Báo cáo quy trình kỹ thuật tìm hiểu, thiết kế, lắp đặt và lập trình cho robot voi

-Nguyên lý hoạt động cơ bản của loại robot này là Robot được sử dụng truyền động điện, khí nén Robot được sử dụng truyền động điện, khí nén, điều khiển không dây để di chuyển và nâng gấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐT-CHẤT LƯỢNG CAO

-*** *** -  

BÁO CÁO QUY TRÌNH KỸ THUẬT TÌM HIỂU, THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT VÀ LẬP TRÌNH CHO ROBOT VOI Nhóm : Creative Thinking Thành viên MSSV Đặng Nguyễn Thanh Phong 22151133

Trương Minh Thành 22151145

Đặng Minh Hoàng 22151086

Nguyễn Nguyễn Tài Nguyên 22151124

Năm : 2022

Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã LHP: IEAC130046_22_1_01CLC

(Chiều thứ ba, tiết 7-11)

GVHD: ThS.Nguyễn Trần Minh Nguyệt

Mục lục

MỤC LỤC………

TÓM TẮT ĐỀ TÀI ………

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI………

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN……….

I: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu- linh kiện 1.2 Phương án thiết kế II: XÂY DỰNG PHẦN CỨNG 2.1 Thiết kế tổng quan 2.2 Chi tiết thiết kế 2.2.1 Khối nguồn 2.2.2 Vi điều khiển 2.2.3 Thiết bị điều khiển 2.2.4 Mạch điều khiển động cơ 2.2.5 Động cơ di chuyển 2.2.6 Động cơ gắp, nâng và giữ vật 2.2.7 Hạ áp III: KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHẬN XÉT CỦA GV HƯỚNG DẪN ……… ………

LỜI CẢM ƠN………

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

-Robot voi là loại robot có khả năng di chuyển và chức nâng gắp, giữ vật thể theo điều khiển để robot có thể nhận biết và di chuyển theo thể lệ của cuộc thi animal season 5.

-Nguyên lý hoạt động cơ bản của loại robot này là Robot được sử dụng truyền động điện, khí nén Robot được sử dụng truyền động điện, khí nén, điều khiển không dây để di chuyển và nâng gấp, giữ vật thể

-Do đó chúng ta phải thiết kế, lập trình sao cho robot có thể điều khiển theo theo ý thích của chúng ta.

Mục tiêu đề tài

1.Ý tưởng:

- Robot sẽ cần có sự linh hoạt, cơ động và ngoại hình vừa phải để có ưu thế trong cuộc thi cũng như phù hợp với thể lệ

- Cần có sự cân bằng trong khối lượng và kích thước của robot

- Robot sẽ sử dụng hạ áp để dòng điện được ổn định

- Động cơ cần có giảm tốc để hoạt động hiệu quả

- Robot được điều kiển với tay cầm PS2 với khả năng kết nối ổn định

2.Mục đích:

-Tham gia cuộc thi animal robot season 5

-Giao lưu và học hỏi kinh nghiệm từ các đội thi

-Chủ động trong việc tìm kiếm cách lắp rắp một con robot, nâng cao sự hiểu biết

Kế hoạch thực hiện

02/11/2022 05/11/2022 -Tìm hiểu thiết bị và mua bị linh kiện 06/11/2022 13/11/2022 -Vẽ sơ đồ thiết bị

-Lắp đặt lần 1 -Tham khảo ý kiến CLB IAC 14/11/2022 17/11/2022 -Lắp đặt lần 2

-Tham khảo ý kiến CLB IAC 18/11/2022 25/11/2022 -Viết code và sửa chữa

-Tham khảo ý kiến CLB IAC 26/11/2022 27/11/2022 -Trang trí và cắt fomex

28/11/2022 1/12/2022 -Luyện tập để thi đấu

TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu- linh kiện:

• 1 Mạch điều khiển động cơ L298N

• 3 Pin và 1 đế pin

• 1 Công tắc

• 1 Động cơ SERVO MG966R và 1 Động cơ SERVO MG90S

• 4 Động Cơ Giảm Tốc Vàng 3V-9V

• 2 Khung xe mica

• 20 dây đực-cái

• 20 dây đực đực

• 1 Bộ điều khiển(1 tay cầm PS2, 1 mạch chuyển mức tín hiệu và 1 mạch chuyển đổi)

1.2 Phương án thiết kế:

• Xe vận hành bằng 4 bánh, dẫn động bằng 4 động cơ giảm tốc.

• Xe có hiển thị trạng thái LED (báo nguồn, động cơ…) tương ứng với trạng thái xe.

• Phần điều khiển chuyển động chọn 2 mạch cầu H được tích hợp sẵn trong L298.

• Sử dụng tay gắp làm bằng nhựa để gắp, giữ và nâng vật.

• Sử dụng PS2 để điều khiển

XÂY DỰNG PHẦN CỨNG 2.1 Thiết kế tổng quan

• Vi điều khiển

• Thiết bị điều khiển(tay cầm PS2)

• Mạch điều khiển động cơ

• Động cơ gắp, nâng và giữ vật

• Động cơ di chuyển.

• Khung xe làm bằng mica

2.2 Chi tiết thiết kế

2.2.1 Nguồn:

Để sử dụng hiệu quả thì nguồn được lựa chọn phải tối thiểu 12V để cung cấp

đủ nguồn cho L298N Nguồn nhóm lựa chọn đủ để thiết bị chạy ổn định trong một bài thi.

Pin 18650: Là loại pin Li-ion (Lithium-Ion) với dung lượng lên tới 2000mah Nhóm sử dụng 3 cục pin 18650.

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

• Tên sản phẩm: Pin sạc Lithium

• Loại Pin: Li-ON

• Điện áp: 3.7v

• Dung lượng: 2000mah

• Điện áp sạc đầy: 4.2v

• Kích thước: 64.7×18.4mm ( chiều dài x đường kính

)

• Trọng lượng: ~ 34g

• Màu sắc: tùy lô hàng về thường là màu xanh lam, xanh chuối, hồng

• Nhiệt độ làm việc: < 80°C

• Tuổi thọ: > 1000 lần sạc xả

2.2.2 Vi điều khiển

*Sử dụng vi điều khiển Arduino:

-Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm:

+Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit

+Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

- Arduino có nhiều loại chân khác nhau, mỗi loại được ghi chú trên bo mạch và được sử dụng cho các chức năng khác nhau

+GND : Viết tắt của ‘Ground’ Có một số chân GND trên Arduino, có thể sử dụng bất

kỳ chân nào để nối đất cho mạch

+5V & 3.3V : Chân 5V cấp nguồn 5 vôn, và chân 3.3V cấp nguồn 3,3 vôn Hầu hết các linh kiện đơn giản sử dụng với Arduino chạy ổn định ở 5 hoặc 3,3 vôn

+Analog : Khu vực các chân có ký hiệu 'Analog In' (A0 đến A5 trên UNO) là các chân nhận tín hiệu đầu vào Các chân này có thể đọc tín hiệu từ một cảm biến tương tự (như cảm biến nhiệt độ) và chuyển đổi nó thành một giá trị số mà chúng ta có thể đọc

+Digital : Qua khu vực các chân analog là tới các chân digital (0 đến 13 trên UNO) Các chân này sử dụng cho cả đầu vào digital (ví dụ như cho biết nút nào được nhấn) và đầu

ra digital (như cấp năng lượng cho đèn LED)

+PWM : Bạn có thể thấy dấu ngã (~) bên cạnh một số chân số (3, 5, 6, 9, 10 và 11 trên UNO) Các chân này hoạt động như các chân digital thông thường, ngoài ra có thể sử dụng cho điều chế độ rộng xung (PWM)

+AREF : Là viết tắt của tham chiếu analog Chân này thường ít được sử dụng Thỉnh thoảng nó được dùng để thiết lập điện áp tham chiếu bên ngoài (giữa 0 và 5 Vôn) làm giới hạn trên cho các chân analog đầu vào

2.2.3 Thiết bị điều khiển:

 Với kích thước nhỏ gọn : 230 mm (W) × 28 mm (H) × 152 mm, Khoảng 900g

 Yêu cầu nguồn: DC 8.5V

 Tiêu thụ điện năng hiện tại (tiêu thụ điện năng): Khoảng 5.3A (khoảng 45W)

 Để kết nối được PS2 với mạch Arduino cần một mạch chuyển đổi:

 Mạch chuyển mức tín hiệu PS2 sử dụng nguồn và mức logic trên GPIO là 3V3 nên khi nối với Vi điều khiển 5V cần qua 1 mạch chuyển mức điện áp giao tiếp để tránh mạch điều khiển bên trong tay cầm bị cháy

 Mạch chuyển đổi gồm các chân: GND, DAT, MISO,MOSI,CLK,SS Các chân MISO,MOSI,CLK,SS sẽ được lắp vào chân Digital Chân GND,DAT cám chấn Power.

 Khuyết điểm khi sử dụng PS2 là do dễ tiếp cận nên nhiều đội thi sử dụng và

sử dụng chung một thư viện nên PS2 dễ bị nhiễu, không bắt được tín hiệu

và dễ bị PS2 của đội khác kết nối.

 Tay cầm điều khiển PS2 được lắp theo sơ đồ sau:

2.2.4 Mạch điều khiển động cơ

-Sử dụng mạch L298N:

+Giúp điều khiển các động cơ, tốc độ, hướng của động cơ

+Điều khiển được 2 động cơ DC cùng 1 lúc:

+ Điện áp đầu và của L298N: 5~30VDC

+Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A,

+Công suất tối đa: 25W

+Kích thước: 43x43x27mm

+ Mạch điều khiển động cơ DC L298N dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ lắp đặt:

-Mạch gồm các chân

+5V

+GND

+12V

+ A enable, B enable

+ Logic input( in1, in2,in3,in4)

+Output A, output B

-Code L298N:

2.2.5 Động cơ di chuyển

 Thông số kỹ thuật

 Điện áp: 3-12VDC, khuyến nghị ở giải điện áp (6-8VDC)

 Dòng: 70mA (250mA Max) ở 3V

 Mô men xoắn: 800gfcm

 Tỷ số truyền: 1:48

 Tốc độ:125 rpm 3VDC (bánh 66mm: 26rpm)

 208 m 5VDC (bánh 66mm: 44rpm)

 Kích thước: 64 * 19 * 22.6mm (L * W * H)(hình 2.2.5.a)

 Trọng lượng: 27g

2.2.6 Động cơ gắp, nâng và giữ vật:

-Động cơ Servo được làm để gắp và nâng hạ vật: Servo MG90S (cho phần gắp) và Servo MG996R(cho phần nâng)

-THÔNG SỐ SERVO MG90S(180 độ):

• Model: MG90S servo

• Điện áp hoạt động: 4.8 ~ 6VDC

• Stall Torque: 1.8kg/cm(4.8V), 2.2kg/cm(6V)

• Operating Speed: 0.1sec/60degree(4.8V), 0.08sec/60degree(6V)

• Bánh răng: Kim loại.

• Độ dài dây nối: 175mm

• Trọng lượng: about 13.4g

• Kích thước: 22.8 x 12.2 x 28.5mm(hình 2.2.6.a và hình 2.2.6.b)

• Kết nối với arduino (hình 2.2.6.c)

Hình 2.2.6.a Hình 2.2.6.b

Hình 2.2.6.c

THÔNG SỐ KỸ THUẬT Động cơ Servo MG996R RC (360 độ)

– Chủng loại : Động cơ servo – Type: MG996 (360 độ )

– Hộp số: bán kim loại

– Vật liệu bánh răng: Kim loại

– Trọng lượng: khoảng 55g

– Kích thước : 40,7 * 19,7 * 42.9mm

– Điện áp hoạt động : 4,8 V – 7,2V

– Nhiệt độ hoạt động: 0 – 55°C

– Lực kéo: 9.4kg / cm (4.8V), 11kg / cm (6V)

– Tốc độ xoay: 0.17 giây / 60 độ (4.8 v) 0.14 giây / 60 độ (6 v)

2.2.7 Hạ áp

Nguồn vào là 12V nên dùng hạ áp để giảm xuống 4,8V để sử dụng được Servo MG996R và Servo MG90S Có rất nhiều hạ áp nhưng nhóm sẽ dùng DC-DC Buck 5A XL4015E có Led hiển thị điện áp

- Mô tả: Mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%) Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor , robot

-Thông số kỹ thuật:

 Model: XL4015-ADJ DC-DC 5A

 Điện áp đầu vào: 4V-38V

 Điện áp đầu ra: 1.25V-36V

 Công suất: Đỉnh 75W- 5A, nên sử dụng trong khoảng 4.5A (nếu dùng ở công suất ra lớn, cần chú ý bổ sung tản nhiệt)

 Điện áp vào 4,0 ~ 38V (Điện áp đầu vào phải cao hơn điện áp đầu ra 1.5v ở trên)

 Hiệu suất chuyển đổi: lên đến 96%

 Tần số xung: 180KHz

 Đầu ra gợn: 30mV (không tải)

 Tải quy định: ± 0.5%

 Điện áp quy định: ± 2.5%

 Nhiệt độ làm việc: -40 ~ + 125 độ

 Kích thước bên ngoài: 66x39x18

2.2.8 Khung xe làm bằng bìa nhựa mica:

• Kích thước của khung xe : chiều dài khoảng 25cm, chiều rộng 14,8 cm, đường kính bánh xe 6cm, khung xe robot có những ưu điểm sau:

• Cơ cấu cơ khí đơn giản, dễ dàng lắp ghép

• Sử dụng 4 động cơ giảm tốc DC chuyển hướng linh hoạt dựa trên xử lý tốc

độ của động cơ, Khung xe có kích thước lớn, rất dễ để mở rộng, lắp đặt các module, mạch điện hỗ trợ

KẾT QUẢ THỰC HIỆN

-Video xe hoạt động:

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Nhóm: Creative Thinking

Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Hệ đào tạo: Chất lượng cao

Năm học: 2022 – 2023

Mã LHP: IEAC130046_22_1_01CLC(chiều thứ ba tiết 7-11)

GV hướng dẫn: ThS.Nguyễn Trần Minh Nguyệt

1 Nội dung :

………

………

………

2 Ưu điểm:

………

………

………

3 Nhược điểm:

………

………

………

4 Đề xuất bảo vệ luận điểm?

………

………

………

5 Xếp loại:

………

………

6 Điểm:…./10 (Chữ:) …… / Ten

Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2022

GV HƯỚNG DẪN

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Bộ môn Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đã tạo điều kiện để chúng em thực hiện dự án này

Để hoàn thành bài tập lớn này, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên

ThS.Nguyễn TRần Minh Nguyệt đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện để có thể thực hiện tốt dự án này

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn đến các thành viên trong nhóm đã cùng nhau thảo luận, thu thập tài liệu và cùng nhau giúp đỡ, giải quyết các vấn đề nảy sinh trong quá trình thực hiện bài tập lớn này

Mặc dù đã cố gắng để thực hiện dự án một cách tốt nhất Song do có sự hạn chế về kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!