Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tốt nghiệp Robot 3 bánh, di chuyển tự động tránh vật cản và điều khiển bằng tay qua smartphone dùng Bluetooth. Sinh viên bộ môn cơ điện tử trường Cao Đẳng kỷ thuật Cao Thắng. Email: haidat99gmail.com
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH ROBOTINO 1.1 Lý do chọn đề tài Ở nước ta cũng đã có rất nhiều đề tài nói về Robot di động như là Robot tránh vật cản, Robot leo tường, Robot leo cầu thang… Nhưng chúng em chưa tìm thấy đề tài nào nói về Robot di chuyển linh hoạt đa hướng cũng như là áp dụng những kỹ thuật tiên tiến như Bluetooth Vì thế việc thiết kế một “MÔ HÌNH ROBOTINO” sử Bluetooth là vấn đề mà chúng em cần phải nghiên cứu chế tạo trong đề tài này. 1.2 Mục tiêu của đề tài Xe chạy ổn định. Có thể tự động né các vật cản. Có thể di chuyển đúng đến vị trí theo yêu cầu của người điều khiển. 1.3 Nhiệm vụ của đề tài Chạy tới ,chạy lui,chạy sang trái,chạy sang phải. 0 Chạy lệch góc 45 sang trái hoặc sang phải. Chạy xoay vòng sang trái, xoay vòng sang phải. Điều khiển phương hướng chạy bởi 1 chiếc điện thoại Android được cài đặt chương trình “app inventor” kết nối thông qua Bluetooth. Điều khiển Robot rất đơn giản nếu muốn Robot chạy tới, lùi, rẽ trái, rẽ phải hoặc xoay. 1.4 Giới hạn đề tài Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản phía trước rồi chuyển hướng di chuyển. 1 Có thể di chuyển được trong môi trường bằng phẳng. Di chuyển theo cách điều khiển qua điện thoại thông qua bluetooth. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các phương án thiết kế 2.1.1 Phương án 1 Lắp trực tiếp 3 bánh xe lên 3 trục của motor. Trục 3 motor song song và trục motor dẫn đường vuông góc với đường thẳng nối từ bánh xe vào tâm. Đường kính bánh xe trùng với trục hướng vào tâm. Như hình vẽ: Hình 2.1.1 Phương án 1 2 Ưu điểm: Tiết kiệm chi phí khi mua bánh xe và có thể dành chi phí đó cho làm mạch điện tốt hơn. Thiết kế đơn giản Nhược điểm: Không đúng theo yêu cầu. Khó đáp ứng khi rẽ, khó di chuyển theo yêu cầu. 2.1.2 Phương án 2 Lắp bánh xe và trục như hình vẽ: Bánh xe lắp trực tiếp lên trục của motor. Hình 2.1.2 Phương án 2 3 Ưu điểm: Đúng theo yêu cầu của đề tài. Lực phân bố đều trên 3 trục khi rẽ, quay. Nhược điểm: Các bánh xe đa hướng hơi khó tìm Vấn đề đặt trục và giải đồ cho di chuyển rất mới, trong nhóm chưa ai gặp. Để phù hợp với yêu cầu đề tài, nhóm đã thảo luận và đi tới quyết định chọn phương án 2. 2.2 Giải thuật điều khiển hướng di chuyển robot 3 bánh bằng phương pháp vector 2.2.1 Hướng về trước Hình 2.2.1 Di chuyển hướng Vector x 4 Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot. Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc : V1 = cos 90 = 0 o V2 = cos 30 = 0,866 o V3 = cos 30 = 0,866 Để xe di chuyển phải thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 bánh xe 1 dừng 5 2.2.2 Hướng lùi Hình 2.2.2 Di chuyển hướng vector x Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot. Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc : V1 = cos 90 = 0 o V2 = cos α2 = cos 30 = 0,866 o V3 = cos α3 = cos 30 = 0,866 Để xe di chuyển phải thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 bánh xe 1 dừng 6 2.2.3 Hướng qua phải Hình 2.2.3 Di chuyển hướng Vector x Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot. Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc : V1 = cos 0 = 1 o V2 = cos α2 = cos 60 = 0,5 o V3 = cos α3 = cos 60 = 0,5 Để xe di chuyển hướng qua phải thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 và bằng một nữa bánh xe 1. 7 2.2.4 Hướng qua trái Hình 2.2.4 Di chuyển theo hướng vector x Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot. Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc : V1 = cos 0 = 1 o V2 = cos α2 = cos 60 = 0,5 o V3 = cos α3 = cos 60 = 0,5 Để xe di chuyển trái thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 và bằng một nữa bánh xe 1. 8 o 2.2.5 Hướng qua trái – hướng lên góc 45 Hình 2.2.5 Hướng Vector x là hướng 45 Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’ được các góc lệch so với Vector x. o V1’ = cos 45 = 0.707 o V2’ = cos 15 = 0,966 o V3’ = cos 75 = 0,26 o Để xe di chuyển hướng qua trái – hướng lên góc 45 thì tốc độ xe nhân lần lượt V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe. 9 o 2.2.6 Hướng qua phải – hướng lên góc 45 Hình 2.2.6 Hướng Vector x là hướng 45 Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’ được các góc lệch so với Vector x. o V1’ = cos 45 = 0.707 o V2’ = cos 75 = 0.26 o V3’ = cos 15 = 0,966 o Để xe di chuyển hướng qua phải – hướng lên góc 45 thì tốc độ xe nhân lần lượt V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe. 10 5.3 QEI (Quadrature Encoder Interface) Hình 5.3: Sơ đồ xung của encoder Chú thích : QEA (RA3) là chân của PIC kết nối kênh A của Encoder. QEB (RA4) là chân của PIC kết nối kênh B của Encoder. Ở đây không có chân INDX. Nguyên lí: trong một chu kỳ, QEI sẽ đọc cả cạnh lênh và cạnh xuống của 2 kênh nên số xung sẽ nhân lên 4 (Quadrature). Khác với ngắt ngoài RB0, chỉ đọc được 1 cạnh lên hoặc 1 cạnh xuống. QEI cho số xung nhiều gấp 4 lần nên sẽ chính xác hơn rất nhiều. Giá trị đọc được sẽ lưu vào thanh ghi POSCNTL và POSCNTLH. QEI là module hoạt động độc lập. 39 5.4 Điều khiển PI số Áp dụng điều khiển tốc độ , vị trí động cơ Công thức của bộ điều khiển PI bằng cách xấp xỉ phương trình liên tục thành dạng rời rạc. Kp là một hằng số dương nào đó mà chúng ta gọi là hệ số P (Propotional gain), Err là sai số cần điều. Mục tiêu điều khiển là đưa e tiến về 0 càng nhanh càng tốt. Tích phân của cảm biến e được tính bằng tổng diện tích các hình chữ nhật tại mỗi thời điểm đang xét. Thành phần tích phân được xấp xỉ bằng diện tích vùng giới hạn bởi hàm đường biểu diễn của e và trục thời gian. Do việc tính toán tích phân không cần quá chính xác, chúng ta có thể dùng phương pháp xấp xỉ đơn giản nhất là xấp xỉ hình chữ nhật (sai số của phương pháp này cũng lớn nhất). t k 0 ∫edt = ∑ e(k) * h Tổng hợp các xắp xỉ.công thức của bộ điều khiển PI số được trình bày k U = K p * e + K i ∑ e(k) * h Trong đó U là đại lương output từ bộ điều khiển. 40 5.4.1 Code hiệu chỉnh tốc độ động cơ dùng PI Float Kp = 0.5, Ki = 0.1; void PIvantoc() { Pulse=POSCNTL | ((POSCNTH [...]... Vì V2’ và V3’ nằm cùng phương nên V2’ = V3’ Ta tìm được tốc độ V2 v 15 Chương 3: CƠ KHÍ 3. 1 Vật Liệu Tất cả khung xe và các kết cấu đều được làm bằng nhôm Độ dày của nhôm: 2mm Mục đích: nhôm dễ gia công, nhẹ Hình 3. 1 Nhôm 3. 2 Động cơ Hình 3. 2 Động cơ DC Servo GA25 16 Hình 3. 3 Sơ đồ chân động cơ DC Servo Hình 3. 4 Bản vẽ động cơ Chọn động cơ này bởi vì có encoder để điều khiển tốc độ và vị trí chính ... xác, thông dụng, dễ dùng, nhỏ gọn, phù hợp đường kính lỗ bánh xe. 17 Động cơ DC servo giảm tốc có encoder Điện áp hoạt động: 3 12v Đường kính trục: 4mm Tốc độ không tải: 32 0rpm Dòng không tải: 80 mA Tốc độ có tải: 284rpm Dòng khi có tải: 600 ma 37 4 xung khi qua hộp số Sơ đồ chân của động cơ 3. 3 Bánh xe Bánh xe đa hướng Omni Thông số kỹ thuật Đường kính ngoài 49,2mm Đường kính trục 6 ,35 mm Chọn bánh xe Omni bởi vì khả năng chịu tải tốt, ít ma sát, phù hợp di nhiều ... Hình 2.2.8 Hướng Vector x là hướng 45 Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’ được các góc lệch so với Vector x. o V1’ = cos 45 = 0.707 o V2’ = cos 15 = 0,966 o V3’ = cos 75 = 0,26 o Để xe di chuyển hướng qua phải – hướng xuống góc 45 13 thì tốc độ xe nhân lần lượt V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe. 2.2.9 Điều khiển robot chạy theo cung tròn Hình 2.2.9 ... a: là khoảng cách từ tâm robot đến bánh xe 1. b: là khoảng cách từ tâm robot đến đường nối bánh xe 2 ,3. 14 Ta có công thức liên kết: Vi R V 1 = V 23 = R+a R −b Suy ra V1=Vi (R+ a) / R Ta có Vi/R = V2 3 / (R– b) o o Mà V2 3 / (Rb) = V2’ cos 60 + V3’ cos 60 / (Rb) o Suy ra : (V2’+V3’)cos 60 / (Rb) o V2cos60 / (Rb) = Vi / R o Suy ra V2’ = Vi(Rb) / 2Rcos60 Ta tìm được V2’ Vì V2’ và V3’ nằm cùng phương nên V2’ = V3’ ... bởi vì khả năng chịu tải tốt, ít ma sát, phù hợp di nhiều hướng. 18 Hình 3. 5 : Bánh xe 19 3. 4 Thiết kế vỏ và gắn động cơ Mặt đáy gắn động cơ được thiết kế theo dạng hình tròn có đường kính là 30 0mm. Hình 3. 6 : Mặt dưới Khoảng cách của mỗi động cơ là 120 độ để tạo sự đồng đều và chính xác khi di chuyển. 20 21 Mặt trên : Hình 3. 7 : Mặt trên Các lỗ trên mặt nhôm được khoan lỗ 4 mm trùng với các lỗ mặt dưới ... Hướng qua trái – hướng xuống góc 45 Hình 2.2.7 Hướng Vector x là hướng 45 Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’ được các góc lệch so với Vector x. o V1’ = cos 45 = 0.707 o V2’ = cos 75 = 0.26 o V3’ = cos 15 = 0,966 11 o Để xe di chuyển qua trái – hướng xuống góc 45 thì tốc độ xe nhân lần lượt V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe. 12 o 2.2.8 Hướng qua phải – hướng xuống góc 45... Tầm điện thế hoạt động rộng: từ 2 đến 5.5V. Dòng cấp khoảng 25mA. 26 27 4 .3 Bluetooth HC05 Điện áp hoạt động: 3. 3 5V. Dòng điện khi hoạt động 30 mA Baudrate UART 9600 Kích thước của module chính: 28 mm x 15 mm x 2 .35 mm 28 Hình 4 .3 Bluetooth HC05 29 4.4 Mạch cầu H Mạch cầu H gồm 4 công tắc được mắc theo hình chữ H Bằng cách điều khiển 4 công tắc ... Hình 4.4: Mạch cầu H L298 30 4.5 LCD Màn hình text LCD 1602 xanh lá sử dụng driver HD 44780,có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự màn hình. Điện áp hoạt động là 5v. Kích thước: 80x36x12.5mm Điều khiển với 6 dây tín hiệu. Hình 4.5 : LCD 16x2 4.6 LM7805 Dòng điện lên đến 1,5 A Nhận nguồn 12V giảm xuống còn 5V cấp cho mạch điện. 31 Hình 4.6 LM7805 ... 8 bit:PIC10,PIC12,PIC16,PIC18 Trong đó PIC18F4 431 là IC chuyên dùng để điều khiển động cơ theo đề nghị của của Hình 4.1: Microchip 25 Hình 4.2: Sơ đồ chân PIC 18F4 431 4.2 Những đặc điểm nổi bậc PIC18F4 431 : Quadrature Encorder Interface: PWM output: độ phân giải từ 1 > 10 bít Module UART: Tần số bộ dao động cho phép tới 40Mhz. Trang bị 3 bộ định thời: 2 bộ 8 bit,1 bộ 16 bit. ... Hình 3. 7 : Mặt trên Các lỗ trên mặt nhôm được khoan lỗ 4 mm trùng với các lỗ mặt dưới 22 Gá liên kết 2 mặt trên dưới: Hình 3. 8 : Gá liên kết 2 mặt Mặt trên và dưới được liên kết với nhau bằng 1 thanh nhôm Khoảng cách giữa mặt trên và mặt dưới là 100 mm Hình 3. 9 Gá động cơ 23 Động cơ liên kết với mặt đáy bằng gá động cơ 24 Chương 4: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 4.1 Giới thiệu Microcontrollers (MCUs)