đề tài nghiên cứu thiết kế chế tạo robot tự động tham gia cuộc thi sáng tạo robocon việt nam 2024

Chúng em cũng không biết nói gì hơn, xin được chúc các thầy cô vàcác bạn có một sức khoẻ dồi dào, và gặt hái nhiều thành công trong công việc và cuộc sống Hưng Yên, ngày , tháng ,năm2024

tạoRobottựđộngthamgia cuộc thi

sáng tạo Robocon Việt Nam 2024

Sinh viên thực hiện

Đặc biệt chúng emxin gửi lời cảmơn chân thành đến thầy hướng dẫn là

thầyĐỖ TUẤN KHANH,thầyLUYỆN THẾ THẠNHvà thầyNGUYỄN

VĂN HIẾN, cùng các thầy cô trong ban chỉ đạo Robocon của nhà trường, các

thầy cô đã giúp đỡ chúng em rất nhiều, tạo tiền đề cho chúng em từ nhữngngày đầu làm Robocon

Chúng em cũng không biết nói gì hơn, xin được chúc các thầy cô vàcác bạn có một sức khoẻ dồi dào, và gặt hái nhiều thành công trong công việc

và cuộc sống

Hưng Yên, ngày , tháng ,năm2024

Sinh Viên Thực Hiện

PhạmThịHà

LỜICẢMƠN 1

NHẬNXÉTCỦAGIẢNGVIÊNHƯỚNGDẪN 2

MỤCLỤC 3

LỜIMỞĐẦU 4

CHƯƠNG1 7

1.1 Tổngquanvềchủđềrobocon2024 7

1.2 :Sânthiđấu 23

1.3 :Mạ,Thóc 27

CHƯƠNG2 30

2.1 :Thiếtkếrobottựđộng 30

2.2 :Cácthiếtbị,modulđiểnhìnhsửdụngtrongrobot 34

2.3 :Thiếtkếmạch 56

2.4 :SơđồkhốimạchđiệncủaRobot 69

2.5 :Sảnphẩmthựctế 70

CHƯƠNG3 72

3.1 :PhầnmềmlậptrìnhKeilC 72

3.2 :Lưuđồthuậttoán 74

3.3 :ChươngtrìnhđiềukhiểnRobottựđộng 76

3.4 :Vậnhànhvàthửnghiệm 153

KẾTLUẬNVÀKIẾNNGHỊ 154

DANHMỤCTÀILIỆUTHAMKHẢO 156

Được sự cho phép của các thầy cô trong khoa và nhất là thầy trưởngban tổ chức cuộc thi Robocon trường Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, chúng em

đã chuyển đề thi Robocon thành đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình

Qua rất nhiều lần cải tiến và thay đổi, đội Robocon trường ĐHSPKTHưng Yên đã chế tạo hoàn thiện bộ robot tham dự vòng chung kết cuộc thisáng tạo Robocon Việt Nam 2024 diễn ra tại nhà thi đấu Tây Hồ - Hà Nội.Trong đồ án tốt nghiệp này, chúng em xin được đưa ra những gì tối ưu nhất

mà nhóm đã thực hiện trong thời gian hoàn thiện Robot để đi thi đấu

1 Lýdochọnđềtài

Với chủ đề của cuộc thi năm 2024 là : ” Ngày mùa ” được đăng caitổchứctạiViệtNam,đâylàmộtđềtàirấthayvàđượcxemlàkhótrong

các năm trở lại đây Tuy nhiên nó sẽ mở ra một chương mới trong lịchsửrobocon.

Sinh viện trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, cùng hòa chung cóthể nói rằng sinh viên trường ta có lòng say mê với robot là rất lớn, vượt lêntất cả khó khăn chúng ta đã dành được rất nhiều thành công cho bản thân vànhà trường

Tham gia robocon sẽ giúp chúng em hoàn thiện những kĩ năng cần thiếtchobản thân.Đầu tiên là kĩ năng làmviệc theo nhóm, cùng một tính kỉ luật vềthời gian và công việc Tiếp đó giúp chúng em hoàn thiện kĩ năng điều khiểncác máy gia công cơ khí cũng như các kĩ năng làm việc với chúng Tham giarobot còn giúp chúng em rèn luyện khả năng sáng tạo, tìm ra những điểmmạnh và điểm yếu, qua đó hoàn thiện bản thânhơn

Nhận thức rõ tầm quan trọng của thế hệ kĩ sư tài năng trẻ, thé hệtương lai của Việt Nam cũng như những ứng dụng quan trong của robottrong cuộc sống cộng thêm niềm đam mê robot đã chảy sẵn trong bản

thân, em quyết định chọn đề tài:“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Robott ự

đ ộ n g t h a m g i a c u ộ c t h i s á n g t ạ o R o b o c o n V i ệ t N a m

2 0 2 4 ”

2 Mụcđíchcầnđạtđượccủađềtài

Như đã đề cập để có được một chú robot hoàn chỉnh phải trải qua bakhâu:

- Khâu thứ nhất: khâu cơ khí, có thể xem đây là nền tảng cho việc

chế tạo robot và ở đó có rất nhiều cơ hội để chúng ta học tập về cách giảiquyết vấn đề Với khâu này, ta tích lũy được nhiều khiến thức về cơ học,động học biết thêm về các phần mềm thiết kế như AutoCad, Inventer,Cura, Khâunàyđóngvaitòquantrọngtrongviệchoànthànhmộtrobot

hoànhảo,hơn nữa vớicơ khítốt,sẽtạođiềukiệnrấttốtchoviệclậptrình được thuậnlợi hơn.

- Khâu thứ hai: Phần mạch điện, ta sẽ tìm hiểu về mạch điều khiển

động cơ, các loại sensor và đặc biệt là mạch vi xử lí Từ đây bạn có khảnăng hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các mạch thường được sử dụngtrong robot và là nền tảng để các bạn tự thiết kế các mạch ứng dụng vàcác mạch điện có liên quan đến các môn học sau này như môn thiết kếmạch hay vi xử lý

- Khâu thứ ba: Phần lập trình , đây có thể là phần mà nhiều bạn kì

vọng nhất và được xem là mục đích chính của nhiều bạn khi tham giarobocon Và thật sự các bạn sẽ học hỏi rất nhiều về giải thuật, cách thứclập trình, tiếp cận với các vi điều khiển AVR,PIC,89C51, Cách thức lậptrình với các thiết bị ngoại vi.Từ đây giúp chúng ta phát huy những ýtưởng sáng tạo mang tính thực tế trong tương lai

Qua đó, khi tham gia môi trường robocon, chúng ta sẽ đạt được các mục đích:

- Hình thành cho bản thân có khả năng sáng tạo vận dụng những kiếnthức cần thiết được trang bị vào trong thực tế, khả năng làm việc theonhóm Hình thành cho bản thân các kĩ năng vận hành các máy gia côngc ơ

k h í : m á y t i ệ n , m á y c ắ t , m á y k h o a n , m á y p h a y … R è n c á c

k ĩ n ă n g t ư d u y , s á n g t ạ o , c á c k ỉ l u ậ t t r o n g s ả n x u ấ t c ơ

k h í C h ế t ạ o h o à n c h ỉ n h đ ư ợ c r o b o t t h a m g i a c u ộ c t h i

s á n g t ạ o r o b o c o n V i ệ t N a m 2 0 2 3

- Tóm lại, robocon là sân chơi để mình học hỏi và trau dồi kiến thức,

và đã là "chơi" thì mình phải cảm thấy thoải mái, thích thú Cái quantrọngnhấtlà tươnglaicủachúngemsaunày(saukhiratrườngvàđilàm, xây dựnggia đình, tương lai) Chúng em sẽ cố gắng học hỏi, học tập thật tốt trongmọi hoàn cảnh để trau dồi và vun đắp cho tương lai của mình!

Ngày nay, gạo vừa là nguồn lương thực quan trọng vừa là mặt hàng xuất khẩuchiến lược của Việt

Đặc điểm nổi bật của ruộng bậc thang là vào mùa thu hoạch từk h o ả n g

t h á n g 6 đến tháng 10,các sườn núi giốngnhư một bức tranhnghệ thuật đượcngười nông dân địa phương khắc vào núi

Ruộng bậc thang không chỉ đẹp mà còn là “vựa lúa” của người dân vùngcao,tậndụngđiềukiệntựnhiênđểcanhtáchiệuquả, manglạicuộc sống ấm no, sung túc.Với những ý nghĩa đó, những năm gần đây, ruộng bậc thang đã trởthànhđ i ể m n h ấ n t r o n g d u l ị c h , t h u h ú t n h i ề u d u k h á c h t r o n g n ư ớ c và

quốctế.Chúngđãtrởthànhnétđẹpvănhóavà lànguồntựhàocủa người dân ViệtNam.

Hình1.3:Tổngquanruộngbậcthang

Lấy cảm hứng từ canh tác trên ruộng bậc thang, cuộc thi ABURobocon2024doViệtNamđăngcaiđãphát triểncácnhiệmvụrobot mô tả các giaiđoạn trồng lúa Những nhiệm vụ này bao gồm gieo hạt, thu hoạch và vậnchuyển ngũ cốc đã thu hoạch về kho Thông điệp sâu xa là 'Tu luyện hiệu quảmang lại cuộc sống ấm no, sung túc cho mọi người'

-G i á C â y G i ố n g l à n ơ i đ ặ t 1 2 C â y C o n

t r ư ớ c k h i t r ậ n đ ấ u b ắ t đ ầ u

Khu2

- Khu2lànơicácrobotthuhoạchlúa Khu vực 2 bao gồm:

- Khuv ự c t h u h o ạ c h l à n ơ i R o b o t n h ặ

t t h ó c v à t h ó c r ỗ n g

- Robot có thể chạm vào mặt bên củaSiloZone.

Câycon

- Cây con là vật dụng được làm bằng ốngnhựa PVC Chúng được đặt vào Giá CâyGiống trước khi trò chơi bắt đầu

- Mỗiđộicó12CâyCon

- Hạt thóc là những quả bóng mang màusắc của đội Chúng được đặt trong Vùngthu hoạch và Vùng lưu trữ trước khi tròchơi bắt đầu

- Mỗi đội có 12 hạt thóc, trong đó 6 hạtthóc được đặt vào Vùng Thu hoạch, 6 hạtthóc còn lại được đặt vào Vùng Chứa

Hạtrỗng

- Hạt rỗng là quả bóng màu tím Chúngđược đặt trong Vùng thu hoạch và vùnglưu trữ trước khi trò chơi bắt đầu

Mỗi đội có 6 quả bóng màu tím trongVùng Thu hoạch và 10 quả bóng màu tímtrong Vùng lưu trữ

“Mùavàng”

- “MùaVàng”(Thuhoạchvinhquang)đạtđược khi có 3 Silo thỏa mãn các điềukiệnsau

+ Một Silo đã đầy và chứa tối thiểu 2 hạtthóc có màu của đội mình

+ Hạt thóc trên cùng mang màu sắccủađội

- Đội chiến thắng vào thời điểm đạt đượcMùa Vàng

- Là nhiệm vụ trong đó Robot nhặt Câycon từ Giá đỡ cây giống, mang và đặtvàochúng

- Vòng trồng được chỉ định tại Vùngtrồng Mỗi vòng trồng chỉ được phép cómột Cây con

Thuhoạch

- Là nhiệm vụ trong đó Robot nhặtthóc/thóc rỗng từ Vùng thu hoạchvàm a n g c h ú n g đến Vùnglưutrữ.Robotphải

nhặtthóc/thócrỗngtheotrìnhtựsau:một(01) Thóc Rỗng và sau đó là một(01)Thóc

Silo

- Là nhiệm vụ trong đó Robot 2 nhặt thócnằmtại Khulưu trữ, sauđóvậnchuyểnvà đưavào Silo

1.1.3 :Sơlượctròchơi

- Trận đấu giữa hai đội (Đội Đỏ và Đội Xanh) diễn ra trong thời gian

3 (ba) phút Mỗi đội có 2 (hai) Robot, đó là Robot 1 và Robot 2

- Sânthiđấuđượcchiathành3khuvực:KHU1,KHU2vàKHU3

- Trướckhibắtđầutrậnđấu:

+ Sáu (6) Lúa và mười (10) Lúa Rỗng sẽ được đội đối phương đặt tại vị tríđược chỉ định trong

- Robot (bao gồm cả bộ điều khiển) phải nằm gọn trong khu vực xuấtphát bao gồm cả không gian phía trên

+C ác t h à n h viêncủa đ ội h ỗ tr ợ p hả i đứngtrongk h u vựcđư ợc ch ỉ đị nh

tr ướ c kh i rời k hỏ i trò c hơ i

+ Các thành viên trong nhóm không được phép chạm vào robot nếuk h ô n g

c ó s ự c h o p h é p c ủ a t r ọ n g t à i

- Gieo cây, thu hoạch lúa, thóc rỗng, bảo quản thóc Gạo trong Khulưu trữ và Khu Silo.

- Trồngcâycon

+ Robot thực hiện nhiệm vụ trồng Cây con tại Khu vực 1 Mỗi lần, robot đượcphép thu thập 1 (một) hoặc nhiều Cây con (b) Robot trồngc â y c o n trongvòngtrồngtrongkhuvực trồngcây Vì mỗilần,robot được phép trồng 1 (một)hoặc nhiều Cây con

được cộng vào điểm và bị coi là vi phạm

+ Robot được phép chạm vào bóng mà không cần nhặt chúng lên.T u y

+Chuyểntrựctiếp:BóngđãrờiRobot1chạmvàoRobot2màkhông chạm vào sânhoặc bóng trên sân.

+ Nếu bóng rơi trong Khu vực 3, ngoài Vùng lưu trữ, bóng có thểđượcđ ặ t t r ở l ạ i v ạ c h t r ắ n g c ủ a v ị t r í k h u n g v u ô n g t r o n g V ù n g l ư u t r ữ

+Robotthu hoạchthànhcông01(một)HạtrỗngtrongKhubảo quản: 10 điểm.

- Trong trường hợp Robot 1 ở Khu vực 1 và Khu vực 2, robotphảit h ử l ạ i t ừ K h u v ự c b ắ t đ ầ u

- Trong trường hợp Robot 2 ở Khu vực 1 và Khu vực 2, robotphảit h ử l ạ i t ừ K h u v ự c X u ấ t p h á t N ế u R o b o t 2 ở K h u

- Một đội bao gồm ba (3) thành viên trong nhóm là sinh viên và mộtngười hướng dẫn, tất cả đều thuộc cùng một trường đạihọc/caođ ẳ n g / b á c h k h o a

- Ngoài ba (3) thành viên trong nhóm, ba thành viên được phép thamgia đã đăng ký phải là sinh viên Các thành viên của đội hỗ trợ cũng phải

là sinh viên từ cùng một trường đại học/cao đẳng/bách khoa với nhữngngười ở đó

- Đội hỗtrợcóthể hỗtrợ côngviệc trongkhuvực hỗtrợ, đưa robottừ khuvực hỗ trợ đến sân thi đấu Họ có thể hỗ trợ thành viên trong nhóm trongthời gian thiết lập

+ Robot (bao gồm cả bộ điều khiển) phải có kích thước vừa vặn 700mm x700mm x 700mm khi bắt đầu trò chơi Trong suốt trò chơi,k í c h t h ư ớ c

+ Bất kỳ thiết bị nào khác mà nhóm mang theo cho mục đích thiết lập, dụng

cụ, bình chứa khí và pin dự phòng (cùng loại với loại được lắp ban đầu trongrobot) đều được miễn

1.1.13 :Nguồnđiệncủarobot

- Mỗiđộiphảicónguồnđiệnriêngchorobotcủamình

- Các đội chỉ có thể sử dụng pin, khí nén và/hoặc lực đàn hồi làmnguồn điện

- Điện áp danh định của bất kỳ loại pin nào được sử dụng trong robot,

bộ điều khiển và bất kỳ thiết bị nào khác trong trò chơi không được vượtquá 24V Khi mắc nối tiếp các ắc quy, tổng điện áp phải từ 24V trởxuống

- Mạch điện của Robot phải được thiết kế sao cho điện áp thực tếtrong mạch phải từ 42V trở xuống Nếu hệ thống cấp điện bao gồm nhiềumạch cách ly thì điện áp trong

mỗihệthốngphảitừ42Vtrởxuống

- Các độisửdụngkhínénphảisửdụngbìnhchứa dànhriêngchomục đíchnày hoặc chai nhựa còn nguyên trạng được chuẩn bị phù hợp Áp suấtkhông khí không được vượt quá 600 kPa.

+ Nếusử dụngtia laserthìphảiloại2 hoặc thấphơn.Phải cẩn thận để không làmtổn thương mắt của bất kỳ ai có mặt tại địa điểm

- Nhómnênthiếtkếcáchệthốngantoànkhixảyrasựcố

- Khi các đội có nhiều hệ thống cấp điện, các đội phải thiết kế mạch

và cơ chế để không bị

mất kiểm soát hoặc di chuyển nguy hiểm dù mất nguồn điện nào hay bất kểthứ tự bật nguồn.

- Để tránh gây hỏa hoạn hoặc bốc khói do tình trạng quá tải của động

cơ chết máy, v.v., phải lắp đặt các thiết bị hạn chế dòng điện thích hợpnhư cầu dao vào mạch cấp điện Sử

dụng dây dẫn, đầu nối, thiết bị đầu cuối, v.v có dòngđiện địnhmức bằng hoặccao hơn dòng điện tối đa giả định

1.2 :Sânthiđấu

Hình1.4:Tổngquansânthiđấu

Hình1.5:Tổngquansânthiđấugócnghiêng

Hình1.7:Tổngquankíchthước,độnghiêngcủasân

Hình1.8:Mặtcắtngangcủasânthiđấu

Hình1.10:Tổngquankhu1,2

Hình1.11:Tổngquankhu3

Hạtthócrỗng DaPU Tím C41M76Y13K1

Hình1.13:Hìnhảnhhạtthócđộiđỏ

Hình1.13:Hìnhảnhhạtthócđộixanh

Hình1.14:Hìnhảnhhạtthócrỗng

Hình2.3:Cáchthứcvàhướngdichuyểncủađếonmi

2.1.2 :Cơcấulấybóng

Hình2.4:Mặttrướccơcấulấybóng

2.1.3 :Cơcấuloạibóng

Hình2.6:Cơcấuloạibóng

2.1.4 :Cơcấuthảbóngvàosilo

trungtâmCortexvàmộthệthốngcác thiếtbịngoạivixungquanhCortex cung cấpphần xử lý trung tâm của một hệ thống nhúng để đáp ứng yêu cầu phát triển và

đa dạng của các hệ thống dùng bộ xử lý Cortex gồm 3 nhánh được biểu hiệnbằng các kí tự như sau:

Cortex- A:bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng của người dùng phức tạp Hỗ trợ các tập lệnh ARM

Cortex-R: bộ xử lý dành cho cá hệ thống đòi hỏi khắt khe về tính thời gian thực Hỗ trợ các tập lệnh ARM

Cortex-M: bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được tối ưu hóa cho các ứng dụng yêu cầu chi phí thấp

Hình2.9:MặttrướcboardSTM32F407

Hình2.10:MặtsauboardSTM32F407

2.2.2 :Máytínhnhúng

Máy tính nhúng là một hệ thống máy tính được tích hợp vào các thiết bị hoặc

hệ thống lớn hơn để thực hiện các chức năng điều khiển, giám sát hoặc xử lý

dữ liệu cụ thể Chúng thường được thiết kế để thực hiện một hoặc một vàinhiệm vụ cụ thể và tối ưu hóa về hiệu suất, tiêu thụ điện năng và chi phí sảnxuất

-Đặcđiểmcủamáytínhnhúng:

+ Chuyên dụng:Được thiết kế để thực hiện một nhiệm vụ cụ

thể,không giống như máy tính thông thường có thể thực hiện nhiều nhiệm

+ Hiệu năng cao:Được tối ưu hóa để xử lý các nhiệm vụ cụ thể

mộtcách nhanh chóng và hiệu quả.

+ Độ tin cậy cao:Thường được thiết kế để hoạt động ổn định

trongcác điều kiện môi trường khắc nghiệt hoặc trong thời gian dài mà không cần bảo trì nhiều.

Qua các đặc điểm, yêu cầu về hiệu năng, kích thước, khối lượng, nhóm đãquyết định sử dụng máy tính nhúngJetson Orin NX

Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rotor quay so vớistato Phần cảm (phần kích từ thường đặt trên stato) tạo ra từ trườngđ i t r o n g

m ạ c h t ừ , xuyên qua các vòngdây quấn của phần ứng (thườngđặt trên rotor).Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịutác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rotor, làm chorotor quay Chính xác hơn, lực điện từ trên mộtđ ơ n v ị c h i ề u d à i

c ự c từkháctênvớicực từmà nóvừa điqua(điềunàylàmcholựcđiệntừ được sinh

ra luôn luôn tạo ra momen theo một chiều nhất định)

Statorcủa động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặpnamchâmvĩnhcửu,haynamchâmđiện,rotorcócáccuộndâyquấnvàđượcnốivới nguồnđiện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiềul à b ộ p h ậ n

c h ỉ n h l ư u , n ó c ó n h i ệ m v ụ l à đ ổ i c h i ề u d ò n g đ i ệ n t r o n g

k h i c h u y ể n đ ộ n g q u a y c ủ a r o t o r l à l i ê n t ụ c T h ô n g t h ư ờ n g

b ộ p h ậ n n à y g ồ m c ó m ộ t b ộ c ổ g ó p v à m ộ t b ộ c h ổ i t h a n

t i ế p x ú c v ớ i c ổ g ó p

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ

sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra mộts ứ c đ i ệ n