Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và điều khiển ROBOT cắt cỏ

v MC LC Trang ta Trang Chngă1 TNG QUAN 1 1.1 Nhu cu ct c 1 1.2 Nghiên cu c 3 1.3 Nghiên cc ngoài 3 1.4 M tài 4 1.5 Nhim v nghiên cu c tài 5 1.6 Gii hn c tài 5 1.7 u 6 Chng 2 THIT K CăKHệ 7 2.1 Quy trình ct c ti Vit Nam 7 2.2 Thit k h thng cho Robot 8 2.2.1 Phân tích, chn dng di chuyn 8 2.2.2 Phân tích chn kt cu chung ca RBCC 10 2.2.3  ng ca RBCC 11 2.3 Thit k b phn ct 12 2.4 Thit k b phn thu gom 13 2.5 Thit k b ph 15 2.5.1 Cu trúc tng quát 15 2.5.2 Bánh truyng 15 2.5.3 Thit k khung 18 2.6 Thit k b phi chiu cao ct 21 Chngă3 ĐNG HC,ăĐNG LC HC,ăTệNHăTOỄNăĐNGăCă TRUYNăĐNG VÀ QU ĐO DI CHUYN 22 3.1 ng hc cho Robot 22 3.2 ng lc hc cho Robot 24 3.3  truyng 27 v 3.4 Qu o chuyng 29 Chngă4 THIT K H THNGăĐINăVÀăĐIU KHIN 30 4.1 Gii thiu h thn 30 4.2 Các thit b trong h thn 31 4.2.1 n n truyng 31 4.2.2 u khin 32 4.2.3 Mch công sut 32 4.2.4 Các thit b cm bin và b trí lt 33 4.3 Kt qu các thit b trong h thn 37 4.4 Gii thiu v u khin 38 4.5 u khin qu o ct 39 4.6 u khin t ct 39 4.7 Lu khin RBCC 40 Chngă5 CH TO, THC NGHIM VÀ KT QU 43 5.1 Ch t 43 5.2 Ch to h thu khin 43 5.3 Thc nghim 44 5.4 Kt qu thc nghim 45 5.4.1  45 5.4.2 Thc nghim Robot chy thng 45 5.4.3 Thc nghim Robot chuyng 46 5.4.4 Chng c 47 5.4.5 Thi gian ct và nhân công 49 5.4.6 Thc nghim hiu sut ct 49 Chngă6 KT LUN 50 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1:C nn trong hình phi ci HPhm K Thut Thành Ph H Chí Minh 1 Hình 1.2: Các dng máy ct c u khin 2 Hình 1.3:   [26] 3 Hình 2.1: t và thu gom c 7 Hình 2.2: Quy trình ct c 8 Hình 2.3: Hai dng chuyng ca robot t hành 9 Hình 2.4:Cu trúc tng quát ca RBCC 10 Hình 2.5:  nguyên lý hot ng ca RBCC 12 Hình 2.6: Hình dng ca dao ct 13 Hình 2.7:Cm thu gom 14 Hình 2.8: Chuyng ca c khi b dao ct 14 Hình 2.10: Các dng b trí bánh xe di chuyn 16 Hình 2.11: Bánh xe s dng cho RBCC 18 Hình 2.12:Thit k kt cu ca khung 19 Hình 2.13:Thit k kt cu ca khung 19 Hình 2.14:Kt qu phân tích ti trng lên khung 20 Hình 2.15: Kt cu và hình dáng ca b phi chiu cao ct 21 Hình 3.1: ng hc ca RBCC 22 Hình 3.2:H lng lên RBCC 28 Hình 3.3: Gii pháp v qu o di chuyn 29 Hình 4.1:H thn trong RBCC 30 Hình 4.2: nguyên lý ca mch công sut 33 Hình 4.3:Tng th khu vc RBCC thc hin quá trình ct c 34 Hình 4.4:H thng cm bin ca RBCC 35 Hình 4.5: V trí ca cm bing trên RBCC. 36 Hình 4.6:Cu to ca Encoder 37 vii Hình 4.7:S khi th hin s truyn d liu gia các thit b trong h thn ca RBCC. 38 Hình 4.8:S khi h thu khing di chuyn 39 Hình 4.9:  khi h thu khin t c 40 Hình 4.10:  gii thuu khin 42 Hình 5.1: Kt qu thit k và ch t 43 Hình 5.2: B cm bin dây 43 Hình 5.3: Các bo mch trong b u khin 44 Hình 5.4: Kt qu thc nghim ca RBCC 44 Hình 5.5: Qu o lý thuyt và thc t ca Robot 45 Hình 5.6:Bi giá tr tr v ca la bàn theo thng 46 Hình 5.7: th v góc lch khi chuyn ng 47 Hình 5.8: th hiu sut ct theo s ln thc nghim 49 vii DANH SÁCH CÁC BNG Bng 5.1:        t k 45 1 Chngă1 TNG QUAN 1.1 Nhu cầu ct c            i vi cuc sng ci .            ,  ,       ,        ,          , mát m, ti sng ca mình.                    , công viên,  . Tuy nhiên,       c quan c bi       ,   , .   ,       hoa king cây c             o m p, trong      .          ,     , công viên,              . Trong không gian thiên              , c nn chim mt không gian ln ca công trình cây xanh, chúng góp phn ch yu vào m quan chung c h tng (Hình 1.1). Hình 1.1:C nn trong hình phi ci H Phm K Thut Thành Ph H Chí Minh 2 Chim mt din tích ln trên toàn b         gi c p và sc sng ca c t quan trng t vic trc n vic ct ta. Công vi     . So vi các cây cnh khác c nn chim mt din tích ln, bên c ng ca c li nhanh nên vic ct tc t chng xuyên khong 1 tháng mt ln i vi các công trình công cng ln phi cn nhi thc hin vic ct c, bên cc ct c hu ht din ra ngoài tri nên ng nhin sc khe ca ng. Hin nay hu ht các công ty cây xanh vic ct c nc thc hin bng các máy phát c cm tay (Hình 1.2a), máy ct c y tay ( Hình 1.2ng trc tip s dng. a. Ct c bng máy ct cm tay b. Ct c bng máy cy tay Hình 1.2: Các dng máy ct c u khin Vi ct c t nhiu công sc ci lao ng so vt c bng tay. Tuy nhiên, công vic thc hin nhiu ln, lp li, không gian làm vic ngoài tri, vn còn s dng nhiu lao ng là con ngng thi, máy ct c to ra nhiu tác hi trc tii lao ng  rung, nhi, khí thng sng ci ng suy gim, là nguyên nhân ca nhinh tim n v lâu dài. Vic hn ch ng làm vic ngoài tri là cn thi ng không còn làm vic    ng x n sc khe ci. Vì vy vic thit k RBCCcó th thay th i là mt nhu cu cn thit. 3 1.2 Nghiên cuătrongănc Mc dù nhu cu v ct c ni vc ta là rt cn thit, công vic ct c ch yu bng các máy móc c  i trc tip v   n nay, t nhng thông tin thu thp qua các tp chí khoa hc và công ngh, ngun thông tin cp thành ph, cc, vic ct c hu ht hin nay là s dng máy ct c cm tay, máy ct c  ngi ng vn ct bng tay hoc các máy ct c c ci tin s d gim bt ting ng. Nghiên      RBCC vn nay, mt d án nghiên cu v RBCC u c nghiên cu thc hin do TS. Cái Ving i Hc m K Thut Thành Ph H Chí Minh thc hin. 1.3 Nghiên cuănc ngoài   tài v   tài không mi, máy ct c  c nghiên cu nhiu, qua thi tin vi nhiu mu mã, chng loi và i hóa. Tuy nhiên, nhng nghiên cu v    thì vn còn nhiu hn ch. Hình 1.3:   [26] RBCC ca nhà sáng ch Fabrizio Bernini [14], sáng ch c sn xut bi công ty Kyodo America (Hình 1.3) Robot hong dng t Pin 12 V - 24 Vi cc lp trc tin, chuyng ct xoay tròn, không có máng thu gom nên c phn c b ct không thoát ra ngoài mà b ct thành nhing thm c t làm cn tr s ng ca c. Robot di chuyn bng 4 bánh truyng ca Robot thp khi r trái phi. Kt cu ca Robot nh, gm Robot thp nên lc cn gây ra trên Robot 4 ln làm hn ch s chuyng di chuyc xác nh d cao ca c t nh vào các cm bii thân Robot. Tuy nhiên, khi ct, c nm kh làm cho Robot không xác c thit k vi công sut nh nên phù hp vi nhu cu h thm c có m và chiu cao c thp. RBCC ca nhà sáng ch c thit k s d ng t b ngun pin. Robot di chuyn bng hai bánh truyng phía sau và hai bánh t lc, tuy nhiên bm bo bn bánh tip xúc vi nn làm cho Robot khó di chuyi dao ct ca Robot xoay tròn dng thanh c lp trc tii thân Robot. Robot có kt cu nh, c thit k vi công sut nh nên khó di chuyn, phù hp vi nhu cu h thm c có m và chiu cao c thp. RBCC ca nhà sáng ch c thit k vi hai bánh truyng phía sau và hai bánh t lc, tuy nhiên b cm bo bn bánh tip xúc vi nn làm cho Robot khó di chuyng ct và di chuyn s dng ngun DC t i dao ct nh c lp vào cán dao xoay tròn nh vào b truyi thit k này, vic ct c d b xót li nu t dao ct và t di chuyn ca Robot không hp lý và mi l thì c s b i ct ch n. Robot di chuyn nh vào h thng dng b  cn tia hng ngoi ca c n nhn giu thu. Vi thit k này, h thng dng r b c t chn li tia hng ngoi vì trong quá trình ct c ng vào u phát và thu nên viu khic  chính xác. 1.4 Mcăđíchănghiênăcuăđ tài Vi Vit Nam, nhu cu v RBCC rt cn thi   u nào v RBCCi vc ngoài, các kt qu nghiên cu cc ngoài vn còn hn ch. c Robot nh nên ch phc v c cho nhu cu ct các loi c có kích    cao thi vi c có m  dày, rm rp thì vic di chuyn ca 5    t c    m bo tt cho kh   n ca Robot, trng thp nên Robot d dàng b ng ca các ngoi lc trong quá trình hong; Mt s Robot không có b phn thu gom nên khi c ct xong làm gim s ng ca c; Công sut còn thp nên không th ct  nhng hc, công s  c thc hin vi mu, thit k, ch tu khin RBCC nhm thay th i thc hin công vic ct c, khc phc các hn ch v c, công sut ct, gii pháp dng c u, góp phn vào vic nghiên cu RBCC  ng nhu cc. 1.5 Nhim v nghiên cu caăđ tài  thc hic m tài, RBCC cn phc nghiên cu và thit k các b ph thc hic các chng ct c thc hiu chp hành thc hin các công vit c,  i. Khi thit k  RBCC cc nghiên cu h th   u khin. Trong nhim v này, c   c i hn vùng c cng di chuyn và x  dng cho Robot di chuyn theo mt qu i có th ct ht din tích bên trong vùng gii hn. Sau khi hoàn thành thit k ph khí và phu khin ta cn tin hành thc nghi kim chng kt qu t kt, t    c ca m  tài. 1.6 Gii hn caăđ tài Vic ct c c thc hin vi nhiu m  u kin làm vic khác t c phc v cho sn xut nông nghip, ct c phc v cho vic to thành m           t c trong môi ng i du nghiên c tài không nghiên c Robot thc hin ht tt c yêu cu làm vic mà gii h tài nghiên cu là RBCCc thit k  phc v cho vic ct c nng khô ráo, bng phng ngi vt trong vùng ct c. [...]... chân.ăĐi u khi n robot di chuy n b ngăbánhăcũngăđ năgi năh nănhi u, b o đ m tính năđ nh cho robot Lo i này có th chia làm 3 lo i robot: Lo i chuy n đ ng b ng bánh xe, lo i chuy nă đ ng b ng bánh xíchvà lo i h n h p bánh xe và xích Ti mănĕngăứng d ng của robot tựhành h t sức r ng l n Có th k đ n: robot v n chuy n v t li u, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, c a hàng, sân bay và 9 th vi n; Robot ph c v... tòa nhà, nhà máy, c a hàng, sân bay và 9 th vi n; Robot ph c v quét d nă đ trongămôiătr ng ph , khoang chân không; Robot ki m tra ng nguy hi m ;Robot canh gác, do thám ;Robot khám phá không gian, di chuy n trên hành tinh ;Robot hƠn,ăs nătrongănhƠămáy ;Robot xeălĕnăph c v ng i khuy t t t; Robot ph c v sinh ho tăgiaăđìnhăv.v V i tính ch t của công vi c c t c lƠăđ cao của c ph iăđ u nhau nên RBCC cầnă đ... xích, khi robot khi chuy n trên n n c , có r t nhi u thân c nhô lên kh i mặtăđ t r t d ḳt vào bánh xích Bên c nhăđó,ăc m m khi bánh xích di chuy n, đặc bi t là những đ iăh ng, do di n tích ti p xúc bánh xích và c nhi u n n sinh ra nhi u lực ma sát ch ng l i chuy năđ ng gây ra nhi u v t trên th m c và làm d p nát c , nhăh ngăđ n thẩm mỹ và sự sinhătr 15 ng của th m c V i bánh tròn, khi robot di chuy... uăkhôngăđ m b o sự ti p xúc giữa bánh và n n c thì có lúc m t trong b n bánh s b caoăh năsoă v i mặt n n N u bánh không ti p xúc là bánh tự lựaătr c thì làm lực t p trung vào bánh tự lựa còn l i làm cho bánh d lún, c n tr sự di chuy n của robot. ăT ngătự, n u bánh không ti p xúc là bánh truy năđ ng thì vi c di chuy n của robot cũngăb c n tr đặc bi t là lúc r trái và ph i robot s không di chuy năđ khi n di... th thi uă đ că trongă robot. ă Đơyă lƠă h th ng huy t m ch giúp robot truy n t i tín hi u và cung c pănĕngăl c u ch p hành H th ngăđi nătrongăRBCCăđ 30 ngăđ năcácăc ă c thi t k đ cung c pănĕngăl ng và truy n tín hi uă đ đi u khi n v n t că haiă đ ngă c ă bánhă truy nă đ ng,ă đi u khi n h ng di chuy n cho robot, giao ti p dữ li u v iămáyătính.ăS ăđ t ng quát của h th ngăđi nătrên robot đ c trình bày trên... còn l i là c đƣăc tăđ t yêu cầu B ph n c t và b ph năthuăgomăđ c l p và b ph n khung của robot Trong quá trình thực hi n c t c , hai b ph nătiêuăthuănĕngăl ng nhi u nh t đóălƠăb ph n khung (thực hi n vi c di chuy n) và b ph n c t (thực hi n công vi c c t c ) Do v y, ngu nănĕngăl đ ng c cung c p liên t c cho hai b ph n này M t b ph n không th thi u trong m t robot đóălƠăb ph năđi u khi n.ăĐơyă đ că coiă... v t Robot lo i này có th di chuy n r t t t trên cácăđ a hình l i lõm, phức t p Tuy nhiên, k t c uăc ăkhíăphức t p, cách ph i h p cácăchơnăcũngănh v năđ giữvững thĕngăb ng,ăt ăth là công vi căkhóăkhĕn.ă Chuy năđ ng b ng bánh xe là lo i chuy năđ ng mà robot s d ng các bánh xe đ mang robot di chuy n nh vào chuy năđ ngălĕnăcủaăbánhătrênăđ a hình Lo i này ph bi năvƠăđ c s d ng nhi u trong các thi t k Robot. .. xích Do ma sát giữa bánh xe và th m c lƠămaăsátălĕnănênăv tăđ l i trên n n c nh vƠăít,ăđ m b o đ Robot đ c mỹ quan và sự sinhătr ng của c Vì v yătrongăđ tài c thi t k v i bánh di chuy n là bánh tròn Tuy nhiên, vi c b trí bánh tròn trên robot tự hƠnhăcũngăcóăph ngăánăb trí Chuy năđ ng di chuy n của RBCC là các chuy năđ ng t nh ti n theo ph ngă ox, oy trên mặt ph ng th m c và chuy năđ ngăxoayăđ thực... cần ph i di chuy n liên t căđ có th c tăđ cc nhi u v trí khác nhau trên th m c Vi c thi t k Robot đ thực hi n công vi c c t c cũngă cần ph iă đ RBCCăđ đ c di chuy n liên t că mangă daoă đ n vùng cần c t.ă Nh ă v y, căđ tài thực hi n có d ngănh Robot tự hành (mobile robots) Robot tự căđ nhănghĩaălƠăm t lo i xe robot có kh nĕngătự d ch chuy n, tự v năđ ng (có 8 th l p trình l iăđ vi căđ c)ăd i sự đi n... t,ă môiătr ng ho tăđ ng của robot tự hành có th lƠă đ t,ăn c, khôngăkhí,ăkhôngăgianăvũătr Đ a hình b mặt mà robot di chuy nătrênăđóăcóăth b ng ph ng hoặcăthayăđ i, l i lõm Theo b ph n thực hi n chuy năđ ng, ta có th chia robot tự hành làm 2 lo i: chuy năđ ng b ng chân và b ng bánh (Hình 2.3) a Chuy năđ ng b ng chân b chuy năđ ng b ng bánh Hình 2.3: Hai d ng chuy năđ ng của robot tự hành Chuy năđ ng . ng ca c. Robot di chuyn bng 4 bánh truyng ca Robot thp khi r trái phi. Kt cu ca Robot nh, gm Robot thp nên lc cn gây ra trên Robot 4 ln làm hn. b xót li nu t dao ct và t di chuyn ca Robot không hp lý và mi l thì c s b i ct ch n. Robot di chuyn nh vào h thng dng b. u, góp phn vào vic nghiên cu RBCC  ng nhu cc. 1.5 Nhim v nghiên cu caăđ tài  thc hic m tài, RBCC cn phc nghiên cu và thit k các