Asm robot nhện 6 chân- 18 servo

đây là 1 ứng dụng trong robot di chuyển bằng chân, chinh phục các địa hình không bằng phẳng. Là tiền đề để phát triển ứng dụng robot trong tương lai. Sản phẩm tập trung vào phần bản vẽ cơ khí và phần code điều khiển robot di chuyển mô phỏng theo hướng di chuyển của 1 chú nhện thực. điều khiển trực tiếp qua tay cầm ps2

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNICBỘ MÔN : ĐIỆN – CƠ KHÍ

Hà Nội 2024

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 4

1.1 Lịch sử phát triển Robot 4

1.2 Các ứng dụng của Robot 8

1.3 Lý do chọn đề tài và các ứng dụng của đề tài 11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM 15

2.1 Sơ đồ khối 15

2.2.Lựa chọn thiết bị 16

2.3 Sơ đồ nguyên lý 21

2.4 Thiết kế sơ đồ bản vẽ 22

2.5 Lưu đồ thuật toán 28

2.6 Chương trình điều khiển 29

CHƯƠNG 3: THI CÔNG SẢN PHẨM 40

Danh mục hình ảnh

Hình 1.2 Robot hàn điểm 6

Hình 1.3 Robot phẫu thuật 6

Hình 1.4 Mobile Robot và ứng dụng công nghệ xử lý ảnh 7

Hình 1.5 Robot song song 6 bậc tự do Merlet 8

Hình 1.6 Nguyên bản của Robot Hexapod TU Munich 8

Hình 1.7 Robot hàn trong công nghệ sản xuất cơ khí 10

Hình 1.8 Ứng dụng Robot trong các hệ thống sản xuất linh hoạt 10

Hình 1.9 Robot được sử dụng trong công đoạn cấp liệu và lắp ráp 11

Hình 1.10 Các ứng dụng Robot trong các lĩnh vực thám hiểm, quân sự, vệ tinh 11

Hình 1.11 Robot nhện trong y tế 14

Hình 1.12 Robot nhện trong học tập và chế tạo cho sinh viên 15

Hình 2.1 Sơ đồ khối 16

Hình 2.2 Thành phần của 1 arduino Mega2560 17

Hình 2.3 Sơ đồ công dụng các chân arduino Mega2560 18

Hình 2.10 Bản vẽ mặt trên của khung 25

Hình 2.11 Bản vẽ mặt dưới cuả khung chính 26

Hình 2.12 Bản vẽ giá đỡ động cơ MG996 27

Hình 2.13 Bản vẽ lắp ráp hoàn thiện 28

Hình 2.14 Lưu đồ thuật toán 29

Hình 2.15 Quy định số chân của robot 30

Hình 3.1: Kiểm tra linh kiện trước khi thi công 42

Hình 3.2 Tinh chỉnh góc động cơ 42

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện ngày nay đang phát triển m ạnh mẽ trên mọi quốc gia Điệnlà thứ không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày , nó giúp chúng ta sinh hoạtvận hành được mọi thứ không đời sống sinh hoạt đem lại sự tiện nghi cho đờisống con người

Từ nguồn điện đó con người dần phát triển tạo ra các công nghệ , robotmới sử dụng nguồn năng lượng là điện Để robot có thể hoạt động bình thườngđược là sự kết hợp của nhiều linh kiện điện tử phức tạp Và các công nghệ , linhkiện đó được gọi chung là ngành Tự Động Hóa.

Do đó, việc áp dụng tự động hóa trong sản xuất giúp ta có thể tạo ra mộtlượng sản phẩm lớn đáp ứng đủ nhu cầu về thông số kĩ thuật, chi tiêu kinh tế đềra cho sản phẩm như:

- Độ chính xác cao- Chi tiết sản phẩm cao- Chất lượng kĩ thuật tốt- Giảm nhân lực là con người- Giảm chi phí sản xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT1.1 Lịch sử phát triển Robot.

Khái niệm Robot ra đời đầu tiên vào ngày 09/10/1922 tại NewYork, khinhà soạn kịch người Tiệp Kh Karen Kapek đã tưởng tượng ra một cổ máy hoạtđộng một cách tự động, nó là niềm mơ ước của con người lúc đó.

Từ đó ý tưởng thiết kế, chế tạo Robot đã luôn thôi thúc con người Đếnnăm 1948, tại phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Goertz đã chế tạo thành côngtay máy đôi (master-slave manipulator) Đến năm 1954, Goertz đã chế tạo taymáy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết được lực tác động lên khâucuối.

Năm 1956 hãng Generall Mills đã chế tạo tay máy hoạt động trong việcthám hiểm dại dương.

Năm 1968 R.S Mosher, của General Electric đã chế tạo một cỗ máy biếtđi bằng 4 chân Hệ thống vận hành bởi động cơ đốt trong và mỗi chân vận hànhbởi một hệ thống servo thủy lực.

Năm 1969, đại học Stanford đã thiết kế được Robot tự hành nhờ nhậndạng hình ảnh.

Năm 1970 con người đã chế tạo được Robot tự hành Lunokohod, thám hiểm bềmặt của mặt trăng.

Trong giai đoạn này, ở nhiều nước khác cũng tiến hành công tác nghiên cứutương tự, tạo ra các Robot điều khiển bằng máy tính có lắp đặt các loại cảm biến vàthiết bị giao tiếp người và máy.

Hình 1.2 Robot hàn điểm

Hình 1.3 Robot phẫu thuật

Theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các Robot ngày càng được chế tạo nhỏgọn hơn, thực được nhiều chức năng hơn, thông minh hơn.

Một lĩnh vực được nhiều nước quan tâm là các Robot tự hành, các chuyển độngcủa chúng ngày càng đa dạng, bắt chước các chuyển động của chân người hay các loàiđộng vật như : bò sát, động vật 4 chân, … Và các loại xe Robot (robocar) nhanh chóngđược ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt (FMS).

Hình 1.4 Mobile Robot và ứng dụng công nghệ xử lý ảnh

Từ đó trở đi con người liên tục nghiên cứu phát triển Robot để ứng dụng trongquát trình tự động hoá sản xuất để tăng hiệu quả kinh doanh Ngoài ra Robot còn đượcsử dụng thay cho con người trong các công việc ở môi trường độc hại, khắc nghiệt, …

chuyển động, chất lượng điều khiển… Tuỳ thuộc vào mục đích và phương thức tiếpcận, chúng ta có thể tìm hiểu lĩnh vực này ở nhiều khía cạnh khác nhau.

Hiện nay, có thể phân biệt các loại Robot ở hai mảng chính : Các loại robotcông nghiệp (cánh tay máy) và các loại robot di động (mobile robot) Mỗi loại có cácứng dụng cũng như đặc tính khác nhau Ngoài ra, trong các loại robot công nghiệp cònđược phân chia dựa vào cấu tạo động học của nó : Robot nối tiếp (series robot) vàrobot song song (parallel robot).

Hình 1.5 Robot song song 6 bậc tự do Merlet

Chính công nghệ tiên tiến ở tất cả các lĩnh vực : cơ khí, vi mạch, điều khiển,công nghệ thông tin … đã tạo ra nền tảng cũng như những thách thức lớn đối với khoa

học nghiên cứu robot Chính vì vậy, con người đã và đang tiếp tục phát triển và nângcao mức độ hoàn thiện trong lĩnh vực đầy hấp dẫn này.

Hình 1.6 Nguyên bản của Robot Hexapod TU Munich

1.2 Các ứng dụng của Robot.

1.2.1 Các ưu điểm khi sử dụng Robot.

Các loại Robot tham gia vào qui trình sản xuất cũng như trong đời sốngsinh hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyềncông nghệ, giảm giá thành sản phẩm, năng cao chất lượng cũng như khả năngcạnh tranh của sản phẩm tạo ra.

Robot có thể thay thế con người làm việc ổn định bằng các thao tác đơngiản và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổi công việc để thích nghi với sựthay đổi của qui trình công nghệ.

Sự thay thế hợp lý của robot còn góp phần giảm giá thành sản phẩm, tiếtkiệm nhân công ở những nước mà nguồn nhân công là rất ít hoặc chi phí caonhư : Nhật Bản, các nước Tây Âu, Hoa Kỳ…

Tất nhiên nguồn năng lượng từ robot là rất lớn, chính vì vậy nếu có nhucầu tăng năng suất thì cần có sự hỗ trợ của chúng mới thay thế được sức laođộng của con người Chúng có thể làm những công việc đơn giản nhưng dễnhầm lẫn, nhàm chán.

Robot có khả năng nghe được siêu âm, cảm nhận được từ trường Bên cạnh đó,một ưu điểm nổi bậc của robot là môi trường làm việc.

Chúng có thể thay con người làm việc ở những môi trường độc hại, ẩm ướt, bụibặm hay nguy hiểm Ở những nơi như các nhà máy hoá chất, các nhà máy phóng xạ,trong lòng đại dương, hay các hành tinh khác … thì việc ứng dụng robot để cải thiệnđiều kiện làm việc là rất hữu dụng.

1.2.2 Mộ số lĩnh vực ứng dụng.

a Ứng dụng trong các lĩnh vực sản xuất cơ khí.

Trong lĩnh vực cơ khí, robot được ứng dụng khá phổ biến nhờ khả năng hạotđộng chính xác và tính linh hoạt cao.

Các loại robot hàn là một ứng dụng quan trọng trong các nhà máy sản xuất ôtô,sản xuất các loại vỏ bọc cơ khí…

Hình 1.7 Robot hàn trong công nghệ sản xuất cơ khí.

Ngoài ra người ta còn sử dụng robot phục vụ cho các công nghệ đúc, một môitrường nóng bức, bụi bặm và các thao tác luôn đồi hỏi độ tin cậy Đặc biệt trong các hệthống sản xuất linh hoạt (FMS), Robot đóng vai trò rất quan trọng trong việc vânchuyển và kết nối các công đoạn sản xuất với nhau.

Hình 1.8 Ứng dụng Robot trong các hệ thống sản xuất linh hoạt.b Ứng dụng trong lĩnh vực gia công lắp ráp.

Các thao tác này thường được tự động hoá bởi các robot được gia công chính

Hình 1.9 Robot được sử dụng trong công đoạn cấp liệu và lắp ráp.c Ứng dụng trong các hệ thống y học, quân sự, khảo sát địa chất.

Ngày nay, việc sử dụng các tiện ích từ Robot đến các lĩnh vực quân sự, y tế, …rất được quan tâm Nhờ khả năng hoạt động ổn định và chính xác, Robot đặc biệt làtay máy được dùng trong kĩ thuật dò tìm, bệ phóng, và trong các ca phẫu thuật y khoavới độ tin cậy cao.

Hình 1.10 Các ứng dụng Robot trong các lĩnh vực thám hiểm, quân sự, vệ tinh

Ngoài ra, tuỳ thuộc vào các ứng dụng cụ thể khác mà Robot được thiết kế đểphục vụ cho các mục đích khác nhau, tận dụng được các ưu điểm lớn của chúng đồngthời thể hiện khả năng công nghệ trong quá trình làm việc.

1.3 Lý do chọn đề tài và các ứng dụng của đề tài.

1.3.1 Lý do chọn đề tài.

Khả năng di chuyển linh hoạt: Robot nhện, với nhiều chân và khả năng di

chuyển linh hoạt, có thể di chuyển qua các địa hình phức tạp mà các loại robotkhác gặp khó khăn Điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho cácứng dụng tìm kiếm và cứu hộ, thăm dò địa hình khó khăn, hoặc thậm chí trongcác môi trường không gian.

Khả năng vượt chướng ngại vật: Cấu trúc nhiều chân của robot nhện giúp

chúng dễ dàng vượt qua các chướng ngại vật Điều này hữu ích trong các tìnhhuống cần di chuyển qua môi trường nhiều chướng ngại như đống đổ nát sauthiên tai.

Tính ổn định cao: Với nhiều chân, robot nhện có khả năng giữ thăng bằng

tốt hơn trên các bề mặt không đều hoặc trong quá trình thực hiện các nhiệm vụyêu cầu độ chính xác cao.

Tính thẩm mỹ và sự độc đáo: Robot nhện có thiết kế độc đáo và thu hút sự

chú ý, điều này có thể tạo nên sự hứng thú và khích lệ trong việc học tập vànghiên cứu kỹ thuật.

Đặc điểm: Robot nhện có thể di chuyển qua các địa hình gồ ghề, hẹp vàkhông đồng đều trong các hang động hoặc dưới đáy biển.

Ví dụ: Sử dụng để thu thập mẫu, nghiên cứu sinh vật biển và khảo sát cácvùng chưa được khám phá.

Xử lý bom và vật liệu nguy hiểm:

Đặc điểm: Robot nhện có thể tiếp cận và xử lý các thiết bị nổ hoặc vậtliệu nguy hiểm mà không gây nguy hiểm cho con người.

Ví dụ: Dùng trong các nhiệm vụ phá hủy hoặc xử lý bom mìn.

d Công nghiệp và Xây dựng

Kiểm tra và bảo trì:

Đặc điểm: Robot nhện có thể leo trèo và di chuyển trên các cấu trúc phứctạp để kiểm tra và bảo trì.

Ví dụ: Sử dụng để kiểm tra các ống dẫn dầu, khí, cầu đường, và các tòanhà cao tầng.

Thực hiện các công việc nguy hiểm:

Đặc điểm: Robot nhện có thể thực hiện các công việc trong môi trườngnguy hiểm như trong các khu vực có chất phóng xạ, nhiệt độ cao, hoặc môitrường độc hại.

Ví dụ: Dùng để hàn, cắt hoặc xử lý các vật liệu trong môi trường côngnghiệp nguy hiểm.

Phục vụ chăm sóc người già và người khuyết tật:

Đặc điểm: Robot nhện có thể hỗ trợ di chuyển, chăm sóc và theo dõi sứckhỏe của người già và người khuyết tật.

Ví dụ: Dùng trong các cơ sở chăm sóc sức khỏe để hỗ trợ việc di chuyểnvà chăm sóc cá nhân.

f Giáo dục và n ghiên cứu k hoa học

Hình 1.12 Robot nhện trong học tập và chế tạo cho sinh viên

Nghiên cứu trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy:

Đặc điểm: Robot nhện cung cấp một nền tảng để nghiên cứu và phát triểncác thuật toán AI và học máy trong việc điều khiển và điều hướng.

Ví dụ: Sử dụng để phát triển và thử nghiệm các hệ thống điều khiển tựđộng và học sâu.

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ SẢN PHẨM2.1 Sơ đồ khối.

2.1.1 Sơ đồ khối.

Hình 2.1 Sơ đồ khối

2.1.2 Công dụng của các khối.

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho các các khối còn lại trong hệ thống.- Khối điều khiển: Nhận và xuất các tín hiệu theo yêu cầu mà đề ra trong hệthống.

- Khối điều khiển từ xa: Xuất tín hiệu từ xa cho khối điều khiển.- Khối chấp hành: Chấp hành tín hiệu nhận được từ khối điều khiển.

2.2.Lựa chọn thiết bị.

2.2.1 Arduino Mega2560.

Arduino Mega 2560 là một board vi điều khiển mạnh mẽ dựa trên vi điềukhiển ATmega2560 của hãng Atmel Đây là một trong những board phổ biếnnhất trong dòng sản phẩm của Arduino, được thiết kế để phát triển các ứng dụngyêu cầu nhiều chân kết nối và bộ nhớ lớn.

Hình 2.2 Thành phần của 1 arduino Mega2560

54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)16 đầu vào analog,

4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng),1 thạch anh 16 MHz,

1 cổng kết nối USB,1 jack cắm điện,1 đầu ICSP,

1 nút reset.

Hình 2.3 Sơ đồ công dụng các chân arduino Mega2560.

5 Chân GND3 chân 5V1 chân 3.3v1 nút reset16 chân analog4 chân UART

54 Chân digital trong đó có 15 chân chúng ta có thể sử dụng như PWM6 Chân lập trình ISP

2.2.2 động cơ servo MG996.

MG996R là động cơ servo bánh răng kim loại với mô-men xoắn cực đại11 kg / cm Giống như các RC servo khác, động cơ quay từ 0 đến 180 độ dựatrên chu kỳ hoạt động của sóng PWM được cung cấp cho chân tín hiệu của nó.

Hình 2.4 Động cơ servo MG996

Tính năng của động cơ Servo MG996R

Điện áp hoạt động thường là + 5V.Hiện tại: 2.5A (6V).

Mô-men xoắn gian hàng: 9,4 kg / cm (ở 4,8V).

Mô-men xoắn cực đại của gian hàng: 11 kg / cm (6V).Tốc độ hoạt động là 0,17 s / 60 °.

Loại bánh răng: Kim loại.Xoay: 0 ° -180 °.

Trọng lượng của động cơ: 55gm.Gói bao gồm còi bánh răng và ốc vít.

2.2.3 Remote điều khiển PS2.

Remote PS2 là một thuật ngữ chỉ việc sử dụng điều khiển từ xa để điềukhiển các thiết bị hoặc máy chơi game PlayStation 2 (PS2) Điều khiển từ xa

này có thể kết nối qua cổng hồng ngoại hoặc các thiết bị ngoại vi không dâykhác, cho phép người dùng điều khiển máy chơi game từ xa mà không cần sửdụng tay cầm truyền thống.

Hình 2.5 Remote điều khiển PS2.

Điện áp bộ thu: 3.3VDC

Tay cầm PS2, vật liệu ABS chất lượng cao.

Công nghệ nhận không dây 2.4GHz, khoảng cách có thể lên đến 10m.Chế độ hoạt động kỹ thuật số / analog, có thể được chuyển bất cứ lúc nào,

có đèn báo

4-trục 12-nút thiết kế để đáp ứng nhu cầu của các nút trò chơi (chế độ kỹthuật số: 2-trục 10 nút; chế độ tương tự: 4-trục 12 nút).

Kết nối nhanh, phản ứng nhanh, không chậm trễ.

Hỗ trợ USB1.1 / 2.0 (yêu cầu bổ sung USB để PS2 chuyển đổi)Hỗ trợ WIN 98 / ME / 2000 / XP / Vista

Nguồn: 2 pin AAA

2.2.4 Pin LI-PO.

Hình 2.6 Pin LI-PO

Dung lượng pin: 2200mah.

Loại sản phẩm: Polymer (hay còn gọi là Li-Po) có thể sạc lại pin.Điện áp: 3S – 11.1V.

Số xả C liên tục: 30C.

Pin Monolithic kháng: ≤2 milliohms.

Dòng xả: 2200mAh- 30c =66000mhA=66A.Dòng sạc: 0.5-1A.

Điện áp Monolithic: 3.7V.Điện áp 1s đầy: 4.2V.

Điện áp pin chuẩn 3S: 12.4V ± 1 .Điện áp định mức: 11.1V.

Dây cắm xả: jack chuối 3.5MMTrọng lượng: 0.253 kg.

Kích thước (L x W x H): 15.50x6.30x6.50 cm/6.1x2.48x2.56 inches

2.3 Sơ đồ nguyên lý.

Hình 2.7 Sơ đồ mô phỏng trên Proteus

2.4 Thiết kế sơ đồ bản vẽ.

Hình 2.8 Khớp số 1

Hình 2.9 Khớp số 2

Hình 2.11 Bản vẽ mặt dưới cuả khung chính

Hình 2.12 Bản vẽ giá đỡ động cơ MG996

Hình 2.13 Bản vẽ lắp ráp hoàn thiện

2.5 Lưu đồ thuật toán.

2.6 Chương trình điều khiển.

Quy định số chân robot

Hình 2.15 Quy định số chân của robot

#define PS2_SEL51 // Chân chọn

#define PS2_CLK50 // Chân xung

PS2X ps2x;int A;

// Khai báo các servo

Servo servo1, servo2, servo3, servo4, servo5,

servo6, servo7, servo8, servo9, servo10, servo11,

servo12, servo13, servo14, servo15, servo16, servo17, servo18;

Serial.begin(9600);

ps2x.config_gamepad(PS2_CLK, PS2_CMD, PS2_SEL, PS2_DAT, true, true);

// Gán các chân điềAu khiềCn cho từng servo

servo1.attach(42); servo2.attach(43); servo3.attach(44); servo4.attach(22); servo5.attach(23); servo6.attach(24); servo7.attach(38); servo8.attach(39); servo9.attach(40); servo10.attach(27); servo11.attach(28); servo12.attach(29); servo13.attach(34); servo14.attach(36); servo15.attach(37); servo16.attach(30); servo17.attach(31); servo18.attach(32);

Serial.println("PS2 Controller Ready!");

} else if (ps2x.Button(PSB_PAD_DOWN)){

servo1.write(60); // Giữ chân 1 ởC vị trí trước

servo2.write(100); // Đặt chân 1 xuốTng

servo3.write(110); delay(100);

servo4.write(120); // Giữ chân 2 ởC vị trí trước

servo5.write(90); // Đặt chân 2 xuốTng

servo6.write(70);