite(in2,HIGH); break; } } 2.Lập Trình Trên App MIT Inventor : Page 76 an Page 77 an Page 78 an Page 79 an Page 80 an Page 81 an Page 82 an Page 83 an TÀI LIỆU THAM KHẢO - Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học : “Nghiên Cứu Chế Tạo Robot Hút bụi Tự Động” - Trong Hieu Bui, Tan Tien Nguyen, Tan Lam Chung and Sang Kim Bong, 2000, “ A Simple Nonlinear Control of Two-Wheels Welding Robot”, Transactions on Control, Automation, and Systems Engineering Vol.2, No.1 - Ying-Wen Bai and Ming-Feng Hsueh, 2012, “Using an Adaptive Iterative Learning Algorithm for Planning of the Path of an Autonomous Robotic Vacuum Cleaner”, The1st IEEE Global Conference on Consumer Electronics 2012, pp.406~410 -Autonomous Mobile Robots, R Seigwart,I.Nourbakhsh - “Báo Cáo Phƣơng Pháp Nghiên Cứu Khoa Học Tìm Hiểu Board Mạch Cho Arduino Và Các Ứng Dụng Của Nó” Trang web : “www.google.com” Trang web: ”www.youtube.com” Page 84 an an