CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ ROBOT VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA AGV
Khái niệm về robot tự hành AGV một khái niệm chung chỉ tất cả các hệ thống khả năng vận chuyển mà không cần người lái Trong công nghiệp robot tự hành AGV được hiểu là các xe chuyên chở tự động được áp dụng trong các lĩnh vực:
Cung cấp, sắp xếp linh kiện tại khu cực kho và sản xuất.
Vận chuyển hàng giữa các trạm sản xuất.
Phân phối, cung ứng sản phẩm trong hệ thống kho hàng tự động của hệ thống logictics.
Ứng dụng trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị, văn phòng. Chính vì vậy mà Robot tự hành AGV ngày càng trở nên quan trọng đối với sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 Các tiêu chuẩn công nghiệp, mức độ kinh nghiệm hiện tại, cùng với công nghệ tự động hóa đã dẫn đến AGV được đưa vào hầu hết các ngành công nghiệp và các lĩnh vực sản xuất khác nhau Lịch sử của Robot tự hành AGV đã được bắt đầu từ năm 1953 bởi Barrett Electonics of Northbrook bang lllinois- USA - quê hương của nhiều phát minh nổi tiếng Trong quá trình phát triển Robot tự hành AGV được chia ra thành các thời kì và được phân biệt vớ nhau thông qua trình độ công nghệ và sự phản hồi tương tác từ môi trường làm việc đối với hệ thống Đây cũng có thể được đánh giá là những giai đoạn phát triển trong từng thời của khoa học, công nghệ của thế giới.
Sáng chế đầu tiên về Robot tự hành AGV ứng dụng trong công nghiệp ở Mỹ từ năm 1953, sau đó vài năm là những nước Châu Âu Khoa học công nghiệp phát triển, những Robot tự hành đầu tiên được tạo ra và được dẫn đường một cách đơn giản bằng cách sử dụng những sensor thay cho các công tắc hành trình.
Những năm đầu của thập niên 50 của thế kỉ XX, các nhà sáng chế người Mỹ đã có ý tưởng thay thế người lái xe kéo bằng các thiết bị điều khiển tự động để vận chuyển hàng hóa Hệ thống robot tự hành AGV đầu tiên được thiết kế và lắp ráp đặt và năm 1954 tại Công ty Mercury Motor Freight ở Colombia, phía Nam Carolina để vận chuyển những kho hàng đường dài Tuyến đường đã được định trước từ điểm này đến điểm kia, bắt đầu bằng lệnh và dừng lại khi nhận ra điểm dừng bằng các công tắc hành trình và cảm biến đơn giản Các Robot này không có sự linh hoạt và thường chỉ có thể di chuyển theo một chiều định trước.
Kỷ nguyên thứ hai phát triển trong 20 năm bắt đầu từ năm 1970 và kết thúc vào đầu năm 1990 Trong giai đoạn này các tương tác của robot với môi trường làm việc đã bắt đầu được thực hiện và tích hợp với hệ thống sản xuất Khả năng ứng dụng tăng lên như: có khả năng đảo chiều, dỡ hàng, di chuyển và dừng tại các vị trí định trước Điều khiển truyền tín hiệu sóng vô tuyến hay hồng ngoại Lĩnh vực được ứng dụng phổ biến nhất trong thời kỳ này là ngành công nghiệp sản xuất ô tô.
Kỷ nguyên thứ ba kéo dài từ những năm 1990 đến năm 2010, trong đó các tiêu chuẩn công nghệ đã được thiết lập, được trang bị các loại cảm biến không tiếp xúc và công nghệ nhận dạng hình ảnh và xử lý tín hiệu bằng các bộ vi xử lý và truyền dữ liệu thông qua hệ thống mạng WLAN.
Kỷ nguyên thứ 4 được bắt đầu từ những năm 2010 đến nay, những thách thức về chức năng được đặt ra:
Hoạt động an toàn, tin cậy.
Liên kết hoạt động và thông minh hóa.
Có khả năng hoạt động bầy đàn, tương tác với môi trường ngoại cảnh.
Phát triển dựa trên các ứng dụng khác v.v…
2.1.2 Cấu tạo của Robot tự hành AGV
Cấu tạo cơ bản của Robot tự hành bao gồm các bộ phận chính sau.
Bộ điều khiển trung tâm: Đây chính là bộ phận quan trọng nhất cũng như đầu não cho phép robot tự hành AGV di chuyểntrong khu vực nhà máy
Bộ truyền chuyển động: có nhiệm vụ truyền chuyển động năng từ động cơ qua các bộ giảm tốc đến bánh xe AGV di chuyển một cách linh hoạt và đạt được vận tốc cũng như lực kéo phù hợp, đáp ứng được yêu cầu công việc.
Bánh xe chủ động: Phải có độ bám đường tốt nhằm đảm bảo xe không bị trượt trên đường di chuyển khi chịu tải lớn.
Bánh xe vô hướng: Giúp cho việc di chuyển linh hoạt hơn và chịu tải chính, giúp AGV di chuyển linh hoạt trong các khúc cua hay quay đầu.
Hệ thống cảm biến: Giúp AGV nhận dạng đường đi, cũng như phát hiện và tránh các chướng ngại vật trên đường di chuyển của xe và tương tác với môi trường làm việc.
Nguồn nuôi: Ắc quy hoặc pin để nuôi bộ điều khiển trung tâm và cơ cấu chấp hành của AGV.
Bộ Driver điều khiển động cơ: có nhiệm vụ thay đổi chiều quay và tốc độ của động cơ dẫn động của hệ thống.
2.1.3 Phân loại Robot tự hành AGV
Về cơ bản Robot tự hành AGV được phân loại theo chức năng về hệ thống nhận dạng đường đi, dưới đây là các phương pháp phân loại.
Phân loại theo chức năng thì Robot tự hành AGV đc phân loại thành 4 loại như sau:
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương
- Xe kéo (Towing Vehicle) Ưu điểm của hệ thống xe kéo:
• Khả năng chuyên chở lớn.
• Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chởcũng như việc đảm bảo an toàn.
• Tính năng an toàn tốt
- Xe chở (Unit Load vehicle) Ưu điểm của xe chở:
• Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu.
• Thời gian đáp ứng nhanh gọn.
• Giảm hư hại tài sản.
• Giảm thiếu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.
Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt và rẻ tiền Chúng được sử dụng đểchuyên chở.
Có khả năng nâng các tải trọng trên sàn hoặc trên các bục cao hay khốihàng đặt trên giá.
Phân loại theo đường đi:
Loại chạy không theo đường dẫn (Free pathnavigation)
Có thể di chuyển đến vị trí bất kì trong không gian làm việc Đây là loạixe AGV có tính linh hoạt cao được định vị nhờ các cảm biến con quayhồi chuyển (Gyroscop sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biếnlaser để xác định vị trí các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống định vị cục bộ (Local navigation Location) để xác định tọa đọtức thời, việc thiết kế loại xe này đòi hỏi công nghệ cao và phức tạphơn các xe AGV khác.
Loại chạy theo đường dẫn (Fixed pathnavigation)
- Đường dẫn từ: Đường dẫn từ là một loại đường dẫn dưới dạng dây từ chôn ngầm dưới nền sàn Xe AGV có thể di chuyển theo đường dẫn này thông qua cảm biến từ Điểm mạnh của đường dẫn từ là không chiếm diện tích trên mặt sàn, mang lại vẻ đẹp và không ảnh hưởng đến các hoạt động khác Tuy nhiên, việc sử dụng đường dẫn từ đòi hỏi tiêu tốn năng lượng để tạo từ tính trong dây và đường dẫn không thể thay đổi.
- Đường ray dẫn: Xe AGV được chạy trên các ray đặt sẵn trên mặt sàn, chỉ sử dụng trong các hệ thống chuyên dụng Điều này giúp đơn giản hóa thiết kế và cho phép xe di chuyển với tốc độ cao, tuy nhiên, nó có hạn chế về linh hoạt.
- Đường băng kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển dựa trên các đường băng kẻ sẵn trên sàn thông qua cảm biến nhận dạng vạch kẻ Loại này mang tính linh hoạt cao vì có thể dễ dàng thay đổi đường đi bằng cách vẽ lại các vạch kẻ đường Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, vạch đường có thể bị bẩn hoặc hư hỏng, gây khó khăn trong việc điều khiển và hoạt động của xe.
Sự phát triển của ngành logistics cùng với cách mạng công nghiệp lần thứ tư đã đẩy mạnh việc áp dụng AGV Các công ty logistics và nhà sản xuất đang nhìn nhận giá trị của tự động hóa và robot hóa để nâng cao hiệu quả hoạt động và cạnh tranh.
Sự phổ biến của AGV cũng được thúc đẩy bởi sự tiến bộ trong công nghệ định vị, điều khiển và trí tuệ nhân tạo, giúp cho các hệ thống AGV trở nên thông minh và linh hoạt hơn.
Tóm lại, Robot tự hành AGV đã trở thành một công nghệ quan trọng trong ngành công nghiệp và logistics Với khả năng tự động hoá và tăng cường hiệu suất,AGV đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất sản xuất, giảm tác động của con người và tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.
P HÂN TÍCH HỆ THỐNG
Sau quá trình nghiên cứu và khảo sát thực tế, đã có nhiều nhà xưởng và kho bãi chưa áp dụng hệ thống robot vận chuyển hàng hóa để thay thế con người Nguyên nhân chủ yếu là do các vấn đề sau:
Chi phí đầu tư lớn: Việc triển khai một hệ thống robot vận chuyển hàng hóa đòi hỏi một khoản đầu tư lớn từ việc mua sắm robot, cài đặt hạ tầng cần thiết và đào tạo nhân viên Chi phí này là một rào cản đáng kể cho nhiều doanh nghiệp.
Hệ thống robot khó sử dụng: Một số hệ thống robot vận chuyển hàng hóa hiện tại vẫn còn phức tạp và khó sử dụng Điều này đòi hỏi nhân viên phải có kiến thức chuyên sâu về robot và quá trình vận hành, gây khó khăn cho việc triển khai và sử dụng hàng ngày.
Robot hoạt động chưa ổn định: Một số hệ thống robot vận chuyển hàng hóa hiện có vẫn chưa đạt tới mức độ ổn định và tin cậy cao Việc robot gặp sự cố hoặc hoạt động không đúng như dự đoán có thể gây trì trệ và gây rủi ro cho quá trình vận chuyển hàng hóa.
Dựa trên thông tin khảo sát, mục tiêu của hệ thống bạn đang xây dựng là:
Hệ thống đảm bảo robot vận hành di chuyển tự động theo đường line, có khả
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương năng cảnh báo khi hàng hóa rơi khỏi xe và thông báo khi robot đến đích.
Hoạt động ổn định: Một yêu cầu quan trọng là hệ thống robot phải hoạt động ổn định và tin cậy, đảm bảo việc vận chuyển hàng hóa diễn ra suôn sẻ và không gặp sự cố không mong muốn.
Dễ sử dụng với bất kỳ ai: Để triển khai hệ thống robot vận chuyển hàng hóa một cách rộng rãi, yêu cầu hệ thống phải dễ sử dụng và không đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về robot từ người sử dụng Điều này giúp tăng tính khả dụng và sự chấp nhận từ các nhân viên và doanh nghiệp.
Chi phí cấu thành thấp: Mục tiêu là tạo ra một hệ thống robot vận chuyển hàng hóa với chi phí cấu thành thấp, giúp giảm bớt gánh nặng tài chính đối với doanh nghiệp và tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai rộng rãi.
Di chuyển linh hoạt: Hệ thống xe dò line có khả năng di chuyển linh hoạt trên đường line Đường line có thể thay đổi phù hợp với không gian nhà xưởng hoặc môi trường làm việc Điều này giúp tối ưu hóa sử dụng không gian và tăng khả năng truy cập đến các vị trí khó tiếp cận.
Thiết kế đơn giản, gọn nhẹ: Xe dò line thường có thiết kế đơn giản và gọn nhẹ, giúp giảm chi phí sản xuất và vận hành Thiết kế đơn giản cũng có nghĩa là ít hỏng hóc và dễ bảo trì.
Tăng hiệu suất công việc: Hệ thống xe dò line có thể làm việc liên tục mà không mệt mỏi hoặc cần nghỉ ngơi Điều này giúp tăng hiệu suất và năng suất công việc, đặc biệt là trong các quy trình sản xuất hoặc vận chuyển.
Tích hợp dễ dàng thêm các chức năng khác: Hệ thống xe dò line có khả năng tích hợp dễ dàng các chức năng khác như cảm biến, thiết bị đo lường hoặc công cụ nâng hạ Điều này mở ra khả năng mở rộng và tùy chỉnh hệ thống theo nhu cầu cụ thể của ứng dụng.
Có khả năng ứng dụng ngay vào đời sống: Xe dò line không chỉ có ứng dụng trong môi trường công nghiệp, mà còn có thể áp dụng trong đời sống hàng ngày Ví dụ, xe hút bụi tự động hoặc xe tự động dọn nhà là những ví dụ điển hình.
Di chuyển trong một không gian nhất định: Xe dò line chỉ có thể di chuyển trên đường line đã được cài đặt sẵn Điều này giới hạn khả năng di chuyển trong một không gian nhất định và không thể tự do di chuyển tới bất kỳ vị trí nào.
Hướng di chuyển bị sai lệch: Nếu đường line bị bẩn hoặc bị vật khác che khuất, hướng di chuyển của xe dò line có thể bị sai lệch Điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu suất của hệ thống.
Không ổn định khi bị va đập mạnh: Xe dò line có thể không ổn định hoặc gặp sự cố khi bị va đập mạnh từ môi trường bên ngoài Điều này đòi hỏi sự cẩn thận trong việc định vị và bảo vệ xe khỏi các tác động ngoại lực mạnh.
GIỚI THIỆU LINH KIỆN TRONG HỆ THỐNG
2.2.1 Bộ xử lý trung tâm Arduino Uno R3
Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất (lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…).
Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit mega AVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560 Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C).
- Bo mạch Arduino UNO có 5 chân analog và 14 chân kỹ thuật số (digital) Các chân này có thể là GPIO hoặc được sử dụng cho các tín hiệu cụ thể.
- Chân nguồn Vin: nó sử dụng chân Vin cho 7-12 VDC áp dụng cho bo mạch như một nguồn điện bên ngoài Chúng ta có thể sử dụng nguồn 9V cho điện áp cung cấp đầu vào.
- Chân A0 đến A5 Được sử dụng làm chân đầu vào tương tự (giá trị đầu vào từ 0 đến 5V) hoặc sử dụng làm đầu ra tương tự Nó chứa 6 ADC (bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số) với độ phân giải 10-bit Các chân Arduino này có chức năng của các chân vào / ra kỹ thuật số đa năng.
- SDA / SCL: chúng ta sử dụng nó cho giao tiếp I²C (liên mạch tích hợp) / TWI (giao diện hai dây) Thư viện Wire có sẵn để giao tiếp với các thiết bị khác nhau bằng mạch Arduino.
- Serial-UART (Giao tiếp SPI): chân 0 được sử dụng làm RX và 1 TX (trong hình trên là D0 & D1) được sử dụng cho giao tiếp nối tiếp TTL RX là để nhận dữ liệu và TX là để truyền dữ liệu.
- Chân giao tiếp SPI :10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI.
- Chân ngắt: chân 2 & 3 có thể sử dụng như INT0 & INT1, chúng ta có thể cấu hình chúng hoạt động như ngắt bên ngoài cho một chức năng được viết trong chương trình.
- Chân PWM: chân số 3, 5, 6, 9, 10 và 11 được sử dụng cho chức năng PWM(Điều chế độ rộng xung)
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương
- Pin AREF: Chúng ta sử dụng một chân tham chiếu tương tự cho chức năng tham chiếu tương tự AREF được sử dụng để đặt điện áp đầu vào tương tự bên ngoài Chúng ta không thể sử dụng ít hơn 0 và trên 5V cho Pin AREF.
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5~12V DC (khuyên dùng)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào giới hạn 19V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
2.2.2 Module cảm biến dò line 5 kênh TCRT5000
2.2.2.1 Module cảm biến dò line 5 kênh TCRT5000 là gì?
Module cảm biến dò line 5 kênh TCRT5000 là một module cảm biến được sử dụng để phát hiện và theo dõi đường line trong các ứng dụng robot dò line hoặc xe tự hành Nó được thiết kế dựa trên cảm biến TCRT5000, một cảm biến hồng ngoại phản xạ.
Module này bao gồm 5 cảm biến TCRT5000 được sắp xếp thành một dãy Mỗi cảm biến bao gồm một đèn LED hồng ngoại và một bộ phát hiện hồng ngoại Cảm biến này hoạt động bằng cách phát ra tia hồng ngoại từ LED và đo lượng ánh sáng phản xạ lại từ bề mặt xung quanh.
Khi robot hoặc xe di chuyển trên đường line, các cảm biến TCRT5000 sẽ nhận được ánh sáng phản xạ từ đường line Từ đó, module sẽ phân tích mức độ phản xạ và tạo ra tín hiệu số để xác định vị trí của đường line Dựa trên thông tin này, robot hoặc xe tự hành có thể điều chỉnh hướng di chuyển để theo đường line.
Hình 2.2: Module cảm biến dò line 5 kênh TCRT5000 2.2.2.2 Thông số kỹ thuật
Module gồm 7 chân kết nối: 1 chân GND, 1 chân cấp nguồn 5V và 5 chân còn lại (Out1 đến Out5) tương ứng với 5 cảm biến.
Kiểu đầu ra: Digital Signal
Khoảng cách đo: 1CM-1.5CM
Tín hiệu nhận biết: Gặp màu trắng: đầu ra mức cao, Gặp màu đen dải nhận biết tín hiệu mức thấp
2.2.3 Module phát hiện vật cản hồng ngoại 5V
2.2.3.1 Giới thiệu module phát hiện vật cản hồng ngoại 5V
Module cảm biến một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại Tia hồng ngoại phát ra từ led phát với một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản(mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn báo hiệu sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng, Module cảm biến có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương
Hình 2.3: Module phát hiện vật cản hồng ngoại 5V 2.2.3.2 Thông số kỹ thuật
- Khoảng cách phát hiện: 2 ~ 30 cm
- LED báo nguồn và LED báo tín hiệu ngõ ra
+ Mức thấp - 0V: khi có vật cản + Mức cao - 5V: khi không có vật cản
- VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V và 3.3V)
- OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)
IRF540 là MOSFET công suất được thiết kế điều khiển tải dòng điện cao.
Nó có thể xử lý tải tối đa lên đến 23A và điện áp tải tối đa lên đến 100V DC, sử dụng cho cả mục đích khuếch đại và công tắc Transistor này sở hữu một số tính năng tốt rất lý tưởng để sử dụng làm công tắc Có khả năng thực hiện chuyển mạch tốc độ cao vì vậy có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau cần chuyển mạch cho tải với tốc độ cao như UPS.
Hình 2.4: Transistor IRF540 2.2.4.2 Sơ đồ chân
Chân 1: để cấp điện áp DC đầu vào
Chân 2: để đấu với mass (GND)
Chân 3: chân ngõ ra điện áp ổn áp, trong trường hợp này, đề tài đang sử dụng IC LM7805 nên điện áp ngõ ra là 5V (với điều kiện là điện áp đầu vào lớn hơn 5V)
Hình 2.5: Sơ đồ chân của Transistor IRF540 2.2.4.3Thông số kỹ thuật
Điện áp tối đa từ cực máng đến cực nguồn: 100V
Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V
Điện áp chịu đựng trung bình: 23V
Công suất tiêu tán tối đa là: 100V
Điện áp tối thiểu cần thiết: 2V dến 4V
Nhiệt độ hoạt động: -55 đến +150 độ C
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm. Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật Và quan trọng là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là cực kỳ lớn
Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, Macintosh osx và Linux Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm.
Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++ Và do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình nếu muốn.
Hình 2.9: Giao diện Arduino IDE
Hiện tại, Arduino IDE có thể download từ trang chủ http://arduino.cc/ bao gồm các phiên bản sau:
Arduinol.5.5 BETA (Hỗ trợ cho 2 board Arduino mới nhất là: Arduino Yun và Arduino Due).
Arduino IDE cho Intel Galileo.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương
THIẾT KẾ & THI CÔNG
PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Hệ thống bao gồm các khối chính: Khối nguồn, khối động cơ, khối cảm biến, khối điều khiển trung tâm, khối điều khiển động cơ.
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống
Khối nguồn: Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho động cơ và các linh kiện trên xe Vì vậy, nó cần có công suất đủ lớn để đảm bảo hoạt động ổn định của toàn bộ hệ thống Ngoài ra, khối nguồn cần có độ ổn định cao để tránh tình trạng sụt áp hoặc tăng áp đột ngột, gây ảnh hưởng đến hoạt động của các linh kiện và động cơ.
Khối cảm biến: Khối cảm biến có chức năng thu thập thông tin về môi trường xung quanh và tương tác với nó Các cảm biến trong khối này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu và thông tin cho hệ thống điều khiển trung tâm. Cảm biến có thể bao gồm cảm biến dò line, cảm biến khoảng cách, cảm biến ánh sáng, cảm biến tiếp xúc, và nhiều loại cảm biến khác tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống.
Khối điều khiển trung tâm: Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ xử lý các dữ liệu đã được thu thập từ cảm biến và từ đó đưa ra các quyết định và tín hiệu điều khiển cho hệ thống Nó có vai trò quan trọng trong việc điều khiển và điều chỉnh hoạt động của xe dò line Khối này có thể sử dụng các thuật toán và quy tắc điều khiển xử lý dữ liệu và đưa ra các quyết định phù hợp.
Khối điều khiển động cơ (mạch cầu H): Khối điều khiển động cơ có nhiệm vụ nhận các tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển trung tâm và điều chỉnh tốc độ cũng như chiều quay của động cơ Mạch cầu H là một phần quan trọng của khối này, nó thường được sử dụng để điều khiển động cơ DC Mạch cầu H cho phép thay đổi chiều quay của động cơ và điều khiển hiệu suất của nó.
Khối động cơ: Khối động cơ bao gồm hai động cơ DC có bộ giảm tốc, và chúng thực hiện các tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển động cơ Động cơ DC với bộ giảm tốc giúp xe dò line di chuyển và thực hiện các chức năng như quay trái, quay phải, dừng lại và di chuyển thẳng.
Những khối chức năng trên đây cùng hoạt động và tương tác với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của hệ thống xe dò line Các yếu tố như công suất, độ ổn định, và tương thích giữa các khối chức năng đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và phát triển.
3.1.2 Thiết kế sơ đồ kết nối hệ thống
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối hệ thống
Cảm biến hồng ngoại kết nối với khối điều khiển qua chân số 2, có hai mức tín hiệu 0 hoặc 1 đảm nhiệm chức năng cập nhật tình trạng hàng hóa Cảm biến dò line TCRT5000 5 kênh có nhiệm vụ dò line tiến (1) và gửi tính hiệu về khối vi điều khiển qua 5 chân lần lượt là 3,4,5,6,7 Cảm biến dò line TCRT5000 5 kênh thứ hai có nhiệm vụ dò line khi lùi (2) và gửi tính hiệu về khối vi điều khiển qua 5 chân lần
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương lượt là A0,A1,A2,A3,A4 Khối vi điều khiển xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu đến khối điều khiển động cơ để thực hiện chuyển động qua chân 8,9,10,11 Loa có kết nối với khối điều khiển trung tâm qua chân 12, nhiệm vụ cảnh báo khi đặt hàng lên, lấy hàng xuống và rơi hàng.
3.1.3 Khối điều khiển động cơ (Mạch cầu H)
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ
Hình 3.5: 3D mạch cầu H 3.1.3.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển động cơ
PC817 Opto cách ly quang
Các diode và điện trở
Mạch dùng 4 MOSFET (2 IRF540, 2 IRF9540) để tạo cầu H điều khiển chiều động cơ Mạch còn dùng 2 Opto làm nhiệm vụ cách ly mạch điều khiển động cơ với động cơ DC IRF540 như một khóa thường mở ngược lại IRF9540 như một khóa thường đóng Khi có dòng điện thì IRF540 đóng lại còn IRF9540 mở ra.
Theo như mạch ở trạng thái bình thường a và b đóng, c và d mở: Khi ta kích mức 1 vào chân 5 thì c đóng lại a mở ra, điện đi từ nguồn qua d qua động cơ đến a về mass, c và b mở ra.
Khi kích mức 1 vào chân 4: d đóng lại b mở ra, dòng điện từ nguồn qua c qua động cơ đến b về mass, a và d mở ra.
PHẦN MỀM HỆ THỐNG
Hình 3.6: Lưu đồ thuật toán 3.2.2 Giải thích lưu đồ thuật toán
Đọc giá trị của cảm biến hàng hóa (cảm biến hồng ngoại): Đầu tiên, hệ thống sẽ đọc giá trị từ cảm biến hàng hóa (cảm biến hồng ngoại) Nếu cảm biến
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương không phát hiện có hàng hóa trên xe, tức là không có vật thể được đặt trên đầu xe, thì xe sẽ đứng yên.
Xác định có hàng hóa và di chuyển theo đường line: Nếu cảm biến hàng hóa phát hiện có hàng hóa trên xe, hệ thống sẽ bắt đầu quá trình di chuyển Hệ thống sẽ sử dụng cảm biến dò line TCRT5000 để theo dõi và điều khiển việc di chuyển của xe theo đường line Xe sẽ di chuyển tiến theo hướng được xác định bởi cảm biến.
Kiểm tra cảm biến hàng hóa tại điểm đích: Khi xe đến điểm đích, hệ thống sẽ kiểm tra lại cảm biến hàng hóa (cảm biến hồng ngoại) Nếu cảm biến không phát hiện hàng hóa, điều đó có nghĩa là hàng đã được lấy xuống xe Khi đó, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ di chuyển lùi.
Di chuyển lùi theo đường line: Khi cảm biến hàng hóa không phát hiện có hàng hóa tại điểm đích, hệ thống sẽ sử dụng cảm biến dò line TCRT5000 để di chuyển xe theo đường line trong hướng ngược lại (lùi) Xe sẽ di chuyển lùi theo đường line để quay về điểm ban đầu.
Báo động nếu hàng hóa rơi: Trong quá trình di chuyển, nếu cảm biến hàng hóa không nhận được tín hiệu từ hàng hóa (ví dụ: hàng hóa rơi khỏi xe), hệ thống sẽ kích hoạt báo động bằng cách kích hoạt loa Sau đó, xe sẽ tự động quay về điểm ban đầu để tiếp tục quá trình làm nhiệm vụ.
Tóm lại, hệ thống tự động điều khiển xe và vận chuyển hàng hóa dựa trên các cảm biến hồng ngoại và cảm biến dò line Nó cho phép xe di chuyển tiến và lùi,kiểm tra sự có mặt của hàng hóa và báo động khi hàng hóa rơi.
KẾT QUẢ & ĐÁNH GIÁ
KẾT QUẢ MÔ HÌNH
Hình 4.1: Mạch điều khiển động cơ
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương
Hình 4.2: Mô hình xe sau khi lắp ráp
KẾT QUẢ KIỂM THỬ
Môi trường kiểm thử cho robot dò line có thể được thiết kế và tạo ra để mô phỏng các điều kiện và tình huống mà robot sẽ gặp phải trong thực tế Môi trường này có thể bao gồm các yếu tố sau:
- Đường dẫn: Tạo ra một mô hình đường dẫn trên mặt sàn hoặc bề mặt di chuyển để robot có thể theo dõi và di chuyển trên đó Đường dẫn có thể được tạo ra bằng các đường kẻ, dải màu hoặc các biểu đồ phức tạp hơn để thử nghiệm khả năng dò đường của robot.
- Điều kiện ánh sáng: Kiểm tra robot dò line trong các điều kiện ánh sáng khác nhau, từ ánh sáng mạnh đến ánh sáng yếu Điều này giúp đảm bảo rằng robot có khả năng nhận biết đường dẫn dù trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.
Kịch bản 1: Thiết lập đường dẫn: Tạo một đường dẫn trên mặt sàn hoặc bề mặt di chuyển Đường dẫn có thể được tạo bằng các đường kẻ, dải màu hoặc các biểu đồ phức tạp hơn Đảm bảo đường dẫn có độ rõ nét và độ phức tạp phù hợp để thử nghiệm khả năng dò line của xe.
- Xe chạy theo đúng đường dẫn mong muốn, không bị trượt khỏi line.
- Có cảnh báo loa khi đặt hàng lên và lấy hàng xuống.
- Quay về vị trí ban đầu khi hàng rơi hoặc kết thúc hành trình.
Kịch bản 2: trên xe có hàng và di chuyển trên line thì hàng rơi khỏi xe.
- Khi hàng rơi khỏi xe ngay lập tức có cảnh báo bằng loa.
- Quay về vị trí ban đầu.
Kết quả chạy kiểm thử:
NHẬN XÉT & ĐÁNH GIÁ
Mạch gọn nhẹ, đơn giản, sử dụng các linh kiện có chi phí thấp, dễ lắp đặt và sửa chữa: Điều này làm cho mạch điều khiển xe dò line trở nên tiện lợi và dễ dàng triển khai trong các ứng dụng thực tế Việc sử dụng linh kiện giá rẻ cũng giúp giảm chi phí sản xuất và bảo trì.
Có thể phát triển và kết hợp với các module khác nhau phục vụ những mục đích khác nhau: Sự linh hoạt trong việc kết hợp với các module khác nhau cho phép mạch điều khiển xe dò line có thể được mở rộng và tùy chỉnh để phục vụ các mục đích khác nhau, như theo dõi và thu thập dữ liệu, giao tiếp với các thiết bị khác, hoặc thực hiện các tác vụ cụ thể.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS Trương Văn Trương
Mạch còn sơ sài, dễ hư hỏng: Mạch điều khiển xe dò line có thể còn thiếu sự bảo vệ và ổn định cần thiết để đảm bảo sự hoạt động ổn định trong môi trường thực tế Điều này có thể dẫn đến các vấn đề như hư hỏng linh kiện, mất kết nối hoặc sự cố hoạt động.
Thuật toán vẫn chưa được tối ưu: Thuật toán điều khiển xe dò line có thể còn đơn giản và chưa tối ưu hoá để đạt được hiệu suất tối đa Có thể cần cải thiện thuật toán để xe dò line di chuyển một cách chính xác và ổn định hơn trên đường line.
Đường đi của Robot còn sai lệch do độ trượt của bánh xe: Độ trượt của bánh xe có thể gây ra sai lệch trong đường đi của xe dò line Điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của việc dò line và điều khiển xe.