GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Vận chuyển hàng trong kho là hoạt động cần thiết để phục vụ cho quá trình nhận hàng, lưu trữ và xuất hàng Không ít các kho hàng vẫn đang áp dụng phương thức di chuyển hàng hóa thủ công khiến cho quá trình này không đảm bảo an toàn, dễ có rủi ro cho cho con người và cả hàng hóa
Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, chuyển hàng tự động thông qua xe chở hàng tự hành AGV đã dần trở nên phổ biến trên thế giới Việc áp dụng công nghệ này giúp cho việc vận chuyển hàng hóa nhanh chóng, hiệu quả, tiết kiệm thời gian và sức lao động của nhân công Tuy nhiên, do đặc trưng của doanh nghiệp ở Việt Nam, việc sử dụng robot AGV vẫn còn là điều rất mới mẻ
Nói về robot AGV, AGV (Automated Guided Vehicle) hay còn được gọi là xe tự hành, là sản phẩm thông minh ứng dụng trong vận chuyển hàng hóa không cần đến bàn tay của con người Nó giúp góp phần tăng hiệu suất và tính chuyên nghiệp trong sản xuất, thúc đẩy sức mạnh công nghiệp hóa
Việc sử dụng robot AGV giúp giảm chi phí cấu thành sản phẩm, đây là nhân tố quyết định tính cạnh tranh về giá cho doanh nghiệp Việc đầu tư vào thiết kế và phát triển robot AGV mang lại lợi ích không những trước mắt mà còn là chiến lược lâu dài
Robot AGV có một ưu điểm khác là đảm bảo sự an toàn lao động cao Nó có thể sử dụng được trong môi trường độc hại, nguy hiểm hoặc khắc nghiệt Những lý do trên đủ khiến cho thị trường hiện nay đang xuất hiện rất nhiều loại robot AGV Thông dụng nhất là robot AGV sử dụng LIDAR nhưng sản phẩm này có chi phí quá cao
Nhằm giải quyết vấn đề đó, nhóm đã chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Robot vận chuyển hàng trong nhà kho sử dụng Bluetooth Beacon (BLE) năng lượng thấp” làm sản phẩm nghiên cứu đồ án tốt nghiệp Qua đề tài, nhóm hướng đến việc ứng dụng những kiến thức chuyên môn đã học vào quá trình nghiên cứu và thiết kế một robot vận chuyển hàng AGV sử dụng Bluetooth Becon BLE.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Robot AGV sử dụng Bluetooth Low Energy (BLE) có ý nghĩa trong việc nghiên cứu kết nối không dây, định vị, định hướng cho robot, góp phần phát triển các thuật toán và các phương pháp định vị chính xác
Bên cạnh đó, sử dụng BLE có khả năng tiết kiệm năng lượng, là lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng IoT (Internet of Things), giúp tuổi thọ pin được kéo dài và hiệu suất của các hoạt động cũng được nâng cao.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Thiết kế ra mô hình robot AGV có chức năng vận chuyển hàng với khối lượng theo khối lượng cho phép ban đầu
- Robot có thiết kế đơn giản với khả năng di chuyển linh hoạt và đáp ứng được tải trọng cho phép (có thể chở được hàng tối đa 30 kg)
- Robot có khả năng được điều khiển từ xa thông qua ứng dụng được cài đặt trên chiếc điện thoại
- Chức năng di chuyển tự động theo RSSI, robot tự động dành cho mục đích vận chuyển hàng trong kho
- Thiết kế ra giao diện app để điều khiển robot trên điện thoại
- Chế tạo robot có khả năng tự động định vị, phát hiện chướng ngại vật, thiết lập di chuyển theo bản đồ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của nhóm là robot tự hành trong nhà kho
Môi trường nhà kho hoạt động cho robot không quá rộng, diện tích khoảng 200m 2 , khoảng cách giữa các kệ hàng hàng khoảng 1- 1,5m
Nền nhà khá bằng phẳng, không quá gồ ghề
Không chứa quá nhiều vật cản.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Phương pháp nghiên cứu luận
Nghiên cứu thư mục (tài liệu)
1.5.2 Các phương pháp cụ thể
Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến robot AGV, lập trình và điều khiển cho robot AGV
Tham khảo áp dụng các tài liệu về thiết kế, tính toán
Tiến hành nghiên cứu các nguyên lý đã học, áp dụng vào phân tích và tính toán, đánh giá khâu thiết kế và điều khiển hoạt động Robot.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Robot AGV (Automated Guided Vehicle) được biết đến là loại robot tự động hóa được thiết kế để thực hiện vận chuyển và di chuyển trong một môi trường cụ thể mà không cần có sự can thiệp của con người
Một số vấn đề thường gặp liên quan đến AGV beacon: Độ chính xác vị trí: Sự chính xác của beacon phụ thuộc vào khoảng cách, tường chắn sóng, và nhiễu Độ phủ sóng: Sóng từ beacon có giới hạn phạm vi Kích thước và cấu trúc của môi trường có thể ảnh hưởng đến cách thức cũng như phạm vi hoạt động của beacon
Sự nhiễu sóng: Các nguồn nhiễu từ các thiết bị khác có thể gây ảnh hưởng đến tín hiệu beacon, dẫn đến sai lệch trong việc định vị chính xác vị trí.
Đặc tính của robot AGV sử dụng BLE
Robot AGV sử dụng BLE với các đặc điểm sau:
- Định vị và định hướng
- Tương tác và truyền thông
Kết cấu của robot AGV sử dụng BLE
Khung: Robot AGV thường có một khung cơ bản để chứa các thành phần Khung này chứa bánh xe, bộ điều khiển động cơ và hệ thống lái
Hệ thống điều khiển: Bao gồm bộ vi xử lý, bo mạch điều khiển, cảm biến và phần mềm điều khiển giúp Robot AGV nhận dạng tín hiệu beacon, xác định vị trí và điều hướng di chuyển theo yêu cầu
Cảm biến: nhằm mục đích thu thập thông tin từ môi trường xung quanh nhóm sử dụng các cảm biến bao gồm cảm biến khoảng cách, cảm biến tránh vật cản
Beacon: Robot AGV sử dụng beacon để xác định vị trí trong không gian Beacon được đặt ở các vị trí cố định trong môi trường Robot AGV sử dụng tín hiệu từ beacon để xác định vị trí và điều hướng di chuyển theo đúng tuyến đường
Tình hình phát triển của robot vận chuyển AGV
2.4.1 Trong nước Đối với Robot vận chuyển hàng trong kho thì sản phẩm này đã quá quen thuộc với các doanh nghiệp có nhiều kho hàng, cần tối ưu hóa việc vận chuyển hàng hóa trong kho, công nghệ chủ yếu mà các robot này sử dụng là LIDAR
Hình 2-1 Xe tự hành AGV kéo trên lưng Ưu điểm của xe tự hành AGV kéo trên lưng
- Có khả năng điều khiển cùng lúc nhiều thiết bị
- Tăng cường hiệu suất làm việc trong quá trình vận chuyển và di chuyển hàng hóa mà không cần sự can thiệp của con người
- Hoạt động độc lập giảm sự phụ thuộc con người
- Tối ưu hóa quy trình vận chuyển trong môi trường công nghiệp hoặc nhà máy
Nhược điểm của xe tự hành AGV kéo trên lưng
- Vì hoạt động độc lập nên khả năng tương tác và giao tiếp với môi trường hoặc con người xung quanh nó bị hạn chế
- Khả năng linh hoạt bị giảm tương tác trong một số ứng dụng
Hình 2-2 Xe tự hành AGV băng tải BELT Ưu điểm của xe tự hành AGV băng tải BELT:
- Hoạt động tự động, giảm sự phụ thuộc vào lao động con người và tối ưu hóa quy trình vận chuyển hàng hoá
- Hoạt động liên tục và chính xác trong quy trình vận chuyển Điều này giúp tăng năng suất và hiệu quả sản xuất
- Vận chuyển hàng hoá nhanh chóng và hiệu quả mà không cần sự can thiệp của con người
- Được điều khiển tự động, giúp giảm sai sót do con người và tăng độ chính xác trong quy trình vận chuyển
- Cảm biến được sử dụng để phát hiện và tránh va chạm với các vật cản và các xe AGV khác trong quá trình di chuyển
Nhược điểm của xe tự hành AGV băng tải BELT:
- Hoạt động tốt nhất trong môi trường công nghiệp hoặc nhà máy có cơ sở hạ tầng phù hợp
- Điều kiện mặt đất phải được duy trì tốt và không có quá nhiều vật cản trên đường đi để đảm bảo hoạt động hiệu quả của xe tự hành
- Gây hạn chế trong việc vận chuyển các đồ vật lớn hoặc nặng
Hình 2-3 Xe tự hành AGV chở hàng Ưu điểm
- Tăng năng suất: nhà máy có thể hoạt động 24/24, 7/7 trong suốt 365 ngày, điều này sẽ làm tăng đáng kể năng suất sản xuất trong các công ty
- Cải tiến chất lượng: Hệ thống AGV chuyển hàng tự động có khả năng giảm thiểu đáng kể các sai sót liên quan đến con người
- Độ tùy biến cao: Đối với robot AGV, chương trình sẽ đảm bảo khả năng làm tất cả các công việc được giao Điều này sẽ làm tăng độ tùy biến trong sản xuất
- Thông tin thu thập được có độ chính xác cao: Việc thu thập thông tin tự động có thể hỗ trợ các doanh nghiệp trong việc lấy được thông tin quan trọng từ sản xuất, tăng độ chính xác của dữ liệu và cắt giảm chi phí thu thập dữ liệu
- An toàn lao động: Với các môi trường sản xuất khắc nghiệt, việc triển khai các dây chuyền tự động sẽ đảm bảo an toàn cho con người
Lịch sử phát triển AGV
Vào những năm đầu của thế kỷ 20, xe tự hành bắt đầu phát triển mạnh mẽ, ban đầu là phát triển theo lộ trình được quy định trước, tiếp theo sau đó công nghệ này càng được củng cố và ngày càng phát triển Đến những năm cuối thế kỷ 20, người ta đã sử dụng robot AGV bằng công nghệ từ tính giúp xe trở nên ổn định hơn
Với sự giao thoa công nghiệp mạnh mẽ thế giới, nhiều doanh nghiệp đã sử dụng robot AGV để có thể tiết kiệm nguồn lực, nâng cao hiệu suất làm việc, tiết kiệm khá nhiều chi phí Vì vậy, những năm trở lại đây, xe AGV cũng đã phát triển nhanh chóng tại Trung Quốc, Đông Nam Á và cả ở Việt Nam
Lịch sử phát triển Beacon
Lịch sử phát triển của beacon bắt đầu từ những năm đầu của thế kỷ 21 Là một công nghệ phát sóng không dây công suất thấp, được sử dụng để định vị và gửi thông tin đến các thiết bị trong phạm vi gần
- Năm 2006: Ý tưởng ban đầu của beacon đã được tạo ra bởi các nhà phát triển của Apple Tuy nhiên, nó không được công bố rộng rãi vào thời điểm đó
- Năm 2013: Apple chính thức giới thiệu công nghệ iBeacon vào năm 2013 tại hội nghị WWDC (Apple Worldwide Developers Conference) iBeacon là một tiêu chuẩn dành riêng cho các thiết bị iOS, giúp các ứng dụng trên điện thoại di động có thể nhận diện và tương tác với các beacon gần đó
- Năm 2014: Google ra mắt công nghệ Eddystone vào năm 2014 Đây là một tiêu chuẩn mã nguồn mở cho beacon, cho phép các thiết bị Android cũng như các nền tảng di động khác có thể tương tác với các beacon Eddystone hỗ trợ nhiều dạng thông báo, bao gồm URL, UID (định danh duy nhất), và TLM (dữ liệu telemetric)
- Các năm sau 2014: Công nghệ beacon ngày càng trở nên phổ biến và được triển khai trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Và phát triển thêm công nghệ BLE (Bluetooth Low Energy) giúp cải thiện khả năng phát sóng và tiêu thụ năng lượng của beacon
Trong đó, công nghệ BLE được sử dụng khá phổ biến trên thế giới, nhưng ở nước ta vẫn còn có phần khá mới mẻ Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot vận chuyển hàng trong kho sử dụng bluetooth beacon (BLE) năng lượng thấp”, nhóm hy vọng có thể ứng dụng thành công công nghệ BLE này vào robot AGV, từ đó có thể nâng cao hơn hiểu biết của mình về công nghệ BLE cũng như robot AGV
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về Bluetooth Beacon BLE
Beacon BLE (Bluetooth Low Energy) là một công nghệ không dây được sử dụng nhằm mục đích truyền tải thông tin qua Bluetooth, tạo ra một khu vực phủ sóng nhỏ, trong phạm vi vài mét đến khoảng 50m
Beacon BLE là một thiết bị nhỏ gồm một bộ phát sóng Bluetooth Low Energy và một pin Khi thiết bị di động hoạt động trong phạm vi của beacon, chúng có thể truyền nhận tín hiệu và tương tác qua thiết bị với nhau
Beacon BLE được sử dụng nhiều trong các ứng dụng liên quan đến định vị và xác định vị trí của vật thể, nhằm mục đích có thể điều khiển vị trí thích hợp
Các đặc tính kỹ thuật chính của beacon:
- Phạm vi phát sóng: Đây là khoảng cách tối đa mà một beacon có thể phát sóng tín hiệu Bluetooth để tương tác với các thiết bị di động Phạm vi này thường thấp, thường nằm trong khoảng từ vài mét đến khoảng 50 mét, tùy vào loại beacon và môi trường sử dụng
- Năng lượng tiêu thụ: Beacon thường được thiết kế để tiêu thụ ít năng lượng, đồng thời duy trì hoạt động trong thời gian dài, đảm bảo tuổi thọ pin của beacon
- Giao thức kết nối: Beacon sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy (BLE) để gửi tín hiệu và tương tác với các thiết bị di động
- Độ chính xác định vị: Beacon được sử dụng để cung cấp thông tin về vị trí đối với các thiết bị di động Độ chính xác của việc định vị phụ thuộc vào nhiều yếu tố ví dụ như phạm vi phát sóng, môi trường xung quanh và độ tin cậy của tín hiệu
- Giao thức hỗ trợ: Beacon có thể hỗ trợ các giao thức iBeacon (Apple), Eddystone (Google) hoặc cả hai iBeacon sử dụng định dạng tín hiệu riêng của Apple, trong khi Eddystone là một tiêu chuẩn mã nguồn mở và hỗ trợ nhiều dạng thông báo khác nhau
- Bộ nhớ và tính năng lưu trữ: Một số beacon có khả năng lưu trữ dữ liệu và gửi thông tin khi thiết bị di động tiếp cận chúng
- Khả năng tùy chỉnh: Một số beacon cho phép người dùng tùy chỉnh dữ liệu và thông điệp mà beacon sẽ phát sóng, cho phép tạo các trải nghiệm tùy chỉnh cho người dùng cuối.
Một số ưu điểm của Beacon BLE
- Chi phí thấp: Beacon được thiết kế nhỏ gọn và chế tạo từ các vật liệu như nhựa, giúp giảm chi phí so với các công nghệ khác
- Dễ sử dụng: Việc triển khai và sử dụng thiết bị Beacon rất đơn giản và dễ dàng
- Độ tin cậy cao: Thông tin và dữ liệu được truyền qua Beacon có khả năng vượt qua các vật cản lớn và dày nhờ sử dụng công nghệ Bluetooth chủ yếu
- Tiêu thụ điện năng thấp: Bluetooth Low Energy (BLE) được sử dụng trong Beacon có tiêu thụ điện năng rất thấp, mang lại tuổi thọ pin lâu dài
- Dùng trong IoT: Beacon được sử dụng để truyền dữ liệu kích thước nhỏ trong các ứng dụng IoT, với dung lượng tin nhắn tối đa là 255 byte
- Quá trình thiết lập kết nối và truyền dữ liệu qua Beacon diễn ra rất nhanh, chỉ mất khoảng 3 mili giây.
Một số hạn chế của Beacon BLE
Được thiết kế để truyền và nhận dữ liệu với tốc độ thấp
Có khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu thấp 1 Mbps và 2 Mbps
Sử dụng công nghệ truyền không dây và có thể hoạt động trong khoảng cách dưới 10m.
Ưu và nhược điểm của những đề tài trước đây
Theo những tìm hiểu của nhóm thông qua những đề tài về AGV trước đây thì các đề tài làm AGV trước đây có hai loại phổ biến, đó là AGV di chuyển theo dò line, và AGV di chuyển theo LIDAR
Với những đánh giá của nhóm thì ưu và nhược điểm của những đề tài này như sau:
3.4.1 Ưu và nhược điểm của robot AGV sử dụng dò line Ưu điểm:
- Đơn giản trong triển khai
- Chỉ có thể di chuyển trên đúng đường dẫn đã định sẵn, không thể tự thay đổi điều hướng
- Dễ bị sai sót nếu line bị trơn hoặc mờ, có thể gây sai lệch và mất định vị
- Tốc độ di chuyển thấp
3.4.2 Ưu và nhược điểm của robot AGV sử dụng LIDAR
AGV dùng công nghệ LIDAR trang bị cảm biến LIDAR (Light Detection and Ranging) dùng để xác định vị trí môi trường xung quanh Ưu điểm:
- Dễ dàng thích nghi hoạt động tốt trong môi trường có sự thay đổi, có thể phát hiện và định vị các vật thể trong môi trường làm việc
- Có khả năng quét và nhận dữ liệu từ một khoảng cách xa và góc nhìn rộng
- Chi phí cho cảm biến LIDAR quá cao
- Phụ thuộc quá nhiều vào mức độ của ánh sáng để hoạt động.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Cơ sở thiết kế hệ thống cơ khí
Với mục tiêu là thiết kế mô hình phục vụ cho đồ án tốt nghiệp, mặc dù mô hình không thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu như trong thực tế, nhưng nó vẫn đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật chung và nguyên lý phân loại như sau:
Lắp ráp, đấu nối và vận hành điều khiển robot tương đối dễ dàng: Mô hình được thiết kế để việc lắp ráp, đấu nối và điều khiển robot có thể được thực hiện một cách tương đối dễ dàng Điều này giúp cho quá trình triển khai và thực hiện dự án được thuận tiện và tiết kiệm thời gian
Sử dụng các vật tư, thiết bị, linh kiện thông dụng: Mô hình được xây dựng với việc sử dụng các vật tư, thiết bị, linh kiện thông dụng và phổ biến trên thị trường Điều này có nghĩa là khi cần thiết, các linh kiện có thể dễ dàng thay thế và sửa chữa, giúp bảo trì và nâng cấp mô hình một cách thuận tiện và tiết kiệm chi phí
Sản phẩm robot AGV của nhóm thực hiện đề tài gồm những hệ thành phần chính:
- Phần cơ cấu chứa hàng hóa cần vận chuyển
- Màn hình hiển thị giao diện
- Phần cơ cấu di chuyển (bánh xe).
Yêu cầu cấu hình của robot và quy trình thiết kế cơ khí
4.2.1 Yêu cầu cấu hình của robot
- Khối lượng phần thân của robot không quá lớn (tổng khối lượng xe 10kg)
- Tổng khối lượng có thể chở được 30kg
- Robot có khả năng điều khiển từ xa qua ứng dụng
- Robot hoạt động ở trong nhà kho có diện tích tương đối (khoảng 200 m 2 ), nên robot có kích thước tương đối (để có thể chịu được tải trọng đặt ra ban đầu và chiếm diện tích không gian không quá lớn để tiện cho quá trình di chuyển) Kích thước ban đầu lựa chọn cho robot 500 x 400 x 300 mm
4.2.2 Quy trình thiết kế cơ khí
Hình 4-1 Quy trình thiết kế cơ khí
Quy trình thiết kế bao gồm 9 bước
- Bước 1: Xác định yêu cầu của đề tài
- Bước 2: Lên ý tưởng thiết kế ban đầu
- Bước 3: Phân tích thiết kế, tính toán cơ khí
- Bước 4: Chế tạo thử nghiệm
- Bước 5: Kiểm nghiệm, đánh giá sản phẩm
- Bước 8: Kiểm nghiệm đánh giá sản phẩm, nếu sản phẩm không đạt quay lại bước 6
- Bước 9: Hoàn thiện sản phẩm
Lựa chọn cơ cấu truyền động
Bộ truyền xích bao gồm dây xích và đĩa xích, tạo nên cơ cấu truyền động có chuyển động liên tục Ưu điểm:
- Hoạt động hiệu suất cao, không trượt
- Không cần căng dây xích, giảm kích thước và lực tác dụng lên trục và ổ
- Kích thước nhỏ hơn bộ truyền đai khi truyền cùng công suất và số vòng quay
- Vệ sinh bôi trơn thường xuyên để bộ truyền hoạt động trơn tru
- Phải có bánh điều chỉnh xích
- Có tỉ số truyền và vận tốc tức thời không ổn định như dây đai
- Phát ra tiếng ồn khi làm việc
Hình 4-3 Bộ truyền bánh răng
Bộ truyền bánh răng ăn khớp các răng trên bánh răng để truyền chuyển động giữa các trục và chuyển đổi giữa chuyển động quay và tịnh tiến Ưu điểm:
- Tỉ số truyền không đổi
- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn
- Vận hành với vận tốc lớn, công suất cao
- Hoạt động ở vận tốc lớn sẽ gây ồn
- Đòi hỏi độ chính xác cao
Bộ truyền đai truyền chuyển động giữa các trục song song hoặc chéo nhau bằng cách sử dụng nguyên lý ma sát Nó hoạt động bằng cách truyền động từ bánh chủ động đến bánh bị động thông qua ma sát giữa dây đai và bánh đai Ưu điểm:
- Truyền động giữa các trục với khoảng cách xa
- Hiệu suất cao, sử dụng đơn giản
- Hoạt động êm, không gây tiếng ồn
- Hiệu suất giảm, tỉ số truyền thay đổi do xảy ra hiện tượng trượt
- Tải trọng giữa trục và ổ lớn
- Kích thước bộ truyền tương đối lớn
4.3.4 Bộ truyền động đai răng
Hình 4-5 Bộ truyền động đai răng
Bộ truyền đai răng hoạt động chủ yếu dựa trên nguyên tắc ăn khớp, trong đó ma sát chỉ đóng vai trò phụ và lực căng trên đai rất nhỏ Dây đai được thiết kế với các răng giống như bánh răng để tạo sự ăn khớp trong quá trình truyền động Ưu điểm:
- Tỷ số truyền không thay đổi
- Không có hiện tượng trượt giữa đai và bánh răng
- Làm việc êm không gây tiếng ồn
- Kết cấu vận hành đơn giản
- Tải trọng giữa trục và ổ lớn
Kết luận: Dựa kết quả phân tích ưu, nhược điểm của các bộ truyền, nhóm quyết định sử dụng bộ truyền đai răng để truyền động từ động cơ đến cơ cấu di chuyển là bánh xe.
Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu di chuyển
Robot cần có những đặc điểm và yêu cầu sau:
- Di chuyển trên địa hình bằng phẳng, không dốc
- Tự do di chuyển trong không gian của kho
- Kích thước nhỏ gọn và có khả năng di chuyển đến nhiều vị trí khác nhau
Một vài phương án thiết kế cho xe:
4.4.1 Xe hai bánh Đặc điểm: hai bánh chủ động Ưu điểm:
- Xe có kết cấu đơn giản, dễ thiết kế
- Xe có khả năng xoay chuyển linh hoạ
- Gặp khó khăn trong vấn đề vừa di chuyển vừa tự cân bằng
- Chưa phân bố đều tải trọng
- Tốc độ di chuyển của xe không cao
4.4.2 Xe ba bánh Đặc điểm: Xe có hai bánh xe chủ động và một bánh tự lái Ưu điểm:
- Các bánh xe luôn phải đồng phẳng, đảm tất cả đều sẽ tiếp xúc mặt đất
- Kết cấu cơ khí khá đơn giản
- Rẽ các hướng dễ dàng
Nhược điểm: Rẽ hướng dễ bị lật khi mang tải trọng quá nặng
Hình 4-6 Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu xe 2 bánh chủ động, 1 bánh tự lái
4.4.3 Xe bốn bánh gồm hai bánh xe chủ động và hai bánh xe tự lái Ưu điểm:
- Xe có kết cấu cơ khí không phức tạp
- Vì xe có 4 bánh xe nên rẽ hướng khó bị lật
- Không đảm bảo 4 bánh xe luôn chạm đất
- Tốc độ di chuyển rẽ hướng thấp vì có 2 bánh tự lái không linh hoạt tuy nhiên vẫn có tốc độ lớn hơn đối với xe 3 bánh, 2 bánh chủ động 1 bánh tự lái
Hình 4-7 Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu 2 bánh chủ động, 2 bánh tự lái
4.4.4 Xe bốn bánh hai bánh chủ động, hai bánh tự lái có hệ thống treo Ưu điểm:
- Xe dễ dàng bẻ lái khi rẽ hướng
- Hầu như không lật khi mang tải nặng
- Do có hệ thống treo nên các bánh xe luôn đồng phẳng
- Kết cấu cơ khí khá phức tạp, chế tạo khó
- Việc điểu khiển không hề dễ
4.4.5 Xe bốn bánh chủ động Ưu điểm:
- Cấu trúc bốn bánh có các dạng giúp phân phối đều lực kéo của động cơ
- Chịu tải trọng tốt, không bị lật khi rẽ hướng
- Rẽ hướng khó khăn và tốc độ chậm
Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu 4 bánh chủ động
Kết luận: Dựa kết quả phân tích ưu, nhược điểm của các cơ cấu, nhóm quyết định sử dụng cơ cấu xe 3 bánh gồm 2 bánh chủ động đặt ở phía sau và một bánh tự lái.
Lựa chọn cơ cấu tránh vật cản và va chạm
Để robot có thể tránh được vật cản thì việc tất yếu là dùng cảm biến để phát hiện được vật cản sau đó trả tín hiệu về cho robot để điều khiển robot tránh vật cản
Một vài loại cảm biến phát hiện vật cản:
Cảm biến siêu âm là loại cảm biến sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách và phát hiện các vật thể trong môi trường xung quanh Hoạt động bằng cách phát ra sóng siêu âm và đo thời gian mà sóng này phản chiếu lại sau khi va chạm với vật thể
Thông qua việc đo thời gian trôi qua giữa việc phát sóng và nhận lại sóng phản chiếu, cảm biến siêu âm có thể tính toán khoảng cách đến vật thể
Hình 4-9 Cảm biến siêu âm HC-SR04
- Khả năng đo khoảng cách mà không cần tiếp xúc với vật cần đo
- Sử dụng sóng siêu âm với tần số cao, cảm biến siêu âm có độ nhạy cao
- Thời gian đáp ứng nhanh, độ chính xác cao, đặc biệt ở khoảng cách dưới 2m
- Cảm biến siêu âm hoạt động tốt ở nhiệt độ dưới 60°C và áp suất dưới 1 bar
- Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và áp suất
- Giá bán của các loại cảm biến siêu âm khá cao
- Dễ bị nhiễu trong môi trường có nhiều tạp âm
Cảm biến hồng ngoại sử dụng công nghệ hồng ngoại để phát hiện và thu thập thông tin về ánh sáng hồng ngoại phát ra từ các vật thể hoặc môi trường xung quanh
- Cảm biến nhận tín hiệu ánh sáng hồng ngoại phát ra từ các nguồn trong phạm vi
- Sự phát hiện ánh sáng hồng ngoại có thể được sử dụng để đo nhiệt độ, đo khoảng cách, phát hiện chuyển động, hay tạo hình ảnh hồng ngoại của các đối tượng
Gồm có 2 loại: Cảm biến hồng ngoại gần (IR) và cảm biến hồng ngoại xa (LIDAR)
Hình 4-10 Cảm biến hồng ngoại gần (IR) và cảm biến 3D LIDAR MRS1000 Ưu điểm:
- Hoạt động trong điều kiện ánh sáng thấp: Cảm biến hồng ngoại có khả năng hoạt động tốt trong điều kiện ánh sáng thấp hoặc hoàn toàn thiếu ánh sáng, do không dựa vào ánh sáng môi trường để hoạt động
- Tầm phát hiện rộng: Cảm biến hồng ngoại có thể có tầm phát hiện rộng, cho phép phát hiện các vật thể trong phạm vi lớn
- Ảnh hưởng bởi nhiệt độ: Cảm biến hồng ngoại có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường, làm giảm độ chính xác của dữ liệu thu thập được
- Có thể bị nhiễu: Cảm biến hồng ngoại có thể bị nhiễu bởi các nguồn sáng ngoại vi hoặc các vật thể khác trong phạm vi hoạt động
- Chi phí quá cao đối với LIDAR và độ chính xác không cao đối với cảm biến hồng ngoại gần IR
4.5.3 Cảm biến tiệm cận điện từ (Inductive Proximity Sensor)
Nguyên lý hoạt động: Tạo ra trường điện từ và đo sự thay đổi trong trường từ khi có đối tượng gần cảm biến
Hình 4-11 Cảm biến tiệm cận điện từ Ưu điểm:
- Khả năng hoạt động trong điều kiện bụi, dầu, nước: Cảm biến tiệm cận điện từ có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường có nhiều bụi, dầu và nước
- Khả năng phát hiện các vật thể kim loại: Cảm biến tiệm cận điện từ được sử dụng chủ yếu để phát hiện các vật thể kim loại, như thép, nhôm, đồng, sắt,
- Giới hạn phạm vi phát hiện: Phạm vi phát hiện của cảm biến tiệm cận điện từ thường khá hẹp, chỉ tương đối nhỏ so với một số loại cảm biến khác như cảm biến siêu âm hoặc cảm biến hồng ngoại
- Không phát hiện các vật thể phi kim loại
Cảm biến tiếp xúc (Contact Sensor) được sử dụng để phát hiện sự tiếp xúc trực tiếp giữa cảm biến và một vật thể hoặc một điều kiện nào đó Các loại cảm biến tiếp xúc
- Cảm biến tiếp xúc điện: Sử dụng để xác định xem có tiếp xúc điện giữa hai điểm hoặc để đo điện trở giữa các bề mặt
- Cảm biến tiếp xúc cơ học: Sử dụng trong các ứng dụng cần phát hiện sự tiếp xúc cơ học như công tắc cơ khí
- Cảm biến tiếp xúc quang: Sử dụng ánh sáng để phát hiện sự tiếp xúc
- Cảm biến tiếp xúc nhiệt: Sử dụng để đo nhiệt độ của các bề mặt hoặc vật thể
Kết luận: Vì ưu và nhược điểm của những loại cảm biến nêu trên, nên nhóm lựa chọn cảm biến siêu âm HC-SR04 để sử dụng và phát hiện vật cản từ đó tránh va chạm và điều hướng cho robot
Bảng 4-1 Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm HC-SR04 Điện áp 5V DC
Tần số hoạt động 40 Hz
Lựa chọn bánh xe di chuyển và vật liệu sử dụng cho phần khung robot
Dưới đây là một số loại bánh xe thông dụng được sử dụng:
- Ứng dụng nhiều trong đời sống
- Dễ dàng di chuyển, điều khiển
- Di chuyển kém trên địa hình xấu, phức tạp
- Dễ bị hư hỏng trong quá trình sử dụng
- Khả năng vượt địa hình, địa vật tốt
- Cơ động tốt trên địa hình xấu
- Di chuyển tương đối chậm
4.6.3 Bánh xe Mecanum Ưu điểm:
- Nhiều con lăn nhỏ được làm bằng nhựa hoặc nhôm và được bọc bằng cao su silicon chất lượng và ma sát cao, bền chắc và chống va đập
- Bánh xe dựa trên công nghệ truyền động đa hướng, có thể tự do thoải mái điều khiển chiếc xe robot của mình ngay cả trong không gian chật hẹp
Bánh xe dễ mòn hơn Do cấu tạo phức tạp nên khả năng thay thế sẽ khó khăn và chi phí đắt hơn
4.6.4 Bánh xe nhôm Ưu điểm:
Nhược điểm:- Giá thành đắt hơn so với các loại bánh xe làm từ vật liệu khác
Kết luận: Qua những ưu và nhược điểm ở trên, để phù hợp với thiết bị, tính thẩm mỹ cao và độ bền của bánh xe, nhóm đã tiến hành chọn bánh xe nhôm làm bánh xe cho robot
4.6.5 Lựa chọn vật liệu Để chịu được tải trọng cần cho robot vận chuyển, thì vật liệu cần sử dụng cho robot cần phải chịu được tải trọng, bền Sau khi khảo sát thì nhóm đã lựa chọn nhôm định hình làm vật liệu để sử dụng Ưu điểm của nhôm định hình
- Cách nhiệt và cách âm tốt
Nhược điểm của nhôm định hình
- Chưa có nhiều mẫu mã cho khách hàng lựa chọn
Thiết kế sơ bộ Robot
Ước lượng sơ bộ khối lượng của xe
- Khối lượng tải cần vận chuyển: 30kg
- Khối lượng khung xe , bánh xe và các phụ kiện khác: 10kg
Tổng trọng lượng xe theo ước lượng sơ bộ: 40kg
Tính toán cho các cơ cấu
4.8.1 Tính toán và chọn chọn động cơ cho cơ cấu di chuyển
Ta đặt ra giả thuyết, robot sẽ vận chuyển hàng với tải trọng và khối lượng của thân robot tối đa là m = 40Kg, tốc độ tối đa v = 0,6 m/s
Ban đầu, robot đứng yên nên vận tốc ban đầu là 𝑣 0 = 0 m/s
Giai đoạn 1, robot chuyển động nhanh dần đều từ vận tốc ban đầu 𝑣 0 = 0 m/s đến vận tốc cực đại v = 0,6 m/s trong khoảng thời gian ∆t = 0,5s
Giai đoạn 2, robot chuyển động thẳng đều với vận tốc v = 0,6 m/s
Hình 4-17 Phân tích lực cho robot AGV
Tiến hành phân tích lực cho robot, ta có các lực tác dụng sau: trọng lực 𝑃⃗ , phản lực
𝑁⃗⃗ , lực ma sát lăn 𝐹⃗⃗⃗ ms và lực kéo động cơ 𝐹⃗⃗⃗
Trường hợp 1: Robot chuyển động thẳng đều với vận tốc v = 0,6 m/s
Phương trình cân bằng của robot:
Chiếu phương trình (4.1) lên trục y:
Chiếu phương trình (4.1) lên trục x:
(ta đặt hệ số ma sát lăn 𝜇=0,1)
Trường hợp 2: Robot chuyển động nhanh dần đều từ vận tốc v0 = 0 m/s đến vận tốc v = 0,6 m/s trong khoảng thời gian ∆𝑡 = 0,5 𝑠
=> a = (v-v0)/∆t = (0,6-0)/0,5 = 1,2 (m/𝑠 2 ) Áp dụng định luật II Newton :
Chiếu phương trình (4.3) lên trục y:
Chiếu phương trình (4.3) lên trục x :
Tiến hành so sánh lực kéo động cơ F ở 2 trường hợp ta thấy lực kéo F = 87,24 N ở trường hợp 2 là lớn nhất Vậy công suất tối đa của robot là:
Và ta cần 2 động cơ nên mỗi động cơ có công suất:
Dựa vào công suất tính toán và thị trường hiện nay ta chọn động cơ DC servo với số hiệu model JGB37-545
Hình 4-18 Động cơ DC servo JGB37-545
Bảng 4-2 Thông số kĩ thuật của động cơ DC servo JGB37-545
Khối lượng 2kg Điện áp sử dụng 12 VDC Tốc độ không tải 37 vòng/phút
Dòng tối đa khi có tải 5A
Lực kéo moment định mức 21 kg.cm Lực kéo moment tối đa 84 kg.cm
4.8.2 Tính toán bộ truyền đai
Như đã đề cập ở trên thì nhóm đã lựa chọn cơ cấu truyền động bằng đai răng với những ưu điểm đã nhắc đến trước đó như không xảy ra hiện tượng bị trượt đai, đạt hiệu suất cao khi vận hành, lực tác dụng lên trục và ổ đỡ nhỏ đảm bảo độ bền
Tiến hành tính toán cho bộ truyền đai răng
Dựa vào công thức 4.28 trang 69, tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (tập 1), của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển ta có:
N: số vòng quay bánh dẫn, vòng/phút
Dựa vào bảng 4.28 “Chiều rộng đai răng b” trang 69 tài liệu Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển
Với 𝑚 = 4, chọn bề rộng đai 𝑏 = 20 (mm)
Số bước răng của đai: 𝑝 = 𝑚 𝜋 = 4 3,14 = 12,56
Ta tính được thông số của đai: số module 𝑚 = 4; bước răng 𝑝 = 12,56; bề rộng đai 𝑏
Tuy đã tính toán các thông số của đai nhưng trên thị trường khó kiếm được loại đai này nên nhóm đã quyết định lựa chọn dây đai loại đai curoa GT2 610mm
Dựa vào bảng 4.29 “Số răng của bánh đai răng nhỏ 𝑍 1 trang 70 tài liệu Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển Để đảm bảo tuổi thọ cho đai, số bánh răng đai chủ động 𝑍 1 > 12 Chọn số răng bánh đai chủ động 𝑍 1 = 40 𝑟ă𝑛𝑔
Chọn tỉ số truyền U = 2 giúp giảm tính toán và sai số trong quá trình điều khiển
Số răng bánh đai bị động: 𝑍 2 = 𝑈 𝑍 1 = 2.40 = 80 𝑟ă𝑛𝑔 (4.5)
Khoảng cách trục được chọn theo điều kiện: 𝑎 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑎 ≤ 𝑎 𝑚𝑎𝑥 (4.6)
Chọn khoảng cách trục sơ bộ a = 300 mm
Dựa vào bảng 4.30 Chiều dài đai răng lđ, mm trang 70 tài liệu Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển
Ta chọn được lđ = 1406,7 mm
Tính toán lại khoảng cách trục:
Khoảng cách trục chính xác là:
Theo bảng 4.27 Các thông số của đai răng, trang 68 tài liệu Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển
Chiều rộng nhỏ nhất của răng 𝑆 = 4,4 𝑚𝑚 (4.14)
Góc ôm bánh đai dẫn:
360 𝑜 ,6 răng (4.16) Đường kính vòng chia 𝑑 1 = 80 𝑚𝑚 𝑣à 𝑑 2 = 160 𝑚𝑚 (4.17)
Lực tác dụng lên trục động cơ:
Với F t là lực vòng đai dẫn: F t = 1000 P v= 1000 0.06
Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng:
-𝐾đ là hệ số tải trọng, theo bảng 4.7 tài liệu [1] chọn 𝐾đ = 1
-𝑞 𝑚 là khối lượng 1m, đai có chiều rộng 1mm
Theo bảng 4.31 Trị số khối lượng của một mét đai qm và lực vòng riêng cho phép [q0], trang 71, tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (tập 1), của Trịnh Chất
- Lê Văn Uyển ta chọn 𝑞 𝑚 = 0,0032
Bảng 4-3 Các thông số của dây curoa GT2 610 mm
Thông số Ký hiệu Giá trị
Số bánh răng chủ động 𝑍 1 40 răng
Số bánh răng bị động 𝑍 2 80 răng
Bề rộng bánh răng B = b+m 8 mm
Lực căng ban đầu 𝐹 0 (0,0017 ÷ 0,002) 𝑁 Lực tác dụng lên trục 𝐹 𝑟 (387,1 ÷ 484,52) 𝑁
4.8.3 Tính toán và chọn trục bánh xe
Sơ đồ cơ cấu chuyển động của robot:
Hình 4-19 Sơ đồ cơ cấu chuyển động của robot
Xác định sơ bộ đường kính trục:
Theo bảng Hiệu suất của các bộ truyền thuộc tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (tập 1), của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển
Tra được hiệu suất của ổ lăn là 𝜂 ổ 𝑙ă𝑛 = 0,99
Tính công suất trên trục bánh xe:
Số vòng quay của động cơ: 𝑛 𝑡𝑟ụ𝑐 = 2 𝑛 đ𝑐 = 74 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 (4.25)
Theo công thức 10.9 trang 188, tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (tập 1), của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển
Giá trị [𝜏] của thép C45 có thể chọn [𝜏]= 12÷20MPa với trục đầu vào và đầu ra
3 = 12,5 (𝑚𝑚) (4.28) Đường kính sơ bộ của các trục sẽ là: 𝑑 1 = 12,5 (𝑚𝑚)
Sau khi tính toán ta thấy được trục chịu tải trọng trung bình nên ta chọn vật liệu trục thép C45 với 𝛿𝑏 = 600(𝑀𝑝𝑎), ứng suất cho phép [𝛿𝑏] = 12 − 20(𝑀𝑝𝑎), đường kính trục 𝜙
4.8.4 Tính toán kiểm nghiệm trục
Tải trọng tối đa 40kg, ta có 3 bánh xe => mỗi bánh chịu tải 13,3 (Kg)
Hình 4-20 Biểu đồ phản lực Qx và momen uốn M x
Với 𝐹 𝑟𝑏𝑥 : Lực hướng tâm bánh xe
𝑅 𝑦𝐴 : Lực tác động gối đỡ A theo trục Y
𝑅 𝑥𝐴 : Lực tác động gối đỡ A theo trục X
𝑅 𝑦𝐵 : Lực tác động gối đỡ B theo trục Y
𝑅 𝑥𝐵 : Lực tác động gối đỡ B theo trục Y
Hình 4-21 Biểu đồ momen uốn M y và biểu đồ momen xoắn T
Xét lực trong mặt phẳng zOy:
Xét lực trong mặt phẳng zOx:
Ta thấy tiết diện nguy hiểm là tại bánh xe và bánh răng, ta kiểm tra độ bền hai điểm này:
12 3 0,1 = 125(𝑀𝑃𝑎) (4.39) Điều kiện bền uốc trục tại bánh xe và bánh răng:
Kết luận: Ứng suất tại mặt cắt nguy hiểm bé hơn ứng suất cho phép của vật liệu nên trục đạt yêu cầu về độ bền
Với tải trọng nhỏ có cả lực hướng tâm và lực dọc trục nên ta chọn ổ bi đỡ chặn 1 dãy cho gối đỡ
Chọn ổ bi đỡ 1 dãy cỡ nhẹ SKF W 638 với các thông số:
Bảng 4-4 Một vài thông số của vòng bi SKF W638-2Z
Khối lượng 27g Đường kính lỗ d = 8 mm Đường kính ngoài D = 28 mm Khả năng tải động Cd = 3,97 kN Khả năng tải tĩnh Co = 1,96 kN
Các lực tác dụng lên ổ bi A
Lực tác dụng lên ổ bi A:
Các lực tác dụng lên ổ bi B
Lực tác dụng lên ổ bi B:
Ta có: 𝐹 𝑙1 > 𝐹 𝑙2 nên ta kiểm nghiệm theo ổ bi A
Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ:
Ta có công thức tải trọng với lực dọc trục tác dụng lên ổ lăn 𝐹 𝑎 = 0 :
Theo bảng 11.3 Hệ số X, Y cho các loại ổ lăn 1 dãy, tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí (tập 1), của Trịnh Chất - Lê Văn Uyển ta có:
+ Kiểm tra khả năng tải động :
Vậy ta chọn ổ lăn cở nhẹ SKF W 638 phù hợp với phần đã tính toán
+ Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ
Ta có 𝑄 𝑜 = 1,257kN < 𝐶 𝑜 = 1,96 kN đáp ứng khả năng tải tĩnh của ổ lăn.
Tính toán động học và động lực học cho robot
Hình 4-23 Phân tích lực cho robot 4.9.1 Tính toán động học
Hệ tọa độ tuyệt đối (hệ tọa độ gốc) là hệ tọa độ cố định được đặt trong môi trường và được biểu diễn bằng(X,Y)
Hệ tọa độ tương đối(hệ tọa độ robot) là hệ tọa độ gắn liền với robot và được biểu thị bằng (Xr, Yr )
Gốc của hệ tọa độ robot là P
Vị trí robot so với hệ tọa độ robot được xác định bằng ma trận vị trí
Gốc của hệ tọa độ robot là P Để chuyển đổi vị trí của robot tự hệ tọa độ tương đối (Pxr Yr) sang hệ tọa độ tuyệt đối (OXY) ta sử dụng ma trận chuyển đổi R được xác định như sau: 𝜉 = 𝑅(𝜃) 𝜉 𝑅
Trong đó 𝑅(𝜃) là ma trận quay của robot quanh trục thẳng đứng
Vận tốc tuyến tính của robot trong hệ tọa độ bằng trung bình vận tốc tuyến tính của 2 bánh xe theo hệ tọa độ robot
Vận tốc góc của của robot là:
Các vận tốc của robot trong hệ tọa độ giờ có thể biểu diễn dưới dạng các vận tốc của điểm trung tâm P trong khung robot như sau
Với R = 0.05 bán kính bánh xe của robot
L= 0.55 là khoảng cách giữa 2 bánh xe
𝜑̇ 𝑅, 𝜑̇ 𝐿 = 0.5 là vận tốc của bánh phải, trái của robot
Ma trận vận tốc theo hệ tuyệt đối được thể hiện như sau:
𝜑̇ 𝑅, 𝜑̇ 𝐿 = 0.5 là vận tốc của bánh phải, trái của robot
𝜃 = 0 là góc quay của bánh xe
Ma trận 𝑞̇ 𝑙 còn được thể hiện theo vận tốc dài 𝑣 và vận tốc góc 𝜔 theo công thức sau:
4.9.2 Tính toán động lực học
Phương pháp tiếp cận động năng Lagrange là một phương pháp phổ biến để xây dựng phương trình chuyển động cho các động cơ Phương pháp được phát minh bởi Lagrange Phương pháp Lagrange được viết dưới dạng như sau:
Hình 4-24 Phân tích lực chuyển động của bánh xe
Chuyển động của hệ gồm 2 bánh sau dẫn động và 1 bánh xe tự lái phía trước Cho nên mọi chuyển động của robot phụ thuộc vào việc điều khiển vận tốc 2 bánh sau 𝑣 𝑤𝑅 và 𝑣 𝑤𝐿
Ta có tổng động năng của Robot:
𝐾 = 𝐾 𝑡𝑡 + ∑ 𝐾 𝑏 (4.54) Động năng tịnh tiến của thân xe:
𝐾 𝑡𝑡 : là động năng tịnh tiến của thân xe
𝑚 𝑡 : là khối lượng thân xe
𝑣 𝑡 : là vận tốc dài của xe được tính theo công thức
2𝑅(𝜑 𝑅 ̇ + 𝜑 𝐿 ̇ ) (4.56) Động năng của bánh xe:
𝐾 𝑏 : động năng của bánh xe
𝐽 𝑤𝑅 , 𝐽 𝑤𝐿 : là momen quán tính của từng bánh xe
Coi bánh xe là đĩa tròn mỏng thì:
Trong đó R: bán kính bánh xe
𝑣 𝑤𝑅 , 𝑣 𝑤𝐿 : là vận tốc dài của 2 bánh xe Với 𝑣 𝑤𝑅 = 0,6 𝑚/𝑠
Thay vào công thức trên ta được:
2 0.025))=0,33(kN) Suy ra: Tổng động năng của robot là:
Thế năng của robot: Xét robot chạy trên mặt phẳng nên thế năng bằng 0 Ngoại lực của robot
𝑀 𝑑𝑐 : momen do động cơ sinh ra
𝑀 𝑚𝑠𝑡 : momen hao tổn trên trục
R: bán kính bánh xe g: gia tốc trọng trường
𝐾 𝑚𝑠 : hệ số ma sát bánh xe với mặt đường
𝑚 𝑏 : khối lượng bánh xe u: là hệ số tổn thất trên trục động cơ
Thay vào phương trình Lagrange
Trong đó: 𝜑 𝑤 ́ : gia tốc góc của bánh xe ( rad/𝑠 2 ) a: gia tốc dài ( m/ 𝑠 2 )
𝑉 𝑏 , 𝑉 𝑎 : vận tốc tại điểm A, B (m/s) t : thời gian di chuyển từ A đến B (s)
Thay số vào ta tính được 𝑀 𝑑𝑐 = 3,47(𝑘𝑁 𝑚)< 8,243kN.m (Momen động cơ đã chọn)
Thiết kế gia công chi tiết
Phần thiết kế khung xe cho robot cực kì quan trọng vì đây là nơi lắp đặt tất cả các thiết bị; cũng như chịu tải của cả robot nên phải tính toán hợp lí để đế có thể đảm bảo độ bền Dựa vào phương án truyền động cũng như phần tính toán thiết kế lắp đặt thiết bị, chúng tôi thiết kế phần khung sau khi hoàn thiện như sau:
Hình 4-25 Thiết kế khung robot
Mô hình robot đã thiết kế với kích thước chiều dài 500 mm, chiều rộng 400 mm, chiều cao 300 mm
Hình 4-26 Mô hình robot AGV đã thiết kế trên phần mềm
Phần vỏ của robot được thiết kế theo hình dạng khung robot và có chiều cao đủ để che phủ toàn bộ các chi tiết bên trong và khung bên trong robot Điều này tạo ra sự gọn gàng và tăng tính thẩm mỹ cho robot
Vì không phải chịu lực nên ta chọn vật liệu cho phần vỏ là thép và được thiết kế với tấm thép dày 1mm Nó không làm cho robot tăng khối lượng quá nhiều cũng như có thể chịu được va đập khi gặp sự cố.
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
Thiết lập sơ đồ khối điều khiển
Hình 5-1 Sơ đồ khối hoạt động của robot AGV
Robot tự hành AGV sử dụng beacon được thiết kế gồm 4 khối chính:
- Nguồn 5V dùng để cung cấp cho các thiết bị input như là: Cảm biến siêu âm, nút nhấn, beacon,… và cung cấp cho vi điều khiển Arduino và máy tính raspberry Pi4
- Nguồn 12V/5A dùng để cung cấp cho động cơ thông qua mạch cầu H XY160D
Gồm các tín hiệu đầu vào để điều khiển cho robot như cảm biến siêu âm, beacon, nút nhấn và encoder
Khối đầu ra hay còn gọi là cơ cấu chấp hành, gồm 2 động cơ được điều khiển thông qua khối điều khiển
Khối điều khiển bao gồm máy tính raspberry, Arduino mega, và mạch cầu H XY160D, chức năng chính dùng để điều khiển khối đầu ra, thông qua tín hiệu của khối đầu vào và theo yêu cầu của bài toán.
Các linh kiện được sử dụng
Raspberry Pi là một máy tính nhúng nhỏ gọn có khả năng lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau như C/C++, Java và nhiều ngôn ngữ khác Nó có khả năng thực hiện nhiều chức năng, bao gồm phát video với độ phân giải cao, xử lý văn bản, tạo bảng tính và chơi game
Hình 5-2 Raspberry Pi4 Ưu điểm:
- Hỗ trợ rộng rãi các thiết bị ngoại vi
- Đa dạng các cảm biến
- Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình
- Bộ xử lý mạnh mẽ
- Thiếu bộ nhớ trong eMMC
- Bộ xử lý đồ họa hạn chế
- Không thay thế hoàn toàn máy tính để bàn
- Nâng cao hiệu năng có thể gây quá nhiệt
Một số thông số kỹ thuật của Raspberry Pi 4:
- Wifi chuẩn 2.4 GHz và 5.0 GHz IEEE 802.11ac, cùng với Bluetooth 5.0 và BLE để kết nối không dây
- Cổng mạng Gigabit Ethernet cho tốc độ truyền dữ liệu cao qua mạng có dây
- GPIO với 40 chân để kết nối và tương thích với các phiên bản trước của Raspberry
- Hỗ trợ 2 cổng ra màn hình Micro HDMI với độ phân giải 4K, cho phép xuất hình ảnh chất lượng cao
- Khe cắm Micro-SD cho hệ điều hành và lưu trữ dữ liệu
- Nguồn điện DC 5V-3A DC chuẩn USB-C, cung cấp năng lượng cho Raspberry Pi4
Arduino Mega2560 là một bo mạch vi điều khiển sử dụng vi điều khiển ATmega2560
Nó có chân GPIO phong phú và hỗ trợ các shield mở rộng, bao gồm cả các shield kết nối wifi Điều này cho phép bạn xây dựng các robot có khả năng điều khiển từ xa thông qua kết nối wifi
Bảng 5-1 Một vài thông số của Arduino Mega 2050
Chip xử lý ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào (đề nghị) 7V-15V Điện áp vào (giới hạn) 6V-20V
Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA
Chúng tôi sử dụng mạch cầu H XY160D để điều khiển động cơ với công suất cao Module này nhỏ gọn và tiện dụng, cung cấp công suất lên đến 7A trên mỗi kênh
Nó sử dụng chân điều khiển logic tương tự như mạch cầu H L298, với 3 chân Enable, in1, in2 Module có khả năng hoạt động ở cả mức điện áp logic 5V và 3.3V, có sự cách ly giữa phần động lực và phần điều khiển logic để bảo vệ linh kiện và ngăn chặn nhiễu điện
Thông số kỹ thuật của mạch cầu H XY160D:
- Điện áp cung cấp động lực: 7 - 24VDC (giới hạn từ 6.5 đến 27VDC)
- Mức tín hiệu logic: Sử dụng cho 2 mức logic 3.3V hoặc 5V
- Độ rộng xung tối thiểu: 5us
- Nhiệt độ làm việc: -25°C đến 85°C
Bảng 5-2 Thông số điều khiển chế độ của cầu H XY160N
IN1 IN2 ENA1 OUT (Motor)
1 1 X Floating (không chịu tác dụng của ngoại lực)
1 0 PWM Chạy tiến, điều chỉnh tốc độ
0 1 PWM Chạy lùi, điều chỉnh tốc độ
Trong đồ án này, nhóm thực hiện đề tài lựa chọn đèn báo 12V để báo hiệu trạng thái hoạt động của hệ thống, trạng thái của nguồn điện cấp cho hệ thống hoạt động
Thông số kỹ thuật của đèn báo: Đường kính lỗ lắp: 22 mm Độ dày bảng gắn: Tối đa 6mm Điện áp làm việc < 20mA
Trong mô hình đồ án, nhóm sử dụng 1 nút nhấn (ON OFF) dùng để khởi động hoặc tạm dừng hệ thống, và 1 nút nhấn Emergency Stop (dừng hoạt động khẩn cấp)
Hình 5-5 Nút nhấn ON - OFF
Thông số kỹ thuật của nút nhấn ON - OFF:
- Vật liệu: kim loại không gỉ
- Ánh sáng: biểu tượng vòng tròn
- Trạng thái: Thường mở, giữ trạng thái
- Số chân: 5 (2 chân nguồn và 3 chân NO, NC, COM)
Hình 5-6 Nút dừng khẩn cấp E-STOP
Thông số kỹ thuật của nút nhấn E_Stop
-Điện áp cách điện tối đa Ui = 440V
-Một cặp tiếp điểm thường đóng
-Kích thước lỗ lắp đặt 22mm
Hình 5-7 Màn hình Cảm ứng TFT 3.5 Inch cho Raspberry Pi
Thông số kĩ thuật của màn hình cảm ứng:
-Màn hình 3.5” cho Raspberry Pi
-Tương thích tốt với mọi phiên bản của Raspberry Pi
-Loại LCD: TFT, Giao thức LCD: SPI
-Màn hình cảm ứng: Điện dung
-Chip điều khiển cảm ứng: XPT2046
Nhóm sử dụng khối pin National 3S 12V, 5A để cấp nguồn cho mạch cầu H XY160D và động cơ, dùng nguồn 5V cấp cho máy tính raspberry cũng như cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống
Khối pin có tổng dung lượng khoảng 9000 mAh
Robot hoạt động và làm việc liên tục trong 2h
Bảng 5-3 Bảng sử dụng nguồn pin của các thiết bị
Thiết bị Dòng sử dụng Số lượng Tổng Động cơ 5A 2 10A
Cảm biến siêu âm 2 mA 3 6 mA
Vi điều khiển 150 mA 1 150 mA
Tổng thời gian hoạt động của robot T= 9
5.2.8 Encoder Để xác định vận tốc và vị trí của động cơ khi quay, ta sử dụng một encoder gắn trực tiếp vào mỗi động cơ, từ đó encoder sẽ cung cấp chính xác cho vi điều khiển và vi điều khiển sẽ tiến hành điều khiển động cơ từ các thông số encoder đã cung cấp
Nhóm đã chọn sử dụng Encoder LPD3806-600BM để phù hợp với nhu cầu thiết kế và tiết kiệm chi phí Encoder này có 2 pha AB và sử dụng điện áp từ 5-24V, với ngõ ra NPN cực thu để hở Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm đo tốc độ quay, góc, gia tốc và đo chiều dài.
Hệ thống điều khiển
Mạch điều khiển thu thập các tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển động cơ từ đó nhận diện vị trí của robot Điều khiển robot đến vị trí cho trước Sơ đồ điều khiển được biều diễn như sau
Hình 5-10 Sơ đồ hệ thống điều khiển
Hình 5-11 Sơ đồ tổng quát điều khiển hệ thống động cơ Để điều khiển động cơ một cách chính xác nhóm sử dụng 2 encoder xuất xung để điều khiển vị trí động cơ theo thuật toán PID
PID là viết tắt của "Proportional-Integral-Derivative" trong điều khiển tự động Nó là một thuật toán điều khiển vòng kín dùng để điều chỉnh hệ thống dựa trên phản hồi liên tục PID so sánh giá trị đặt và giá trị đo để tính toán tín hiệu điều khiển và đạt được sự cân bằng và điều chỉnh tối ưu
Các khâu hiệu chỉnh PID:
P (Proportional): Sử dụng sai số giữa giá trị đầu vào và giá trị đặt để tính toán tín hiệu điều khiển tỷ lệ Giúp giảm sai số và điều chỉnh hệ thống gần giá trị đặt
I (Integral): Tích phân sai số để tính tổng tích phân, sử dụng để điều chỉnh tín hiệu điều khiển hiện tại Loại bỏ sai số hiệu chỉnh và đưa hệ thống đến trạng thái ổn định
D (Derivative): Tính toán sự thay đổi sai số theo thời gian để điều chỉnh tín hiệu điều khiển Giúp hệ thống phản ứng nhanh với sự thay đổi và giảm độ dao động
Hình 5-12 Sơ đồ bộ điều khiển PID
5.3.2 Các phương pháp xác định thông số bộ điều khiển PID
Sử dụng phần mềm để chọn thông số PID phù hợp
Cơ cấu phát hiện vật cản
Trong quá trình di chuyển không tránh khỏi có vật cản vì vậy ta cần robot có thể tránh được vật cản trong quá trình di chuyển Để biết phát hiện vật cản để tránh tình trạng va đập gây hư hại cho robot hoặc va chạm với con người thì việc tất yếu là cần sử dụng cảm biến Như đã đề cập ở trên, dựa vào ưu và nhược điểm, nhóm đã lựa chọn sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện vật cản
Khoảng cách cách từ cảm biến đến vật:
Với d: khoảng cách từ cảm biến tới vật cản (m) t: thời gian giữa âm thanh phát ra và sóng thu được (s) v: tốc độ âm thanh truyền trong không khí, giá trị v43 m/s
Khi khoảng cách d đạt giá trị khoảng 0,3 m (tức là cảm biến nhận tín lại sóng trong khoảng 10 ms) thì tiến hành sử dụng thuật toán điều hướng cho robot, để robot tránh vật cản
Hình 5-14 Lưu đồ thuật toán di chuyển của robot
Với dF : Giá trị cảm biến phía trước dL: Giá trị cảm biến phía bên trái dR: Giá trị cảm biến phía bên phải Đầu tiên robot sẽ đi thẳng, khi cảm biến phát hiện vật cản trước mặt (tức khoảng cách với vật cản nhỏ hơn 0,3 m) robot tiến hành điều hướng
Nếu giá trị cảm biến phải < giá trị đọc của cảm biến trái thì robot rẽ trái, sau đó tiếp tục đi thẳng Nếu giá trị cảm biến phải > 0,3 m thì robot sau đó rẽ phải (đi thẳng so với hướng ban đầu) Quá trình hoạt động tương tự nếu giá trị cảm biến phải > giá trị cảm biến trái.
Cơ cấu hoạt động cụm điều khiển
Bài toán quỹ đạo di chuyển của robot Để điều khiển robot di chuyển theo một đường cong hay quỹ đạo cụ thể, chúng ta có thể thay đổi tỷ lệ vận tốc giữa hai bánh xe của robot Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ này, ta có thể tạo ra sự khác biệt trong tốc độ quay của mỗi bánh xe, từ đó điều khiển robot di chuyển theo đường cong mong muốn
𝐾: là tỉ lệ vận tốc của 2 bánh xe
𝑉1: là vận tốc bánh xe trái
𝑉2: là vận tốc bánh xe phải
- Với 𝐾 = 1: robot di chuyển thẳng (vì vận tốc 2 bánh bằng nhau)
- Với 𝐾 = 0: robot quay tại chỗ với tâm là bánh trái (vì lúc này vận tốc bánh trái 𝑉1 0)
- Với 𝐾 = ∞: robot quay tại chỗ với tâm là bánh phải(vì lúc này vận tốc bánh phải 𝑉2
- Với 0 < 𝐾 < 1: robot đi theo hình tròn ngược chiều kim đồng hồ(vì lúc này vận tốc V1 < V2)
- Với 𝐾 > 1: robot đi theo hình tròn thuận chiều kim đồng hồ (vì lúc này vận tốc 𝑉1 > 𝑉2 )
- Với 𝐾 = −1, hai bánh xe quay ngược chiều và đồng tốc, robot quay tròn tại chỗ, tâm là điểm giữa hai bánh xe
5.5.1 Lưu đồ giải thuật cụm di chuyển
Hình 5-15 Lưu đồ giải thuật cụm di chuyển của hệ thống
5.5.2 Nguyên lý hoạt động Đối với chế độ điều khiển bằng tay:
Bước 1: Khi khởi động robot, ở trạng thái bắt đầu, cả hai động cơ chưa động
+ Khi robot nhận tín hiệu tiến hai động cơ bên trái quay thuận với tốc độ tăng dần đều (quy ước động cơ quay theo chiều thuận là chiều tiến của robot), sau khi đạt đến vận tốc tối đa là 0,6 m/s, robot sau đó sẽ di chuyển đi tới thẳng đều với vận tốc không đổi là 0,6 m/s
+ Khi robot nhận tín hiệu lùi hai động cơ quay nghịch với tốc độ tăng dần đều, sau khi đạt đến vận tốc tối đa là 0,6 m/s, robot sau đó sẽ di chuyển lùi với vận tốc không đổi là 0,6 m/s
+ Khi robot nhận tín hiệu rẽ trái thì động cơ bên trái quay thuận hoạt động với tốc độ thấp, động cơ bên phải cũng quay thuận nhưng với tốc độ lớn hơn để điều chỉnh cho robot quay trái
+ Khi robot nhận tín hiệu rẽ phải thì động cơ bên phải quay thuận hoạt động với tốc độ thấp, động cơ bên trái quay thuận với tốc độ cao để điều chỉnh cho robot rẽ phải
Bước 3: Khi ta nhấn nút STOP, động cơ dừng hoạt động
Ngoài ra thiết bị có các cảm biến giúp nó hoạt động với chế độ auto Các cảm biến giúp xe xác định vị trí giao hàng mà động cơ sẽ điều chỉnh phù hợp để xe có thể giao hàng tiết kiệm tối đa thời gian mà vẫn đảm bảo an toàn Đối với chế độ tự động: Đầu tiên robot ở trạng thái đứng yên, khi nhận được tín hiệu có hàng cần vận chuyển robot sẽ di chuyển đến vị trí nhận hàng theo con đường ngắn nhất, vị trí của robot sẽ được xác định thông qua các beacon được đặt ở những vị trí cố định Trong quá trình di chuyển, robot sẽ gặp các vật cản và sẽ sử dụng các thuật toán tránh vật cản sẽ được nêu ở chương sau
Sau khi tới vị trí cần nhận hàng, robot sẽ nhận hàng và di chuyển đến vị trí mong muốn thông qua tín hiệu được nhận từ các beacon, quá trình tránh vật cản cũng diễn ra tương tự Sau khi quá trình vận chuyển hoạt động xong, robot tiếp tục ở trạng thái nghỉ và chờ vận chuyển những kiện hàng tiếp theo.
Xác định vị trí của robot thông qua beacon
5.6.1 Tính toán vị trí đặt beacon Đầu tiên ta phải xác định được vị trí đặt beacon sao cho thích hợp, để có được vị trí đặt beacon hợp lý, ta phải thực hiện một số bước để tính toán vị trí đặt beacon
-Phạm vi phủ sóng của beacon
-Xác định số lượng beacon cần thiết để đảm bảo xác định được vị trí chính xác của robot
-Đặt beacon ở những vị trí có tọa độ xác định trước được
-Sau khi tính toán vị trí dựa trên beacon, đánh giá, kiểm tra xem vị trí tính toán có chính xác không và thực hiện các điều chỉnh
5.6.2 Các kĩ thuật tính toán vị trí beacon
- Phương pháp 3 điểm: được sử dụng để tính toán vị trí của robot dựa trên tín hiệu từ
3 beacon Từ các tín hiệu trên, xác định được khoảng cách từ 3 beacon đến thiết bị Vị trí dự đoán của robot là điểm trung tâm của vùng giao cắt của các đường tròn (Hình 5-16)
59 Đầu tiên ta xét tới hệ trục tọa độ Oxy, giả sử ta cần tìm tọa độ điểm B(x,y) đặt trên mặt đất (tức là vị trí của xe hiện tại) Ta đã biết được các vị trí đặt beacon là C(x1,y1), D(x2,y2) và điểm O là tâm của trái đất
Ta có thể tính được khoảng cách của các beacon C và D đến thiết bị B lần lượt là d1 và d2 Tọa độ B của robot cần xác định cũng là giao điểm của ba phương trình đường tròn tâm C bán kính d1, đường tròn tâm D bán kính d2, và đường tròn tâm A, bán kính bằng bán kính trái đất
(x - x₂)² + (y - y₂)² = d₂² (5.4) x² + y² = R² (với R là bán kính trái đất) (5.5)
Bằng cách giải hệ phương trình trên, ta có thể xác định tọa độ của robot B cần sử dụng
2 beacon Trên thực tế, hệ trục tọa độ mà chúng ta sử dụng là hệ trục Oxyz, tức là thêm hệ trục Oz Tuy nhiên thì trục Oz để đặt beacon không quá cao (so với bán kính của trái đất và so với mặt đất), chính vì vậy mà các điểm đặt beacon được xem như là đồng phẳng với thiết bị xe tự hành
Và vì khoảng cách từ tâm trái đất đến vị trí đặt robot là rất rất lớn so với khoảng cách từ beacon đến thiết bị, nên ta sẽ bỏ phương trình tâm trái đất và thêm vào một beacon A khác
Hình 5-16 Mô hình hóa vị trí của robot Để xác định được tọa độ chính xác của robot, chúng ta cần tìm giao điểm của 3 đường tròn được quét bởi 3 beacon A C D, vì vậy chúng ta có hệ phương trình:
Giải hệ phương trình ta tìm được chính xác vị trí của robot B(x,y)
Phương pháp được nêu để xác định vị trí của robot thông qua beacon ở đây chúng tôi nhắc đến cũng chính là phương pháp xác định vị trí toàn cầu trên bản đồ bằng GPS (Global Positioning System) thay việc sử dụng các beacon bằng việc sử dụng các vệ tinh nhân tạo
- Multilateration: Đây cũng là phương pháp tương tự phương pháp 3 điểm, tuy nhiên phương pháp này sử dụng nhiều hơn số beacon cần thiết để tăng độ chính xác của vị trí
- Đánh giá sự tương quan: tín hiệu từ các beacon được thu thập tại các vị trí đã biết trước và xây dựng một bộ dữ liệu tham chiếu Khi tín hiệu từ các beacon được thu thập tại vị trí mới, hệ thống so sánh với bộ dữ liệu tham chiếu để tìm sự tương quan và xác định vị trí tương ứng
5.6.3 Các phương pháp xác định khoảng cách và hướng từ beacon đến thiết bị
Có một số phương pháp được sử dụng trong công nghệ định vị Các phương pháp này thường dựa vào các thông tin gửi từ beacon và cảm biến trên thiết bị Dưới đây là một số phương pháp phổ biến:
- RSSI (Received Signal Strength Indication): RSSI đo công suất tín hiệu nhận được từ beacon tại điểm thu và được sử dụng cho việc ước lượng khoảng cách Công suất tín hiệu của beacon giảm theo khoảng cách Bằng cách đo và đánh giá công suất tín hiệu nhận được từ beacon, có thể ước lượng được khoảng cách tương đối từ thiết bị đến beacon
- TOA (Time of Arrival): TOA đo thời gian tín hiệu từ beacon đến thiết bị để xác định khoảng cách Thuật toán TOA sử dụng đồng bộ hóa thời gian chính xác để tính toán khoảng cách dựa trên thời gian
- TDOA (Time Difference of Arrival): TDOA đo sự chênh lệch thời gian giữa các tín hiệu từ các beacon để xác định khoảng cách Đối với hệ thống có nhiều hơn hai beacon, TDOA có thể được sử dụng để xác định vị trí của thiết bị dựa trên sự chênh lệch thời gian đến từ các beacon khác nhau Để sử dụng các phương pháp và thuật toán đánh giá sự tương quan của beacon được nêu ở trên, cần triển khai và sử dụng thêm ROS (Robot Operating System)
ROS là một hệ thống phần mềm mã nguồn mở rất phổ biến trong lĩnh vực robot học và điều khiển robot ROS cung cấp các công cụ, thư viện và khung công việc để xây dựng ứng dụng robot linh hoạt và mạnh mẽ Nó không phải là một hệ điều hành hoàn chỉnh mà là một khung công việc, cung cấp các thư viện, công cụ và quy ước cho việc phát triển phần mềm robot Cụ thể như sau:
- Bước 1: Cần cài đặt ROS trên hệ hệ thống của mình (cụ thể là trên phiên bản hệ điều hành Linux)
- Bước 2: Sau đó tạo một workspace ROS để tổ chức mã nguồn các gói (packages) của mình
KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM
Mô hình thiết kế trên phần mềm
Hình 6-1 Mô hình thiết kế bên trong của robot trên phần mềm
Hình 6-2 Mô hình hoàn thiện thiết kế của robot trên phần mềm
Mô hình thực tế thiết kế
Hình 6-3 Mô hình đã thiết kế ngoài thực tế
Hình 6-4 Kiểm nghiệm tải trọng của robot khi có tải
Qua thực tế kiểm nghiệm cho thấy, robot vẫn chịu được tải trọng khoảng 10kg đối với thùng sữa (hình bên trái) và tải trọng khoảng 30kg (hình bên phải) đáp ứng đề bài đặt ra ban đầu của robot (tải trọng hàng vận chuyển tối đa là 30kg, theo biên dạng hình hộp chữ nhật và có tải trọng phân bố đồng đều).
Nhận xét và đánh giá mô hình xe robot tự hành AGV sử dụng bluetooth năng lượng thấp
Về cơ khí: Các bộ phận cơ khí được gắn với nhau bằng ốc vít, robot có hai bánh xe sau điều hướng và một bánh xe tự lái ở giữa, với thiết kế này thì robot dễ di chuyển linh hoạt trên sàn nhà bằng phẳng
Về mạch điện điều khiển: Gồm có một máy tính raspberry để xử lý dữ liệu trung tâm, và một arduino dùng để điều khiển động cơ, ngoài ra còn có một số module như mạch cầu
H, module gửi và truyền nhận dữ liệu thông qua Arduino Hm-10 Các module này được kết nối với nhau thông qua các dây bus thuận tiện cho việc phát triển
65 Đánh giá kết quả sản phẩm:
- Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã gặp nhiều thuận lợi và khó khăn nhất định
Về thuận lợi: Nhóm đã thực hiện đề tài qua hai đồ án trước đó là đồ án Truyền động cơ khí và đồ án Cơ điện tử, nên cũng có phần nào có những kiến thức nền, cũng như những kinh nghiệm nhất định, cũng là động lực to lớn để có thể phát triển tiếp tục thành sản phẩm hoàn chỉnh hơn
Về khó khăn: Nhóm cũng còn gặp khó khăn trong quá trình thiết kế lại hệ thống cơ khí, cũng như việc tìm kiếm các linh kiện thích hợp cho sản phẩm, việc lập trình còn chưa đồng bộ tốt gây tốn khá nhiều thời gian để nghiên cứu và tìm hiểu
- Mức độ hoàn thành: Mặc dù gặp nhiều khó khăn trong việc thiết kế và tìm hiểu về sản phẩm, tìm hiểu về beacon cũng như các cụm chi tiết của robot Tuy nhiên nhóm cũng đã đạt được một số thành công nhất định và đạt được khoảng 80% các yêu cầu đã đặt ra ban đầu như:
+ Bộ khung cơ khí của thiết bị đã được hoàn thiện
+ Các chi tiết cơ khí được lắp đặt hoàn chỉnh
+ Mạch điện đã được thiết kế, lắp đặt và hoàn thiện
+ Chương trình điều khiển hoạt động ở chế độ Manual hoạt động tốt.