Thiết kế và chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa

i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa ” em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Trần Văn Hùng đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình để em có thể hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn cơ điện tử đã giảng dạy, cung cấp cho em nhiều kiến thức, đồ dùng trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Nha Trang. Xin chân thành cảm ơn các bạn trong lớp 49CTU đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho trong quá trình làm đề tài để đề tài của mình được hoàn thiện hơn. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii Chương I : TỔNG QUAN ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 2 1.1. Những khái niệm chung về robot 3 1.2 Ứng dụng robot trong thực tế 4 1.3 Lý do chọn đề tài 7 1.4 Mục đích 7 1.5 Yêu cầu 7 Chương II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp nghiên cứu 8 2.1. Phương pháp nghiên cứu 9 2.2 Nội dung nghiên cứu 11 2.2.1. Các phương án thiết kế 11 2.2.1.1 Phương án 1: 11 2.2.1.2 Phương án 2: 11 2.2.1.3 Phương án 3: 12 2.2.2 Thiết kế chế tạo phần cơ khí 13 2.2.2.1 Quá trình chế tạo robot 13 2.2.2.2 Chế tạo phần khung 14 2.2.2.3 Chọn và gá động cơ 14 2.2.2.4 Chế tạo bánh tự lựa 15 2.2.2.5 Chế tạo bánh xe 15 2.2.3. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển 16 2.2.3.1. Sơ lược về vô tuyến điện từ 16 2.2.3.2. Sơ lược về ATMEGA32 18 2.2.3.3. Mô tả chân linh kiện 20 2.2.3.4. USART trong ATMEGA32 21 2.2.4 Sơ lược về PT2262 23 iii 2.2.5Sơ lược về PT2272 25 2.2.6.Modul Rf 27 2.2.7. Sơ lược về RS232 29 2.2.8. Sơ lược về Usb 2 com pl 2303 32 2.2.9. Sơ lược MODBUS 33 2.2.9.1. Phân loại 33 2.2.9.2. Cơ chế giao tiếp 33 2.2.9.3 Chế độ truyền 35 2.2.10. Cảm biến nhiệt độ 36 2.2.10.1 Sơ lược về LM35 36 2.2.10.2 Sơ lược về Ds18b20 38 2.2.12. Động cơ bước 43 2.2.13 Thiết kế phần mạch 46 2.2.13.1 Mạch nguồn 46 2.2.13.2 Mạch vi điều khiển 47 2.2.13.3 Thiết kế mạch giao tiếp 48 2.2.14. Thiết kế phần mềm 51 2.2.14.1 Giải thuật điều khiển robot 51 2.2.14.2. Giải thuật nhận và hiển thị camera 54 2.2.14.3. Chuẩn hóa giao thức 55 2.2.14.4 Giải thuật đo nhiệt độ và gửi nhiệt độ về 57 Chương III: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 58 3.1.Thực nghiệm 59 3.1.1 Kiểm tra mạch công suất. 59 3.1.2 Kiểm tra module Rf và camera. 60 3.2.Cách tiến hành cho robot chạy thử 61 3.3. Tháo lắp, vận chuyển 61 3.4 Phân tích kết quả 62 Chương IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ SUẤT 64 iv 4.1. Kết luận 65 4.1.1 Những kết quả đạt được 65 4.1.2 Những kết chưa quả đạt được 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình1.1: Mô hình robot điều khiển từ xa 3 Hình 1.2 Dragon Runner 4 Hình 1.3: Robot y học 5 Hình1.4.Robot snakelike 6 Hình1.5.Robot Quince 6 Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát 9 Hình 2.2 Phương án 1 11 Hình 2.3 Phương án 2 12 Hình 2.4 Phương án 3 13 Hình 2.5 Khung robot 14 Hình 2.6 Cách gá động cơ 14 Hình2.7 chế tạo bánh trước 15 Hình 2.8 Bánh xe của robot 15 Hình 2.9: Quá trình lan truyền song ngang. 16 Hình 2.10. Quá trình thu phát sóng của ăngten. 17 Hình 2.11. Atemega 32 18 Hình 2.12. Sơ đồ chân atmega32. 18 Hình 2.13. Sơ đồ cấu trúc bên trong atmega32 19 Hình 2.14. Sơ đồ khối USART. 22 Hình 2.15. PT2262. 23 Hình 2.16. Sơ đồ chân PT2262. 24 Hình 2.17. Khung dữ liệu của PT2262 24 Hình 2.18. Sơ đồ khối PT2262. 25 2.2.5Sơ lược về PT2272 25 Hình 2.19. PT2272. 26 Hình 2.20. Sơ đồ chân PT2272. 26 Hình 2.21. Modul hope –rf(RF_TR) 27 Hình 2.22. Kết nối VDK và Rf. 28 Hình 2.23: Config hope_rf 28 vi 2.2.7. Sơ lược về RS232 29 Hình 2.24.: Rs232 29 Hình2.25.Cổng com 29 Hình 2.26: pl 2303 32 Hình 2.27. Usb 2 com pl_2303 32 Hình 2.28. Sơ đồ nguyên lý mạch usb2 com pl 2303 33 Hình 2.29: Lm35. 36 Hình 2.30: Lm35. 37 Hình 2.31: Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt LM35. 37 Hình 2.31 DS18B20 39 Hình 2. 32 Bảng nhiệt độ và giá trị chuyển đổi 40 Hình 2.33 Mô tả quá trình tạo xung reset 40 Hình 2.34: Camera. 42 Hình 2.35: Bộ kết nối máy tính 42 Hình 2.36 Cấu tạo động cơ bước 43 Hình 2.38: Sơ đồ mạch nguồn 5v vi điều khiển 46 Hình 2.39: Sơ đồ mạch nguồn 9v và 12v. 46 Hình 2.40: Sơ đồ mạch Atmega32. 48 Hình 2.41: Mạch giao tiếp hope_rf và atmega32 49 Hình 2.42: Sơ đồ mạch opto cách ly. 50 Hình 2.43: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ. 50 Hình 2.44: Mạch uln 2803 50 Hình 2.45: Role 12V 51 Hình 3.1 Ăcquy 59 Hình 3.2 Đồng hồ đo 59 Hình 3.3 Mạch công suất 60 Hình 3.4 Ảnh thu được ở khoảng cách 15m 60 Hình 3.5 Ảnh thu được ở khoảng cách khoảng 30m 61 Hình 3.6 Hình ảnh robot đang đo nhiệt độ 61 Hình 3.7 Quá trình tháo lắp robot 62 Hình 3.8 Tổng quan robot sau khi hoàn thành 62 1 LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta không còn nghi ngờ gì nữa! Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công–nông-lâm-ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong họat động đời sống hằng ngày. Nền công nghiệp điện tử và các sản phẩm của nó là nền tảng cơ bản nhất cho việc ra đời của máy tính và sâu xa hơn chính là nên sản xuất hiện đại ngày nay. Các sản phẩm của công nghiệp điện tử đã đi sâu vào đời sống của mỗi quốc gia, vùng lãnh thổ và mỗi con người chúng ta. Công nghiệp điện tử là lĩnh vực không thể thiếu đối với tất cả các khía cạnh trong cuộc sống hiện đại nhân loại ngày nay. Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa. Là sinh viên chuyên ngành cơ điện tử của khoa cơ khí, trường đại học Nha Trang, em luôn khát khao được tìm hiểu những lĩnh vực mới mẻ như công nghệ truyền không giây. Với đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa” em đã phần nào hiểu biết về lĩnh vực này. Trong quá trình làm việc em đã rất cố gắng hoàn thành công việc, nhưng do thời gian có hạn và kinh nghiệm còn non kém nên không tránh khõi nhiều thiếu sót. Rất mong được sự góp ý tận tình của các thầy và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Hùng và các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tận tình giúp đỡ em thực hiện xong đề tài này. Sinh viên thực hiện VÕ KỲ LAM. 2 Chương I TỔNG QUAN ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 3 1.1. Những khái niệm chung về robot Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot? Một cách gần chính xác, rôbốt phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây: - Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra. - Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh. - Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường. - Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước. - Có khả năng điều khiển đuợc bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng. - Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều. - Có sự khéo léo trong vận động. Theo những kỹ sư robot hình dáng bên ngoài của máy móc không quan trọng bằng việc hoạt động của nó được điều khiển như cách nào. Hệ thống điều khiển càng có tác dụng bao nhiêu, máy móc càng có khả năng được gọi là rôbốt bấy nhiêu. Một đặc điểm tiêu biểu để phân biệt robot nữa đó là khả năng đưa ra các lựa chọn. Càng có khả năng đưa ra nhiều lựa chọn để giải quyết một vấn đề bao nhiêu, robot càng được đánh giá cao. Hình1.1: Mô hình robot điều khiển từ xa 4 1.2 Ứng dụng robot trong thực tế Từ ngàn xưa con người đã biết sử dụng những dụng cụ thô sơ nhưng rất sáng tạo để phục vụ cho đời sống sản xuất như: dùng cày kéo kết hợp với sức lực vật nuôi trâu bò, hay kết hợp với chính sức lao động của bản thân để tạo ra của cải vật chất Nhưng từ sau cuộc cách mạng khoa học kỉ thuật nó đã thay đổi hoàn toàn bộ mặt thế giới. Nền công nghiệp phát triển mạnh mẽ và những sản phẩm mà nó mang lại ngày càng to lớn. Máy móc dần thay thế con người ở những khâu có tính chu kỳ, lặp đi lặp lại, giải phóng sức lao động của con người mà năng suất lao động càng cao. Nhưng mức độ tự động hóa còn thấp, thiết bị thô sơ, máy móc cồng kền, đó là những động cơ chạy bằng hơi nước hay hững chiếc máy tính to bằng tòa nhà Ngày nay nới sự phát triển như vũ bão của kỉ thuật điện tử máy móc ngày càng tinh vi hơn đọ chính xac cao, năng suất mang lại càng lớn. Con người có thể đi sâu vào lòng đất, hay đi đến những vùng xa lạ của trái đất để thám hiểm nhưng họ không trực tiếp bước trên đôi chân của mình. Với sự hỗ trợ của máy tính và robot họ chỉ cần những động tác đơn giản những cái click chuột là có thể quan sát được cả thế giới bên ngoài qua màn ảnh nhỏ. Tùy thuộc vào chức năng mà robot có cấu tạo phù hợp nhất. Robot có thể thay thế hoàn toàn con người ở những khâu mang tính chu kỳ cần độ chính xác cao đòi hỏi phức tạp với khả năng làm việc không biết mệt mỏi hay ở trong những môi trường nguy hiểm : áp suất cao, phóng xạ, độc hại… Công nghệ không dây được ứng dụng cho phép tạo ra những mô hình Robot nhỏ gọn, thông minh, linh hoạt trên mọi địa hình. Bằng cách gắn thêm camera quan sát từ xa, người ta có thể điều khiển chúng theo ý muốn, tạo hiệu quả công việc như mong muốn. Để tăng cường hiệu quả chiến đấu, quân đội Mỹ đã cho triển khai nhiều loại robot tối tân nhằm hỗ trợ các binh sĩ trên chiến trường. Hình 1.2 Dragon Runner [...]... phương án thiết kế chính thức Với việc gắn thêm động cơ bước điều khiển góc quay camera, một động cơ nâng cánh tay và một động cơ thả cảm biến như hình vẽ Hình 2.4 Phương án 3 2.2.2 Thiết kế chế tạo phần cơ khí 2.2.2.1 Quá trình chế tạo robot B1: Tiến hành đo đạt chế tạo khung robot B2: Chế tạo bánh trước B3: Lắp động cơ, lắp bánh cho robot B4: Chế tạo cánh tay robot B5: Lắp đặt hệ thống điều khiển 14... 1.4 Mục đích Thiết kế chế tạo robot ứng dụng công nghệ không dây kết hợp với máy tính điều khiển robot theo yêu cầu, đọc nhiệt độ đo được từ cảm biến nhiệt độ ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ 1.5 Yêu cầu Sau khi tìm hiểu các mô hình robot trong thực tế em nhận thấy rằng robot cần đạt được những yêu cầu sau:  Robot hoạt động ổn định  Có kết cấu cơ khí nhỏ gọn, bền vững  Thiết kế mạch điều khiển nhỏ gọn,... lạc giữa máy tính và Robot thực thi Nó có tác dụng là chuyển tín hiệu điều khiển từ máy tính sang Robot và thu nhận phản hồi từ Robot về máy tính - Khối thu thập số liệu, là cảm biến nhiệt độ - Robot là đối tượng cần điều khiển trong sơ đồ - Robot thực thi tất cả những hành động mà người điều khiển ra lệnh cho nó - Với mô hình kín điều khiển trên cho phép ta có thể sử dụng Robot vào nhiều lĩnh vực... Chương II PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 9 2.1 Phương pháp nghiên cứu Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ điều khiển từ xa và điều khiển từ xa Robot chưa được rộng rãi Hiện đại hóa công nghiệp là con đường phát triển của đất nước, do đó việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển từ xa ngày càng được chú trọng Làm chủ được công nghệ điều khiển rô- bot từ xa sẽ giúp chúng... dàng điều khiển tốc độ động cơ vì chỉ sử dụng một động cơ  Có thể điều khiển hướng chuyển động một cách chính xác và nhanh nhất nhờ động cơ bước  Nhược điểm:  Gặp nhiều khó khăn trong việc chế tạo bộ truyền động xích  Khi lắp ráp dễ xảy ra hiện tượng rê ở bộ truyền động xích  Tính khả thi không cao với trình độ của sinh viên Hình 2.2 Phương án 1 2.2.1.2 Phương án 2:  Hoạt động: Robot được thiết kế. .. 2 động cơ gắn ở 2 bánh chủ động, một bánh tự lựa xoay quanh ổ bi, một động cơ bước để diều khiển camera Để điêu 12 khiển hướng ta điều khiển tốc độ hai động cơ như muốn rẽ trái ta giảm tốc độ bánh trái tăng tốc dộ bánh phải, có thêm cánh tay robot để đo nhiệt độ những nơi không thể đến gần, có phần khung khá chắc chắn để bảo vệ robot  Ưu điểm:  Thiết kế khá đơn giản  Giải quyết được vấn đề điều khiển. .. pháp nghiên cứu chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa dựa trên các phân tích, tính toàn lý thuyết kết hợp với thực tiễn Xây dựng phương án thiết kế và chế tạo dựa trên khảo sát thực tế và các phương án đưa ra để chọn phương án tối ưu nhất Mỗi phương án đưa ra được đánh giá các ưu điểm, nhược điểm, tính khả thi Sau khi chọn được một trong các phương án sẽ tiến hành tính toán, thiết kế phần cơ khí,... phương án thiết kế 2.2.1.1 Phương án 1:  Hoạt động: Robot được thiết kế gồm 2 bánh chủ động được nối với cùng một động cơ có công suất lớn thông qua bộ truyền động xích như hình vẽ, bánh tự lựa được gắn vào một động cơ bước để điều khiển hướng, camera được gắn ở phần đầu  Ưu điểm:  Robot có khung sườn khá chắc chắn  Khả năng tự cân bằng và vượt các địa hình gồ ghề cao vì bánh xe lớn, khung robot thấp... nhờ sự cơ động của bánh tự lựa  Dể dàng điều khiển tốc độ động cơ  Tính khả thi cao vì vật liệu dễ tìm, cơ cấu dễ chế tạo hơn phương án 1  Nhược điểm:  Hơi cồng kềnh, khó duy chuyển do cánh tay làm vướn  Tính thẩm mỹ chưa cao Hình 2.3 Phương án 2 2.2.1.3 Phương án 3:  Hoạt động: Robot được thiết kế gồm 2 động cơ gắn ở 2 bánh chủ động, một bánh tự lựa xoay quanh ổ bi, có động cơ bước điều khiển hướng... trình độ công nghệ điều khiển rô bot của thế giới Trên cơ sở đó em xin đề xuất mô hình Robot điều khiển không dây bằng máy tính dưới đây : Máy tính Usb2com Pl2303 Modul hope_rf 1 RF Modul hope_rf 2 Nguồn Camera Cảm biến nhiệt độ Board điều khiển Cơ cấu chấp hành Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát Trong đó: - Máy tính là vật trung gian đóng vai trò chủ đạo trong điều khiển mọi hành động của Robot Người điều khiển . nghiên cứu chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa dựa trên các phân tích, tính toàn lý thuyết kết hợp với thực tiễn. Xây dựng phương án thiết kế và chế tạo dựa trên khảo sát thực tế và các. kế chế tạo phần cơ khí 2.2.2.1 Quá trình chế tạo robot B1: Tiến hành đo đạt chế tạo khung robot B2: Chế tạo bánh trước B3: Lắp động cơ, lắp bánh cho robot B4: Chế tạo cánh tay robot B5:. i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài: Thiết kế và chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa ” em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Trần Văn Hùng đã hướng