Đề tài nghiên cứu và phát triển một hệ thống robot thông minh ứng dụng vậnchuyển hàng hóa trong kho bãi, sử dụng các giải thuật tối ưu hóa được cải tiến dựatrên nền tảng trí thông minh nhân tạo:• Hệ thống được điều khiển và quản lý một cách tự động hoàn toàn, hoặc bántự động (có sự cùng tham gia của con người).• Thiết kế thuật toán tối ưu tìm đường đi ngắn nhất cho robot.• Thiết kế các module cảm biến giúp xe định vị đường đi, vật cản và nhậnđịnh chính xác xe khi kết nối.• Thiết kế bộ driver điều khiển động cơ kết hợp với PID điều khiển một cáchchính xác vị trí, tốc độ.
TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Ngọc Hội MSSV: 15151154 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thái Ngọc Khương MSSV: 15151170 Họ tên sinh viên 3: Võ Thanh Châu MSSV: 15151115 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 2015 Lớp: 151512 I TÊN ĐỀ TÀI: Hệ thống vận chuyển hàng hóa thơng minh II NHIỆM VỤ: Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tài liệu thuật tốn Dijkstra (tìm đường ngắn nhất) - Tài liệu PID - Xe dò line - Tìm hiểu IoT Nội dung thực hiện: - Thu thập tài liệu tìm hiểu đề tài - Thiết kế chế tạo mơ hình - Tìm hiểu, phát triển thuật tốn - Giao tiếp khơng dây - Nghiên cứu, lâp trình điều khiển III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/07/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Đặng Xuân Ba CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày tháng năm LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Họ tên sinh viên 2: Họ tên sinh viên 3: Huỳnh Ngọc Hội Nguyễn Thái Ngọc Khương Võ Thanh Châu MSSV: 15151154 MSSV: 15151170 MSSV: 15151115 Tên đề tài: Hệ Thống Vận Chuyển Hàng Hóa Thơng Minh 20/2 Xác nhận GVHD Nội dung Tháng - Thu thập tài liệu tìm hiểu đề tài Tổng hợp tài liệu Thu thập tài liệu tìm hiểu đề tài Tổng hợp tài liệu Thiết kế chế tạo mơ hình Cải tiến mơ hình Tìm hiểu, phát triển thuật tốn Tìm hiểu, phát triển thuật tốn Nghiên cứu, lập trình điều khiển Nghiên cứu, lập trình điều khiển Viết luận văn Hồn thành luận văn, hiệu chỉnh mơ hình GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày tháng năm LỜI CAM ĐOAN Nhóm nghiên cứu xin cam kết đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nhóm thực đề tài iv LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập rèn luyện nghiêm túc Khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh với hướng dẫn đơn đốc tận tình Tiến sĩ Đặng Xn Ba, nhóm chúng tơi hồn thành Đồ án tốt nghiệp Đại học Chúng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Đặng Xuân Ba, người thầy động viên giúp đỡ nhiều mặc tinh thần kiến thức để vượt qua ngày tháng khó khăn q trình tìm hiều lĩnh vực để cuối hồn thành Đồ án tốt nghiệp ngày hơm Một lần xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Ba, chúc thầy ln khỏe mạnh có tháng năm công tác tốt thầy mong đợi Chúng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Điều khiển Tự Động thầy cô Khoa Điện – Điện tử người dìu dắt chúng tơi, cho kiến thức chuyên nghành kinh nghiệm quý báu để với nỗ lực thân chúng tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp ngày hôm Chúng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tất người thân tạo điều kiện giúp đỡ nhiều để có kết Một lần xin gửi lời cảm ơn tất người Nhóm thực đề tài v MỤC LỤC Bìa trong……………………… ………………………………………… i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp iii Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ viii Liệt kê bảng…………………………………………………………………… .x Tóm tắt .xi Chương TỔNG QUAN 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2.MỤC TIÊU 1.3.PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4.GIỚI HẠN Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.2 Mơ tả thuật tốn: 2.2 GIAO TIẾP TRONG HỆ THỐNG: 2.3 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT: 10 2.4 Điều khiển tốc độ động 12 2.4.1 Điều khiển từ thông 12 2.4.2 Điều khiển điện trở phần ứng 13 2.4.3 Điều khiển điện áp phần ứng 14 2.5 ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG (PULSE-WIDTH MODULATION) 16 2.6 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 17 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 23 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23 3.2.1 Mô tả hệ thống: 23 3.2.2 Các loại cảm biến dùng hệ thống: 24 3.2.3 Động dẫn động hệ thống: 28 3.2.4 Mô đun điều khiển tốc độ động cơ: 29 3.2.5 Vi xử lý điều khiển robot: 30 vi 3.2.6 Nguồn cung cấp cho robot: 32 3.2.7 Module giao tiếp WiFi nodeMCU v3 ESP8266 v12: 32 3.3 TỐI ƯU HÓA GIẢI THUẬT DIJSKTRA: 34 3.3.1 Tối ưu số đỉnh qua: 34 3.3.2 Tối ưu đường thẳng: 36 3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ROBOT: 37 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 40 4.2 THI CÔNG PHẦN ĐIỆN 41 4.3 THI CÔNG PHẦN MỀM 43 4.3.1 Giới thiệu phần mềm Matlab 43 4.3.1 Thiết kế giao diện 44 4.3.2 Thiết lập giao tiếp cho Matlab ESP8266 47 Chương KẾT QUẢ THỰC HIỆN 48 5.1 HỆ THỐNG TÌM ĐƯỢC ĐƯỜNG ĐI NGẮN NHẤT DỰA TRÊN GIẢI THUẬT DIJKSTRA 48 5.2 XỬ LÝ ĐƯỢC TÌNH HUỐNG GẶP VẬT CẢN TĨNH VÀ VẬT CẢN ĐỘNG 50 5.3 HOẠT ĐỘNG CHÍNH XÁC VỚI VẬN TỐC ĐẶT TRƯỚC 51 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 52 6.1.KẾT LUẬN 52 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… ….….xii PHU LỤC …………………………… ……………………………… …xviii vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình 2.1: Đường từ s đến t Hình 2.3: Hệ thống truyền liệu bất đồng Hình 2.4: Cấu trúc gói liệu giao tiếp UART Hình 2.5 Mơ tả q trình TCP thiết lập kết nối bước (hand shaking) Hình 2.6 Cấu trúc gói tin TCP Hình 2.7 Mơ hình động học robot tự hành 11 Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo động 12 Hình 2.9 Đặc tính (b) – điện (a) động giảm từ thơng 13 Hình 2.10 Đặc tính thay đổi điện trở phần ứng 13 Hình 2.11 Đặc tính giảm điện áp phần ứng 14 Hình 2.12 Các chế độ làm việc động bốn góc phần tư 15 Hình 2.13 Mạch nguyên lý bọ chopper lớp E 16 Hình 2.14 Điều chế độ rộng xung – PWM 16 Hình 2.15 Bộ điều khiển PID 18 Hình 2.16 Biểu đồ thể tác động Kp hệ thống 19 Hình 2.17 Tác động Ki hệ thống 19 Hình 2.18 Tác động KD hệ thống 20 Hình 3.1 Mơ tả hệ thống 23 Hình 3.2 Sơ đồ khối xe tự hành 23 Hình 3.3a Cảm biến TCRT5000 3.3b Nuyên lý hoạt TCRT5000 25 Hình 3.4 Nguyên tắc hoạt động encoder từ trường 28 Hình 3.5 Động GA-25 encoder từ 29 Hình 3.6a Mạch L298N Hình 3.6b Mạch nguyên lý L298N 30 Hình 3.7 Board điều khiển ATMEGA2560 31 Hình 3.8 Mega sensor shield 31 Hình 3.9a Pin lipo 3s 2200mAh 3.9b Mạch giảm áp 5V 32 HIình 3.13 Sơ đồ chân I/O NodeM CU V3 ESP-12E 33 Hình 3.10a Đồ thị a 34 Hình 3.10b Trường hợp 1: Từ A đến H qua đỉnh [A, D, F, E, H] có độ dài 10 34 Hình 3.10c Trường hợp 2: Từ A đến H qua đỉnh [A, B, C, F, E, H] có độ dài 10 35 Hình: 3.11 Đồ thị 36 Hình 3.11b Trường hợp Hình 3.11b Trường hợp 36 viii Hình 3.12 a) Main code b) Chương trình đo khoảng cách 37 c) Chương trình cập nhật đồ e) Chương trình đọc xung encoder g) Chương trình ngắt timer1 d) Chương trình giao tiếp 38 f) Chương trình đọc cảm biến 38 h) Chương trình ngắt timer2 39 i) Chương trình ngắt timer3 39 Hình 4.1 Bản vẽ thiết kế file mica xe tự hành 40 Hình 4.2 Mơ hình 3D xe tự hành phần mềm 40 Hình 4.3 Xe tự hành thực tế thi công 41 Hình 4.4 Kết nối module cảm biến khoảng cách cảm biến phát line 41 Hình 4.5 Cách kết nối vi điều khiển động 41 Hình 4.6 Cửa sổ GUIDE Quick Start 44 Hình 4.7 Giao diện thiết kế Matlab 45 Hình 4.8 Thiết kế giao diện thực tế 46 Hình 5.1: Sử dụng thuật tốn Dijkstra 48 Hình 5.2: Sử dụng thuật tốn Dijkstra + tính ưu tiên đường thẳng 48 Hình 5.3: Sử dụng thuật tốn Dijkstra + ưu tiên đỉnh 49 Hình 5.4: Thuật tốn sử dụng cho hệ thống 49 Hình Quá trình xử lý xe gặp vật cản động 50 Hình Quá trình xử lý gặp vật cản tĩnh 51 ix LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 So sánh ưu nhược điểm giải thuật tìm đường ngắn nhất: Bảng 3.1 Các loại cảm biến mơi trường xác định vị trí quỹ đạo di chuyển 24 Bảng 3.2 Các loại cảm biến xác định vật cản 26 Bảng 3.3 Tóm tắt thơng số board arduino mega 2560 31 Bảng 4.1 Cách kết nối chân vi điều khiển tất thiết bị 42 Bảng 4.2 Danh sách Tool giao diện GUI 45 x TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu phát triển hệ thống robot thơng minh ứng dụng vận chuyển hàng hóa kho bãi, sử dụng giải thuật tối ưu hóa cải tiến dựa tảng trí thơng minh nhân tạo: • Hệ thống điều khiển quản lý cách tự động hoàn toàn, bán tự động (có tham gia người) • Thiết kế thuật tốn tối ưu tìm đường ngắn cho robot • Thiết kế module cảm biến giúp xe định vị đường đi, vật cản nhận định xác xe kết nối • Thiết kế driver điều khiển động kết hợp với PID điều khiển cách xác vị trí, tốc độ xi PHỤ LỤC if ((S1==0)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct=15.524;gocp=-15.524;} if ((S1==0)&&(S2==0)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct=12.529;gocp=-12.529;} if ((S1==1)&&(S2==0)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct= 9.462;gocp= -9.462;} if ((S1==1)&&(S2==0)&&(S3==0)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct= 7.125;gocp= -7.125;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==0)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct= 4.764;gocp= -4.764;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==0)&&(S4==0)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct= 2.386;gocp= -2.386;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==0)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct= 0;gocp= 0;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==0)&&(S5==0)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct= -2.386;gocp= 2.386;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==0)&&(S6==1)&&(S7==1)) {goct= -4.764;gocp= 4.764;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==0)&&(S6==0)&&(S7==1)) {goct= -7.125;gocp= 7.125;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==0)&&(S7==1)) {goct= -9.462;gocp= 9.462;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==0)&&(S7==0)) {goct=-12.529;gocp=12.529;} if ((S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==1)&&(S5==1)&&(S6==1)&&(S7==0)) {goct=-15.524;gocp=15.524;} TGL = S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7; if (TGL255) {outt=255;} if(outt255) {outp=255;} if(outp0) { Serial.print("Receive"); DynamicJsonBuffer jsonBuffer; JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(s); DynamicJsonBuffer json; JsonObject& root2 = json.createObject(); root2["up"]=root["up"]; root2.printTo(Serial); if (root2["up"]==1) { count=0; } else { byte Size = root["sd"]; if ((Size!=0)&&(Status==3)) { n = Size; BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN xxii PHỤ LỤC for (byte i=0; i