Luận Văn : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG VÙNG KRATHONG THAM DỰ CUỘC THI ROBOCON 2011 ppt

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 7 1.2.1. Chủ đề của cuộc thi 8 1.2.2. Ý tưởng: 8 Hình 1.1: Sân thi đấu 9 CHƯƠNG II: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 10 2.4.1. Lựa chọn chíp điều khiển 89V51RD2 13 2.4.2. Một số giải thuật phương án lập trình 14 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT 15 3.1. Thiết kế cơ khí 15 3.1.1.Vẽ và mô phỏng trên phần mềm Inventor 15 3.1.2. Bản vẽ lắp: phần phụ lục 18 3.1.3. Tính toán động học 18 3.2 . Chế tạo cơ khí 23 3.2.1.1. Vật liệu sử dụng làm đế 23 3.2.2. Thân 29 3.2.3. Cánh tay lấy hoa 31 3.2.3. Cánh tay gắp ngọn lửa đèn 33 - Sơ đồ thiết kế khí nén: 35 3.3. Thiết kế và chế tạo mạch điện 36 3.3.1. Khối nguồn 38 3.3.2.Khối vi điều khiển 41 3.3.3 Khối tạo dao động: 42 3.3.4. Khối nạp chương trình 43 3.3.5. Khối lựa chọn chương trình 46 3.3.6. Khối cảm biến 48 3.3.7. ENCODER – Hiển thị 61 CẤU TẠO 61 -HIỂN THỊ: 63 CHƯƠNG IV: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT 69 4.1. Giải thuật dò đường 69 1 4.3. Lưu đồ thuật toán 72 4.3.Thuật toán dò đường dùng cảm biến: 75 4.4.Thuật toán kiểm tra vùng cảm biến : 76 4.5.Thuật toán điều khiển vùng: 77 4.6. Giải thuật encoder 79 4.7. Giải thuật cua trái, cua phải 81 CHƯƠNG V: PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NHIỄU 86 5.1. Các nguyên nhân cơ bản gây ra nhiễu 86 5.1.1. Nguyên nhân cơ khí 86 5.1.2. Nguyên nhân do điện 86 5.2 Các phương án xử lý nhiễu 87 5.2.1. Xử lý cơ khí 87 5.2.2. Xử lý về điện 88 5.2.3. Xử lý do môi trường 88 5.2.4. Xử lý lập trình 88 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 92 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH HÌNH 2.1: ĐÀI HOA KRATHONG. 10 HÌNH 2.2: HOA KRATHONG 11 HÌNH 2.3: NGỌN LỬA ĐÈN. 11 HÌNH 2.4: KÍCH THƯỚC CỘT. 12 HÌNH 3.1 : BẢN VẼ TỔNG QUAN ROBOT KRATHONG. 15 HÌNH 3.2: ĐẾ TOÀN DIỆN CỦA ROBOT. 16 HÌNH 3.3: THÂN ROBOT VÀ CƠ CẤU NÂNG HẠ DÙNG BỘ TRUYỀN XÍCH. 16 HÌNH 3.4: 2 CÁNH TAY LẤY HOA. 17 HÌNH 3.5: CÁNH TAY KẸP LỬA ĐÈN. 18 HÌNH 3.6 : HÌNH ẢNH PHẦN KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN. 21 HÌNH 3.7. ĐẾ THIẾT KẾ TRÊN PHẦN MỀM INVENTOR 23 HÌNH 3.8: HÌNH DẠNG NHÔM. 23 HÌNH 3.9: KÍCH THƯỚC CỦA NHÔM ĐƯỢC SỬ DỤNG LÀM ĐẾ. 24 HÌNH 3.10: KÍCH THƯỚC CỦA ĐẾ. 25 HÌNH 3.11:CÁC LOẠI BÁNH OMNI. 26 HÌNH 3.12:BÁNH OMNI DÙNG TRONG ROBOT. 26 HÌNH 3.13: BÁNH XE NHÔM ĐÚC. 27 HÌNH 3.14: ĐỘNG CƠ TRỤC VÍT BÁNH RĂNG. 28 HÌNH 3.15. TẤM PHÍP DÙNG ĐỂ BẮT ĐỘNG CƠ 28 HÌNH 3.16. ĐỘNG CƠ BẮT VÀO PHÍP 29 HÌNH 3.18 : ĐỘNG CƠ NÂNG HẠ TRỤC VÍT BÁNH VÍT 30 HÌNH 3.19: PULI 31 HÌNH 3.20: CƠ CẤU NÂNG HẠ BẰNG XÍCH SỬ DỤNG PULI. 31 HÌNH 3.21:TAY XÚC ĐƯỜNG KÍNH 280 MM 32 HÌNH 3.22: TAY XÚC ĐƯỜNG KÍNH 400 MM 32 HÌNH 3.23: HỘP TRƯỢT TAY 33 HÌNH 3.24: CÁNH TAY HOÀN THIỆN 33 HÌNH 3.25: CƠ CẤU GẮP LỬA 34 HÌNH 3.26: VAN 5/2 34 HÌNH 3.27: XINH LANH TÁC ĐỘNG KÉP 35 HÌNH 3.28: SƠ ĐỒ THIẾT KẾ ĐIỆN KHÍ NÉN 35 HÌNH 3.29: SƠ ĐỒ CHUNG 36 HÌNH 3.30 : SƠ MẠCH NGUYÊN LÝ ROBOT TỰ ĐỘNG VÙNG KRATHONG 37 HÌNH 3.31: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ KHỐI NGUỒN. 38 HÌNH 3.32 : CẤU TẠO CỦA IC 7805 39 BẢNG1.2: BẢNG THÔNG SỐ CỦA B688 40 HÌNH 3.33 : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN 41 HÌNH 3.34 : MẠCH RESET 42 HÌNH 3.35 : MẠCH DAO ĐỘNG 42 HÌNH 3.36: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH NẠP GIAO TIẾP MAX232 43 HÌNH 3.37 : SƠ ĐỒ BOARD VÀ CHÂN LINH KIỆN CỦA MẠCH NẠP GIAO TIẾP MAX232 46 HÌNH 3.38 : SƠ ĐỒ CÁC CHÂN VÀNGUYÊN LÝ CỦA 74151 46 BẢNG 1.3: BẢNG CHÂN LÝ CỦA IC 74151 48 HÌNH 3.39: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA KHỐI LỰA CHỌN CHƯƠNG TRÌNH. 48 HÌNH 3.40: SƠ ĐỒ KẾT NỐI CẢM BIẾN HÀNH TRÌNH VỚI VĐK. 49 HÌNH 3.41 : CÁC LOẠI CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH 50 HÌNH 3.42 : CÁCH BỐ TRÍ LED THU – PHÁT 50 HÌNH 3.43 : MẠCH TẠO DAO ĐỘNG TẦN SỐ CAO CHO LED PHÁT. 53 HÌNH 3.44 : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA 1 BỘ THU PHÁT. 53 HÌNH 3.45 : SƠ ĐỒ BOARD KHỐI CẢM BIẾN 55 HÌNH 3.46 : MÔ PHỎNG CẤU TẠO CỦA ENCODER 62 HÌNH 3.47: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU ENCODER. 63 HÌNH 3.48: SƠ ĐỒ BOARD MẠCH ĐỌC ENCODER 63 HÌNH 3.49 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH HIỂN THỊ. 63 HÌNH 3.50 SƠ ĐỒ BROAD MẠCH HIỂN THỊ. 64 HÌNH 3.51 MẠCH CÔNG SUẤT 65 HÌNH 3.52 BỘ CÁCH LI QUANG VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI DÒNG ULN2803 66 HÌNH 3.53 : HÌNH DẠNG, SƠ ĐỒ CHÂN, KÍ HIỆU TRÊN MẠCH ĐIỆN CỦA IRF540N 68 HÌNH 4.1 : CÁCH BỐ TRÍ LED-DÒ ĐƯỜNG. 70 HÌNH 4.2 : GIẢI THUẬT DÒ ĐƯỜNG. 72 HÌNH 4.3 : GIẢI THUẬT ĐẾM VẠCH NGANG. 73 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án tốt nghiệp là mốc quan trọng để kiểm tra khả năng nhận thức của mỗi sinh viên đối với những kiến thức đã được giảng dạy trong nhà trường. Đồng thời nó còn đánh giá khả năng áp dụng lý thuyết để phân tích tổng hợp để giải quyết các bài toán kỹ thuật trong thực tế. Khi làm đồ án tốt nghiệp sinh viên có quyền trao đổi, học hỏi, nghiên cứu và trau dồi thêm kiến thức. Nhận thức được tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc với tinh thần nghiêm túc vận dụng những kiến thức của bản thân, những ý kiến đóng góp của bạn bè và đặc biệt là sự chỉ bảo của các thầy cô trong khoa để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đề tài “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG VÙNG KRATHONG THAM DỰ CUỘC THI ROBOCON 2011 ”. Nội dung thuyết minh gồm có 6 chương: Chương I : Giới thiệu về đề tài. Chương II : Ý tưởng thiết kế. Chương III: Thiết kế và chế tạo robot. Chương IV : Lưu đồ thuật toán điều khiển. Chương V : Phương án xử lý nhiễu. Chương VI : Kết luận Do kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót, chúng em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô để có thể hoàn thiện được đồ án cũng như hoàn thiện được kiến thức của mình nhằm phục vụ công việc tốt hơn sau khi ra trường. Qua đồ án tốt nghiệp này em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Văn Diên và cô Trịnh Thanh Nga - những người đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập trong trường và trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua. Qua đây chúng em gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm SV thực hiện: Ngô Văn Hải – Nguyễn Văn Hòa – Ngô Đức Duy NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày tháng 6 năm 2011 Giảng viên hướng dẫn Ks. Trịnh Thanh Nga Th.s. Nguyễn Văn Diên NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Hưng Yên, ngày tháng 6 năm 2011 Giảng viên phản biện Trịnh Xuân Thắng CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Yêu cầu công nghệ. “Thiết kế chế tạo robot điều khiển tự động vùng Krathong tham dự cuộc thi Robocon 2011”. Mục tiêu của đề tài: - Thiết kế và chế tạo phần cơ khí. - Thiết kế và chế tạo mạch điện điều khiển robot. - Lập trình điều khiển robot. - Hình thành cho sinh viên có khả năng sáng tạo, vận dụng những kiến thức được trang bị trong nhà trường vào trong thực tế, khả năng làm việc theo nhóm. 1.2. Chủ đề và luật thi Robocon 2011 1.2.1. Chủ đề của cuộc thi “LOY KRATHONG, TÌNH BẠN THẮP SÁNG NIỀM VUI”. 1.2.2. Ý tưởng: Những ý tưởng chính để tạo nên đề thi năm nay: - Dễ hiểu đối với khán giả. - Trò chơi giải trí sinh động và hấp dẫn. - Những robot thông minh trình diễn linh hoạt. - Gắp và đặt các khối cấu kiện trong không gian 3 chiều. - Có sự cộng tác giữa các đội cùng thi đấu. - Trò chơi được phỏng theo văn hóa và truyền thống Thái Lan. Đề thi được thiết kế sao cho tất cả các đội tham gia đều cảm thấy thích thú. Tuy nhiên với nhiệm vụ cuối cùng, chính là điểm nhấn của trò chơi, đội nào phải có robot thật sự linh hoạt để có thể đặt được ngọn lửa lên trên đỉnh nến thì đội đó mới xứng đáng là đội chiến thắng. 1.2.3. Luật thi đấu. - Tóm tắt cuộc thi. Mỗi đội bao gồm không quá 3 robot. Một robot điều khiển bằng tay và một hoặc hai robot tự động. Robot điều khiển bằng tay phải hoàn thành công việc đầu tiên bằng cách nhấc 3 bát nến và đặt ở vùng Chung trước khi thực hiện các công việc khác. Sau đó robot bằng tay sẽ mang giá đèn đặt tại điểm trang trí được định vị trên khu vực Sala. Robot bằng tay sẽ tiếp tục thu thập những ngọn nến ở vùng Chung trong thời gian Krathong được lắp ráp. Các robot tự động sẽ thu thập đài hoa và hoa Krathong rồi đặt chúng tại các vị trí chuẩn bị. Các robot tự động sẽ trang trí Krathong bằng cách xếp đài hoa, rồi sau đó là hoa Krathong lên giá đèn vùng Sala. Sau khi nhiệm vụ này đã hoàn thành, robot bằng tay sẽ đặt 3 ngọn nến vào Krathong đã được trang trí. Robot tự động sẽ mang Krathong đã hoàn thành đặt lên bề mặt sông phía đội mình. Không có bất kỳ phần nào của robot được chạm hay tiếp xúc với mặt sông. Cuối cùng robot tự động sẽ mang ngọn lửa đèn đặt nhẹ lên trên đỉnh đèn trong Krathong đã được hoàn thành và đang nổi trên bề mặt sông. Khi thao tác các robot cũng không được chạm hay tiếp xúc với mặt sông và Krathong đã hoàn thành. Đội đầu tiên đặt được ngọn lửa đèn thành công sẽ là đội chiến thắng. Chiến thắng này được gọi là “ Loy Krathong”. Nếu không đội nào đạt được “ Loy Krathong” trong vòng 3 phút thì đội chiến thắng sẽ quyết định bằng cách tính điểm cho những phần việc đã hoàn thành.Mỗi trận đấu được diễn ra giữa đội đỏ và đội xanh. Mỗi trận đấu kéo dài trong 3 phút. Hình 1.1: Sân thi đấu CHƯƠNG II: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 2.1. Những yêu cầu chung của Robot Krathong. - Kích thước của robot: Trong vùng xuất phát của robot tự động, robot tự động phải có kích thước không lớn hơn 1000mm chiều rộng và 1000mm chiều dài và chiều cao không quá 1400mm. Không có giới hạn về kích thước khi trận đấu bắt đầu. Tổng trọng lượng của cả ba con robot không được vượt quá 50kg. - Nhiệm vụ của robot tự động vùng Krathong: + Nhiệm vụ 1: Robot tự động vùng Krathong sẽ thu thập đài hoa và hoa Krathong tại vị trí lưu trữ rồi đặt chúng tại các vị trí chuẩn bị. Hình 2.1: Đài hoa Krathong. [...]...Hình 2. 2: Hoa Krathong + Nhiệm vụ 2: Khi hoa Krathong đã được thả lên mặt sông thì robot tự động vùng Krathong sẽ làm nhiệm vụ cuối cùng là thả ngọn lửa đèn lên hoa Krathong Hình 2. 3: Ngọn lửa đèn 2.2 Ý tưởng và phương án thi t kế kết cấu cơ khí Từ những nhiệm vụ của robot điều khiển tự động vùng Krathong nhóm đưa ra những phương án thi t kế cơ khí như sau: - Ý tưởng phần cánh tay : Do đài hoa Krathong. .. = 4mm) 3.2 Chế tạo cơ khí 3.2.1 Đế Cũng giống như tất cả các cuộc thi Robocon của mọi năm thì công việc chế tạo phần đế robot phải được tiến hành đầu tiên và quan trọng nhất Robot có hoạt động tốt được hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc chế tạo phần đế của robot Đế robot là bộ phận chịu cả tải trọng của robot và dùng để lắp những cơ cấu khác của robot Chính vì vậy nhóm đã chế tạo robot theo ý... thuật sau: + Giải thuật dò đường: - Bám vạch - Đếm số vạch ngang… + Giải thuật bẻ lái: kết hợp giữa encoder và cơ cấu bẻ lái bằng trục vít + Ngắt ngoài sử dụng cho encoder + Hiện thị bằng led 7 thanh… CHƯƠNG III: THI T KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT 3.1 Thi t kế cơ khí 3.1.1.Vẽ và mô phỏng trên phần mềm Inventor Hình 3.1 : Bản vẽ tổng quan Robot Krathong a Phần đế của robot: Hình 3. 2: Đế toàn diện của robot b... động kép hành trình ra là 5cm, đường kính pittong là 10 mm Hình 3.2 7: Xinh lanh tác động kép - Sơ đồ thi t kế khí nén: Hình 3.2 8: Sơ đồ thi t kế điện khí nén 3.3 Thi t kế và chế tạo mạch điện NGUỒN ENCORDER NẠP CHƯƠNG TRÌNH VI CẢM BIẾN HÀNH TRÌNH CẢM BIẾN ĐIỀU HIỂN THỊ TẠO DAO ĐỘNG KHIỂN LỰA CHỌN CHƯƠNG TRÌNH CÔNG SUẤT Hình 3.2 9: Sơ đồ chung ... động học thuận này khi biết vị trí của các khớp ta có thể xác định vị trí và hướng của robot - Căn cứ vào các thông số và hệ toạ độ đã được thi t lập ta có bảng DH của robot như sau: *Thi t lập phương trình động học Robot l2 z1 O2 O1 X2 x1 y1 y2 Miền làm việc l1 z0 Y0 O x0 Khâu θ 1 0 i d a i l1* 0 i α i -90 z2 2 0 l2* 0 Bảng 1. 2: Bảng DH -Phương trình động học thuận của robot Ma trận tổng quát Ai:... loại động cơ có hộp giảm tốc - Dòng , áp - Đối với động cơ dùng cơ cấu chuyển động yêu cầu đặt ra có tốc độ nhanh và có độ hãm tốt Động cơ sử dụng để di chuyển là động cơ cá ngựa ( động cơ trục vít bánh răng) có tốc độ từ 250-300 (vòng / phút) Ưu điểm của loại động cơ này là chịu lực khỏe, tốc độ nhanh Hình 3.1 4: Động cơ trục vít bánh răng Bánh chủ động của robot được gắn trực tiếp vào trục truyền động. .. rãnh dành cho loại đai truyền động từ động có bán sẵn với đường kính đai là 5 Trong cụm bánh có sẵn 2 ổ bi được lắp chặt với thân bánh khá thuận tiện cho việc thi t kế và lắp đặt 3.2.1.5 Chọn động cơ và lắp ráp bánh - Lắp bánh chủ động phía sau Việc sử dụng động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng động cơ được chọn trong cuộc thi robot thường có những yêu cầu chung sau : -Tốc độ cao - Khả năng chịu... động cơ Công dụng 2 Động cơ di chuyển 1 Động cơ nâng hạ 2 Động cơ đẩy tay lấy hoa và tay kẹp lửa Bảng 1. 1: Số lượng động cơ 2.3 Ý tưởng và phương án thi t kế mạch điện Trong robot, mạch điện có thể ví như mạch máu trong cơ thể con người, nó có tác dụng liên kết tất cả các phần của robot lại với nhau thành một thể thống nhất Mạch điện sử dụng cho robot phải đảm bảo được các yêu cầu sau: • Đảm bảo cung... phía trước : 320 mm - Chiều rộng của đế phía sau : 480 mm Kích thước tổng thể của đế robot: Hình 3.1 0: Kích thước của đế - Đối với kích thước tổng thể được cho như trên sẽ giúp cho robot có độ vững chắc cao ,và có thể di chuyển một cách linh hoạt cho dù nó mang trên mình nhiều khối quà Đế robot được thi t kế theo hình chữ I với 4 bánh được bố trí tại 4 góc của phần đế tạo lên sự vững chắc cho robot Ngoài... chuyển động theo các hướng khác nhau bánh chỉ luôn tiếp xúc điểm với mặt sàn Nếu robot đi lên phía trước hoặc lùi lại thì bánh sẽ quay quanh trục quay chính của bánh, khí robot thực hiện rẽ sang ngang thì bánh sẽ thực hiện đồng thời 2 chuyển động: Chuyển động 1 là bánh sẽ quay quanh trục quay lớn; chuyển động 2 là các bánh hành tinh sẽ tự quay quanh trục riêng của mình Điều này tạo tạo cho robot có . nghệ. Thi t kế chế tạo robot điều khiển tự động vùng Krathong tham dự cuộc thi Robocon 2011 . Mục tiêu của đề tài: - Thi t kế và chế tạo phần cơ khí. - Thi t kế và chế tạo mạch điện điều khiển robot. -. Đề tài “ THI T KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG VÙNG KRATHONG THAM DỰ CUỘC THI ROBOCON 2011 ”. Nội dung thuyết minh gồm có 6 chương: Chương I : Giới thi u về đề tài. Chương II : Ý tưởng thi t kế. Chương. phút. Hình 1. 1: Sân thi đấu CHƯƠNG II: Ý TƯỞNG THI T KẾ 2.1. Những yêu cầu chung của Robot Krathong. - Kích thước của robot: Trong vùng xuất phát của robot tự động, robot tự động phải có kích