TRUONG DAI HOC CAN THO KHOA CONG NGHE
LUAN VAN TOT NGHIEP
THIET KE ROBOT THAM GIA CUOC THI ROBOCON 2012
Sinh vién thuc hién Cán bộ hướng dẫn
Nguyễn Minh Tâm 1081237 Ks Nguyễn Văn Khanh
Nguyễn Nhật Duy 1081176
Vũ Hùng 1081184
Phan Thành Khoa 1081193
Trần Gia Luân 1081204
Võ Văn Toản Nghĩa 1081209
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Trước hết, chúng tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến đắng sinh thành, cha mẹ
của các thành viên trong nhóm Cám ơn cha mẹ đã có công sinh thành, nuôi dưỡng, lo
lắng về mặt vật chất cũng như tinh thần để chúng con có được cơ hội học tập như ngày hôm nay
Chúng tôi xin bày tỏ sự cảm ơn đến Thầy Nguyễn Văn Khanh, giáo viên trực tiêp hướng dân luận văn, cùng với Kts Phạm Xuân Hào Các Thây đã theo sát chúng tôi
trong quá trình thực hiện đề tài Thây đã tận tình hướng dân chúng tôi, động viên tĩnh
thân của cả đội trong suôt quá trình thực hiện luận văn
Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường, quý thầy cô thuộc khoa Công Nghệ đã tạo điều kiện, giúp đỡ về vật chất để chúng tôi tham gia cuộc thi Robocon
Và cuối cùng, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả thành viên đội bạn cùng
các bạn trong lớp đã giúp đỡ chúng tôi rât nhiêu trong quá trình thực hiện đê tài
Trang 3NHAN XET CUA CAN BO HUONG DAN Nội dung nhận xét:
Cần Thơ, ngày tháng năm 2012
Giáo viên hướng dân
NGUYEN VAN KHANH
Trang 5
MUC LUC
0909-19) 2
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN . St SsS SE SE eeerrererever 3
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN . cv SE 333v EEzveresssreresee 4
MUC LUC Q.1 S11 1818151188 111 1118 1318181181 E911 1111 0311 g9 H38 gesrei 5 DANH MỤC HÌNH ẢNH - SG tt S3 St S381 81118 1818 131813818 E113 1181 1E Eessereed 7 DANH MUC BANG .eccccsececcsceccececceceaceccecsceccaceccacersecscscsarsacersacerercaceesareceecseeecseesees 9 TOM TAT uu iccccccccscesescsceccscescscescossscsesscscscscsesccsecesacsscsscacscsecaerasacsesscsesevacsecsacacaesavaceceas 10 ABSTRACT cccccesescscessscecessecescsecscescscscesssceccscsccacacescsessesscacsevacacsacacsevacaceecaesacsusacacensas 11
90982719215 12
CHƯƠNG I: TÔNG QUAN G56 1E 119 E3 1c T1 TH re: 13
1.1 ABU ROBOCON 2012 - Ă c1 t1 S 12 g1 1 11g c1 ng nen: 13
1.1.1 Abu robocoñ - - - - - - - G9000 0910 Si S0 Si KH ni và 13
1.1.2 Các kì tHi -.- ch n HH n1 Ta S 111v 1h ng Tag T5 T3 Ta 1T Teen cac re rerra 13
1.1.3 Các nước võ địch .‹ -c- c0 HH nọ nh vu ve 15 1.1.4 Thành tích của Việt Nam - - - - CC Ă SƠ SH HS SH vu va 16
1.2 CHU DE ABU ROBOCON 2012 cccceccecceccececceseescesscsseseescscesscuesesaeeseeseesseaes 17
1.2.1 Tóm tắt lat thi GU cccscceccsecescssescescscsscscecesescssssesesscseeesceacscsesseseaeeces 17
1.2.2 Sân thi đấu ác S1 11T 1 101g TH TT TT TT ngu 18
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÊẾTT E313 EE8 E8 581811 EEEEEEreerseereseses 22
2.1 MỤC TIỂU - -Gss St S158 E518 E3 85881815158 18 1818 18 8E E 1315115511 1818813 te ETErerx 22
2.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYT VẤN Đ tk E1 1g ngu gen 22
2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU G2 Sex ESE+E E3 SE SE EeEEEEeErEreEeErerses 22 CHƯƠNG 3 CƠ KHÍ 2 tt 9S 933 558 SE S9 581833 551353513 133 3g TT re 23
3.1 THIẾT KẾ ROBOT THU THẬP - - 2s se SE S8 E S8 SE SE E8 SE e2 se se2 23
3.1.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của robot thu thập . 5s xxx ckexd 23 3.1.2 Thiết kế phần đề robot thu thập - ¿+ 2E EE*E£E£EEEEeEeErErkrerkeszks 24 3.1.2.1 Bộ phận đi chuyến 5 +E EEEEEkEk+E+E+EEEEEEEEEEEE1 13117111 re, 25
S0; ‹i 0 29
3.1.3 Cac CO CAU tren rObOt cccccccccceccesceccescsscssscescesecssssesecesssscssesacsscesevsuenavsueees 30
3.1.3.1 Cơ cầu nâng - tTưỢT - 5-5 s22 1513 3 113151521 E131 EEerrkeo 30
3.1.3.2 Cơ cấu XOAY - - - - n2 S13 3111111 11131315151111151111112121111 Le 32
3.1.3.3 Cơ cấu gp QUÀ G- ch 19v 12 2v Tưng ng cư, 33
3.2 THIẾT KÊ ROBOT BĂNG TA YY G- c1 S1 S3 1S SE He nxz 33
3.2.1 Yêu cầu và nhiệm vụ robot bằng †ay - cv vrcrreerkrkrerees 33 3.2.2 Thiết kế phần đề robot bằng †ay - + + sưng rèc 34
3.2.2.1 Chọn vật liệu thiết kẾ - ca S v33 S981 E95 18188188 ESEEEEEEESeEsererrees 34
3.2.2.2 Phần đề robot băng tay . G32 S112 2 111111121111 1e crreg 35
3.2.2.3 Cơ cau tren rob0t seeccecsecseeseessessesseeseeseesesseceneeseeaeeateseeetenseeeeeteateases 36
3.3 THIET KE ROBOT TU DONG c.cccccccceccscsceccccescseeccecsscsccsacscearacescsssccacsueareres 39
3.3.1 Yêu cầu và nhiệm vụ robot tự động - cv TH tu ve 39
3.3.2 Bộ phận đi chuyÊn - + << + xEx*kEkEEEEEEEEE1EEEEEEEEEEEEE kh chư re 40
SE N6: có 7 42
Trang 6
3.3.3.1 Phần khung đặt robot thu thập . - 2 +scx+x+x+E+zEeEeerkrkrerees 42 3.3.3.2 Cơ cầu mang giỎ QUÀ - - 2 2 +E+E+EEEE+EEk£k+E*EEEEEEEEEEEEErsrerkred 43
CHƯƠNG 4: MẠCH ĐIỆN TỬ -G- G tt S8 S33 E3 SE EE SE EeEekEkEesekeseeerereerees 45
4.1 MẠCH VI ĐIÊU KHIỂN G1 S1 E18 3813 11 E891 3 13 E3 83 3g xe: 45
4.1.1 Khối ngđ - + E991 E9 TC HT Tnhh 45
4.1.2 Khối vi điều khiỂn 5 =9 3x3 E913 1 1211 cv gen gen ckg 46 4.1.3 Mach nạp PIC 16EÑ7 - kk SE 196919915 5 5 181811551511 k ve ceci 48 4.2 MẠCH CẢM BIỂN - cS tư 3913 81113 1c vn ng ren ng ren re: 48 4.2.1 Công tắc hành trình . 5 - +2 Ez+z+E++E+2EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErErrrerree 48 4.2.2 Cảm biến dò đườngg - G2 E999 v2 vn Heo 49 4.2.2.1 Modul dò đường - - - - << << c1 nh 49 4.2.2.2 Modul chuyển đổi ADC . 5 22s Set S223 3 3 EEEEErxrxrerereered 50 4.2.3 EnCOd€r - - - c0 000 90 0g 0 Đi KH n9 HT 9 9e 51
4.3 MACH CONG SUAT DIEU KHIEN DONG CO u eesccccscscscesescecesescessecsseeeseenss 52 4.3.1 Mach FET-RELAY .cccccccscscccesessscessscessssescsscscscessacssescseescscessaseacacsscsseccaceces 52 4.3.1.1 Sơ đỒ nguyên lý - - + xxx E113 1xx 52
4.3.1.2 si 08:00 1 53
4.3.2 Mạch cầu H - - -G- 2s c1 919891 1818 1E 111 1 11 81 1 18 11 HT uc rep 54 4.3.2.1 Sơ đồ nguyên lý << c1 ST 312 511111 11 1131513101111 c 54
4.3.2.2 Nguyén ly hoat 1 55
4.4 MACH DIEU KHIÊN KHÍ NÉN .- 2 2 2 2< xxx S SE BE EeEeerereeeeerses 56 4.5 SO DO MACH DIEN MANUAL ROBOT .ccccscescsceccecceceececeseseseeecseeeeseeees 56
4.6 SO DO MACH DIEN AUTOMATIC ROBOT .c.cccccssscssescscesesesceceatscereseseseess 57 4.7 SO DO MACH DIEN COLLECTOR ROBOT .cccccssssscsscesessscesesscseccseeeesenes 58
CHƯƠNG 5: LẬP TRÌNH . - 5 + HE tr hờn He 60
5.1 LƯU ĐỎ VÀ GIẢI THUẬT CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON TIỂU BIÊU: 60
5.1.1 Chương trình điều khiển động cơ bằng phương pháp PWM: 60
5.1.2 Chương trình dò đường: -c << c nnnS 3 2 1 1 v1 ng v4 62
5.1.3 Nhận biết vạch ngang: - - ¿tt 31111 E1E1E111EET1 11111181111 keo 64 5.1.4 Xử lý khi Robot lệch hoàn toàn khỏi vạch ngang: .- ssssx << <<s 64
5.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT MANUAL ROBOIT: - 2s se SE EzEzezerssez 66 5.3 LUU DO GIAI THUAT AUTOMATIC ROBOT: .ccccscssecsssessssesescsecssesesceres 67 5.4 LƯU ĐÔ GIẢI THUẬT COLLECTOR ROBOITT: 2-5 2 s2 £+E+s+e£+ezezxz 71 TAI LIEU THAM KHẢO - - << ke E333 S313 E8 E3 E311 E581 E1 111518 Eererrred 73
Trang 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Chủ đề abu robocon 2012 ¿5+ +t+x++t+E+rt+xtrkrrterersrrerkrxerkrrrrres 17 lõi), 8/6081 0i 0: NA" 18 Hitnh 1.3 Thap 19 Hinh 1.4 Kh6i qua cccccseccsssscscscssscssscsessscscssscsssvecevevsesesvsvscacecececacacssnsssasacacacssaseneees 19 S00 8€,oii› i8 20 s0) 00 00‹ 1 20 s0): 1/219 ‹-1 1 1 21
Hình 1.8 Dung ham eeccccccscsessssceseesscscssscsvscscessscssssssscsssssesesesssssssssesseseseessssseens 21 Hinh 3.1 Cau tric thap Buns ccccccescscsesesescecsescscssscecscscscecevevevsvesecsesesescsessacacavaeas 23
i01: 905(090901ì0/ 00011217 24
Hình 3.3 Bộ phận di chuyÊn - 1s 33x31 3 3 H91 cưng gen re 25
Hình 3.4 Thông số module bánh leo thang - - - 2 5S E+x+E£E£x+E+E£E£x£k£szxrsxe 26 Hinh 3.5 24V DC Gear Motor (Z2 Š) c1 1 ng ng ng 27
Hình 3.6 Xích truyền từ động cơ ra trục 1nodulÌe - - S111 111111151538 552 28
Hình 3.7 Xích truyền từ trục ra bánh Xe ¿-¿-¿- 2 Sẻ StE*E* E111 11131111111 ck 29
Hình 3.8 Bộ khung chỉ tiẾt - + + s12 4 E33 33T 315131511311 15271111111 30
li: 6856000 31
Hình 3.10 Cơ cầu nâng fYƯỢT - 1S 31921991515 9 1311119 111cc 32
š¡.1'cöNe 6c 77 32
Hình 3.12 Cơ cấu øắp quà - << s12 S133 EkEkkEEEEE1E1515111111E11 1111k ri 33
Hình 3.13 Robot bằng †ayy -G- <3 319 TT ng re gered 34
Hình 3.13 Phần đế robot bằng tay - SH T111 1 T11 E118 Tnhh 35
Hình 3.14 Bánh xe và động cơ robot bằng tay -. - 25 sex Erxrxrxrerrererered 36 Hình 3.15 Tay gắp tokenn - - << St S333 9E 113 1111121111111 11 ky kưp 37
Hình 3.16 Cơ cấu nâng << s13 9193 1E 1115 5 969cc 38
Hình 3.17 (a) Nhông bị dẫn (b) Nhơng dẫn «+ + 2 2 E22 £2E+x+Eskeztzkesesed 38
Hình 3.18 Động cơ nâng của robot bằng tay . - + + 4L SE EEEEEE xxx rrreg 39
Hình 3.19 Robot tự động . - - - 999993333010 10111 1 vn ng ve 40 Hình 3.20 Động cơ robot tự động - - - - << <1 + c9 kh 41 Hình 3.21 Bánh xe chủ động của robot tự động .- Ăn nen ven 41
I8000)006/2051:1i1i0.{-09iì 000 ^tcc dd ỒŨ 42
Hình 3.23 Phần khung đặt robot thu thập - - sgk vxe 43
Hình 3.24 Cơ cầu mang giỏ QuUÀ - -E E333 E339 E333 1513 11 1c rerkrkrkred 44
Hình 4.1 Mạch ổn áp dùng LÌM/25/76 - << tt EEE E933 T1 HE chư re re re 45
Hình 4.2 Mạch vi điều khiỂn ¿5t 2t 2x2 trErtrrrrrrrrrrrrrrrrerrre 47
Hình 4.3 Mạch vi điều khiển Pic sau khi gia công . - - + ©c+t+k*EEsesekrxee 47 s0Ì:08.9/0i8/)0ui00 48
Hình 4.5 Công tắc hành trình + < St Ekk£ SEEEk£k£k£EEEEEEEEEEEEEEEE ST cư chư rh ri 49
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến dò đường - 5 sex sxcxcxở 49
Hình 4.7 Các mức độ lệch ra khỏi vạch trắng của Robot -.- -.-ss‹ «sec: 50
Hình 4.8 Nguyên lý mạch chuyển đổi ADC + << Ss+EEkEkExEkekrkrkrkrkeererered 50
Hith Ð 95:20 ẻ.ẻ 51
Trang 8
Hinh 4.10 Nguyén ly hoat d6ng Encodet .ccccecsesesssessseeeseeesessnsnsnneeceeeeeeeeesees 51
Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý mạch EET-REELA Y ¿+55 + k£E£E+EEz£e+xzxzkrsee 52
Hình 4.12 Mạch FET-RELAY sau khi gia CÔng - -c-ccScQSSsS + vkn 33
Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H - - + ¿+65 x+x£k£x£t£vzEreeervexesrsree 54
Hình 4.14 Mạch cầu H sau khi gia công . 5 - + ssxcxxExExEEEEEEErv cv re rkg 54 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý mạch kích khí nén - 2£ £xEEE+E£E£E£EzE+E+Ezezx+ 56
Hình 4.16 Sơ đồ mạch điện Manual robot - - - + + EE+E 8E E#E+E+EEeEeEekeeeseekesed 57 Hình 4.17 Sơ đồ mạch dién Automatic robot .cccccccecccseseccesesceceesescacsecececeeceeseeeeneees 58 Hình 4.18 So dé mach dién collector robot .c.cccccececsecececcececsecsececeececescaseccacererearereeee 59
Hinh 5.1 Luu d6 chung trinh dO duOng cc ccecsesesesesescscscscecscsesescscsvscacsvseseateees 63 Hình 5.2 Lưu đỗ giải thuật Manual Robot cccccccccsecessscsescssssssscsesesessssscseseseseesenss 66
Hình 5.3 Lưu đỗ chương trình chính Automatie Robot . - - + zs+szs+s+szsrx¿ 67 Hình 5.4 Lưu đồ chương trình lấy giỏ và tiến lên L2 của Automatie Robot 68 Hình 5.5 Lưu đồ chương trình Tha Robot thu thập của Automatic Robot 69 Hình 5.6 Lưu đồ chương trình Đếm xung bằng Encoder của Automatie Robot 70 Hình 5.7 Lưu đỗ chương trình chính Collector robot . - =2 s+ss+s+s+s+szsz<2 71
Hinh 5.10 Luu d6 cdc chuong trinh con Collector robot .cccessesesesesessesecseseveeeeeeaees 72
Trang 9
DANH MUC BANG
Bang 1.1 Cac ki thi rob0Con oo ccccccececeeseceeceeecesesesessesessnsnananauesseuauausaeaseeceeeeess 13 Bang 1.2 CAc nui V6 Gich nw ccccccccccceeceseececeeeececeeesssessesensnsuseueeusesssnnnsnceeeeeeeeees 15 Bang 1.3 Thanh tich của Việt Nam - «<< < < + 0100001001011 1 keh 16
Bảng 4.1: Tín hiệu điều khiển của mạch FET — RELA Y ccscesccsssssscsesesssssessseseees 53
Bảng 4.2: Trạng thái điều khiến của mạch cầu H
Trang 10
TOM TAT
Mục tiêu của đề tài là thiết kế mô hình robot theo chủ đề cuộc thi ABU
Robocon 2012 Dé tham gia cudc thi này, môi đội phải chê tạo ra 3 robot hoàn thành các nhiệm vụ của đê thi
Các robot phải thực hiện được những yêu cầu cơ bản sau:
- Robot bằng tay phải chở được người điều khiến và hoàn thành nhiệm vụ của
minh
- Robot tự động phải chở được Robot thu thập, mang được giỏ đựng quà và hoàn
thành các nhiệm vụ trên sân
- Robot thu thập có nhiệm vụ thu thập các gói quà trên tháp
Kết quả là thiết kế được 3 robot hoàn thành các nhiệm vụ đề ra trong cuộc thi
ABU Robocon 2012
Trang 11
ABSTRACT
The main purpose of our project is designing robots to attend the ABU Robocon 2012 contest In order to attend this competition, we have to design 3 robots to finish tasks required in the contest
Robots have to get these basic requirements:
- Manual robot is designing to carry controller and perform its tasks
- Automatic robot has to carry Collector robot, take the Basket and finish its tasks - Collector robot takes responsibility to pick up the buns on the Tower and put correctly into the Basket
As the result, Designing 3 robots to perform the tasks required in the ABU Robocon 2012 contest
Trang 12
LOI NOI DAU
Cuộc thi sáng tạo robot là một sân chơi bố ích cho các sinh viên chuyên ngành kỹ thuật Với đê bài môi năm môi khác, cuộc thi không ngừng mang tới những thử thách mới mẻ đày thú vị cho những sinh viên đam mê nghiên cứu và có tính sáng tạo
Đối với chung em, cudc thi sang tao robot — Robocon 2012 không những là noi dé kiém tra von kiên thức đã tích lũy trên ghê nhà trường mà còn là một cơ hội học
tập mở mang kiên thức
Do đó, chúng tôi quyết định chọn đề tài :”Thiết kế robot tham gia cuộc thi
Robocon 2012” đê làm luận văn tôt nghiệp
Nội dung của luận văn gồm có 5 chương chính: > Chương 1: Tổng quan về cuộc thi Abu Robocon 2012 > Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
> Chương 3: Phân thiết kế cơ khí của các robot theo chủ đề cuộc thi Abu Robocon
> Chương 4: Phần thiết kế mạch điện cho robot
> Chương 5: Phân lập trình robot
Trang 13
CHUONG I: TONG QUAN
1.1 ABU ROBOCON 2012
1.1.1 Abu robocon
ROBOCON, viết ghép của tiếng Anh ROBOT CONTEST (Cuộc thi robot), là
tên cuộc thi chế tạo robot dành cho sinh viên các trường đại học và cao đăng khối kĨ
thuật của các nước trong khu vực châu Á Thái Bình Dương do Hiệp hội Phát thanh
Truyén hinh chau A — Thai Binh Duong (Asia-Pacific Broadcasting Union, viét tắt là
ABU) tô chức hàng năm 1.1.2 Cac ki thi
Bang 1.1 Cac ki thi robocon
Nam Lan To chirc 2002 I | ® Tokyo 2003, Il |= Bangkok 2004) Ill | *® Seoul 2005 IV MMM Bic Kinh Chủ đề as) 2 oboe er Mes t LAO ĐỌC ae OM e1 Chinh phục núi Phú Si & 2 bocon TAKRAW SPACE CONQUEROR BANGKOK 2003
ABU Asia Pact Rooot Connest
Cầu mây chinh phục không gian ROBOCON Seoul 27G04 Cuộc đoàn tụ Ngưu Lang-Chức Nữ 2005 BEUING |
Lửa thiêng rực sáng Trường Thành
Trang 14ES BKPro Dai hoc Bach khoa Thanh ROBOCON phố Hồ Chí Minh O06 KUALA LUMPUR 2006; V = Kuala Lumpur
Vươn tới đỉnh cao
HANOI 2007 [—] Inspire Robot Team
Ro bocon Đại học Giao thông Tây An
ABU ASIA-PACIFIC ROBOT CONTEST
2007: VI | Ha Noi
Kham pha Ha Long
[| Inspire Robot Team
2008) VII | mam Pune
Đại học Giao thông Tây An A®0 ^%A PÁAC#ýX ROBOT CONTEST 2008, PUNE-INDIA RosocoN
Vươn tới bâu trời
Trang 15WS Fighters UESTC
Đại học khoa học điện tử & công nghệ Trung Quốc 2010) IX | Cairo Cùng pharaông xây dựng kim tự tháp Ó «fe LH | —
kí Wy ===" [uk Jao Mae Khlong
2011} X | Bangkok <BEBOCON Prapa The Limited
mau 301 1 BANGH on Dai hoc Dhurakijpundit
Loy Krathong, tinh ban thap sang niém vui
Trang 161.1.4 Thành tích của Việt Nam Bảng 1.3 Thành tích của Việt Nam
Năm Đội Trường Thành tích
2002 Telematic Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Giải I
2004 F Dai hoc Bach khoa Thanh pho Hỗ Chi Minh Giai I
2005 BKCBGI Đại học Bách khoa Hà Nội Vòng bảng
2006 BKPRO Đại học Bách khoa Thành phố Hỗ Chí Minh Giải I BKDC Đại học Bách khoa Đà Nẵng Tứ kết 2007
ĐT03 Đại học Công nghiệp Hà Nôi Vòng bảng
2008 FEE-02 Đại học Công nghiệp Hà Nội Tứ kết
2010 LHLED Đại học Lạc Hồng Giải II 2011 LH-B7 Đại học Lạc Hồng Giải II
Trang 17
1.2 CHU DE ABU ROBOCON 2012
In pursuit of peace and prosperity
“Tiến tới hoà bình và thịnh vượng”
http://ABURobocon2012.hk
Hinh 1.1 Cha dé abu robocon 2012
1.2.1 Tom tat luat thi dau
Mỗi đội có 3 robot : Robot băng tay, robot tự động, robot thu thập Luật thi được đựa trên lễ hội hái bánh bao của người Trung Hoa Khi bat dau tran dau, robot
bang tay sé gap 1 đồng xu may mắn bỏ vào trong Token Box trước khi đi vào hầm,
hoàn thành nhiệm vụ này sẽ được 10 điểm Sau đó, robot tự động được phép xuất phát,
khiêng 1 rỗ ở vùng chung và đặt vào bất kỳ vị trí nào của khu vực robot bằng tay, hoàn thành nhiệm vụ được 20 điểm Đông thời robot bằng tay mang robot thu thập và đặt
vào robot tự động, hoàn thành nhiệm vụ được 10 điểm Có 2 lựa chọn đề tiễn hành:
Lựa chon 1: Robot tự động sẽ mang robot thu thập qua cau, robot bang tay
mang r6 đi đến đảo, robot tự động mang robot thu thập tới khu vực L2, robot thu thập sé di chuyén lên bậc thang, hoàn thành nhiệm vụ được 30 điểm Robot bằng tay mang
rô và đặt vào vị trí để rơ trên đảo, hồn thành nhiệm vụ được 10 điểm Robot thu thập
lẫy bánh bao trên tháp bánh bao thả vào rố, 1 bánh bao ở tầng thấp nhất được 10 điểm, 1 bánh bao ở tầng giữa được 25 điểm Robot bằng tay nâng robot thu thập lên tầng cao
nhất, lay banh bao trén tang cao nhất và thả vào rô Nếu 3 bánh bao được thả chồng lên
Trang 18
nhau theo thứ tự bánh bao tầng thấp nhất - bánh bao tầng giữa - bánh bao tầng cao nhất sẽ giành chiên thăng tuyệt đôi
Lựa chọn 2: Robot tự động mang 1 r6, cõng robot thu thập qua cầu đến đảo và
dat 16 tai bat ky vi tri nao & vung cho robot bang tay, hoàn thành nhiệm vụ được 20
điểm Sau đó, robot tự động chạy đến vùng Loading area L3 (kế bên đường hầm) và
đặt robot thu thập vào đó, hoàn thành nhiệm vụ được 30 điểm Robot bằng tay mang robot thu thập và TÔ, chạy đến đảo và đặt robot thu thập lên đảo, đồng thời đặt rỗ vào vị trí để rõ trên đảo, hoàn thành nhiệm vụ được 10 điểm Robot thu thập lay banh bao trén
tháp bánh bao thả vào rô, 1 bánh bao ở tầng thấp nhất được 10 điểm, 1 bánh bao ở tầng giữa được 25 điểm Robot bằng tay nâng robot thu thập lên tầng cao nhất, lây bánh bao trên tầng cao nhất và thả vào rồ Nếu 3 bánh bao được thả chồng lên nhau theo thứ tự bánh bao tầng thấp nhất - bánh bao tầng giữa - bánh bao tầng cao nhất sẽ giành chiến thăng tuyệt đôi
Mỗi trận đấu diễn ra trong 180 giây, chiến thắng tuyện đối gọi là "Peng On
Dai Gat"
1.2.2 San thi dau
Trang 19Thap qua/Bun tower
Top Mild Stee!
Top ẹ Mild Steel Tube 2mm Thick
A With Buns
Transparent Acrylic 12mm Thick Mild Stee! Pilate Imm Thick Mild Stee! Studs 25mm-Diameter Wooden Base B Perspective B œ c 1s ol 3 = ® Cc c D Side in Front Bun Tower 1 2 3 4 ALE: 1 ` vr ` Hình 1.3 Tháp quà Khối quả 61 qua/Buns 1 2 3 | 4 5 6
Perspective Top Buns Lower Buns
Trang 20Giỏ đựng quà/Basket NGUYEN VAN KHANH Hinh 1.6 Token 1 2 3 4 5 6 450 mm High Impact Polystyrene HIPS(475) Sheet A os
ee ashore 6mm Mild Steel
(FE CEE) Mate Thread Rod x6
Trang 22CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT
2.1 MỤC TIÊU
Thiết kế và chế tạo thành công robot đáp ứng được nhiệm vụ đề ra trong cuộc thi ABU Robocon 2012
Muốn vậy, robot phải có những khả năng sau:
- Cơ cầu của robot phải chính xác
- Cả 3 robot phải đồng bộ với nhau 2.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐÈ
Luật thi robocon năm nay hoàn toàn khác với những năm trước đó
Các robot không những chạy độc lập mà phải phối hợp với nhau một cách nhanh nhất
và chính xác nhất Robot thu thập phải đồng bộ được với robot bằng tay trong quá trình gấp Buns Do đó, robot thu thập trong cuộc thi năm nay có phần khác với robot thu thập trong các cuộc thi trước đó Do yêu cầu của luật thi đầu robot thu thập phải tự lây được Buns ở 2 tâng dưới của tháp, sau đó mới được robot bằng tay hỗ trợ để lẫy Buns trên cùng, ngoài ra khi không đạt được điểm "Peng On Dai Gat" robot thu thập và robot bằng tay phải cùng nhau thu thập càng nhiều Buns càng tốt Do đó, trong đề thi năm nay sự kết hợp giữa robot thu thập và robot bằng tay là rất quan
trọng
2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Ứng dụng các lý thuyết đã được học trên lớp
- Tham khảo tổng hợp tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau
- Tiến hành thực nghiệm kiểm tra thực tế
- Theo dõi, đánh giá, nhận xét các thông số
- Xử lý sô liệu, tính toản và việt báo cáo
Trang 23
CHƯƠNG 3 CƠ KHÍ
Phần này bao gồm các kết cấu cơ khí của robot Thiết kế cơ khí của robot mỗi năm đều có sự thay đôi khác nhau tùy thuộc vào đề thi và yêu cầu thiết kế đặt ra Đây chính là phần thẻ hiện ý tưởng của cả đội khi giải quyết các yêu cầu cơ bản của đề thi Và nó cũng là phần quan trọng nhất, khi có một ý tưởng tốt, một thiết kế cơ khí tốt thì sẽ có khả năng giành thăng lợi cao Do đó cần nghiên cứu, tính toán kỹ lưỡng đê đưa ra giải pháp tốt nhất
Theo đề thi năm nay, robot bang tay va robot tự động có nhiệm vụ chủ yếu là
hồ trợ cho robot thu thập, điều này khác hơn hắn những đề thi của những năm trước Vậy nên để đảm bảo sự đồng bộ cho 3 robot nhóm quyết định thiết kế robot thu thập
trước và 2 robot còn lại sẽ được thiết kế dựa trên robot thu thập
3.1 THIET KE ROBOT THU THAP
3.1.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của robot thu thập
Robot thu thập có vai trò rất quan trọng trong cuộc thi, nó đóng vai trò quyết
định đến thắng lợi hay thất bại của đội
Đầu tiên robot thu thập nhặt Buns ở tầng thấp nhất và tầng giữa rồi đặt Buns vào
giỏ Sau khi có ít nhất một Buns từ tầng dưới được đặt vào giỏ, robot thu thập sẽ được
nâng lên và lẫy Buns từ tầng trên cùng của tháp
1 2 3 + 5 6
Top Mild Steel
_ Top g Mild Steel Tube 2mm Thick A With Buns
Trang 24Kích thước: kích thước của robot thu thập khi khởi động không vượt quá Dai x ROng x Cao = 1mx Imx 1.3m
Ngoài ra với việc di chuyên theo đường Loading Area L2 robot phải có khả năng leo bậc với chiêu cao bậc là 20cm
Với các yêu câu trên cân thiệt kê một robot có khả năng leo bậc dê dàng, tôc
độ nhanh, cơ cấu gấp phải chính xác
Nhóm đã thiết kê robot thu thập với các thông số sau:
Dai: 1m
Rong: 0.6m
Cao: 1.17m
Hinh 3.2 Robot thu thap
3.1.2 Thiét ké phan dé robot thu thap
Một robot quan trọng nhất vẫn là phân để, có thê ví như đôi chân của robot, là
bộ phận chuyên động chính Đôi chân phải đủ cứng vững thì mới đảm bảo cho các kết
câu trên robot hoạt động ôn định
Trang 25
Phan dé bao gôm:
- Bộ phan di chuyén (b6 truyén phận động và bánh xe) - Bộ khung
3.1.2.1 Bộ phận di chuyền
Thông qua quá trình tìm hiệu vê robot leo câu thang, nhóm đã thiết kế bộ phận
Trang 26- Các thông số của modul bánh:(đơn vị mm) na ane a, re 115 ReS 199 Hình 3.4 Thông số module bánh leo thang Bộ phận truyên động
Động cơ điện một chiều (hay gọi là động cơ DC) là thiết bị chuyên đôi năng
lượng của dòng điện một chiều thành cơ năng Tức khi cung cấp dòng điện một chiều
thì trục động cơ sẽ quay, tạo ra mômen dùng để tạo ra các chuyển động cho tay robot,
hoặc xe điện Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng
cũng như công nghiệp Có thê điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ
trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp điều chế xung PWM
Trang 27
Thông thường động cơ DC được phân biệt ra hai loại : Động cơ có tích hợp bộ giảm tốc (bằng bánh răng, trục vít bánh vít) và loại trục trơn (không có
bộ giảm tốc) Với loại có tích hợp bộ giảm tốc thì đơn giản cho phân chế tạo và bánh
xe chỉ cần gắn trực tiếp vào trục truyền động chính Còn với loại trục trơn thì cần thiết kế thêm bộ giảm tốc (thông qua bộ truyền đai , bánh răng, xích )
Với mục đích ổn định hoạt động của robot nhóm quyết định chọn động cơ có tích hợp sẵn hợp giảm tốc * Thông số động cơ - Tên động cơ: 24V DC Gear Motor - Model No: Z2D15 - Điện thế hoạt động: 24V - Công suất: 15W - Tốc độ động cơ: 3300 r/min (không tải), 3000 r/min (có tải) - Trọng lượng: 0.9kg - Đường kính trục 8mm - Tỉ số truyễn: ¡ = 1: 15 Hinh 3.5 24V DC Gear Motor (Z2D15) Banh xe
Với thiết kế bánh leo thang như hình 3.4, để đảm bảo độ ổn định cho robot
khi di chuyến nên tỉ số truyền tại đây tính từ trục bánh đến các bánh xe thì phải là 1:1
Trang 28Vì vậy truyền động duoc truyén bang nhông xích tỉ số truyền 1:1 Do đó tại phân phía
trước robot tải trọng khả lớn nên ta chọn loại bánh xe nhựa được bản rộng rãi, nham
giảm trọng lượng tại đầu robot
Trang 29- Chon ti s6 truyén 1:1
-Z, =2)=27
Hinh 3.7 Xich truyén tir truc ra banh xe
Loại xích sử dụng là xích ông dùng cho cam xe máy, do không yêu câu bộ
truyên làm việc êm, không ôn
3.1.2.2 Bộ khung
Yêu câu cơ bản của một bộ khung cho robot đó là độ cứng vững trên địa hình di
chuyên của robot
Độ cứng vững:
Sử dụng chủ yêu là loại nhôm màu của Việt Nam Các thanh nhôm được kết nôi
với nhau băng rivet, nhựa khôi và phíp Uu điêm là có độ cứng cao hơn so với nhôm trăng cùng loại, dê g1a công, đẹp và có giá thành thâp hơn so với các loại nhôm Tung
Trang 30
Hình 3.8 Bộ khung chỉ tiết
3.1.3 Các cơ cầu trên robot
Do cơ cầu di chuyên của robot được thiết kế như trên (hình 3.4) nên về độ linh
hoạt của robot rất hạn chế Vì vậy để cải thiện độ linh hoạt nhóm đã thiết kế cơ cau
robot thu thập có thể xoay 360” và được kết hợp gắn cùng với cơ cấu nâng trượt 3.1.3.1 Cơ cau nâng - trượt
Do phải lây quà ở nhiều tầng khác nhau, và có vị trí đặt khác nhau nên nhất thiết phải có cơ câu nâng — trượt đê có thê lấy hết các khối quà
* Thông số động cơ nâng: - Điện thế hoạt động: 24V
- Hợp giảm tốc trục vít bánh vít
- Tốc độ nâng tối đa: v = 75 vòng/phút - Đường kính trục chính: 8mm
- Trục chính được gắn một nhông xích có Z = 27, trên thanh nâng có gắn kèm một đoạn xích cam xe dai 90cm
Trang 31- Tốc độ trượt tối đa: v = 100 vòng/phút - Đường kính trục chính: 6mm
- Tương tự như cơ cấu nâng, trục chính được gan một nhông xích có Z2 =27, trên thanh trượt gắn kèm một đoạn xích cam xe dài 50cm * Ưu điểm: - Cơ cầu dùng nhông xích đề tiến hành nâng trượt nên không có xãy ra trường hợp bị trượt tải - Đơn giản, dễ chế tạo, tốc độ phù hợp * Nhược điểm: - Khi cơ cầu hoạt động gây nhiều tiếng Ôn - Co cau nang céng kénh
Trang 32a) Cơ cẩu trượt b) Cơ cấu nâng Hình 3.10 Cơ cầu nâng trượt
3.1.3.2 Cơ cầu xoay
Đê đảm bảo tính ôn định khi xoay và do giới hạn vê điêu kiện nên nhóm tận
dụng cơ câu xoay tự do của bánh xe đa hướng
Hình 3.11 Cơ cầu xoay
Trang 33- Tốc độ xoay: 30 vòng/phút
3.1.3.3 Co cau gap qua
Cách lây quà của robot thu thập chủ yếu là tịnh tiến và chỉ xoay góc 2 lần khi
bo qua Phan khung và di chuyên của robot vẫn là di chuyển tịnh tiễn Việc lây quà chủ yêu phụ thuộc vào cơ câu nâng trượt và xoay
Cơ cau gắp quà được thiết kế gôm 2 tay gặp, được đặt song song với nhau với cùng kích thước và thông sô
* Thông số kỹ thuật:
- Khoảng cách mở rộng nhất: 30cm - Khoảng cách ôm hẹp nhất: 10cm - Áp suất khí nén sử dụng: P = 6 bar
- Có thê gắp được vật thê nặng 400g
Hình 3.12 Cơ cầu gap quà
3.2 THIET KE ROBOT BANG TAY
3.2.1 Yéu cau va nhiém vu robot bang tay
- Trong luong robot khong qua 25kg
Trang 34
- Ở địa điểm bắt đầu, robot có kích thước không vượt quá: 1.5m đài x Ïm rộng x
1.5m cao Được phép mở rộng không giới hạn sau khi đã khởi động
- Robot băng tay phải là một khối liền, được vận hành bởi một thành viên trong
đội Người điêu khiên phải ở trên robot bằng tay trong quá trình điều khiến
* Kích thước của robot bằng tay:
- Dai 117 cm - Cao 130cm - Rộng 70cm
Hình 3.13 Robot băng tay
3.2.2 Thiết kế phần đề robot bằng tay
Với việc phải chở người điều khiển trong quá trình thi đâu và bị giới hạn trọng lượng không quá 25kg Việc này khiến cho việc thiết kế và chọn vật liệu thiết kế gặp
nhiều khó khăn
3.2.2.1 Chọn vật liệu thiết kế
Thông qua nhiều lần thử nghiệm nhóm quyết định sử dụng loại nhôm định hình để làm vật liệu thiết kế Ưu điểm của loại nhôm này là có tính chịu lực cao, ít biến dạng, nhẹ và thâm mỹ Với vật liệu này robot sau khi làm xong có trọng lượng nhẹ và chịu lực tốt
Trang 35
3.2.2.2 Phan dé robot bang tay
Do robot phải chở được người điều khiển và phải đi chuyên linh hoạt trong thi
đấu (chạy ziczac, chạy qua đường hầm ) Nên phần đề robot phải được thiết kế gọn
và chịu được tải trọng của người điều khiến
Lẫy tải trọng trung bình của một người là 60kg nhóm đã thiết kế phần đề robot bằng tay, thông qua thực tiễn nhóm đã thiết kế phần đề như sau:
Trang 36Trục chính động cơ được mắc trực tiếp vào bánh xe (động cơ đã được tích hợp
sẵn bộ giảm tốc trục vít bánh vít) Bánh xe dùng cho robot bằng tay phải chịu được tải
trọng của robot và người điều khiển, do đó nhóm chọn loại bánh xe cút — kít nhỏ
thường được dùng cho các loại xe đây hàng, có khả năng chịu tải và ma sát cao
Hình 3.14 Bánh xe và động cơ robot bằng tay
3.2.2.3 Cơ cầu trên robot 3.2.2.3.1 Tay gắp token
Việc lẫy được token và bỏ vào hộp là rất quan trọng trong thi đấu các phân thi của 2 robot tự động sẽ không được thực hiện nếu robot bằng tay không bỏ token vào
hộp được
Token được đặt tại nơi có độ cao là 120cm
Hộp đựng token được đặt kế bên đường hầm, mà theo luật thì khi token chưa
được đưa vào hộp thì việc có phần nào của robot băng tay xâm phạm vào khu vực của đường hầm hoặc chạm vào đường hằm sẽ bị phạm lỗi Vì thế nên tay gap token phai du
dài để không bị 2 lỗi trên
Ngoài ra do điều kiện nên thiết kế của nơi đặt token tại xưởng cơ khí của
trường có phần khác so với trong bản vẽ của abu robocon 2012 chỉ cao có 90cm
Trang 37
Và không chỉ thi đâu trên một sân nhất định nên tay gấp token cân phải linh động có thê gap duoc token dé dang trén ca 2 phân sân
Tổng hợp các yêu câu trên, nhóm đã thiết kê tay gắp token như sau:
Hình 3.15 Tay gắp token
3.2.2.3.2 Cơ cầu nâng
- Robot băng tay phải nâng được giỏ đựng quà và robot thu thập
- Chiêu cao của robot khi khởi động bị giới hạn trong 130cm và phải lọt qua được đường hâm
- Cơ cầu có khả năng nâng robot thu thập với các độ cao khác nhau đề phù hợp
với nhiệm vụ
- Kết hợp các yêu câu và qui định trên, cơ cầu nâng sử dụng 2 nhông cam xe máy, một làm nhông dẫn và một làm nhông bị dẫn và giàn nâng được găn trực tiếp với xích, tạo thành cơ cấu nâng có khả năng nâng hạ dễ dàng và không bị vuột tải
Trang 38
Hinh 3.16 Co cau nang
* Thông số cơ cau nang: - Chiêu cao thanh nâng: 110cm
- SỐ răng trên nhông xích: Z = 13 - Đường kính vòng chia: 25mm - Tải trọng tối đa: 15Kg
(a) Nhông bị dẫn (b) Nhông dẫn Hình 3.17 (a) Nhông bị dẫn (b) Nhông dẫn
Trang 39
* Thông số động cơ nâng:
- Cơng suất động cơ: 2§W
- Điện thế hoạt động: 24V
- Tốc độ động cơ: 86 vòng/phút
- Tốc độ nâng tối đa: y= = 25.3414 =112.5mm/s
Hình 3.18 Động cơ nâng của robot bang tay 3.3 THIET KE ROBOT TU DONG
3.3.1 Yéu cau va nhiém vu robot tu déng
Robot tự động phải mang được giỏ đựng quả và chở được robot thu thập
Robot tự động mang robot thu thập vượt déc 17°27’, phai dam bao leo dốc tốt và robot thu thập năm trên robot tự động không bi trượt ra khỏi robot tự động
Trang 40Hình 3.19 Robot tự động
3.3.2 Bộ phận di chuyền
Robot tự động cân có tốc độ cao và tính 6n định cao, nhăm tranh thủ thời gian
trong thi đấu Việc chiến thăng của một đội ngoài điểm số còn có yêu tô thời gian Vì
thể nêu đội nào có robot tự động có tốc độ cao, độ ôn định cao đội đó sẽ có cơ hội
chiến thăng nhiều hơn
* Thông số động cơ:
- Động cơ DC tích hợp hộp giảm tốc 4 cấp