Robot di chuyển đa hướng thông qua smartphone

Luận văn này trình bày phương pháp, quá trình thiết kế lắp đặt tạo ra một robot di chuyển đa hướng linh hoạt, bên cạnh đó xây dựng bộ điều khiển động cơ bằng bộ điều khiển PID giúp động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ _

Cán bộ hướng dẫn: Ths ĐƯỜNG KHÁNH SƠN

Luận văn đại học được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ ngày 07 tháng 07 năm 2018

Thành phần Ban chấm đánh giá luận văn đại học gồm:

1 Trưởng ban: TS ĐỖ VINH QUANG

2 Uỷ viên phản biện: ThS TRẦN HOÀI TÂM

3 Thư ký ban chấm: ThS ĐƯỜNG KHÁNH SƠN

Xác nhận của Ban chấm đánh giá sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Họ và tên sinh viên: LÝ HIỆP THÀNH

Ngày, tháng, năm sinh: 06/02/1996

Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

MSSV: 1400375 Nơi sinh: Cần Thơ

- Truyền hình ảnh về máy tính từ một camera trên smartphone

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS ĐƯỜNG KHÁNH SƠN

THỜI GIAN GIAO ĐỀ TÀI: 15/01/2018

THỜI GIAN HOÀN THÀNH: 29/06/2018

Cần Thơ, ngày 19 tháng 07 năm 2018

Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô trong khoa Kỹ Thuật Cơ Khí của Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Cần Thơ, đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi và cung cấp tài liệu để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Đồng thời, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn thầy Đường Khánh Sơn, thầy đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành được đề tài tốt nghiệp này

Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè đã hỗ trợ và chia sẽ kinh nghiệm cho tôi trong thời gian qua

Trong quá trình thực hiện đề tài chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót nhất định Vậy nên, em mong sự góp ý và chỉ dẫn nhiều hơn của thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan về công trình nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp là được thực hiện bởi cá nhân em và sự hỗ trợ và hướng dẫn của giảng viên thầy Đường Khánh Sơn, nếu có điều gì sai sót theo lời cam đoan em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Luận văn này trình bày phương pháp, quá trình thiết kế lắp đặt tạo ra một robot di chuyển đa hướng linh hoạt, bên cạnh đó xây dựng bộ điều khiển động cơ bằng bộ điều khiển PID giúp động cơ hoạt động chính xác theo mong muốn của người điều khiển, lắp đặt thêm các cảm biến để robot tránh được vật cản, kết nối blutooth với smartphone để điều khiển robot khoảng cách xa hơn Truyền hình ảnh về máy tính và xác định vị trí, hướng đi cho robot

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I

LỜI CAM ĐOAN II

TÓM TẮT III

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Lý do và mục đích chọn đề tài 2

1.1.1 Lý do chọn đề tài 2

1.1.2 Mục đích của đề tài 5

1.2 Robot 5

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển 5

1.2.2 Các ứng dụng của Robot 9

1.2.2.1 Các ưu điểm khi sử dụng Robot 9

1.2.2.2 Một số lĩnh vực ứng dụng 10

1.3 Xe điều khiển từ xa qua sóng Bluetooth 12

1.3.1 Sơ lược về công trình nghiên cứu 12

1.3.2 Ưu điểm và khuyết điểm 14

1.3.2.1 Ưu điểm 14

1.3.2.2 Khuyết điểm 14

1.4.1 Sơ lược về công trình nghiên cứu 15

1.4.2 Ưu điểm và khuyết điểm 17

1.4.2.1 Ưu điểm 17

1.4.2.2 Khuyết điểm 18

1.5 Đặt vấn đề 18

1.6 Hướng giải quyết cho nghiên cứu sắp tới 19

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Đối tượng nghiên cứu 20

2.1.1 Tiêu chuẩn cho một robot 20

2.1.2 Những ứng dụng được robot 20

2.1.3 Arduino 21

2.1.1.1 Khái niệm 21

2.1.1.2 Lịch sử hình thành Arduino 22

2.1.1.3 Các loại Arduino 22

2.1.3 Tổng quan về Android 24

2.1.3.1 Khái niệm về android 24

2.1.3.2 Lịch sử hình thành 25

2.1.3.3 Các phiên bản của Android 26

2.1.4 Công nghệ Bluetooth 27

2.1.4.1 Khái niệm về Bluetooth 27

2.1.4.2 Đặc điểm về công nghệ Bluetooth 27

MỤC LỤC

2.1.4.3 Hoạt động của Bluetooth 28

2.1.4.4 Các thế hệ Bluetooth 28

2.1.4.5 Vấn đề bảo mật trong công nghệ Bluetooth 29

2.1.4.6 Các trạng thái của thiết bị Bluetooth 30

2.1.5 Phần Mềm Arduino 31

2.1.5.1 Phần mềm viết chương trình và biên dịch chương trình 31

2.1.5.2 Cấu trúc chương trình 33

2.2 Phương pháp nghiên cứu 33

2.2.1 Phân tích động học 33

2.2.2 Phương pháp hạn chế sai số 36

2.2.2.1 Lý thuyết về bộ điều khiển PID 36

2.2.2.2 Bộ điều khiển PID số 38

2.2.2.3 Chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 40

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT 42

3.1 Thiết kế mô hình 42

3.1.1 Thiết kế App enventer ứng dụng trên android 42

3.1.2 Thiết kế cơ khí robot di chuyển đa hướng 44

3.1.3 Thiết kế mạch điện 46

3.1.4 Mô hình hoàn chỉnh 54

3.2 Tiến hành chạy thực nghiệm 57

3.2.1 Mô phỏng khi không có bộ PID 57

3.2.2 Mô phỏng khi có PID 58

4.1 Kết quả nghiên cứu đạt được 60

4.2 Hướng phát triển đề tài 60

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Robot 3 bánh omni sử dụng cảm biến vật 3

Hình 1 2: Robot sử dụng trong cuộc thi RoboCup 3

Hình 1 3: Robot di động đa hướng ba bánh phục vụ cho nghiên cứu 4

Hình 1 4: Mô hình Mobile service robot sử dụng 3 bánh omni 4

Hình 1 5: Robot Shakey 6

Hình 1 6: Robot phẩu thuật 7

Hình 1 7: Mobile Robot 7

Hình 1 8: Robot song song 6 bậc tự do Merlet 8

Hình 1 9: Robot thám hiểm Mặt Trăng 9

Hình 1 10: Robot hàn trong công nghiệp sản xuất cơ khí 10

Hình 1 11: Ứng Dụng Robot trong các hệ thống sản xuất linh hoạt 11

Hình 1 12: Robot đóng gói sản phẩm 11

Hình 1 13: Robot được sử dụng trong công đoạn cấp vật liệu và lắp ráp 12

Hình 1 14: Nhìn từ phía dưới của xe điều khiển từ xa 13

Hình 1 15: Nhìn từ trên của xe điều khiển từ xa 13

Hình 1 16: Sản phẩm hoàn chỉnh 14

Hình 1 17: Mạch điều khiển động cơ DC Mini DRV8833 16

Hình 1 18: Three-wheeled omni-directional mobile robot (robot di động đa hướng ba bánh) 16

Hình 1 19: Three-wheeled omni-directional mobile robot (robot di động đa hướng ba bánh) nhìn từ trên 17

Hình 2 1: Arduino Mega 22

Hình 2 2: Arduino Uno 22

Hình 2 3: Arduino Yun 23

Hình 2 4: Arduino Tre 23

Hình 2 5: Arduino Robot 23

Hình 2 6: Arduino micro 24

Hình 2 7: Arduino ethernet 24

Hình 2 8: Logo Android 25

Hình 2 9: Logo Bluetooth 27

Hình 2 10: Kết nối các thiết bị bằng Bluetooth 28

Hình 2 11: Phần mềm Arduino 31

Hình 2.12: Màn hình làm việc của Arduino IDE 32

Hình 2 13: Chọn board và nạp chương trình 32

Hình 2 14: Cấu tạo thân robot 34

Hình 2 15: Hệ tọa độ {B} và {W} 34

Hình 2 16: Phân tích lực 35

Hình 2 17: Sơ đồ khối của bộ P.I.D điều khiển động cơ DC 36

Hình 2 18: Xác định tham số của đặc tính quá tính 40

Hình 3 1: Thiết kế giao diện cho ứng dụng App Android 42

Hình 3 2: Viết code điều khiển cho ứng dụng 43

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3 3: Cấu trúc lệnh kết nối bluetooth 43

Hình 3 4: Cấu trúc lệnh cho các nút nhấn 44

Hình 3 5: Phần đế của robot 45

Hình 3 6: Phần thân của robot 45

Hình 3 7: Sơ đồ hệ thống điều khiển 46

Hình 3 8: Board mạch Arduino 47

Hình 3 9: Nguồn vào Arduino 48

Hình 3 10: Các chân năng lượng 50

Hình 3 11: Các chân ra vào tín hiệu 50

Hình 3 12: Module L298N 51

Hình 3 13: Module Bluetooth HC-05 52

Hình 3 14: Nguồn Ắc quy 12v 53

Hình 3 15: Module siêu âm 54

Hình 3 16: Bánh xe Omni 42m 54

Hình 3 17: Lắp đặt tầng 1 cho robot 55

Hình 3 18: Mô hình hoàn chỉnh 55

Hình 3 19: Tầng 1 nhìn robot từ trên xuống 56

Hình 3 20: Hướng nhìn từ trên cho toàn bộ robot 56

Hình 3 21: Đồ thị biểu diễn tốc độ của động cơ khi chưa có PID 57

Hình 3 22: Đồ thì biểu diễn tín hiệu khi có bộ PID 58

Hình 3 23: Đồ thị biểu diễn tín hiệu sau khi điều chỉnh thông số Kp, Ki, Kd 58

Hình 3 24: Đồ thì biểu diễn sự bù điện áp 59

Hiện nay việc áp dụng các ứng dụng ngày càng trở nên phổ biến, từ những cái đơn giản như: đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển động cơ điện một chiều… Đến những ứng dụng phức tạp như điều khiển robot, hệ thống kiểm soát…

Trong sự phát triển như hiện nay, Robot luôn được đề cập trong mọi ngành nghề, trong sinh hoạt cuộc sống hằng ngày, vui chơi, giải trí đều có công cụ này để thay thế con người Nó đã góp phần rất lớn trong việc tạo sự thuận lợi, tiện ích cho con người ngày nay, vì thế là một kỹ sư trong tương lai, em đã nắm bắt được thị hiếu này và tìm hiểu, nghiên cứu để tiến tới công nghệ cao, xây dựng nên một giai đoạn mới, phát triển mới cho bản thân, cho xã hội

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do và mục đích chọn đề tài

tự động thông qua những hoạt động như: điều khiển các máy công nghiệp trong các nhà máy, điều khiển một robot làm công việc hằng ngày, điều khiển các thiết bị trong gia đình hay là nơi công cộng một cách linh hoạt, chi tiết và đồng bộ

Robot là một lĩnh vực ngày càng được phát triển và sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong cuộc sống của con người, từ các lĩnh vực công nghiệp cho đến y tế, giáo dục đào tạo, giải trí, an ninh quốc phòng và thám hiểm không gian Vì vậy robot đã

có một vị trí quan trọng, nó còn thay thế con người trong các công việc nặng nhọc và trong điều kiện nguy hiểm, môi trường độc hại

Bên cạnh đó lĩnh vực robot di động ngày càng chiếm được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu Three-wheeled omni-directional mobile robot (robot di động đa hướng ba bánh) là một loại robot di động đặc biệt Sử dụng ba bánh omni được điều khiển bởi ba động cơ độc lập, vì vậy robot có quỹ đạo chuyển động rất linh hoạt, có thể

di chuyển theo bất cứ hướng nào, bất kỳ góc nào trong những không gian nhỏ hẹp

Với cấu tạo đặc biệt và khả năng di chuyển linh hoạt như vậy, nên robot di động

đa hướng ba bánh được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực, sau đây là một số hình ảnh về robot di động đa hướng ba bánh được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Đối với một sinh viên ngành kỹ thuật thì robot luôn là một ước mơ và hoài bảo,

để trao dồi kiến thức và học hỏi kinh nghiệm, để theo đuổi ước mơ vươn xa hơn đến công nghệ tiến tiến, vì thế đã thúc đẩy em tìm tòi, nghiên cứu Với mong muốn tìm hiểu nguyên lý, phương thức hoạt động, kỹ thuật điều khiển, sáng tạo và vận hành một robot điều khiển từ xa, nên em đã tìm đến với robot bằng cách thiết kế, xây dựng nên một mô hình robot cho riêng bản thân Với sự góp ý và hướng dẫn của thầy Đường Khánh Sơn,

em đã chọn ra đề tài “Robot Di Chuyển Đa Hướng Thông Qua Smartphone” cho luận

văn tốt nghiệp của mình

Hình 1 1: Robot 3 bánh omni sử dụng cảm biến vật

Hình 1 2: Robot sử dụng trong cuộc thi RoboCup

Hình 1 3: Robot di động đa hướng ba bánh phục vụ cho nghiên cứu

Hình 1 4: Mô hình Mobile service robot sử dụng 3 bánh omni

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.2 Mục đích của đề tài

Xuất phát từ những ứng dụng quan trọng của robot nên em đã tìm hiểu, nghiên cứu, cải tiến thêm từ các sản phẩm cũng như công trình của nhiều tác giả trước đây và

xây dựng ra mô hình thực tế “Robot Di Chuyển Đa Hướng Thông Qua Smartphone”

phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu và sáng tạo

Hơn nữa còn có thể nâng cao chất lượng sản phẩm robot từ di chuyển đơn sơ, cấu tạo chưa hoàn thiện, sang một sản phẩm di chuyển linh hoạt và chắc chắn

Cụ thể hơn là xây dựng bộ não trên vi điều khiển được tích hợp sẵn trong Arduino,

áp dụng kiến thức đã học để lập trình cho Arduino bằng ngôn ngữ Arduino (được xây dựng trên ngôn ngữ C), để biên dịch chương trình và nạp chương trình lên board là phần mềm Arduino IDE Học cách viết App ứng dụng cho Android, giao tiếp tín hiệu thông qua sóng Bluetooth, áp dụng cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển số vào việc nghiên cứu

và giải quyết bài toán điều khiển robot di động đa hướng ba bánh một cách linh hoạt với

độ chính xác cao là một công việc cần thiết

1.2 Robot

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Khái niệm Robot ra đời đầu tiên vào ngày 09/10/1922 tại New York, khi nhà soạn

kịch người Tiệp Khắc Karen Kapek đã tưởng tượng ra một cổ máy hoạt động một cách

tự động, nó là niềm mơ ước của con người lúc đó Từ đó ý tưởng thiết kế, chế tạo Robot

đã luôn thôi thúc con người Đến năm 1948, tại phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Goertz chế tạo thành công tay máy đôi (master­slave manipulator) Đến năm 1954, Goertz đã chế tạo tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết được lực tác động lên khâu cuối Năm 1956 hãng Generall Mills đã chế tạo tay máy hoạt động trong việc thám hiểm dại dương Năm 1968 R.S Mosher, của General Electric đã chế tạo một

cỗ máy biết đi bằng 4 chân Hệ thống vận hành bởi động cơ đốt trong và mỗi chân vận hành bởi một hệ thống servo thủy lực

Đến nay trên đà phát triển, ngành kỹ thuật robot được đưa vào các cuộc thi lớn nhỏ trên toàn quốc giúp mọi người hiểu biết thêm về công nghệ tiên tiến này, các cuộc thi về robocon luôn là sự thúc đẩy cho sinh viên ngành kỹ thuật có thể học tập và trao dồi nhiều hơn bằng cách cọ xát thực tế

Năm 1970 con người đã chế tạo được Robot tự hành Lunokohod, thám hiểm bề mặt của mặt trăng

Trong giai đoạn này, ở nhiều nước khác cũng tiến hành công tác nghiên cứu tương

tự, tạo ra các Robot điều khiển bằng máy tính có lắp đặt các loại cảm biến và thiết bị giao tiếp người và máy

Hình 1 5: Robot Shakey

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các Robot ngày càng được chế tạo nhỏ gọn hơn, thực hiện được nhiều chức năng hơn, thông minh hơn Một lĩnh vực được nhiều nước quan tâm là các Robot tự hành, các chuyển động của chúng ngày càng đa dạng, bắt chước các chuyển động của chân người hay các loài động vật như: bò sát, động vật 4 chân… Và các loại xe Robot (Robocar) nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong các

hệ thống sản xuất tự động linh hoạt (FMS)

Hình 1 6: Robot phẩu thuật

Hình 1 7: Mobile Robot

Từ đó trở đi con người liên tục nghiên cứu phát triển Robot để ứng dụng trong quá trình tự động hoá sản xuất để tăng hiệu quả kinh doanh Ngoài ra Robot còn được

sử dụng thay cho con người trong các công việc ở môi trường độc hại, khắc nghiệt…

Chuyên ngành khoa học về Robot “Robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, quỹ đạo chuyển động, chất lượng điều khiển… Tuỳ thuộc vào mục đích và phương thức tiếp cận, chúng

ta có thể tìm hiểu lĩnh vực này ở nhiều khía cạnh khác nhau Hiện nay, có thể phân biệt các loại Robot ở hai mảng chính: Các loại Robot công nghiệp (cánh tay máy) và các loại Robot di động (mobile robot) Mỗi loại có các ứng dụng cũng như đặc tính khác nhau Ngoài ra, trong các loại Robot công nghiệp còn được phân chia dựa vào cấu tạo động học của nó: Robot nối tiếp (series robot) và Robot song song (parallel robot)

Hình 1 8: Robot song song 6 bậc tự do Merlet

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chính công nghệ tiên tiến ở tất cả các lĩnh vực: cơ khí, vi mạch, điều khiển, công nghệ thông tin… Đã tạo ra nền tảng cũng như những thách thức lớn đối với khoa học nghiên cứu Robot Chính vì vậy, con người đã và đang tiếp tục phát triển và nâng cao mức độ hoàn thiện trong lĩnh vực đầy hấp dẫn này

1.2.2 Các ứng dụng của Robot

1.2.2.1 Các ưu điểm khi sử dụng Robot

Các loại Robot tham gia vào qui trình sản xuất cũng như trong đời sống, sinh hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyền công nghệ, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của sản phẩm tạo

ra

Robot có thể thay thế con người làm việc ổn định bằng các thao tác đơn giản và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổi công việc để thích nghi với sự thay đổi của qui trình công nghệ Sự thay thế hợp lý của Robot còn góp phần giảm giá thành sản phẩm,

Hình 1 9: Robot thám hiểm Mặt Trăng

Nhật Bản, các nước Tây Âu, Hoa Kỳ… Tất nhiên nguồn năng lượng từ Robot là rất lớn, chính vì vậy nếu có nhu cầu tăng năng suất thì cần có sự hỗ trợ của chúng mới thay thế được sức lao động của con người Chúng có thể làm những công việc đơn giản nhưng

dễ nhầm lẫn, nhàm chán

Robot có khả năng nghe được siêu âm, cảm nhận được từ trường Bên cạnh đó, một ưu điểm của Robot là môi trường làm việc, chúng có thể thay thế con người làm việc ở những môi trường độc hại, ẩm ướt, bụi bẩn hay nguy hiểm Ở những nơi như nhà máy hóa chất, các nhà máy phóng xạ, trong đại dương hay các hành tinh khác… Thì việc ứng dụng Robot để cải thiện điều kiện làm việc là rất hữu dụng

1.2.2.2 Một số lĩnh vực ứng dụng

Ứng dụng trong các lĩnh vực sản xuất cơ khí Trong lĩnh vực cơ khí, Robot được ứng dụng khá phổ biến nhờ khả năng hoạt động chính xác và tính linh hoạt cao Các loại Robot hàn là một ứng dụng quan trọng trong các nhà máy sản xuất ô tô, sản xuất các loại

vỏ bọc cơ khí…

Hình 1 10: Robot hàn trong công nghiệp sản xuất cơ khí

Ứng dụng trong lĩnh vực gia công lắp ráp Các thao tác này thường được tự động hoá bởi các robot được gia công chính xác và mức độ tin cậy cao

Robot thực hiện quá trình lắp ráp: lắp ráp các động cơ hiệu suất cao hoặc khung gầm ô tô, máy bay, hàng chục bộ phận khác nhau phải được lắp ráp trong thời gian ngắn với chất lượng hoàn hảo

Robot thực hiện quá trình đúc: Robot đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện quytrình đúc sản phẩm, đặc biệt là những sản phẩm trong ngành như nhựa, thép, gốm

Bên cạnh đó, robot còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như trong môi trường độc hại, ngành nông nghiệp, ngành thực phẩm, quân sự, thám hiểm và vệ tinh

1.3 Xe điều khiển từ xa qua sóng Bluetooth

1.3.1 Sơ lược về công trình nghiên cứu

Công trình được dựa trên nguồn tài liệu [4] Đã sử dụng Arduino Mega 2560 làm

bộ não, với bộ nhận tín hiệu Bluetooth HC-06, được điều khiển bởi ứng dụng App trên Smartphone và một số linh kiện khác như: Arduino Motor Shield L293D, động cơ DC 5V có giảm tốc

Hình 1 13: Robot được sử dụng trong công đoạn cấp vật liệu và lắp ráp

1.3.2 Ưu điểm và khuyết điểm

1.3.2.1 Ưu điểm

Sản phẩm được tạo ra hoạt động khá tốt

Kết nối thiết bị đơn giản và dễ dàng

Lập trình đơn giản dễ hiểu

Chi tiết, linh kiện dễ tìm mua

Giá thành thấp cho sinh viên hay những ai thích tìm hiểu và khám phá

Có thể tự viết được App Android cho sản phẩm trên

1.3.2.2 Khuyết điểm

Do việc điều khiển chỉ được ở 4 cấp độ tiến, lùi, xoay phải, xoay trái nên di chuyển không linh hoạt nếu không vận hành thường xuyên

Thiết kế chưa được tỉ mỉ, tinh tế Vẽ ngoài của sản phẩm nhìn vào còn thô sơ

Vị trí lắp đặt các linh kiện không gọn gàng, không cân đối và kém đồng đều

Sử dụng động cơ công suất thấp chưa đáp ứng một số yêu cầu về tải trọng

Chưa điều khiển được vận tốc

Hình 1 16: Sản phẩm hoàn chỉnh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.4 Robot di chuyển đa hướng ba bánh

1.4.1 Sơ lược về công trình nghiên cứu

Dựa trên nguồn tài liệu [3] về dự án xây dựng một chiếc xe Robot di chuyển đa hướng ba bánh Bánh xe Omni có thể cho phép Robot lái xe qua lại mà không cần xoay

Họ cũng có thể cho phép Robot xoay trong khi nó đang chạy thẳng về phía trước theo một đường

Ví dụ, Robot 3 bánh Omni sẽ là một sự lựa chọn tốt cho một robot theo dõi Bởi

vì nó có thể chạy hiệu quả hơn một chiếc xe Robot với bánh xe truyền thống Những gì với bánh xe Omni có thể làm là chúng có sự ma sát hơn và nhiều năng lượng hơn để xoay bánh xe

Chiếc xe Robot này là một Robot tránh chướng ngại vật với cảm biến siêu âm và cảm biến hồng ngoại, sẽ có thể lái xe xung quanh trong phòng mà không bị ngưng bởi vật thể hoặc tường Với sự giúp đỡ của bánh xe Omni, Robot sẽ có thể lái xe mà không cần phải xoay nhiều lần, làm cho nó hiệu quả hơn một chiếc xe Robot tiêu chuẩn

Một Robot có thể di chuyển theo bất kỳ hướng nào ngay lập tức là rất hữu ích Nó

có thể được sử dụng trong không gian chật hẹp hoặc để theo dõi một cách hiệu quả hơn Bánh xe Omni có thể di chuyển 900 theo trục của chúng, theo cách đó có thể gắn các bánh xe về các hướng khác nhau

Với Robot ba bánh sử dụng bánh xe Omni đã sử dụng vi điều khiển trên Arduino Uno (Microcontroller) làm bộ não trung tâm với sự giúp đỡ của 2 mạch điều khiển động

cơ DC Mini DRV8833 (xem hình 1.17), 3 cảm biến siêu âm và 3 cảm biến hồng ngoại

để phát hiện ra vật cản xung quanh

Hình 1 17: Mạch điều khiển động cơ DC Mini DRV8833

Hình 1 18: Three-wheeled omni-directional mobile robot (robot di động đa hướng ba bánh)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.4.2 Ưu điểm và khuyết điểm

1.4.2.1 Ưu điểm

Robot di chuyển linh hoạt theo các hướng không cần thao tác phức tạp

Linh kiện dễ tìm và mua

Thiết kế sản phẩm với dáng vẽ bên ngoài ưa nhìn

Hoạt động khá ổn định

Ứng dụng cao cho nhiều công việc thực tế

Với 3 bánh xe hoạt động cân bằng thì đó là một ý tưởng hoàn hảo để đáp

ứng cho nhiều bài toán về di chuyển

Hình 1 19: Three-wheeled omni-directional mobile robot (robot di động đa

hướng ba bánh) nhìn từ trên

1.4.2.2 Khuyết điểm

Robot có vấn đề với các điểm mù, ở đó các cảm biến không thể nhìn thấy Đầu tiên ý tưởng là chỉ sử dụng ba cảm biến siêu âm, nhưng một khi đã thử nghiệm các cảm biến siêu âm không đủ Nên cần thêm các cảm biến hồng ngoại để bù đắp lại khuyết điểm trên

Bên cạnh những điểm mù, cảm biến hồng ngoại đôi khi gặp vấn đề với ánh sáng trong căn phòng Nếu mặt trời chiếu qua cửa sổ và Robot ở gần đó thì các cảm biến hồng ngoại đôi khi phản ứng với ánh sáng như có một vật thể cản đường đi Do đó, robot có thể được điều khiển chủ yếu trong không gian chỉ có là ánh sáng từ đèn và không phải

Thứ ba, sử dụng các cảm biến không phải là một giải pháp tối ưu cho Robot theo như tác giả tài liệu [3] đã nói

Thứ tư, thiết kế cơ khí cho thấy chưa được chắc chắn cho một Robot

Thứ năm, việc các động cơ hoạt động không đồng bộ theo tín hiệu đặt, làm cho Robot không còn chính xác trong di chuyển

Thứ sáu, công suất và nguồn năng lượng cấp vào chưa ổn thỏa cho một môi trường hoạt động liên tục như robot di chuyển

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.6 Hướng giải quyết cho nghiên cứu sắp tới

Qua tham khảo các đề tài nghiên cứu của tác giả trong và ngoài nước Em đã thấy

và nêu lên được những vấn đề còn hạn chế của các tác giả, nay em xin đề xuất hướng giải quyết các vấn đề trên

Thay vì hai nghiên cứu riêng biệt, em sẽ tích hợp những ứng dụng được đánh giá cao trong hai phần nghiên cứu của hai tác giả và thêm vào kiến thức của bản thân, để tạo

ra một nghiên cứu mới cho riêng mình là một robot di chuyển đa hướng 3 bánh được điều khiển bởi sóng bluetooth trên App ứng dụng Andriod, có thể tránh được vật cản thông qua sự hỗ trợ bổ ích của cảm biến siêu âm, robot có thể tự vận hành và điều khiển Những vấn đề cần giải quyết cho quá trình nghiên cứu:

- Tạo ra một ứng dụng App Android cho robot trên

- Thiết kế cơ khí chắc chắn cho sản phẩm khi hoàn thiện

- Robot được điều khiển bởi sóng Buletooth

- Xây dựng bộ não trung tâm điều khiển trên vi mạch Arduino

- Nâng cấp công suất động cơ hoạt động mạnh hơn

- Điều khiển tốc độ động cơ với PID

- Lắp thêm smartphone để thay thế camera truyền hình ảnh về máy tính

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Tiêu chuẩn cho một robot

Với sản phẩm nghiên cứu “Robot di chuyển đa hướng thông qua smartphone” cần

có một số tiêu chuẩn như sau:

Chỉ có thể di chuyển ở những địa hình bằng phẳng, không bị sụp lún như có cát quá nhiều hay mặt bằng gồ ghề, có độ bám dính cao

Không thể chạy được dưới nước hoặc một số nơi ẩm ướt nhiều, vì các linh kiện trên mô hình chưa được trang bị việc chống thấm nước

Phạm vi hoạt động không quá xa theo chuẩn phạm vi kết nối Bluetooth và tùy vào từng thiết bị smartphone kết nối với robot Tuy nhiên đã trãi nghiệm thực tế trên 5 smartphone khác nhau, thì khoảng cách tối đa cho phép kết nối vẫn hoạt động bình thường là từ 20m Nếu vượt qua khoảng cách 20m robot vẫn nhận được tín hiệu nhưng hoạt động không hết công suất

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Giám sát và bám đuổi mục tiêu

- Vận chuyển đạn dược

- Thăm dò căn cứ và hoạt động của địch

Trong lĩnh vực giải trí:

- Đá bóng với nhiều robot khác

- Tổ chức những cuộc đua vượt địa hình, vượt chướng ngại vật

- Chơi với trẻ em

- Mở các cuộc thi Robocon

Trong thám hiểm:

- Có thể đi vào vùng độc hại để thu thập số liệu và hình ảnh

- Thám hiểm vũ trụ, mặt trăng, các hành tinh

2.1.3 Arduino

2.1.1.1 Khái niệm

Arduino là một board mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết

bị phần cứng như động cơ, cảm biến… Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử, lập trình

Là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử Arduino gồm có board mạch có thể lập trình được (thường gọi là vi điều khiển) và các phần mềm hổ trợ phát triển tích hợp IDE (lntegrated Development Environment) dùng

để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương trình cho board Arduino ngày nay rất phổ biến cho những người mới bắt đầu tìm hiểu về điện tử vì nó đơn giản, hiệu quả và dễ tiếp cận không giống như các loại vi điều khiển khác Arduino không cần phải có các công

cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code cho PLC cần phải có Pic kit Đối với Arduino rất đơn giản, ta có thể kết nối với máy tính bằng cáp USB Thêm vào đó việc lập trình

Arduino rất dễ dàng, trình biên dịch Arduino IDE sử dụng phiên bản đơn giản hóa của ngôn ngữ C++

2.1.1.2 Lịch sử hình thành Arduino

Arduino được ra đời tại thị trấn Ivrea, nước Ý và được đặt theo tên của một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin Nó chính thức được giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ cho sinh viên học tập của giáo sư Massimo Banzi, một trong những người phát triển arduino tại trường Interaction Design Instisture Ivrea (IDII)

2.1.1.3 Các loại Arduino

Hình 2 1: Arduino Mega

Hình 2 2: Arduino Uno

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hình 2 5: Arduino Robot Hình 2 3: Arduino Yun

Hình 2 4: Arduino Tre

2.1.3 Tổng quan về Android

2.1.3.1 Khái niệm về android

Android là một nền tảng dành cho các thiết bị di động, trong đó phần lớn là điện thoại (smartphone), Tablet, và hiện nay còn được phát triển cho nhiều thiết bị khác nhau như tivi HD player Carcontroller Andriod được phát triển dựa trên nền tảng Linnux do Google phát hành Các ứng dụng được phát triển chủ yếu bằng ngôn ngữ Java, đồng thời cũng hỗ trợ Native-C

Hình 2 6: Arduino micro

Hình 2 7: Arduino ethernet

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của Liên minh này là nhanh chóng đổi mới để đáp ứng tốt hơn cho nhu cầu người tiêu dùng và kết quả đầu tiên của nó chính là nền tảng Android Android được thiết kế để phục vụ nhu cầu của các nhà sản xuất, các nhà khai thác và các lập trình viên thiết bị cầm tay

Khi Android được phát hành thì một trong số các mục tiêu trong kiến trúc của nó

là cho phép các ứng dụng có thể tương tác được với nhau và có thể sử dụng lại các thành

Hình 2 8: Logo Android