Robot di chuyển đa hướng thông qua smartphone

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ _ LÝ HIỆP THÀNH 1400375 ROBOT DI CHUYỂN ĐA HƯỚNG THÔNG QUA SMARTPHONE Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 7510303 LUẬN VĂN ĐẠI HỌC TP CẦN THƠ, tháng 07 năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CƠNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ _ LÝ HIỆP THÀNH 1400375 ROBOT DI CHUYỂN ĐA HƯỚNG THƠNG QUA SMARTPHONE Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 7510303 LUẬN VĂN ĐẠI HỌC TP CẦN THƠ, tháng 07 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ Cán hướng dẫn: Ths ĐƯỜNG KHÁNH SƠN Luận văn đại học bảo vệ 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: Trưởng ban: TS ĐỖ VINH QUANG Uỷ viên phản biện: ThS TRẦN HOÀI TÂM Thư ký ban chấm: ThS ĐƯỜNG KHÁNH SƠN Xác nhận Ban chấm đánh giá sau luận văn sửa chữa (nếu có) TRƯỞNG BAN UỶ VIÊN PHẢN BIỆN THƯ KÝ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: LÝ HIỆP THÀNH MSSV: 1400375 Ngày, tháng, năm sinh: 06/02/1996 Nơi sinh: Cần Thơ Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 7510303 TÊN ĐỀ TÀI: ROBOT DI CHUYỂN ĐA HƯỚNG THÔNG QUA SMARTPHONE NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ: Nghiên cứu thiết kế robot di chuyển linh hoạt điều khiển thông qua smatphone Nội dung: - Thiết kế, chế tạo mơ hình robot di động đa hướng ba bánh phục vụ cho học tập, nghiên cứu, vui chơi giải trí - Sử dụng điều khiển PID vào robot, bên cạnh sử dụng thêm cảm biến để tránh vật cản, kết nối bluetooth với smartphone - Truyền hình ảnh máy tính từ camera 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 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn đến thầy, cô khoa Kỹ Thuật Cơ Khí Trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghệ Cần Thơ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cung cấp tài liệu để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Đồng thời, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn thầy Đường Khánh Sơn, thầy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình tạo điều kiện tốt cho suốt trình thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè hỗ trợ chia kinh nghiệm cho tơi thời gian qua Trong q trình thực đề tài chắn nhiều thiếu sót định Vậy nên, em mong góp ý dẫn nhiều thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Lý Hiệp Thành I LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp thực cá nhân em hỗ trợ hướng dẫn giảng viên thầy Đường Khánh Sơn, có điều sai sót theo lời cam đoan em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm II TĨM TẮT TĨM TẮT Luận văn trình bày phương pháp, trình thiết kế lắp đặt tạo robot di chuyển đa hướng linh hoạt, bên cạnh xây dựng điều khiển động điều khiển PID giúp động hoạt động xác theo mong muốn người điều khiển, lắp đặt thêm cảm biến để robot tránh vật cản, kết nối blutooth với smartphone để điều khiển robot khoảng cách xa Truyền hình ảnh máy tính xác định vị trí, hướng cho robot III 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 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý mục đích chọn đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài 1.1.2 Mục đích đề tài 1.2 Robot 1.2.1 Lịch sử hình thành phát triển 1.2.2 Các ứng dụng Robot 1.2.2.1 Các ưu điểm sử dụng Robot 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 cơng trình nghiên cứu 12 1.3.2 Ưu điểm khuyết điểm 14 1.3.2.1 Ưu điểm 14 1.3.2.2 Khuyết điểm 14 i MỤC LỤC 1.4 Robot di chuyển đa hướng ba bánh 15 1.4.1 Sơ lược cơng trình nghiên cứu 15 1.4.2 Ưu điểm 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 cho nghiên cứu 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 robot 20 2.1.2 Những ứng dụng 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 Android 24 2.1.3.1 Khái niệm android 24 2.1.3.2 Lịch sử hình thành 25 2.1.3.3 Các phiên Android 26 2.1.4 Công nghệ Bluetooth 27 2.1.4.1 Khái niệm Bluetooth 27 2.1.4.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 27 ii MỤC LỤC 2.1.4.3 Hoạt động Bluetooth 28 2.1.4.4 Các hệ Bluetooth 28 2.1.4.5 Vấn đề bảo mật công nghệ Bluetooth 29 2.1.4.6 Các trạng thái thiết bị Bluetooth 30 2.1.5 Phần Mềm Arduino 31 2.1.5.1 Phần mềm viết chương trình 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 điều khiển PID 36 2.2.2.2 Bộ điều khiển PID số 38 2.2.2.3 Chỉnh định tham số điều khiển PID 40 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT 42 3.1 Thiết kế mơ hình 42 3.1.1 Thiết kế App enventer ứng dụng android 42 3.1.2 Thiết kế khí robot di chuyển đa hướng 44 3.1.3 Thiết kế mạch điện 46 3.1.4 Mơ hình hồn chỉnh 54 3.2 Tiến hành chạy thực nghiệm 57 3.2.1 Mô khơng có PID 57 3.2.2 Mơ có PID 58 iii II Nội dung Thiết kế khí a Đế robot - Phần đế (tầng 1) làm từ nhựa tổng hợp có thiết kế hình tròn với đường kính 24cm - Gồm động 24V -Phía phần đế lắp thêm bình ắc quy cấp nguồn cho robot Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 II Nội dung Thiết kế khí b Thân robot - Thân robot (tầng 2) có kích thước tương tự phần đế robot - Lắp đặt mạch điều khiển, cảm biến, phía giá đỡ camera Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 II Nội dung Thiết kế mạch điện - Gồm master điều khiển slave giao tiếp I2C - slave giống điều khiển động DC thông qua mạch cầu h - Phản hồi tín hiệu encoder - Truyền tín hiệu điều khiển cho master module buletooth module siêu âm SRF-05 Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 II Nội dung Thiết kế App ứng dụng cho Android - Thiết kế App ứng dụng cho android phần mềm Appinventor Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 II Nội dung Bộ điều khiển PID - Giúp tăng độ xác điều khiển - Giảm sai số cho hệ thống - Ứng dụng cao, dễ sử dụng điều khiển khác Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 III Kết Mơ hình tổng thể - Mơ hình hồn chỉnh Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 III Kết Video chạy thực nghiệm Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 III Kết Biểu đồ mô Đồ thị biểu diễn tốc độ động chưa có PID Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 III Kết Biểu đồ mơ Đồ thị biểu diễn tốc độ động xây dựng điều khiển PID vào chạy thực nghiệm Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 III Kết Biểu đồ mô Đồ thị biểu diễn tốc độ động điều chỉnh thông số Kp, Ki, Kd Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 III Kết Biểu đồ mô Đồ thị biểu diễn tốc độ động bám vào tố độ đạt ban đầu Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 III Kết Biểu đồ mô Đồ thị biểu diễn tốc độ động bánh xe bị hãm lại bù điện áp để trả tốc độ ban đầu Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 IV Kết luận - Chế tạo hồn chỉnh mơ hình robot di chuyển đa hướng - Thiết kế hoàn chỉnh App ứng dụng cho Android phần mềm Appinventor - Áp dụng thuật tốn điều khiển PID vào robot, tính xác điều khển thể rõ rệt có PID khơng có PID - Tính hiệu truyền liệu sóng Bluetooth Master tốt, bị nhiễu, khoảng cách truyền đạt thỏa mãn yêu cầu cho đề tài nghiên cứu - Xác định khoảng cách tránh vật cản, nhiên đáp ứng tín hiệu bị trễ, khơng ảnh hướng q lớn vận hành - Robot di chuyển theo 12 hướng - Hoạt động với hình thức điều khiển tự vận hành Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 V Hướng phát triển nghiên cứu Có thể phát triển đề tài theo hướng như: - Điều khiển qua sóng Radio để tăng khoảng cách điều khiển xa tối ưu - Tích hợp thêm nhiều chức cho Robot như: + Cảnh báo nhiệt độ cao + Phát xạ + Đo độ nghiên - Phản hồi cố ứng dụng android Nâng cao điều khiển PID cho tín hiệu ổn định - Thêm cánh tay máy di chuyển vật thể - Thêm cảm biến định vị GPS Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 Cảm ơn lắng nghe Luận văn tốt nghiệp Khóa: 2014-2018 ... Mã số: 7510303 LUẬN VĂN ĐẠI HỌC TP CẦN THƠ, tháng 07 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ Cán hướng dẫn: Ths ĐƯỜNG KHÁNH SƠN Luận văn đại học bảo... Ban chấm đánh giá luận văn đại học gồm: Trưởng ban: TS ĐỖ VINH QUANG Uỷ viên phản biện: ThS TRẦN HOÀI TÂM Thư ký ban chấm: ThS ĐƯỜNG KHÁNH SƠN Xác nhận Ban chấm đánh giá sau luận văn sửa chữa (nếu... cứu cho luận văn tốt nghiệp thực cá nhân em hỗ trợ hướng dẫn giảng viên thầy Đường Khánh Sơn, có điều sai sót theo lời cam đoan em xin chịu hồn tồn trách nhiệm II TĨM TẮT TĨM TẮT Luận văn trình