Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình robot phục vụ trong phòng chờ

NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG iv HVTH: LÊ TRUNG H U TÓM TT LUNăVĔN Lun văn nghiên cu thit k ch to robot phc v nc trong phòng ch. Robot dùng trong quá trình phc v đc thit k nhằm thực thi công vic ca ngi bi bàn, H thống chấp hành gm 2 phần: xe di chuyn bằng bánh và mt tay máy có 3 bc tự do nhng có chung h thống điu khin. Robot ch yu hot đng trong các phòng ch  nhà ga, bn xe… vi s đ mặt bằng, các bàn phc v và đng vch đc sắp xp và bố trí theo s đ thit k. Phần xe di đng s di chuyn bám theo đng vch màu trắng đã đc thit k và bố trí sẵn trên nn phòng ch, nh vào các cm bin quang đc đặt phía trc ca xe. Trên phần đầu ca robot đc đặt mt cm bin siêu âm nhằm phát hin vt cn trên đng di chuyn. Ngoài ra có th dùng remote đ điu khin robot thông qua kt nối không dây bằng sóng RF. ng dng vi điu khin PIC 18F4431 làm b xử lý trung tơm đ điu khin các hot đng ca robot. Lp trình điu khin robot bằng ngôn ngữ C vi trình biên dịch PIC C Compiler. Kt qu thực nghim robot thực hin công vic đt đc các yêu cầu đặt ra NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG v HVTH: LÊ TRUNG H U ABSTRACT Dissertation research design and create robots to serve in the waiting room. Robot used in the service is designed to carry out the work of the waiter, serving a two-part system: move with wheels and a manipulator with 3 degrees of freedom but share control system. Robot primarily operates in the waiting room at the station, bus with the site plan, the table service and bar lines are sorted and arranged according to the diagram designer. Mobile car will move followed the white line layout has been designed and is available in the lounge, thanks to the optical sensor is placed in front of the car. On the first part of the robot is placed an ultrasonic sensor to detect obstacles on the move. You can also use the remote to control the robot via wireless connection using RF waves. PIC 18F4431 microcontroller applications central processor to control the operation of the robot. Robot controller programming in C language with the PIC C compiler. The experimental results robots do the work to achieve the requirements set out NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG vi HVTH: LÊ TRUNG H U MC LC Trang tựa TRANG Quytăđịnhăgiaoăđ tài Lý lịch cá nhân i Li cam đoan ii Li cm n iii Tóm tắt lun văn iv Mc lc vi Danh sách các hình viii Danh sách các bng x Chng 1 TNG QUAN 1.1 Tng quan chung v lĩnh vực nghiên cu, các kt qu nghiên cu trong và ngoƠi nc đã công bố. 1 1.1.1 Gii thiu chung v lĩnh vực nghiên cu 1 1.1.2 Phân loi robot 2 1.1.3 Mt số dng điu khin 6 1.1.4 Các kt qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc đã công bố 7 1.2 Mc tiêu, khách th vƠ đối tng nghiên cu ca đ tài 10 1.3 Nhim v ca đ tài và phm vi nghiên cu 10 1.4 Phng pháp nghiên cu 11 Chng 2 C S LÝ THUYT 2.1 H tọa đ thuần nhất 12 2.2 Các phép bin đi tọa đ: 13 2.2.1 Phép bin đi tịnh tin: (Translation) 13 2.2.2 Phép quay (Rotation) quanh các trc tọa đ: 14 NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG vii HVTH: LÊ TRUNG H U 2.3 Đng học ca robot di chuyn bằng bánh xe: 14 2.4 Vi điu khin: 22 2.4.1 Gii thiu Pic 18F4431: 22 2.4.2 Chc năng ca từng chân: 23 2.4.3 Ngắt (interrupts) 24 2.5 Lý thuyt v phần mm – chng trình điu khin Robot 25 2.5.1 Các khâu chính trong quá trình hot đng ca Robot 25 2.5.2 Lý thuyt v điu khin robot di chuyn theo đng vch (line): 26 2.5.3 Phng pháp điu khin: 29 Chng 3 THIT K C KHệ VÀ B ĐIU KHIN CHO ROBOT 3.1 Thit k c khí 32 3.1.1 Đ di chuyn: 33 3.1.2 Phần cánh tay robot 33 3.2 Thit k b điu khin và lp trình cho robot. 39 3.2.1 Phần cng 40 3.2.2 Lp trình điu khin robot 44 Chng 4 KIM TRA, ĐÁNH GIÁ KT QU 4.1 Kt cấu c khí 48 4.1.1 Đ di đng 48 4.1.2 Cánh tay 49 4.1.3 C cấu gắp 49 4.2 Mch điu khin sử dng trong robot: 50 4.2.1 Mch điu khin robot 50 4.2.2 Khối cách ly vƠ đng lực 51 4.2.3 Mch dò đng 51 4.3 Các bc tin hành thực nghim 52 Chng 5 KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN 5.1 Kt Lun 56 η.2 Hng phát trin cho tng lai 57 NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG viii HVTH: LÊ TRUNG H U TÀI LIU THAM KHO 58 PH LC 59 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Robot hình ngi và hình dáng đng vt 2 Hình 1.2: Robot trên không 2 Hình 1.3: Robot di nc 3 Hình 1.4: Robot ca NASA chuyn đng bánh xe 4 Hình 1.5: Ký hiu ca các loi bánh xe 4 Hình 1.6: Các cách bố trí bánh xe ca Robot 5 Hình 1.7: Robot di chuyn bằng bánh xích 6 Hình 1.8: Robot chữ thp đỏ, hng dn viên du lịch và phc v bàn ca Vit Nam 7 Hình 1.9: Robot dùng trong phc v ăn uống 8 Hình 2.1: Phơn tích đng học ca robot di chuyn theo quỹ đo cho trc 15 Hình 2.2: Vn tốc bánh bên trái và bánh bên phi 16 Hình 2.3: S đ chc năng chơn ca PIC18F4431 21 Hình 2.4: S đ cấu trúc hot đng ca Robot 24 Hình 2.5: Các mc đ lch ra khỏi vch trắng ca robot 25 Hình 2.6: Cm bin quang đc bố trí trên khung đ robot 26 Hình 2.7: Các trng thái lch phi và lch trái ca robot khi di chuyn trên sân 26 Hình 2.8: Điu ch chu kỳ xung PWM 27 Hình 2.9: Mô t mối quan h giữa vn tốc không ti ca đng c DC và PWM cycle ca đng c DC Hitachi [θ] 28 Hình 3.1: S đ bố trí bàn và không gian làm vic ca robot 30 Hình 3.2: Đ di đng ca robot 31 Hình 3.3: C cấu cánh tay 32 Hình 3.4: C cấu nâng,h ca robot 33 NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG ix HVTH: LÊ TRUNG H U Hình 3.5: Mô hình thit k robot đã đc lắp rắp 36 Hình 3.6: S đ khối hot đng ca robot 37 Hình 3.7: S đ nguyên lý mch dò đng ca robot 38 Hình 3.8: S đ nguyên lý mch điu khin ca robot 38 Hình 3.9: S đ nguyên lý mch đng lực ca robot 39 Hình 3.10: Cm bin siêu âm HC-SR04 39 Hình 3.11: S đ nguyên lý mch thu RF 40 Hình 3.12: S đ nguyên lý mch phát RF 41 Hình 3.13: Lu đ gii thut ca chng trình chính 44 Hình 4.1: Phần đ di đng đã đc gia công lắp ráp 46 Hình 4.2: Cánh tay vƠ c cấu gắp khay 47 Hình 4.3: B phn truyn đng ca c cấu kẹp 48 Hình 4.4: Mch điu khin ca robot 48 Hình 4.5: Mch cm bin quang 49 Hình 4.6: Robot đc lắp ráp hoàn chỉnh 50 Hình 4.7: S đ bố trí mặt bằng và vị trí ca robot 51 Hình 4.8: Robot đang thực hin công vic phc v 53 NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG x HVTH: LÊ TRUNG H U DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Bng 2.1: Thông số điu khin số vòng quay ca bánh xe trái và phi … 18 Bng 2.2: Bng giá trị đ điu khin tốc đ đng c trái và đng c phi tng ng vi các mc lch khỏi vch trắng ca robot…………… 29 NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG xi HVTH: LÊ TRUNG H U NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG 1 HVTH: LÊ TRUNG H U Chngă1 TNG QUAN 1.1 Tngăquanăchung vălĩnhăvựcănghiên cu,ăcácăktăquănghiên cuătrongăvà ngoƠiăncăđã công bố.ăă 1.1.1 Gii thiuăchung vălĩnhăvựcănghiên cuă Robot đã có những bc tin đáng k hn nửa th kỷ qua. Robot đầu tiên đc ng dng trong công nghip vào những năm θ0 đ thay th con ngi làm các công vic nặng nhọc, nguy him trong môi trng đc hi. Do nhu cầu cần hòa nhp ngày càng nhiu vi quá trình sn xuất phc tp nên robot cần có những kh năng thích ng linh hot vƠ thông minh hn. NgƠy nay, ngoƠi ng dng trong ch to máy thì các ng dng robot trong y t, chăm sóc sc khỏe, nông nghip, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng lƠ đng lực cho các robot địa hình và robot dịch v phát trin. Hình dng robot đầu tiên xuất hin  Hoa Kỳ, là loi tay máy chép hình dùng trong phòng thí nghim vt liu phóng x. Vào những năm η0 th kỷ trc, bên cnh các tay máy chép hình c khí, các loi tay máy chép hình thuỷ lực đin từ đã xuất hin. Tuy nhiên, các tay máy thng mi đu có chung nhc đim là thiu sự di đng. Các tay máy cố định chỉ hot đng trong mt không gian bị gii hn quanh vị trí ca nó. Ngc li, mobile robot là loi robot di đng có th di chuyn từ không gian này ti không gian khác mt cách đc lp hay có điu khin từ xa, do đó to nên không gian hot đng rất ln. Mặc dù v cấu trúc ca các loi robot có khác nhau nhng các nghiên cu hin nay đu hng v các ng dng dịch v và hot đng ca robot trong các môi trng tự nhiên. Vi sự phát trin ca xã hi và quá trình hin đi hóa  các nc phát trin thì nhiu dịch v mi đc hình thành làm thay đi quan đim v robot từ robot phc v công nghip sang robot phc v cho các nhu cầu xã hi và nhu cầu cá nhân ca con ngi. NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG 2 HVTH: LÊ TRUNG H U 1.1.2 Phân loiărobotă Trong công nghip ngi ta sử dng những đặc đim khác nhau c bn nhất ca robot đ giúp cho vic phân loi chúng đc d dàng. Có 4 yu tố chính đ phân loi robot nh sau: Theo dng hình học ca không gian hot đng, theo th h robot, theo b điu khin, theo ngun dn đng. Tuy nhiên trong gii hn ca đ tài này chỉ đ cp đn lĩnh vực nghiên cu lƠ robot di đng dùng trong phc v. Robot di đng là mt h robot có kh năng thực hin các nhim v  nhiu vị trí khác nhau vi kh năng dịch chuyn bằng bánh xe, xích hay bằng chân ph thuc vƠo địa hình. Đối vi robot di chuyn di nc hay trên không, ta cần có đng c cánh qut, chân vịt hay đng c phn lực đ to chuyn đng cho robot. Kh năng di đng làm robot có nhiu ng dng vƠ đòi hỏi phi gii quyt nhiu vấn đ mi. Mt trong những vấn đ chung cần nghiên cu  các loi robot di đng là kh năng xác định phng hng (navigation) ca robot. Robotădiăđng có th phân loi bằng các cách:  Phân loi theo môi trng mà chúng di chuyn:  Robot ngoài tri và robot trong nhƠ. Thông thng, chúng đc lắp bánh xe, nhng cũng có loi robot có chân (gm 2 hoặc nhiu chơn) nh robot hình ngi, robot hình dng đng vt hoặc côn trùng. Hình 1.1: Robot hình ngi và hình dáng đng vt [...]... U NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH NgoƠiăn c: (Nguồn VnExpress) Hình 1.9: Robot dùng trong ph c v ăn uống GVHD: TS HUǵNHăNGUY NăHOÀNG 8 HVTH: LÊ TRUNG H U 2012 NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH 2012  Tính cấp thi t c a đ tài NgƠy nay, robot đã đ t đ c những thành tựu to l n trong s n xuất công nghi p cũng nh trong đ i sống xã h i, robot. .. vừa là bánh lái Hình 1.5: Ký hi u c a các lo i bánh xe GVHD: TS HUǵNHăNGUY NăHOÀNG 4 HVTH: LÊ TRUNG H U NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH Hình 1.6: Các cách bố trí bánh xe c a Robot GVHD: TS HUǵNHăNGUY NăHOÀNG 5 HVTH: LÊ TRUNG H U 2012 NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH  2012 Robot di chuy n bằng bánh xích Hình 1.7: Robot di chuy n bằng... robot, nó dùng đ xác định vị trí c a robot H tọa đ Pxmymzm là h tọa đ tham chi u c c b c a robot, gắn li n v i robot Nh v y vị trí đi m P GVHD: TS HUǵNHăNGUY NăHOÀNG 15 HVTH: LÊ TRUNG H U NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH trong h tọa đ tham chi u toàn c c đ giữa hai h tọa đ toàn c c và c c b 2012 c xác định b i tọa đ X, Y và góc l ch θ - Các thông số hình học c a robot. .. robot ch y đúng đ ng, trong tr ng h p nƠy ta đi u khi n 2 đ ng c trái và ph i ch y cùng m t tốc đ  Khi robot l ch sang trái: quay ph i đ đi u chỉnh robot v đúng v ch  Khi robot l ch sang ph i: quay trái đ đi u chỉnh robot v đúng v ch Hình 2.5 : Các m c đ l ch ra khỏi v ch trắng c a robot GVHD: TS HUǵNHăNGUY NăHOÀNG 26 HVTH: LÊ TRUNG H U NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG... y n u có robot thay th thì đi u GVHD: TS HUǵNHăNGUY NăHOÀNG 9 HVTH: LÊ TRUNG H U NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH này s không x y ra, vi c sử d ng robot đ thay th hoặc h tr con ng 2012 i trong công vi c này thì rất thích h p 1.2 M cătiêu, khách th ăvƠăđốiăt ng nghiên c u c aăđ ătài M c tiêu c a đ tài là thi t k , ch t o robot ng d ng trong vi c ph c v trong phòng ch... , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH m i ho t đ ng Bàn, gh và khay ch a th c uống đ trên thị tr 1.4 Ph ng vƠ đ 2012 c trang bị theo qui cách có sẵn c bố trí theo s đ thi t k ngăpháp nghiên c u Đ đáp ng đ c các m c tiêu đã đ ra, ph ng pháp nghiên c u s t p trung gi i quy t các vấn đ nh sau: - Xây dựng mô hình lý thuy t bao g m:  Thu th p và nghiên c u các tài li u liên quan v các mô hình. ..NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH  Robot trên không th ph ng dùng cho các ph ng ti n không ng 2012 ng ti n trên không, i lái Hình 1.2: Robot trên không  Robot d n i n c dùng cho các ph ng ti n ho t đ ng d i c, chúng ho t đ ng đ c l p Hình 1.3: Robot d  Phân lo i theo ph in c [http://www.robotshop.com] ng pháp di chuy n:  Robot có chân, chân giống... vững c a Robot Robot lo i này càng linh ho t thì chi phí ch t o càng cao Robot tự hành di chuy n bằng chơn đ c mô phỏng theo các loƠi đ ng v t vì th mà chúng có lo i chân, lo i 2, 4, 6 chân và có th nhi u h n GVHD: TS HUǵNHăNGUY NăHOÀNG 3 HVTH: LÊ TRUNG H U NGHIÊN C U THI T K , VÀ CH T O MÔ HÌNH ROBOT PH C V TRONG PHÒNG CH  2012 Robot di chuy n bằng bánh xe (wheeled mobile robot) Hình 1.4: Robot c a NASA... nghiên c u trong vƠăngoƠiăn căđã công bốă Trong đ tài chỉ t p trung nghiên c u robot ph c v nên trong phần này chỉ gi i thi u các nghiên c u có liên quan đ n robot ph c v Trong n c: Từ những năm 1980, các nhƠ khoa học VN đã ti p c n v i vi c nghiên c u ch t o robot Đ n nay, nhi u đ tài nghiên c u đã đ đ tài nghiên c u ng d ng kỹ thu t tay máy, ng ng d ng ng c thực hi n thƠnh công nh i máy trong b o... đầu vào là tín hi u nh n đ đầu ra t i các khâu chấp hành c từ c m bi n ng phía bên trái và phía bên ph i Hình 2.4: S đ cấu trúc ho t đ ng c a Robot  Khâu nh n th c: có nhi m v đi u khi n các thi t bị c m bi n, các thi t bị nƠy đ c nối v i Robot s cho các thông tin v môi tr ng quan sát đ c  Khâu mô hình th gi i: chuy n các tín hi u từ c m bi n thành mô t mối liên quan giữa Robot v i mô hình bên trong . SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Robot hình ngi và hình dáng đng vt 2 Hình 1.2: Robot trên không 2 Hình 1.3: Robot di nc 3 Hình 1.4: Robot ca NASA chuyn đng bánh xe 4 Hình 1.5:. robot hình dng đng vt hoặc côn trùng. Hình 1.1: Robot hình ngi và hình dáng đng vt NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG PHÒNG CH 2012 GVHD: TS. HU ǵNHăNGUYNăHO ÀNG . 50 Hình 4.7: S đ bố trí mặt bằng và vị trí ca robot 51 Hình 4.8: Robot đang thực hin công vic phc v 53 NGHIÊN CU THIT K, VÀ CH TO MÔ HÌNH ROBOT PHC V TRONG