THIẾT KẾ ROBOT MINI TỰ HÀNH DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG

THIẾT KẾ ROBOT MINI TỰ HÀNH DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG

THIẾT KẾ ROBOT MINI TỰ HÀNH DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG

DESIGN MINI SELF-PROPELLED ROBOT MEASURED IN THE MAZE

Nhóm SVTH: Phan Trọng Đạt, Phạm Đức Linh, Nguyễn Văn Lượm,

Nguyễn Thái Sơn, Phan Lương Tín, Lê Đăng Trọng

Lớp 07CLC, Khoa Kỹ sư Chất Lượng Cao, Trường Đại học Bách khoa

GVHD: ThS Trần Thái Anh Âu

Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa

TÓM TẮT

Robot tự hành hay robot di động (mobile robot hay được viết tắt là mobot) được định nghĩa là một loại xe robot có khả năng tự dịch chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới

sự điều khiển tự động có khả năng hoàn thành công việc được giao Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot tự hành có thể là đất, nước, không khí, không gian vũ trụ hay tổ hợp giữa chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm Đề tài nghiên cứu này đi sâu nghiên cứu robot tự hành dò đường trong mê cung

ABSTRACT

Self-propelled robot or mobile robot (abbreviated mobot), defined as a robotic vehicle capability of self-moving, self-movement (programmable) under automatic control is able to complete assigned work In theory, the operating environment of the self-propelled robot may be ground, water, air, space or combination between them The surface of terrain on which the robot can move is flat or changeable, convex and concave This project has been studied deeply self-propelled robot in the maze

1 Đặt vấn đề

Robot tự hành (Mobile Robot) là một thành phần có vai trò quan trọng trong ngành Robot học Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống tự động hóa, robot tự hành ngày một được hoàn thiện và càng cho thấy lợi ích của nó trong công nghiệp và sinh hoạt Một vấn đề rất được quan tâm khi nghiên cứu về robot tự hành là làm thế nào để robot biết được vị trí nó đang đứng và có thể di chuyển tới một vị trí xác định, đồng thời có thể tự động tránh được các chướng ngại vật trên đường đi Vì vậy, việc chế tạo thành công đề tài này sẽ mở ra một hướng tiếp cận mới và góp phần thúc đẩy việc ứng dụng của robot ngày càng nhiều vào trong đời sống hằng ngày và trong nghiên cứu chế tạo

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của robot

2.1 Sơ đồ khối

Hình 1 Sơ đồ khối của toàn bộ robot

2.2 Cảm biến

2.2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý

2.2.2 Nguyên lý làm việc

Led phát D2 được mạch tạo xung IC555 phát tín hiệu truyền đến Biến trở R2 cho phép chỉnh xung của IC555 cho phù hợp Ánh sáng phản xạ vào tường bật lại, được quang trở D3 thu, điện trở của quang trở D3 giảm xuống, tiếp đó sẽ qua so sánh LM324 để đưa ra

bộ vi điều khiển Biến trở R10 cho phép chỉnh mức nhảy của so sánh cho phù hợp cảm biến với môi trường

2.3 Động cơ

2.3.1 Giới thiệu động cơ

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa

số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết

2.3.2 Nguyên tắc hoạt động

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc

độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

Đề tài này sử dụng động cơ bước đơn cực, 6 dây

2.4 Vi điều khiển (PIC16F877A)

PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40 chân,

bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường)

2.4.1 Chức năng của PIC16F877A sử dụng trong đề tài

Nhận các tín hiệu từ cảm biến phản xạ về

Chứa các thông tin và xử lý mọi hoạt động của robot

Tính toán đường đi ngắn nhất đến đích

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến

Điều khiển động cơ thông qua IC ULN2803

2.4.2 Sự kết nối của PIC trong đề tài

PORT B : nối với cảm biến

PORT D: Nối với ULN2803 để điều khiển động cơ

Thạch anh : 20Mhz

2.5 Mạch điều khiển động cơ

Mạch sử dụng IC ULN2803 và nguồn sử dụng là 5v

ULN2803 là một IC đệm dòng với các chức năng của các chân tương ứng vào, ra như sau:

IN1  OUT1 IN5  OUT5 Chân GND là chân nối đất

IN2  OUT2 IN6  OUT6 Chân 10 là chân Common, nối nguồn +Vcc IN3  OUT3 IN7  OUT7 Nếu đầu vào là 0  đầu ra thả nổi

IN4  OUT4 IN8  OUT8 Nếu đầu vào là 1  đầu ra là 0

2.6 Khung máy

Hình 4 là sơ đồ cấu trúc của robot:

 DC1, DC2 : là 2 động cơ bước sử dụng trong mô

hình

 B1, B2 : 2 bánh xe có đường kính 6cm

 B3: Mảnh nhựa ma sát nhỏ

 PIN: Khối pin

 CB: Khối mạch cảm biến đặt phía trước của

robot

 PIC: Khối điều khiển trung tâm đặt trên mặt

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ

Hình 4 Sơ đồ cấu trúc của robot

2.7 Nguồn

Sử dụng nguồn máy tính với các đầu GND, +5V, +12V

Lý do: Giải pháp dùng các

nguồn khác không phù hợp

2.8 Mê cung

Tường mê cung (hình 7):

Cao 10 cm

Dày 1,2 cm

Đặc điểm : Bọc 1 lớp giấy

trắng trên tường để phản xạ

ánh sáng

3 Thuật toán tìm đường flooding

Thuật toán flooding là thuật

toán để phân phối vật liệu cho mỗi

phần tử của một mạng kết nối

Thuật toán flooding có

nguyên lý như sau:

 Mỗi nút hoạt động như một

bộ truyền và nhận

 Mỗi nút cố gắng để chuyển

tiếp tất cả mỗi tin nhắn đến

mỗi hoặc một trong những

nút có ở cạnh nó, trừ nút nguồn

 Kết quả là tin nhắn được truyền từ nguồn đến đích

Thuật toán flooding phù hợp giải quyết rất nhiều trong vấn đề toán học, trong đó có giải quyết vấn đề di chuyển trong mê cung và lý thuyết đồ thị

Hình 7 Robot chạy trong mê cung Hình 6 Robot hoàn thành

Hình 5 Sơ đồ thuật toán flooding

4 Kết luận

4.1 Tính năng của robot

Robot có thể di chuyển trong mê cung

Robot tránh được tường và tìm được đường về đích

Robot chạy được với mê cung khác nhau

4.2 Công việc thực hiện được

 Nghiên cứu cấu trúc và nguyên lý hoạt động của robot

 Thiết kế và chế tạo mô hình robot cũng như mê cung

 Xây dựng thuật toán và lập trình điều khiển robot

4.3 Những tồn tại của đề tài

 Bộ phận cảm biến chưa được hiệu quả khi thay đổi các môi trường ánh sáng khác nhau

 Phần cơ khí chưa đạt độ chính xác yêu cầu

 Chưa sử dụng được nguồn di động, mà phải hỗ trợ ở nguồn ngoài

4.4 Hướng phát triển

 Hoàn thành ổn định cảm biến

 Nghiên cứu nguồn di động phù hợp với robot

 Gia công chính xác phần bánh xe để di chuyển ổn định, thẳng và đều

 Lập trình để robot có khả năng tính toán đường đi và di chuyển nhanh nhất

 Tăng độ lớn của mê cung



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Thế San (2005), Cơ sở Nghiên Cứu & Sáng tạo robot, NXB Thống Kê

[2] Picvietnam, http://www.picvietnam.com

[3] Dientuvietnam, http://www.dientuvietnam.net

[4] Micromouse trường Đại học Công Nghệ, http://micromouse.tk