báo cáo Đồ án 1 thiết kế và thi công robot dò line vượt Địa hìn

Ngành công nghiệp tự động hóa ngày càng có vai trò quan trọng và hết sức cần thiết để đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, nhất là trong tiến trình công nghiệp - hiện đại hóa nhanh n

BO CONG THUONG

TRƯỞNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1

THIẾT KẾ VA THI CONG

ROBOT DO LINE VUOT DIA HINH

PO AN HOC PHAN 1 GVHD: ThS Nguyén Phú Công

ĐỒ AN HOC PHAN 1 GVHD: ThS Nguyễn Phú Công

Người nhận xét

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH cone NOM THỰC PHẨM GÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP HCM ngày 05 tháng 06 nam 2021 DECUONG CHI TIET

Thời gian thực hiện: Từ ngày 05/03/2020 đến ngày 12/06/2020

N6i dung dé tai:

Tim hiéu ly thuyét

Lap trinh do line

Viết báo cáo

LOI CAM DOAN

mm

Em xin cam đoan bài báo cáo của đ tài Thiết kế và thi công robot dò line vượt địa hình do sinh viên Nghiêm Đình Thắng — 2032190189 tổng hợp lại từ quá trình nghiên cưy u vax thưc hiên Các số liệu, hình ảnh, thông tin trong bài báo cáo này lax trung thư vax không sao chép tử bất kỳ bài nào của nhóm khác

c

Cawc taxi liêu đượư{ dung trong báo cáo cow ghi ngu lôi gốc, xuất xưwy ro| raxng

€

TP.HCM, ngày Š tháng 6 năm 202] Người cam đoan:

Nghiêm Đình Thắng

LOI CAM ON

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố H Chí Minh và khoa Công nghệ Điện - Điện tử đã tạo điâi kiện để sinh viên chúng em có một mồi trưởng làm việc học tập thoải mái v`êcơ

sở hạ tầng cũng như cơ sở vật chất

Em cũng xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Phú Công — Giảng viên phụ trách

bộ môn “Ð'ôán học ph3n 1” - khoa Công nghệ Điện- Điện tử trưởng Đại học Công

nghiệp Thực phẩm Thành phố H ôChí Minh đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện bài tập lớn này !

Ð ôán môn học 1 là bài đán đẦi tiên trong chương trình học của em, nên đây là

`^“ `^“

d Gan rat quan trong, la n% tang để em thực hiện những đ ôán sau này

`^“

Trong quá trình thực hiện đ ôán, được sự giúp đỡ của th Nguyễn Phú Công nên

em đã tiếp thu được nhi `âi kiến thức quý báu giúp em trong quá trình học và làm việc của em trong tương lai: Được tiếp xúc với vi điâi khiển họ AVR (Atmega8), mach

di khiển động cơ L298, mã ngu ni mở IDE, ngôn ngữ lập trình C/C++, v.v Trong quá trình thực hiện, do em chưa có nhi 'âi kinh nghiệm nên không tránh khỏi những sai sót Mong nhận được sự góp ý của th để được hoàn thiện hơn Một In nữa em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của quý thẦ% trong quá trình thực hiện bài tập lớn để em hoàn thành bài tập này và mong được sự giúp đỡ

MAY

của th trong các dự án, đ ôán, môn học sau

Em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày Š tháng 6 năm 202] Sinh Viên Thực Hiện

Nghiêm Đình Thắng

MUC LUC

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUONG DANvcccccsssssssssssccccecsssssssssssssceseessnsssseessess i

DE CUONG CHI TIET 11 .sseccsssscssseessstesseteccesecseseesescesnscrsesrssossssserseressersesersastenstes iv

LOT CAM DOAN cesssccsssssccssssssccsssssssssssssscssssssscssssssssesssssesesssssssssusssssessssssssssssssesssssssssss v 99.9190 vi MỤC LỤC L0 0200 000009000000 00202007 2 gu nọ cu và vii MUC LUC HINH ANH ssscsssssssccsssssssssssssesesssssscesssssssessnssessssssssssonsessessnnsssessesesnsstens ix MỤC LỤC BẢNG 2222-22222222222222222223212222232222223222222222222225222 2222 xii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, -++2222222222222.+++22222222222222222222 xiii

LỠI MỞ ĐẦẦU 22.222 22222222222210222212222122222222222222322222222222222222222222 1 CHUONG 1: TONG QUAN VE ROBOT ssssssssccssssssssssssssssssssssssssssssssssssessssesessass 2

1.1 Tong quan v €Robot di d6ng (Mobile Robot) eee secsssssssssssssseescocecssensessess 2

1.1.1 Phân loại Mobile rOOI: - + L2 1 22 0200020022022 ng ni cọ 2 1.1.2 Cách định hướng di chuyển của Mobile Roboit: :- 22c c2 223222152 3 1.2 Ứng dụng của Mobile rOboI( c1 1230200000020 000000 010100 K1 100v tt vs ng sóc 7

1.3 Các công trình nghiên cứu liÊn QUaH 2-22 2222212 23201021200 01122311115 2x5 13

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾTT .2¿2¿:22222+222222+s222v2reevvr22ve2 16 2.1 YÊU C ẩi L LH HH in nọ bì 16 V0 và: ¡08 addẬgẬg,Ạ,4HẬẦẬ)Hậằ)Â.)L ÔỎ 17 2.3 Cấu trúc robot( LH HT 00g Ung Qua 17

2.3.1 Danh sách các linh kiện được sử dụng . - 2: E1 2111231112311 553 111115525 x22 17 2.3.2 Chi tiết linh kiện và thông số kỹ thuậtt 00000 020020112522255 51151511, 18

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ THỰC HIỆN -:-22-22222222222222222222222222s22c2a 26

3.2 Ly thuryét thiét KO ee seescescessccececoseessesseesssessseseecoseessessesssessneesssecessseessneneaes 27 3.3 Thiết kế sản phẩm và giải thudt di G1 kKhieD ssssscecesscecesreeseeeseseecoreesteeseeeens 28 3.3.1 Ý tưởng giải thuật -¿ .L.222L 22L 32 32,13, HH HH, 28 3.3.2 Sơ đ Ôkết nỐi LH HT HH TH nha 29 3.4 Mô hình xe robot thực tẾ LH TT ng ni xà 31 3.5 Thiét K€ thuat todm sscsscsssessssssessssssseescosssssesseessessssssssecosssecessossesseesnteees 33 3.5.1 Giải thuật dÒ line - - L LH LH H02 100 TH họ án cà cà, 33 3.5.2 Phân tích chuyển động - - - CC C2 1020000 HS KTS ng TH Su nh y cấy 35 3.5.3 Sơ đ ôgiải thuật đi li khiểnchương trình - c7 cssss+ 36 3.5.4 Các vị trí đương line đặc biỆt - 20 00020 2002100010120 11120111 1v 525 c2y 37

3.6 Chương trình viết trên Arduino IDE((Code ) c ca n ng ng Hy sn, 41

CHUONG 4 KET LUAN ssscssssscsssssscssssscsssssesssssessnssecsssssesssssssssssstenssstesssstssasstsssess 52

4.2 Hướng phát triển cho đổ Êtài - c0 HT g1 1S 011 555055255 c2 52

TÀI LIỆU THAM KHAO ec ccscscssssescssssssssessssessssssessrsssesesesssusseseaussssesessssesssesessesssees 54

MỤC LỤC HÌNH ANH

Hinh 1.4 Magnetic spot øuIdanCe - - - 2c CC 0000053335020 0000005 H1 1H15 nền 4

Hình 1.5 Khoảng không tính toán (Dead-reckoning) - -ccssccssxcssei 5 Hình 1.6 Nguyên tắc hoạt đông magnetic guidace - - :-:-: -:-+:22+2+zszs+s+2 5 Hình 1.7 Wire guldance - L Q00 TH HH kg và 6 Hình 1.8 Robot Opportunity của NASA 2L 2L HH hen 7 Hình 1.9 Robot Scorpion của TOSHIBA Q C2 HH1 TH HH HH HH HH HH cọc 8 Hình 1.10 Robot vận chuyển hàng hóa trong kho hàng tư động Amazon 9 Hình 1.11 Robot hút bụi Xiaomi Roborock en 3 - cc n Hs 9 Hình 1.12 Một robot chiến đấu của quân đội Mỹ, -.c- c2 10 Hình 1.13 Một nhà hàng ở Hà Lan sử dụng Robot để phục vụ 11

ĐfUOS L0 H0 HT Họ họ gọi nhờ nà 12

Hình 1.16 Robot dò line “The Chariot” (a) và so’ d Gnguyén lý của nó (bì 14 Hinh 1.17 Robot do line Silvestre (a) và sơ đ ônguyên lý (b) 14 Hình 1.18 Mô hình xe dò line “Fireball” (a) và sơ đ nguyên lý (b) 15

Hình 2.1 Sơ đ Ôsânthi đấtu - GD TH TH TH TH gọn niên 16 Hình 2.2 Kich thurGrc d&c lén XuGNg ee eseseescesececcsreeseseceseeseessessessesseessnesssesereesteess 17

Hình 2.3 Nguyên lý thu phát của cảm biến dò line -: -222222 2221222225 s222sxs 18

Hình 2.4 Module cảm biến h ng ngOaii - - - - c E E112 221023000011103530 33 K11 SE SE S55 8 se: 19

Hình 2.5 Board Arduino Uno ÏÑ3 - c2 22 12302100301 HH ghe g 19 Hình 2.6 Sơ đ ôchân Arduino Uno R3 12 21232302322 3n vn 2y sec 20 Hình 2.7 Nguyên lý mạch cầu H., 2: 22 222 222312231221 23 32 2y 22 Hình 2.8 Module LL228N, - - 2L LH 0000000000 00002 hy 22 Hình 2.9 Sơ đ ôkhối bêntrong L298N -L 2L 2 1h hs ca 23 Hình 2.10 Cấu trúc chân racủa L298N LH 0200212 H TT ng HH nền 23 Hình 2.1 1 Gear mofOr DC -. - - L2 2 2002005000000 02002002000 0200 vn vn uc 24

Hình 2.12 Cell pin sạc I8GS5Ô HH HH HH 0n cờ 25

Hình 3.1 Sân thị đấu - - LH T20 020000000000200020 Q20 00200200000 H121 20 vn s2 26 Hình 3.2 Sơ đ ôsân Robot VượtĐịa Hình cac ca 2221 2y 2 13 2x 23c 27 Hình 3.3 Kích thước dốc lên-Xuống :- :c c1 00000000000 008010050050 0111115525 1231 5y 27 Hình 3.4 Sơ đ`ôkhối hệ thốngởi 'â1 khiển - : 2: 22 2.22222222222222 2222 29 Hình 3.5 Sơ đ ÔkếT nốii 000000000 TT TH HH TH nh ng hy 29 Hình 3.6 Ảnh mặt trên .222:22222+2222222+1222222+222222+1222222+222+i222222ver 22222: 32 Hình 3.7 Ảnh mặt trước : .:::¿+222+++122223211222131122221511122111E12221E125EL.2LLre 33 Hình 3.8 Ảnh mặt sau 2c 2222212211 221221512112112215 112211 2211221221101 201001212111 và, 33 Hình 3.9 Ảnh mặt dưới -2:¿::22222+11222222112222552222223112222122122ELLLLLELELLree 33

Hình 3.10 Vị trí cảm biến đặt trên b ` mặtt 2c 2E 2010122201 111555521111 ssccáy 34

Hình 3.11 Các siá trị lệch của cảm biếTn - - TC 20020020000000030 00101005 25 11555555525 x52 34 Hình 3.12 Chi`âi chuyển động của bánh xe - 221 1 2231 111235311125355 1155555155 scc 36 Hình 3.13 Sơ đ giải thuật L2 LH 0000 003003002120 1 92h n HH nh nh nên 37

Hình 3.14 Sơ đ`ôhướng di chuyểncủa robol -. c c2 0000220100120 11 1185 5115525 sy 38

Hinh 3.15 DONG CUA VUGME GC ccecccescssscsesssessesscsestesessssssessssscessesusisestsesssssess 39 Hình 3.16 Mô phỏng hướng di chuyển của robot khi rẽ øóc vuông 40 Hình 3.17 Hình ảnh phóng to của vị trí đặc biệt thứ ba .-. -2 40

MUC LUC BANG

Bang 1 Cac linh kién dwrorc stv dung trong robot ccccsscccessscecesssesesstssserssesevsrsssseeses 18

Bang 2 Théng sO ky thuat cla Uno R3 cecccecsccscsecccssessssscessseessceseuseesstsssesessessees 21 Bang 3 Các gid tri cảm biến Ứng VỚI VỊ YÍ X c0 0 21 3E SE S5 SH KE K23 3335 35

Bảng 4 Bảng mã hóa các siá trị cảm biếẾT - cQ T220 TH 20 HnH HH HE gu vn 35

DANH MUC CHU VIET TAT

Cổng kết nối cáp tiêu chuẩn cho

USB Universal Serial Bus máy tính cá nhân và các thiết bị

điện tử tiêu dùng

Tập hợp các mạch điện chứa các

linh kiện bán dẫn nhỏ

Phương pháp đi `âi chỉnh điện áp

PWM Pulse Width Modulation

ra tải

Integrated Development oo "

IDE Environment Môi trường phát triển tích hợp

PO AN HOC PHAN 1 GVHD: ThS Nguyén Phú Công

LỜI MỞ ĐẦU

Tự động hóa là tổng hợp của nhỉ `âi lĩnh vực như điện, điện tử, cơ điện tử, cơ khí,

đi `âi khiển và công nghệ thông tin Các lĩnh vực này kết hợp lại với nhau tạo thành các

hệ thống tự động hóa và cao hơn nữa là tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất Ngành công nghiệp tự động hóa ngày càng có vai trò quan trọng và hết sức cần thiết để đáp ứng các mục tiêu phát triển kinh tế, nhất là trong tiến trình công nghiệp - hiện đại hóa nhanh như hiện nay Nó đòi hỏi một ngu nhân lực có trình độ cao để vận hành Một trong những sản phẩm phát triển tiêu biểu của ngành tự động hóa là robot Trên thế giới hiện nay có rất nhỉ 'âi loại robot:

Quy mô lớn như: Robot thăm dò thám hiểm vũ trụ, người máy trí tuệ nhân tạo, những cánh tay máy trong các dây chuy ân sản xuất - hệ thống sản xuất tự động

Nhỏ hơn là những robot có khả năng di chuyển, làm những công việc nguy hiểm thay thế con người, robot giúp người già, robot bán hàng, robot di động nhiầi dia hình v.v

Trong đ ôán này em thực hiện mô hình robot đò line vượt địa hình, so với những robot trên thì nó chỉ là một robot rất nhỏ và đơn giản nhưng đây là nền tảng để em làm được những dự án lớn hơn, có ích hơn trong quá trình học tập và làm việc của em sau này

PO AN HOC PHAN 1 GVHD: ThS Nguyễn Phú Công

CHƯƠNG 1: TONG QUAN V EROBOT

1.1 T6éng quan v €Robot di động (Mobile Robot)

Trong các họ robot, chúng ta không thể không nhắc tới Mobile Robot với những đặt thù riêng mà những loại robot khác không có Mobile robot có khả năng tự di chuyển, có nghĩa là chúng có khả năng tự đi âI hướng trong một môi trưởng không biết trước mà không cân các thiết bị hướng dẫn vật lý hoặc cơ điện Ngoài ra, mobile robot

có thể dựa vào các thiết bị hướng dẫn cho phép nó di chuyển trên tuyến đường dẫn

được xác định trước trong không gian được cho trước (robot tự đi`âi khiển), khác với các loại robot công nghiệp thường đặt øgn như cố định và hoạt động bằng các cánh tay robot

1.1.1 Phân loại Mobile Robot:

Mobile robot có thể được phân loại theo các cách sau:

* Phân loại theo môi trưởng mà chúng di chuyển:

- Robot ngoài trởi và robot trong nhà Thông thưởng chùng đước lấp bánh xe nhưng cũng có khi được trang bị bánh xích hoặc chân giống người hoặc động vật

- Robot trên không: như các loại máy bay không người lái, drones,

- Robot dưới nước

a Robot chuyển động bằng bánh xe b Robot chuyển động bằng bánh

xích Hình 1.1 Robot chuyển động bằng bánh xe

a Robot 6 chan gidng con nhện b “Ché Robot” di chuyén bang 4 chan

Hình 1.2 Robot chuyển động bằng chân

* Phân loại theo phương pháp di chuyển:

- Robot di chuyén bằng bánh xe (hình I.1.a)

Tia laser được phát ra từ Mobile robot sẽ duoc truy đến các mốc được đặt trong khu vực hoạt động như (hình 1.3) Khoảng cách và góc từ Mobile robot đến các mốc sẽ

được truy ` đến bộ xử lý để tính toán vị trí Mobile robot, từ đó truy `& tín hiệu để Mobile robot đi đúng hướng đến vị trí mong muốn

* Đặc điểm:

- Bản đ ôhoạt động của Mobile robot được lưu trữ trước trong bô nhớ

- Đường đi của Mobile robot có thể dễ dáng được thay đổi và mở rộng

- Đây là phương pháp dẫn hướng chính xác nhất

b Magnetic spot guidance (hay con goi la điểm từ)

Hinh 1.4 Magnetic spot guidance Các điểm từ được đặt trước trên n` nhà như (hình 1.4) Bộ cảm biến từ được lấp trên robot sẽ cảm biến trên robot sẽ nhận diện các điểm từ này Ứng với mỗi điểm từ sẽ

có một lệnh được cài đặt sẵn từ trước cho robot (đi thẳng, rẽ trái/ phải 90°, .) Robot

sẽ thực hiện lệnh đó cho đến khi gặp phải một điểm từ khác Khoảng di chuyển giữa 2 điểm từ gọi là khoảng không tính toán (dead-reckoning) (hình 1.5)

- Đường đi được quy định bằng các điểm từ

- Đường dẫn gián đoạn

- Hệ thống đường dẫn có thể thay đổi

- Sai lệch khi di chuyển phụ thuộc vào độ chính xác của cảm biến từ

- Hệ thống có thể mở rộng mà không ảnh hưởng đến cơ sở vật chất

c Magnetic Tape guidance (hay còn gọi là băng tử)

Hình 1.6 Nguyên tắc hoạt động magnetic guidace

Giống như điểm từ, băng từ được dán trước trên sàn để tạo vùng hoạt động

cho robot Robot được trang bị cảm biến để nhận diện băng từ, đi theo băng từ để

đi đến điểm mong muốn (hình 1.6)

* Đặc điểm:

- Đường dẫn được quy định bới băng từ

- Hệ thông đường dẫn liên tục

- Hệ thống đường dẫn thay đổi hoặc đi `âi chỉnh dễ dàng

- Sai lệch khi di chuyển phụ thuộc vào độ chính xác của cảm biến từ

thể hiện như hình 1.7 Chi tiết v`ềxe dò line sẽ được trình bày ở các ph tiếp theo

* Đặc điểm:

- Đường dẫn được quy định bởi line dẫn

- Hệ thông đường dẫn liên tục

- Hệ thống đường dẫn thay đổi hoặc đi `âi chỉnh dễ dàng, hệ thống dễ dàng

mở rộng.

- Sai lệch khi di chuyển phụ thuộc vào độ chính xác của cảm biến

1.2 Ứng dụng của Mobile robot

Mobile robot được sử dụng phổ biến để thực hiện những công việc mà con người khó thực hiện và thậm chí không thực hiện được: làm những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, làm việc trong môi trưởng nguy hiểm (như lò phản ứng hạt nhân, dò phá mìn trong quân sự), thám hiểm không gian vũ trụ

Hình 1.8 Robot Opportunity của NASA Những nơi con người không thể đặt chân được như b`êềmặt hành tính khác, b`ãnặt long biển sâu, người ta phải dùng robot tự hành với cầi trúc đặt biệt Robot Opportunity (hình 1.8) được NASA gửi lên Sao Hỏa vào năm 2003 trong nhiệm vụ thám hiểm sao Hỏa 90 ngày Robot có thể hoàn toàn đi `âầi khiển từ xa được tử b`êmặt Trái Đất, nhưng cũng có thể tự động thực hiện công việc một cách độc lập Trong 15 năm làm việc, Opportunity đã không ngừng di chuyển, đưa ra các quan sát khoa học và báo cáo lại cho Trái Đất với thời gian dài hơn 55 Lần tuổi thọ thiết kế của nó Cho đến năm 2018, Opportunity đã đi được quãng đường 45,16 km trong suốt quãng đời của mình trước khi ngưng hoạt động hoàn toàn

Robot nói chung và mobile robot nói riêng có thể được thiết kế và vận hành thay thế hoàn toàn cơn người trong các môi trưởng độc hại Hình 1.9 cho thấy Robot Scorpion do céng ty Toshiba thiết kế (2015) trong nhiệm vụ dọn dẹp nhà máy hạt nhân sau sự cố hạt nhân Fukushima, Nhật Bản h` năm 201 1

Hình 1.9 Robot Scorpion của TOSHIBA Trong công nghiệp, mobile robot thưởng được sử dụng chủ yếu để di chuyển các thiết bị, mang vác các nguyên vật liệu nặng và các phụ kiện cần thiết Mobile robot được ứng dụng rộng rãi đặt biệt trong các kho hàng, để vận chuyển và phân phối hàng hóa (hình 1.10) Robot thường được dẫn hướng bằng các đường line, băng từ đặt dưới sàn và được lập trình để thực hiện một số công việc nhất định

Hinh 1.11 Robot hut bui Xiaomi Roborock Gen 3

Ngoài ra, mobile không chỉ được sử dụng trong công nghiệp mà cả trong lĩnh vực quân sự và cuộc sống hàng ngày Robot hút bụi Xiaomi Roborock Gen 3 (ra mất năm

2019) (hình 1.11) có khả năng tìm đường di v dock sac vGi thoi gian ngén nhat, bat chấp mọi loại bản đ`ôphức tạp Robot được trang bị thuật toán thiết lập bản đ`ồnhà và khoảng đường thông minh nhất Ngươi dùng cũng có thể thiết lập và phân vùng bản đ ồ bằng điện thoại thông minh Trong quân sự, robot được trang bị súng, radar và di chuyển linh hoạt trân các địa hình (hình 1.12)

Hình 1.12 Một robot chiến đấu của quân đội Mỹ

Hình 1.13 Một nhà hàng ở Hà Lan sử dụng Robot để phục vụ

Mobile Robot có thể được sử dụng để phục vụ trong các nhà hàng như (hình 1.13) Phương pháp định hướng của robot này là dùng cảm biến tử (magnetic sensors tracking) dé di theo bang tt (magnetic tape) duoc dan san trén nn Ngoai ra, robot nay còn có thể được đi âi khiển tử xa và tránh được chướng ngại vật

Trong lĩnh vực điện ảnh giải trí, robot là một chủ đ`êkhông thể thiếu được của các

bộ phim khoa học viễn tưởng Những bộ phim vềđ tài robot luôn luôn ăn khách và giúp cho nhà sản xuất kiếm được hàng tỷ đô la doanh thu phòng vé

Hình 1.14 Nhân vật người máy T-800 trong phim The Terminator 2: Judgment Day

(1991) (Kẻ hủy diệt 2: Ngày phán xét ) của đạo diễn James Cameron

Hình 1.15 Robot Wall - E trong tác phẩm điện ảnh cùng tên của hãng Pixar Animation

Studios

1.3 Các công trình nghiên cứu liên quan

Robot do line (Line following robot) la mét dang robot di động (mobile robot) di chuyển bằng bánh xe Robot sẽ di chuyển bám theo các đường Line được vẽ/dán trên mặt đất Quỹ đạo di chuyển của robot phụ thuộc vào sa bàn của hệ thống các đường Line được vẽ/dán sẵn Phần này trình bày v`êmột số mô hình nguyên lý đã xuất hiện trong các cuộc thi trước khi bất đi vào công việc thiết kế hệ thống cơ khí, điện, đi âi khiển

Một số mô hình robot dò line trong các cuộc thi

AL OSA

Có nhi ân thiết kế v`êrobot dò line được sử dụng trong các cuộc thi Dưới đây là một số mô hình các robot dò line được sử dụng và đạt giải cao trong các kỳ thi ngoài nước:

* Chariot: M6 hinh xe Chariot (hình 1.16) vênhì cuộc thị LV Bots April line following

- Xe có trọng lượng: 210 (gram)

- Kết cấu xe: 2 bánh sau chủ động, 1 bánh trước tự lựa

- Xe sử dụng động cơ DC Servo, thanh cảm biến h ông ngoại g Gn 6 sensor QTR- 8RC

- Ph3n cứng trung tém ctia xe 1a vi di khién A- Start 32u4 Mini LV (MCU Atmega32u4), cau triic đi `âi khiển tập trung, bộ đi `âi khiển PID

- Xe có vận tốc qua khúc cua cao, có thể thực hiện được góc cua cong với bán kính nhỏ

O

a Robot do line “The Chariot b So d G6nguyén ly xe “The Chariot”

Hình 1.16 Robot do line “The Chariot” (a) va so: d 6nguyén ly cia né (b)

* Silvestre: M6 hinh xe Silvestre (hinh 1.14) dat giai v6 dich Cosmo bot 2012

- Xe có trọng lượng: 250 (gram) Kết cấu xe: 2 bánh sau chủ động, 2 bánh trước tự lựa

- Xe sử dụng động cơ DC Servo (Maxon DC Motor), thanh cảm biến h ông ngoại

* Fireball: Mô hinh va so d6nguyén ly xe do line Fireball như trong hình Xe Hire đạt được các giải thưởng cao trong các cuộc thi Bot Brawl (2010) ở Peoria; ChiBot’s Fall (2010) ở I hobby Expo

- Xe sử dụng động cơ DC Servo (Maxon DC Motor), thanh cảm biến h`ng ngoại

g Gm 8 sensor QTR-8RC

- PhẦn trung tâm của xe là vi đi 'ât khiển Parallax Propeller

- Xe có khối lượng nhẹ, kết cấu cân bằng tốt nhưng khi bo cua dễ xảy ra hiện tượng trượt bánh

a Robot do line “Fireball” b So d Gnguyén ly xe “Fireball”

Hình 1.18 Mô hình xe do line “Fireball” (a) va so’ d Gnguyén ly (b)

CHUONG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Yêu cần

Ð ôán môn học Thiết kế hệ thống cơ điện tử yêu câ¡ sinh viên thực hiện thiết kẽ, chế tạo và đi`âi khiển robot dò line (Line following robot) Robot sau khi hoàn thành phải đúng kích thước như yêu cù và di chuyển đúng theo sa bàn line phẳng có địa hình, quỹ đạo di chuyển: Xuất phát I (hoặc 2) LI Cầi vượt 1 (hoặc 3) L] Cầi vượt

2 T Vượt sông L] Hoàn thành như hình 2.1 và các kích thước c3, sông như hình 2.2

Cw vuot 1.2 Vuot sdng 1.2 Hoàn thành I2

Hình 2.2 Kích thước dốc lên xuống 2.2 Mục tiêu

Do yêu cẦi của đán môn học là thiết kế, chế tạo và đi`âi khiển nên mục tiêu quan trọng nhất của robot dò line là bám line ổn định nhất có thể và thỏa mãn các yêu

c 4 địa hình của cuộc thi

2.3 Cấu trúc robot

2.3.1 Danh sách các linh kiện được sử dụng

- _ Bốn bánh xe được nối với 4 motor truy động cho xe

- —_ Bo mạch chủ Arduino UỦno R3 dùng chíp AVR Atmega328 để tiếp nhận tín hiệu

từ sensor và phát lệnh ra cho Driver đi âi khiển hoạt động của xe

- Driver L298N nhận tín hiệu đi`âi khiển tử bo mạch chủ và đi `âi khiển động cơ truy â động

- —_ Hệ thống dò đương ( Sensor) ø ân 5 cặp led thu/phát h ông ngoại

- _ Năng lượng cho robot hoạt động g Gm 2 pin cell 18650

Day Cam Breadboard 20cm (F-F Jumper Wire) | 27 Day

Bang 1 Các linh kiện được sử dụng trong robot 2.3.2 Chi tiết lĩnh kiện và thông số kỹ thuật

a, Module cam biến h ông ngoại

Cảm biến h ông ngoại có 2 cặp Led thu/phát hông ngoại, hoạt động trên nguyên tắc phản xa ánh sáng (Led phát làm nhiệm vụ phát ra ánh sáng hồng ngoại, khi gặp vật cán hoặc b`êmặt sáng ánh sáng này sẽ được phản xạ lại và Led thu làm nhiệm vụ thu lại ánh sáng phản xạ đó)

Cảm biến xuất ra tín hiệu digital (mức 0 và l) tại các điểm cảm ứng, có độ chính xác cao và dễ dàng lập trình dựa trên thư viện của nhà sản xuất Rất phù hợp cho các ứng dụng dò line

H Ngõ ra dạng tín hiệu số và analog dễ dàng cho vi đi `âi khiển

H Có LED hiện thị ngõ ra cho từng cảm biến

_Ngõ ra g ồn 1 chân tín hiệu của cảm biến dạng số và 2 ngõ vào cấp ngu

cho thiết bị

[1L 6 chân vào analog

O 1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz

O 1 cong két ndi USB

O 1 jack cém dién

O 1đâIICSP

O l1 nút reset

7- 12VDC

Các chân nguồn cay a x ap eonae an nap ain

Power & Aux I/O- BI | trình mới để làm nhiệm vụ khác

General |/O Cac chan I/O Analog |/O

ATMega 328 MCU MCU Programming connector (ICSP)

Giắc nạp chương trình cho Atmega328 MCU

Dùng nap Bootloader cho Arduino Hình 2.6 So d6chan Arduino Uno R3

* Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3

Điện áp vào (giới hạn) 6V-20V

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50mA

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O 30mA

Bảng 2 Thông số kỹ thuật của Uno R3

c, Module đi`âi khiển động cơ L298N (Driver)

Mạch đi ầi khiển động cơ DC L298N có khả năng đi ầi khiển 2 động cơ DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diode bao vé va IC ngu ôn 7805 giúp cấp ngu 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu ngu i cấp <12VDC)

Mach đi 'âi khiển động cơ DC L298N dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ lắp đặt, là sự lựa

chọn tối ưu trong tầm giá

Trong mỗi IC L298N được tích hợp 2 cầi H, mỗi c`âi H chịu được dòng 2 Ampe

Khi nối các chân có cùng chức năng của 2 c3 H trên IC với nhau thì IC có thể cung cấp được dòng 4 Ampe đủ để cho động cơ hoạt động hết công suất

CẦn gắn tản nhiệt cho IC L298 vì trong quá trình hoạt động IC rất nóng dễ hỏng

IC

Nguyên lý đi âi khiển của mạch câi H:

Để đi ầi khiển hướng quay, chúng ta chỉ c3n đảo ngược hướng của dòng điện qua động cơ và phương pháp phổ biến nhất là chúng ta sử dụng mạch c3: H Một mạch c3i H chứa 4 chân chuyển mạch, điện trở hoặc MOSFET Bằng cách kích hoạt hai công tắc cùng một lúc, chúng ta có thể thay đổi đổi hướng của dòng điện, do đó thay đổi hướng của động cơ Do đó chúng ta có thể hoàn toàn kiểm soát được động cơ DC

H-Bridge

Active

Active Transistor/ MOSFET

O IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver

O Điện áp đầi vào: 5-~30VDC

[LH Công suất tối đa: 25W 1 cH (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất có định 25W)

1 Dòng tối đa cho mỗi ci H là: 2A

H1 Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss

Hình 2.10 Cấu trúc chân ra của L298N

d, Gear motor (mô tơ giảm tốc )

Động cơ DC giảm tốc VI 1:48 kèm bánh xe là loại được lựa chon va sử dụng nhỉ ân