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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY UY THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI S K C 0 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY UY THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DUN ̣ G NĂNG LƯƠN ̣ G MĂT ̣ TRỜI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 TP Hồ Chí Minh, tháng 05/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - - LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY UY THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG TP Hồ Chí Minh, tháng 05/2013 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Nguyễn Duy Uy Ngày, tháng, năm sinh: 06 – 10 – 1985 Quê quán: Hải Hƣng Giới tính: Nam Nơi sinh: Hải Hƣng Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 30/4, Châu Văn Liêm, Tổ 2, KP4, P Xuân Thanh, Thị xã Long Khánh, tỉnh Đồng Nai Điện thoại riêng: 0982.37.65.47 E-mail: Duyuykt85@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo: 10/2005 – 10/2010 Chính quy Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy Tên luận văn tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo máy bóc vỏ hạt cà phê Bảo vệ luận án tốt nghiệp: Năm 2010 Ngƣời hƣớng dẫn: TS Trần Ngọc Hào III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Nơi công tác Thời gian 03/2010 – 06/2011 07/2011 – đến Công ty Lilama 45.4 Jsc Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG Công việc đảm nhiệm Kỹ sƣ giám sát Học viên HVTH: NGUYỄN DUY UY i THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu kết luận văn trung thực.Ngoài phần tham khảo từ tài liệu, phần thân tự nghiên cứu chƣa công bố công trình khác Tp.Hồ Chí Minh, ngày… tháng 04 năm 2013 NGUYỄN DUY UY GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY ii THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn tri ân: Tiến sĩ HUỲNH NGUYỄN HOÀNG tận tình giảng dạy, hƣớng dẫn khoa học giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Quý Thầy Cô Phòng đào tạo tất quý Thầy Cô Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Khoa Điện, quý Thầy Cô giảng dạy suốt trình học tập Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Gia đình, anh em, bạn học viên lớp ngƣời thân giúp đỡ, đóng góp ý kiến, động viên suốt thời gian học tập Trân trọng! Tp.Hồ Chí Minh, ngày… tháng 04 năm 2013 NGUYỄN DUY UY GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY iii THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn thiết kế robot vệ sinh mặt hồ sử dụng lƣợng mặt trời Robot đƣợc thiết kế nhằm thực thi công việc vệ sinh mặt hồ bơi, hệ thống chấp hành robot gồm guồng gạt thu rác, guồng gạt đẩy nƣớc, bánh xe chân vịt để chuyển hƣớng robot, pin Mặt Trời nhƣng có chung hệ thống điều khiển Robot chủ yếuhoạt động bể bơi gia đình, khách sạn, bể bơi dịch vụ công cộng,…Với kích thƣớc bể bơi đƣợc xếp bố trí theo sơ đồ thiết kế Robot di chuyển mặt nƣớc nhờ hai đế phao, guồng gạt phía trƣớc có tác dụng thu gom rác kéo robot di chuyển, guồng gạt phía sau có tác dụng đẩy robot di chuyển nhƣng đồng thời giúp robot không bị kẹt rác, góc robot đƣợc bố trí bánh xe nhằm chống va đập thân robot vào thành bể bơi, bánh trƣớc quay để chuyển hƣớng robot vào góc bể bơi.Phía sau robot đƣợc lắp đặt hệ thống bánh láiđể chuyển hƣớng robot.Phía trƣớc robot đƣợc đặt cảm biến quang nhằm phát vật có kích thƣớc lớn.Phía thân robot có đặt cảm biến quang trở để robot nhận biết ban ngày - đêm điều giúp robot chọn chế độ hoạt động làm việc Tấm pin Mặt Trời đƣợc đặt thân robot nhằm cung cấp nƣợng cho robot hoạt động.Ngoài ra, dùng điều khiển từ xa để điều khiển robot thông qua kết nối không dây sóng RF Ứng dụng vi điều khiển PIC 18F4431 làm xử lý trung tâm để điều khiển hoạt động robot Lập trình điều khiển robot ngô ngữ C với trình biên dịch PIC C Compiler.Kiểm tra kết thực nghiệm robot thực công việc đạt đƣợc yêu cầu đặt GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY iv THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 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; corners of robotic is placed 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 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 the work to achieve the requirements set out GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY v THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt luận văn iv Mục lục vi Danh sách hình x Danh sách bảng xiii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nƣớc công bố 1.1.1.Giới thiệu chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.2.Phân loại robot 1.1.3.Một số dạng điều khiển 1.1.4.Các kết nghiên cứu nƣớc công bố 1.2.Mục tiêu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu đề tài 11 1.3.Nhiệm vụ đề tài phạm vi nghiên cứu 11 1.4.Phƣơng pháp nghiên cứu 12 GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY vi THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Điều kiện ổn định vật chất lỏng 13 2.1.1.Định luật Archimede 13 2.1.2.Điều kiễn ổn định vật rắn ngập chất lỏng 13 2.2 Thiết kế cấu thu gom rác 14 2.2.1 Các nguyên lý thu gom rác 14 2.2.2 Lực tác động lên vật ngập chất lỏng chuyển động 17 2.2.3.Mô hình động học 19 2.3 Pin mă ̣t trời 20 2.3.1.Cấ u ta ̣o và nguyên lý hoạt động pin mặt trời 20 2.3.2 Các đặc trƣng pin Mặt Trời 20 2.4 Vi điều khiển 24 2.4.1.Giới thiệu vi điều khiển PIC 18F4431 24 2.4.2 Chức chân 25 2.4.3 Ngắt (interrupts) 27 2.5 Lý thuyết phần mềm – chƣờng trình điều khiển robot 27 2.5.1 Các khâu trình hoạt động robot 27 2.5.2 Phƣơng pháp điều khiển 28 Chƣơng 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 3.1 Thiết kế khí 31 3.1.1 Đế phao di chuyển 32 3.1.2 Áp lực thủy tĩnh lên thành phẳng phao robot chuyển động ma sát đế phẳng thân robot 33 3.1.3 Cơ cấu thu rác Robot 35 3.1.4 Tính toán công suất guồng cánh gạt 36 GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY vii THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI } else { PWM0_Percent(0); } } void Re_Phai(unsigned int8 percent) // Chương trình để Rẽ Phải { if(R_Enable) // kiểm tra công tắc hành trình phải trước điều xung { output_low(DC_Dir); PWM0_Percent(percent); } else { PWM0_Percent(0); } } //======================= End of Config PWM ===================== GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN HOÀNG HVTH: NGUYỄN DUY UY 90 THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Lưu đồ giải thuật module phát tín hiệu RF Chương trình module phát tín hiệu RF #include #FUSES NOWDT #FUSES HS #FUSES PUT #FUSES NOPROTECT #FUSES NODEBUG #FUSES NOBROWNOUT #FUSES NOLVP #FUSES NOCPD #FUSES NOWRT #use delay(clock=20M) #include //PIC 8bits //No Watch Dog Timer //Crystal osc