sinh viên nghiên cứu khoa học. đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT THĂM DÒ ĐỊA HÌNH VÀ VẼ BẢN ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH

Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT THĂM DÒ ĐỊA HÌNH VÀ VẼ BẢN ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH MANUFACTURING RESEARCH TERRAIN EXPLORATION ROBOT AND MAPPING ON COMPUTER SVTH: Võ Văn Phi, Võ Thị Mẫn, Lê Anh Tiến Lớp 08DT2, 08DT2, 10DT2 Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng GVHD: Phạm Xuân Trung Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Nghiên cứu chế tạo loại robot, di chuyển địa hình phẳng gồ ghề có cấu tạo phần di chuyển đai xích, có khả phát vật cản phía trước, tính toán đường tự động, sau gửi liệu máy tính vẽ quãng đường di chuyển Đây loại robot chạy Pin, loại có khả nạp điện nhiều lần Robot dùng sóng siêu âm để tránh vật cản, gắn servo điều khiển góc quay, tăng độ linh hoạt Dữ liệu gửi máy tính xử lý, vẽ đồ robot di chuyển CPU robot sử dụng chip TI MSP430G2553, dòng chip tiếp kiệm lượng, dùng nguồn 3.3v thiết bị dùng để thu phát tín hiệu KIT EZ430, giao tiếp với chip chủ máy tính qua UART Từ khóa: Đai Xích; Sóng Siêu Âm; Servo; Chip; Tiếp Kiệm Năng Lượng; UART ABSTRACT The research to create a robot, moving on flat or rough terrain due to the moving belt chain, capable of detecting obstacles ahead, automatically calculates the path, then send data on computer draw distance move Power of robot using battery which recharging multiple times Robot using ultrasonic to avoid obstacles, are mounted on a servo control angle, thus increasing flexibility Data will be sent to the processing computer, mobile robot mapping CPU chip uses MSP430G2553, produce of Texas Instruments, is an energy family chips, devices using 3.3v and KIT EZ430 transmit and reciver signal, communicating with master Chip and computer by UART Key words: Chain Belt; ultrasound; Servo; Chip; save energy; UART Đặt vấn đề Hiện giới, mẫu robot đời ngày nhiều mang lại nhiều lợi ích to lớn, ví dụ Robot xử lý cố tràn dầu, Máy bay vận chuyển không người lái của, Xe ôtô tự lái, ROBOT chữa cháy… Sự phát triển nhanh kỹ thuật đòi hỏi phải nghiên cứu nhiều sản phẩm để theo kịp công nghệ giới Ở Việt Nam, ROBOT phục vụ chủ yếu cho ngành công nghiệp Các nơi Viện Cơ Khí chế tạo, nghiên cứu trường Đại Học, khối Quân Sự… phát triển số ROBOT (ROBOT dò mìn, ROBOT vượt địa hình, ROBOT vượt sông, ROBOT chuyên chở…) hiệu mang lại chưa nhiều kết cấu khí lớn Trong nghiên cứu khoa học nhóm chúng em chế tạo mô hình ROBOT mini thăm dò địa hình để khảo sát số địa điểm mà người chưa thể tiếp cận hang tối, nhỏ, khe hẹp vụ sập nhà… Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 Giải vấn đề Việc chế tạo loại robot thăm dò địa hình cần phải sâu vào yếu tố sau: 2.1 Thiết kế phần cứng gọn, nhẹ, sử dụng tiếp kiệm lượng, cấu di chuyển phải đảm bảo vượt địa hình 2.2 Robot tự động, tìm đường đến mục tiêu, phát vật cản trước mặt 2.3 Dữ liệu robot đưa hiển thị máy tính, xử lý đưa cho người sử dụng theo dõi 2.4 Có thể lắp camera theo dõi gắn robot, sử dụng công nghệ định vị (GPS, cảm biến gia tốc, la bàn số, quay hồi chuyển…) Kết nghiên cứu Bình Luận 3.1 Thiết kế phần cứng phần mềm 3.1.1 Phần Cứng  Khung Robot Hình Mẫu robot thăm dò địa hình Bảng Xác Định Chiều Di Chuyển Robot Khung làm nhôm, bánh xe làm nhựa, chạy đai xích có động bên, nguồn điều khiển 12v, tốc độ 180 vòng/phút sàn nhà, đât, cát, đá mịn chưa đất bùn, đất đá kích thước lớn(đường kính đá > 4cm)  Phần Mạch Điều Khiển Hình Sơ đồ kết nối phần cứng Robot Hình Sơ đồ kết nối với máy tính Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013  Kit Launch Pad MSP430G2553 Chíp Sử dụng G2553 có 20port, 14port I/O, Port1 (P1.0  P1.7), Port2 (P2.0  P2.5) Các chân điều khiển hoạt động Robot Trên Kit có cổng giao tiếp USB, Phần mềm biên dịch CODE chip IAR, nạp chương trình thông qua USB, Hình Kit Launch Pad Chân Vcc kit có điện áp 3.3v  Kit EZ430_RF2500 Trên Kit có chip MSP430F2274 chip C2500 dùng để phát sóng RF, tần số sử dụng 2.4 GHz Kit Launch Pad giao tiếp với Kit EZ430 thông qua UART, tốc độ Baud 9600, nội dung mã hóa thành sóng vô tuyến gửi môi trường Chip khác nhận tín hiệu, giải mã truyền lên máy tính, chuyển từ UART (RS232) sang chuẩn USB, máy tính xử lý tín hiệu nhận Hình Kit EZ430_RF2500  HY_SRF05 Đây module thu phát sóng siêu âm Nguồn sử dụng 3.3v lấy Kit Launch Pad Hình HY_SRF05 Nhiệm vụ : Đo khoảng cách từ Robot đến vật cản Khoảng cách đo giới hạn 5cm  50cm Dùng chức Capture chip MSP430G2553 đo thời gian xung chân ECHO Biết thời gian tạo xung chân ECHO (t) áp dụng công thức (1) tính khoảng cách(S) vật cản với robot: ∗ ( / ) Hình Giãn đồ xung điều khiển 340m/s :vận tốc âm (1) S=  Servo SG90 Là động có góc quay điều khiển độ rộng xung,nguồn cung cấp 5v Nhiệm vụ: Điều khiển hướng HY_SRF05 lấy khoảng cách Hình SG90_Vcc 5V Hình Giãn đồ xung điều khiển góc quay SERVO Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013  Khối Nguồn Sử dụng Pin LIPO dòng 2200mAh, 3cell, nguồn tạo 11.1v.Bên cạnh sử dụng thêm IC7805 nhằm cung cấp điện áp 5V cho khối khác Hình 10 Pin 11.1v Hình 11 ic 7805  Khối hiển thị Sử dụng IC dịch 74LS595 LED đoạn chân CPU điều khiển hiển thị khoảng cách Robot tới vật cản Hình 12 Sơ đồ Mạch Hiển thị khoảng cách  Khối điều khiển động (2 khối động cơ) Dùng cặp bjt bổ phụ TIP41 TIP42 làm mạch cầu H, Các tín hiệu điều khiển lấy từ MSP430G2553 qua BJT C1815 trung gian đủ điện áp điều khiển chiều quay động Nguồn chạy động lấy từ pin 11.1V Hình 13 Mạch Điều khiển Động Cơ 3.1.2 Phần mềm  Lưu đồ thuật toán chương trình cho chip Lưu đồ MSP430G2553 Lưu đồ EZ430_RF2500 Robot Lưu đồ EZ430_RF2500 nối PC Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 Khi cấp nguồn, chip cài đặt thông số hoạt động, cấu hình chân I/O, Timer, dừng WATCHDOG TIME Sóng siêu âm hoạt động lấy khoảng cách phía trước, hiển thị lên led đoạn Cài đặt khoảng cách nhỏ robot vật cản 15cm Nếu Khoảng cách lớn 15cm, robot tiến tới, tiếp tục lấy khoảng cách, đếm quãng đường hoạt động.Khi phát vật cản, đếm quãng đường ngừng hoạt động, gửi liệu máy tính, robot lấy khoảng cách vật cản bên trái phải Bên có khoảng cách vật cản lớn, robot chọn hướng đó,gửi liệu lên máy tính báo hướng robot Khi khoảng cách vật cản bên robot bé so với thông số cài đặt, robot lùi.Rồi tiếp tục lấy khoảng cách vật cản bên tìm đường phù hợp Dữ liệu từ hướng quãng đường được gửi máy tính vẽ đồ  Chương trình giao tiếp với máy tính Hình 14 Cài đặt thông số Hình 15 Kết Nối Với Cổng COM thành công  Chương trình vẽ đồ máy tính Hình 16 Chương trình vẽ đồ PC Hình 17 Chương trình vẽ đồ Mobile 3.2 Đánh giá hoạt động Robot số địa hình Bảng Đánh Giá hoạt động Robot địa hình khác Đất Tốc độ trung bình (có giảm theo dung lượng pin) Thời gian Pin Đo khoảng cách xác Mang vật nặng tối đa (mức an toàn) 0.4 m/s Cát (độ nhấp nhô