Đồ án tốt nghiệp đại học Robot hút bụi

Robot có khả năng hút bụi, vụn nhỏ...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ………o0o…… NGUYỄN NGỌC NAM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ PGS.TS Nguyễn Văn Nhận. KS Nguyễn Nam. Nha Trang, 2013 i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nam. Lớp: 51CKCD. Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử. Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi tự động. Số trang:…83… Số chương:04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot hút bụi, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉT: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Kếtluận………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Nha Trang, ngày… .tháng… .năm 2013. Cán bộ hướng dẫn: (Ký và ghi rõ họ tên) ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ và tên sinh : NGUYỄN NGỌC NAM Lớp : 51CKCD. Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử. Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi. Số trang: .89 . Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot tự hành, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN . . . . Kết luận . . Nha Trang, ngày . tháng .năm 2013. CÁN BỘ PHẢN BIỆN ( Ký ghi rõ họ tên ) Nha Trang, ngày . tháng năm 2013. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ( Ký ghi rõ họ tên ) Điểm phản biện Bằng số Bằng chữ Điểm chung Bằng số Bằng chữ iii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH v LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI 2 1.1.Đặt vấn đề .3 1.2.Giới thiệu một số robot hút bụi hiện nay. 3 1.2.1 Robot Roomba .3 1.2.2.Robot LG Hombot 6 1.3 Phạm vi đề tài 10 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNGNGHIÊN CỨU .11 2.1 Phương pháp nghiên cứu .12 2.1.1 Cơ sở lý thuyết về Robot tự hành .12 2.1.2 Kế thừa sản phẩm có sẵn trên thi trường .14 2.1.3 Thực nghiệm 14 2.1.4 Các bước tiến hành .14 2.2 Yêu Cầu Kĩ Thuật Robot hút bụi 14 2.3 Thiết kế phương án cơ khí của Robot hút bụi .15 2.3.1 Phương án 1 15 2.3.2 Phương án 2 16 2.3.3 Phương án 3 17 2.4 Chế tạo phần cơ khí .18 2.4.1 Chế tạo thân robot 18 2.4.2. Chế tạo chổi quét .20 2.4.3 Chế tạo hệ thống hút bụi 21 2.4.4 Chế tạo hộp đựng bụi .24 2.4.5 Động cơ 25 2.4.6 Chế tạo bánh tự lựa 26 2.5 Thiết kế các board mạch điều khiển 28 2.5.1 Vi điều khiển AVR .28 iv 2.5.2 Thiết kế board mạch điều khiển .38 2.5.2.1 Mạch vi điều khiển 38 2.5.2.2 Mạch công suất và đảo chiều động cơ 39 2.5.2.2.1 Linh kiện IRF540 .40 2.5.2.2.2 Relay 12V DPDT .41 2.5.2.3 Mạch công suất động cơ chổi và hút bụi .42 2.5.2.4 Bộ điều khiển Remote .43 2.5.2.4.1 Tìm hiểu về hồng ngoại 43 2.5.2.4.2 Thuật toán thu tín hiệu Remote Sony .47 2.5.2.4.3 Mắt thu hồng ngoại 47 2.5.2.4.4 Bộ điều khiển Remote 48 2.6.3.2 Lưu đồ giải thuật di chuyển Zigzag 53 2.6.3.3 Lưu đồ giải thuật di chuyển Spot 54 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .55 3.1 Thông số kỹ thuật Robot hút bụi .56 3.2 Kiểm tra trước khi hoạt động 56 3.3 Thử nghiệm khả năng di chuyển và tránh vật cản 58 3.4 Nhận Xét Kết Quả Thử Nghiệm .60 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Robot hút bụi Roomba .4 Hình 1.2 Kết cấu của Robot RoomBa .4 Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển của robot RoomBa 5 Hình1.4 Hệ thống chổi của RoomBa 5 Hình 1.5 RoomBa tự động sạc pin 6 Hình 1.6 Robot LG HomBot .6 Hình 1.7 Hình dáng và bố trí chổi quét góc tường 7 Hình 1.8 Kết cấu trên và bố trí cảm biến của Robot .7 Hình 1.9 Hombot tiếp xúc vật cản 8 Hình 1.10 Bố trí nguồn nuôi và chổi của Robot .8 Hình 1.11 Robot di chuyển kiểu Zigzag .9 Hình 1.2 Robot di chuyển phân ô 9 Hình 1.13 Robot di chuyển xoáy ốc 10 Hình 14 Robot LG Hombot sạc pin 10 Hình 2.1 Phương án thiết kế cơ khí 1 15 Hình 2.2 Phương án thiết kế cơ khí 2 16 Hình 2.3 Phương án thiết kế cơ khí 3 17 Hình 2.4 Thiết kế khung trên Solidwork .19 Hình 2.5 Hình cắt trên máy gia công CNC 19 Hình 2.6 Vật liệu mica 20 Hình 2.8 Chổi quét phụ .20 Hình 2.9 Chổi lớn 21 Hình 2.10 Nguyên lý của máy hút bụi 22 Hình 2.11 Bản vẽ 2D hệ thống hút bụi .22 Hình 2.12 Bản vẽ 2D của cánh quạt 23 Hình 2.13 Bản vẽ 3D hệ thống hút bụi theo thiết kế .23 Hình 2.14 Hệ thống hút bụi được chế tạo .24 Hình 2.15 Hộp bụi theo thiết kế 24 vi Hình 2.16 Hộp bụi được chế tạo .25 Hình 2.17 Động cơ của robot 25 Hình 2.18 Bánh tự lựa trên thị trường .26 Hình 2.19 Bánh tự lựa sau khi chế tạo 27 Hình 2.20 Bố trí công tắc hành trình .27 Hình 2.21 Cấu trúc bộ nhớ của AVR 29 Hình 2.22 Thanh ghi 8 bit .29 Hình 2.23 Register file 30 Hình 2.26 Thanh ghi DDRA .33 Hình 2.27 Thanh ghi PORTA 33 Hình 2.28 Thanh ghi PINA .33 Hình 2.29 Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 34 Hình 2.31 Thanh ghi TCNT0 36 Hình 2.32 Thanh ghi 0CR0 .36 Hình 2.33 Thanh ghi mặt nạ ngắt 36 Hình 2.34 Thanh ghi cờ ngắt .36 Hình 2.35 Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh .37 Hình 2.36 ATmega 16 .38 Hình 2.37 Mạch Vi điều khiển 38 Hình 2.39 Mạch nguyên lý khối công suất và đảo chiều 39 Hình 2.40 Sơ đồ mạch in khối công suất và đảo chiều .40 Hình 2.41 Mô tả IRF 540 41 Hình 2.42 Mô tả nguyên lý Relay .41 Hình 2.43 Relay Ormon sử dụng 42 Hình 2.44 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chổi 42 Hình 2.45 Sơ đồ mạch in điều khiển chổi .43 Hình 2.46 Phát tín hiệu hồng ngoại .44 Hình 2.47 Thu tín hiệu hồng ngoại .44 Hình 2.48 Giản đồ xung của tín hiệu hồng ngoại .45 vii Hình 2.49 Giản đồ xung của hồng ngoại Remote Sony 46 Hình 2.50 Gói dữ liệu của Remote Control 46 Hình 2.51 Gói dữ liệu thu từ mắt thu hồng ngoại .47 Hình 2.52 Sơ đồ mắt thu hồng ngoại 48 Hình 2.53 Hình dạng mắt thu JS1838B 48 Hình 2.54 Hình dạng remote Trinitron .48 Hình 2.55 Sơ đồ giải thuật điều khiển robot .52 Hình 2.56 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển Zigzag 53 Hình 2.57 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển Spot 54 Hình 3.1 Kiểm tra nguồn acquy 56 Hình 3.2 Kiểm tra khối công suất .57 Hình 3.3 Kiểm tra remote 57 Hình 3.4 Kiểm tra LCD .58 Hình 3.5 Vị trí bắt đầu chạy của robot 58 Hình 3.6 Robot dừng và lùi .59 Hình 3.7 Robot rẽ hướng sang trái 59 Hình 3.8 Robot đi thẳng 60 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Cấu hình các chân của cổng 33 Bảng 2.2: Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer .35 Bảng 2.3: Chế độ so sánh không PWM 35 Bảng 2.4 mã hóa dữ liệu remote .49 1 LỜI NÓI ĐẦU Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG là một đề tài hay, một trong những ứng dụng của kỹ thuật cơ điện tử phục vụ đời sống của con người. Không chỉ giới hạn trong lĩnh vực cuộc sống, ứng dụng của ngành còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như sinh học, y tế, công nghiệp tự động hóa,… Xu hướng hiện nay và cũng là hướng phát triển của ngành cơ điện tử tại Việt Nam là đưa ứng dụng vào phục vụ cuộc sống của con người. Không chỉ giải quyết những việc cao siêu mà còn giải quyết những nhỏ nhặt nhưng cấp thiết của cuộc sống như vệ sinh nhà cửa, thời gian, tiền bạc,… Nội dung để tài gồm 4 chương: - Chương I : Tổng quan về robot hút bụi. - Chương II: Phương pháp và nội dung nghiên cứu. - Chương III: Thử nghiệm và đánh giá kết quả. - Chương IV: Kết luận và Hướng phát triển đề tài. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, tôi đã được sự giúp đỡ của các bạn, các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử - Khoa Cơ Khí - ĐHNT, đặc biệt là: thầy Nguyễn Nam đã nhiệt tình chỉ dẫn trông suốt quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện không khỏi mắc phải những sai sót, mọi lời nhận xét góp ý hoặc bổ sung nhằm hoàn thiện đề tài của các thầy, các bạn là điều vô cùng quý giá đối với tôi. Tôi xin chân thành cám ơn! Sinh viên Nguyễn Ngọc Nam. . gian, tiền bạc,… Nội dung để tài gồm 4 chương: - Chương I : Tổng quan về robot hút bụi. - Chương II: Phương pháp và nội dung nghiên cứu. - Chương III: Thử. những ứng d ng của kỹ thuật cơ điện tử phục vụ đời sống của con người. Không chỉ giới hạn trong lĩnh vực cuộc sống, ứng d ng của ngành còn được ứng d ng rộng