điều khiển mobile robot dùng cảm biến gia tốc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC MỞ ĐẦU Trong năm gần theo tiến khoa hoc kỹ thuật, công cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước diễn tồn diện Trước tình hình nhiều thách thức đặt Với phát triển khoa học kỹ thuật ngày cao, đất nước muốn phát triển phải đáp ứng khoa học tiên tiến lĩnh vực sản xuất công nghiệp Việc áp dụng công nghệ mới, tinh tiến vào đời sống vô quan trọng Với đề tài điều khiển mobile robot cảm biến gia tốc, chúng em muốn nghiên cứu ứng dụng điều khiển chuyển động để điều khiển rô bốt thay cho cách điều khiển thông thường nút bấm, hướng đến mục tiêu điều khiển máy móc khác cách dể dàng hơn, than thiện với người sử dụng Ngoài ứng dụng cảm biến gia tốc vào lĩnh vực cụ thể ô tô, điện thoại thông minh, nhà thông minh, điều khiển 3D, , Mặc dù chúng em cố gắng hoàn thành báo cáo thời hạn, nên thiếu sót điều khơng thể tránh khỏi, mong q thầy thơng cảm Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để báo cáo chúng em ngày hoàn thiện Cuối chúng em xin chân thành cám ơn q thầy ! Nhóm sinh viên thực hiện: Trần Quan Minh Nguyễn Phước Lộc GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC LỜI CẢM ƠN Với kiến thức thầy cô trang bị thời gian học tập trường với khoảng thời gian miệt mài nghiên cứu thiết kế phát triển tập lớn chúng em hoàn thành theo quy định Để làm điều chúng em xin chân thành cảm ơn cô …………… người theo dõi chỉ bảo tận tình chúng em suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp Cô hướng dẫn tận tình truyền đạt lại nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu giúp chúng em hoàn thành đề tài Bên cạnh chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Cơ Điện Tử nhà trường hướng dẫn tận tình dạy dỡ truyền đạt kiến thức cho chúng em suốt năm học vừa qua Và cuối chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè giúp chúng em hồn thành đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TP.HCM, ngày…tháng 06 năm 2013 Chữ ký GVHD GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Cao Thắng, ngày…tháng 06 năm 2013 Chữ ký GVPB GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC MỤC LỤC GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC I MOBILE ROBOT: Robot tự hành (Mobile Robot) thành phần có vai trò quan trọng nghành robot học Cùng với phát triển mạnh mẻ hệ thống – điện tử, robot tự hành ngày hồn thiện ngày cho thấy lợi ích cơng nghiệp sinh hoạt Sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày nhanh góp phần nâng cao nâng suất lao động Đặc biệt đời phát triển công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo tự động hóa trình sản xuất giảm sức lao động chân tay người lao động Mobile Robot ứng dụng nhiều sống Tiềm ứng dụng robot tự hành rộng lớn Có thể kể đến robot vận chuyển vật liệu, hàng hóa tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay thư viện; robot phục vụ quét dọn đường phố, khoang chân không; robot kiểm tra môi trường nguy hiểm; robot canh gác, thám; robot khám phá không gian, di chuyển hành tinh; robot hàn, sơn nhà máy; robot xe lăn phục vụ người khuyết tật; robot phục vụ sinh hoạt gia đình v.v Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao, hạn chế chưa giải robot tự hành, chi phí chế tạo cao, không cho phép chúng sử dụng rộng rãi Một nhược điểm khác robot tự hành phải kể đến thiếu tính linh hoạt thích ứng làm việc vị trí khác a Giới thiệu chung Mobile Robot:  Khái Niệm: Robot tự hành hay robot di động (Mobile Robot) định nghĩa loại xe robot có khả tự dịch chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) điều khiển tự động để thực thành công công việc giao.Theo lý thuyết, mơi trường hoạt động robot tự hành đất, nước, khơng khí,khơng gian vũ trụ hay tổ hợp chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển phẳng thay đổi lồi lõm GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC a) Robot Nomad 150 b) Sự kết hợp robot tự hành Nomadic XR4000 cánh tay robot PUMA 560 bánh xích c) Robot “con rùa” d) Robot Houdini di chuyển e) Robot bán tự động nghiên cứu vùng cực bắc Một số hình ảnh Mobile Robot ứng dụng sống: b Cấu trúc chung Mobile Robot: POWER SUPPLY MCU ACTUATOR CONTROLER DISPLAY SENSOR • Cảm biến: Cảm biến thường định nghĩa theo nghĩa rộng thiết bị cảm nhận đáp ứng lại với kích thích tín hiệu Đây thiết bị vơ quan trọng để robot nhận biết giới bên ngồi Chúng ta phải cần nghiên cứu rõ vấn đề này, để giúp cho robot trở lên ngày thông minh Cảm biến phận ví mắt robot, có nhiều loại cảm GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC biến cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm, cảm biến hình ảnh,cảm biến gia tốc góc… • Cơ cấu vận hành: Là phận dùng để thực cử động robot động cơ, tay máy… • Bộ xử lý: Bộ não điều khiển hoạt động tương tác robot, vi xử lí dùng nhiều loại chip vi xử lí khác nhau, điển hình thường loại chip họ 89MC, PIC, AVR,… GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: …………… ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC RC SERVO Cấu tạo: 1, Động 2, Bảng điện tử 3, Dây điện nguồn (Đỏ) 4, Dây tín hiệu (màu vàng trắng) 5, Dây mát 0v (Đen) 6, Biến trở tinh chỉnh 7, Bánh 8, Servo Attachment Horn/Wheel/Arm 9,Vỏ servo 10, IC tích hợp Hình 14: động servo R/C kích thước chuẩn Hình 15: Bên động servo R/C Servo bao gồm động cơ,một chuỗi bánh giảm tốc, mạch điều khiển vôn kế Nguyên lý hoạt động: Động vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín.Cả mạch điều khiển động cấp nguồn DC (thường từ 4.8 – 7.2 V) Để quay động cơ, tín hiệu số gới tới mạch điều khiển Tín hiệu khởi động động cơ, thơng qua ch̃i bánh răng, nối với vơn kế Vị trí trục vơn kế cho biết vị trí trục servo.Khi vơn kế đạt vị trí mong muốn, mạch điều khiển tắt động Động servo thiết kế để quay có giới hạn khơng phải quay liên tục động DC hay động bước Mặc dù ta chỉnh động servo R/C quay liên tục, cơng dụng động servo đạt góc quay xác khoảng từ 900 – 1800 Việc điều khiển ứng dụng để lái robot, di chuyển tay máy lên xuống, quay cảm biến để quét khắp phòng… GVHD: …………… Page 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GVHD: …………… Page 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC MƠ HÌNH: Thiết kế: Chúng em dùng phần mềm Solidworks để thiết kế phần khí Sử dụng động RC Servo để điều khiển cấu bẻ lái phía trước( trái – phải ).Cơ cấu bẻ lái phía trước có ưu điểm dễ điều khiển, chuyển hướng dễ dàng di chuyển Sử dụng động DC để điều kiển tiến, lùi xe Hình : Thiết kế mơ hình robot Chế tạo a Chế tạo chi tiết: Chúng em tận dụng cấu bẻ lái phía trước xe đồ chơi, sau gắn RC servo vào để điều khiển Do lắp trực tiếp động RC lên sàn xe nên chúng em làm bệ để nâng động RC lên, sau cố định động RC với bệ nâng cố định bệ nâng với thân xe Phần cấu bẻ lái dùng RC Servo Sàn xe cần gia cố sàn xe tận dụng làm nhựa, nên để acquy bord mạch lên trên, sàn xe có tượng bị cong, lắp phần nắp xe thiết bị khác Dùng nhôm để gia cố lại khung, sàn xe GVHD: …………… Page 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC Cần phải cách li bord mạch với nguồn diện tránh tượng gây chập điện dẩn đến cháy nổ làm hổn mạch diều kiển nên chúng em sử dụng mica để cách điện Sử dụng mica làm thêm tần nửa bên thân xe, để tận dụng khoảng khơng phía acquy phía sau xe làm nơi để bord mạch điều khiển Để cố định acquy xuống sàn xe tránh tượng dịch chuyển qua lại lên xuống, gây chập điện nên chúng em sử dụng mica, làm thành hộc để acquy tận phần mica làm tần để bord mạch phần nấp cho hộc để acquy - Động cố định dây gút cổ dê ( hay dùng để siết van thủy lực) Do sử dụng lại cấu giảm sốc xe nên phần động cố định lên sàn xe mà phải nằm tách biệt Do chúng em chúng em làm bệ riêng để đặt động chỉ phép di chuyển lên, xuống không di chuyển tới, lui Di chuyển lên, xuống giới hạn tần mica để bord mạch, di chuyển tới lui khống chế rây thẳng đứng, dùng để định hướng di chuyển lên, xuống phần bệ máy, tương thích với chiều phần giảm sốc - Dùng tán, bu long, đai ốc để lắp ráp robot GVHD: …………… Page 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: …………… ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC Page 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN GVHD: …………… Page 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I - ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC KẾT QUẢ Chế tạo hoàn tất mơ hình điều khiển sử dụng cảm biến gia tốc Mơ hình nhỏ gọn, phát triển thêm Mơ hình chạy ổn định Tuy nhiên, vẫn số hạn chế: - Vì sử dụng ắc qui nên khối lượng rô bốt nặng, thời gian hoạt động thấp Cơ cấu khí phụ thuộc vào sản phẩm sản xuất Cách khắc phục hạn chế: II - Sử dụng pin lithium giảm bớt tải trọng, tang thời lượng hoạt động cho - robot Thiết kế giảm sốc có hiệu HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Từ mơ hình này, phát triển đề tài theo hướng sau : Tích hợp camera để giám sát, sử dụng cảm biến gia tốc robot truyền liệu máy tính để nhận biết môi trường xung quanh, gắn la bàn điện tử để nhận biết hướng di chuyển, tất tạo nên thống điều khiển thực tế ảo GVHD: …………… Page 17 ... Cảm biến phận ví mắt robot, có nhiều loại cảm GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC biến cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm, cảm biến. .. GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC MỤC LỤC GVHD: …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG GVHD:... …………… Page ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: …………… ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC Page 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II ĐIỀU KHIỂN MOBILE ROBOT DÙNG CẢM BIẾN GIA TỐC RC SERVO Cấu tạo: 1, Động 2, Bảng