Thiết kế robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng lượng mặt trời

THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Lun t k robot v sinh mt h s dng mt tri. Robot c thit k nhm thc thi công vic v sinh mt h  thng chp hành ca robot gm gung gt thu rác, gung gc, bánh xe và chân vt  chuyng robot, pin Mt Tri u có chung h thu khin. Robot ch yuhong  các b n, b ch v công ci c b  c sp xp và b  thit k. Robot di chuyn trên mc nh  phao, gung gc có tác dng thu gom rác và kéo robot di chuyn, gung gt phía sau có tác dy robot di chuyn ng th không b kt rácc b trí 4 bánh xe nhm chp thân robot vào thành b  chuya b Phía sau c lt h th chuyc t cm bin quang nhm phát hin vc ln.Phía trên thân t cm bin quang tr  robot nhn bit ban ngày -  u này giúp robot chn ch  hot ng khi làm vic. Tm pin Mt Trt trên thân robot nhm cung cng cho robot hong.Ngoài ra, chúng ta có th dùng b u khin t  u khin robot thông qua kt ni không dây bng sóng RF. ng du khin PIC 18F4431 làm b x  u khin các hong ca robot. Lu khin robot bng ngô ng C vi trình biên dch PIC C Compiler.Kim tra kt qu thc nghim robot thc hin công vic các yêu ct ra. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY v ABSTRACT Dissertation on designing robotic pool cleaner using the solar power. Robotic is designed to carry out the work pool cleaning, system of robotic includes front paddlewheel, rear paddlewheel, bumper wheels, screw propeller, solar panels but share of control system. Robotic primarily operates in homes, hotels, public pools, etc. with dimension pool is sorted and arranged according to the diagram designer. Robotic moves on surface water by float; Front paddlewheel collect leaves, dust, pollen, etc. and propulsion; Rear paddlewheel of robotic is for propulsion and help the unit the reverse to back away from the obstacle; 4 corners of robotic is placed 4 bumper wheels, thing is going to follow the edge of the pool, any time the unit collides with a wall of the pool and they are particularly good at casing the vessle to do a hard right or a hard left turn each time it encounters a wall of the pool, casing the vessle to quickly maneuver out of corners and around obstacles.Behind the robotic is placed a screw propeller to change way of the unit. In front of the robotic is placed an optical sensor to detect the things large. Top site of the unit is placed a resistance optical detector to identify light or dark and the thing help it to choose mode when the unit works. The solar panels are placed on top site of the robotic is feeding source power to the unit. Also, we can use the remote to control the robotic via wireless connection using RF waves. PIC 18F4431 microcontroller applications central processor to control the operation of the robotic.Robotic controller programming in C language with the PIC C compiler. The experimental results robots do the work to achieve the requirements set out. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY vi MỤC LỤC Trang tựa Trang Quy tài Lý lch cá nhân i L ii Li c iii Tóm tt lu iv Mc lc vi Danh sách các hình x Danh sách các bng xiii NG QUAN 1.1.Tng quan chung v c nghiên cu, các kt qu nghiên cu trong và ngoài  1 1.1.1.Gii thiu chung v c nghiên cu 1 1.1.2.Phân loi robot 2 1.1.3.Mt s du khin 5 1.1.4.Các kt qu nghiên c 5 1.2.Mc tiêu, khách th ng nghiên cu c tài 11 1.3.Nhim v c tài và phm vi nghiên cu 11 u 12 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY vii  LÝ THUYT u kin nh ca vt ni trong cht lng 13 nh lut Archimede 13 u kin nh ca vt rn ngp trong cht lng 13 2.2 Thit k u thu gom rác 14 2.2.1 Các nguyên lý thu gom rác 14 2.2.2 Lng lên vt ngp trong cht lng chuyng 17 ng hc 19 2.3.      20 2.3.1.       20 2.3.2.  20 u khin 24 2.4.1.Gii thiu v u khin PIC 18F4431 24 2.4.2 Cha tng chân 25 2.4.3 Ngt (interrupts) 27 2.5 Lý thuyt v phn mm  u khin robot 27 2.5.1 Các khâu chính trong quá trình hong ca robot 27 u khin 28 ng 3: THIT K  U KHIN CHO ROBOT 3.1 Thit k  31  phao di chuyn 32 3.1.2 Áp lc thng ca phao robot và chuyng ma sát t phng ca thân robot 33 u thu rác ca Robot 35 3.1.4 Tính toán công sut ca gung cánh gt 36 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY viii 3.1.5 Tính toán lng lên bánh lái và moment ca trc bánh lái 41 3.1.6 Phng bánh lái ca robot s dng vitme  c 44 3.1.7 B phng và chng va chm ca robot s dng bánh xe cao su 49 3.2 Thit k b u khin và lp trình cho robot 50 3.2.1 phn cng 50 3.2.2 Lu khin robot 61 3.3 Tính toán din tích pin mt tri và kh  ca acquy 64 3.3.1 Di     64 3.3.2 Kh  ca Acquy 65  h thng pin Mt Tri 65 T QU 4.1 Kt c 66  phao di chuyn 66 4.1.2 Gung cánh gt thu rác 66 4.1.3 Gung cánh gc 67 4.1.4 Bánh lái 68 4.1.5 Bánh xe chuyng 68 4.1.6 Khay cha rác 69 4.2 Mch u khin s dng trong robot 70 4.2.1 Mu khin robot 70 4.2.2 Khng lc 70 4.2.3 Cm bin IR 70 4.2.4 Cm bin quang tr 71 4.2.5 B u khin RF 72 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY ix c tin hành thc nghim 73 T LUNG PHÁT TRIN 5.1 Kt lun 76 ng phát tri 76 TÀI LIU THAM KHO 78 PH LC 79 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1  ng vt 2 Hình 1.2  Robot trên không 3 Hình 1.3  c 3 Hình 1.4  Robot di chuyn bng dng bánh xích hong 4 Hình 1.5 -  5 Hình 1.6 -  6 Hình 1.7 - iRobot Verro 500 PowerScrub 7 Hình 1.8 - Swimming pool cleaning robots  Surrey 7 Hình 1.9 - Solar Breeze Robot 8 Hình 1.10 - B ch v- 9 Hình 2.1  Các trng thái ca vt trong cht lng 13 Hình 2.2  V y Archimede và tâm khi ca vt 14 Hình 2.3 - u gom rác theo nguyên lý nht rác 15 Hình 2.4 - u gom rác theo nguyên lý cào rác 16 Hình 2.5 - u gom rác theo nguyên lý  a 17 Hình 2.6   lc tác dng lên vt ngp trong cht lng 17 Hình 2.7  ng hc 19 2.8               20 2.9 -       (a) t Tri (b) 21 2.10 -          23 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY xi Hình 2.11 -  cha PIC 18F4431 25 Hình 2.12 -  cu trúc hong ca robot 28 Hình 2.13 - u khin chu k xung PWM 29 Hình 3.1  Không gian làm vic ca Robot 31 Hình 3.2 -  lc tác d phao robot 32 Hình 3.3 -  lc robot 33 Hình 3.4  chuyng masát t và thành bên robot 34 Hình 3.5- u thu rác ca Robot 35 Hình 3.6   phao ca robot 35 Hình 3.7   lc tác dng lên bánh lái 41 Hình 3.8 -  th nh các h s lc và moment thng trên bánh lái 42 Hình 3.9  ng bánh lái ca robot 44 Hình 3.10  Bánh xe chuyng và chng va chm ca robot 48 Hình 3.11  Khay cha rác 49 Hình 3.12  Mô hình thit k c lp ráp 49 Hình 3.13 -  khi hong ca robot 50 Hình 3.14   nguyên lý mu khin chính PIC18F4431 51 Hình 3.15   nguyên lý mu khin PIC16F887 52 u khin phát tín hiu) Hình 3.16   nguyên lý mu khin PIC16F887 53 u khin nhn tín hiu) Hình 3.17   nguyên lý mch kim tra dòng áp 54 Hình 3.18   nguyên lý mch hin th u khin 54 Hình 3.19   nguyên lý mng thái 54 Hình 3.20 -  nguyên lý mng lc ca robot 55 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY xii Hình 3.21   nguyên lý mch thu phát cm bin IR loi 1 56 Hình 3.22   nguyên lý mch thu phát cm bin IR loi 2 56 Hình 3.23   nguyên lý mch phát hin vt cn 57 Hình 3.24   nguyên lý mch cm bin quang tr 57 Hình 3.25   nguyên lý mch thu phát nRF24L01+ 58 Hình 3.26   khi ca nRF24L01+ 59 Hình 3.27   chân nRF24L01+ 60 Hình 3.28   gii thu 61 Hình 3.29   khi h thng pin Mt Tri 65 Hình 4.1  Gung cánh gt thu rác 67 Hình 4.2  gung cánh gc 67 Hình 4.3  u bánh lái 68 Hình 4.4  Bánh xe chuyng 69 Hình 4.5 - Khay cha rác 69 Hình 4.6  Mu khin ca robot 70 Hình 4.7  Cm bin IR (hng ngoi) 71 Hình 4.8  Cm bin quang tr 71 Hình 4.9  B thu  phát RF 72 Hình 4.10  Pin Mt Tri 72 Hình 4.11  c thc hin thu gom rác ca robot 74 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY xiii DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Bng 3.1 - Bng tính lng lên bánh lái và moment ca trc bánh lái 43 [...]... điều khiển cho robot, nguồn năng l ợng sử dụng, di chuyển tự đ ng và điều khiển từ xa 1.3.Nhi m v củaăđ tài và ph m vi nghiên cứu Nhi m v củaăđ tài: thiết kế và chế t o mô hình robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng l ợng mặt tr i bao gồm: - Phần cơ khí gồm có: + Thiết kế, chế t o phần phao nổi cho robot + Thiết kế, chế t o phần cơ cấu thu gom rác + Thiết kế, chế t o phần điều h ớng cho robot - Phần điều... tốn nhiều điện năng do robot này trực tiếp lấy nguồn năng l ợng ánh sáng mặt tr i, đi kèm với robot la mô ̣t nguôn d ̣ tr ̃ cho phép l u trữ năng l ợng ban ngày để có thể ho t đ ng đ ợc vài gi vào ban đêm 1.2.M c tiêu, khách th vƠăđ iăt ng nghiên cứu củaăđ tài M c tiêu củaă đ tài: thiết kế và chế t o robot ng dụng trong việc vệ sinh bể bơi cá nhân và bể bơi dịch vụ sử dụng năng l ợng mặt tr i Khách... HOÀNG HVTH: NGUY N DUY UY 7 THI T K ROBOT V SINH M T H S D NGăNĔNGăL NG M T TR I Robot sử dụng công nghệ xoáy để hút bụi và rong rêu d ới đáy hồ, các bụi bẩn và rong rêu đ ợc giữ l i trong lòng robot thông qua b lọc Robot đ ợc cấu t o b i hình d ng th y đ ng lực học cho phép robot di chuyển nhanh hơn d ới n ớc [Nguồn: Desjoyaux Pools] -Robot vệ sinh mặt hồ: Robot lƠmăs chăh ăb iăs ăd ngănĕngăl ngăm tătr... cứuătrongăvƠăngoƠiăn căđƣăcôngăb Trong đề tài chỉ tập trung nghiên c u robot vệ sinh bể bơi nên trong phần này chỉ giới thiệu các nghiên c u có liên quan đến robot vệ sinh bể bơi  M tăs ănghiênăcứu ătrongăn c: -Robot vệ sinh đáy hồ: Hình 1.5 - Robot làm sạch hồ bơi GVHD: TS HUỲNH NGUY N HOÀNG HVTH: NGUY N DUY UY 5 THI T K ROBOT V SINH M T H S D NGăNĔNGăL NG M T TR I Đây là nghiên c u c a th c sĩ Ph... UY 6 THI T K ROBOT V SINH M T H  M tăs ănghiênăc uă ăngoƠiăn S D NGăNĔNGăL NG M T TR I c: -Robot vệ sinh đáy hồ: Robot: iRobot Verro 500 PowerScrub iRobot Verro khi đ ợc th xuống n ớc nó sẽ tự đ ng nhẹ nhàng lặn xuống đáy hồ và tiến hành dọn dẹp vệ sinh bằng cách dùng vòi Hydro để tẩy các vết bẩn và tiêu diệt vi khuẩn trong hồ Verro còn có thể dọn dẹp các vách t ng thành xung quanh thành hồ cũng nh... HUỲNH NGUY N HOÀNG HVTH: NGUY N DUY UY 11 THI T K ROBOT V SINH M T H S D NGăNĔNGăL NG M T TR I Ph m vi nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên c u, thiết kế và chế t o robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng l ợng mặt tr i để phục vụ cho hồ bơi trong gia đình và các hồ bơi dịch vụ Các công việc tính toán và chế t o đ ợc triển khai chi tiết 1.4.Ph ngăphápănghiênăcứu Để đáp ng đ ợc các mục tiêu đư đề ra, ph ơng... gồm có: + Lựa chọn nguồn năng l ợng + Thiết kế m ch điều khiển cho robot + Thiết kế m ch điều khiển từ xa + Xây dựng l u đồ gi i thuật cho robot + Lập trình để robot thực hiện công việc thu gom rác Gi i h n củaăđ tài: Kh năng linh ho t c a robot ch a cao, di đ ng theo hình xoắn ốc để thu rác có thể ch a đ t đ ợc GVHD: TS HUỲNH NGUY N HOÀNG HVTH: NGUY N DUY UY 11 THI T K ROBOT V SINH M T H S D NGăNĔNGăL... gọn -Nh ợc điểm: Giá thành cao GVHD: TS HUỲNH NGUY N HOÀNG HVTH: NGUY N DUY UY 8 THI T K ROBOT V SINH M T H S D NGăNĔNGăL NG M T TR I Kêtăluơ ̣n: Ch a co nghiên c u trong n ơc vê vân đê t ̣ đô ̣ng của Robot vê ̣ sinh mă ̣t hô bơi s ̉ du ̣ng năng l ơ ̣ng sa ̣ch n ớc ngoài, kh năng linh ho t c a robot vệ sinh mặt hồ ch a cao  Tính cấp thi t củaăđ tài: Ngày nay, bơi l i là ho t đ ng thể thao thích thú... thực hiện đề tài “Thi tăk Robot v sinh m t hô s ̉ ădu ̣ngănĕngăl ̣ngămĕ ̣tă tr i” Vấn đề này rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao trong giai đo n hiện nay ụănghĩaăthựcăti n: Để vệ sinh bể bơi cá nhân, bể bơi dịch vụ chúng ta ph i tốn nhiều chi phí để mua các dụng cụ làm vệ sinh, ph i thuê lao đ ng, ph i tốn nhiều th i gian để làm những công việc này Với việc sử dụng robot để thay thế hoặc h trợ... ng cho robot Kh năng di đ ng làm robot có nhiều ng dụng và đòi hỏi ph i gi i quyết nhiều vấn đề mới M t trong những vấn đề chung cần nghiên c u các lo i robot di đ ng là kh năng xác định ph ơng h ớng c a robot Robot di đ ng có thể phân lo i bằng các cách:  Phân lo i theo môi tr ng mà chúng di chuyển:  Robot ngoài tr i và robot trong nhà Thông th ng, chúng đ ợc lắp bánh xe, nh ng cũng có lo i robot . THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Lun t k robot v sinh mt h s dng. Compiler.Kim tra kt qu thc nghim robot thc hin công vic các yêu ct ra. THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH:. phao robot và chuyng ma sát t phng ca thân robot 33 u thu rác ca Robot 35 3.1.4 Tính toán công sut ca gung cánh gt 36 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG