Báo cáo tốt nghiệp Robot tự hành

53 926 2
Báo cáo tốt nghiệp Robot tự hành

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

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) 

Ngày đăng: 21/07/2016, 14:03

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan