Nghiên cứu chế tạo robot hút bụi tự động

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 tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nam Lớp: 51CKCD Chuyên ngành: Công nghệ điện tử Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi tự động Số trang:…83… Số chương:04 Hiện vật: 01 báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot hút bụi, 01 điều khiển  NHẬN XÉT: …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… Kếtluận………………………………………………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… ……………………………………………………………………………  Nha Trang, ngày… tháng… năm 2013 Cán hướng dẫn: ( Ký  Ký ghi rõ họ tên) tên ) ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ tên sinh : NGUYỄN NGỌC NAM Lớp : 51CKCD Chuyên ngành : Công nghệ điện tử Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi Số trang: .89 Số chương :04 Hiện vật: 01 báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot tự hành, 01 điều khiển NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Kết luận luận Điểm phản biện  Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày tháng .năm 2013 CÁN BỘ PHẢN BIỆN ( Ký ghi g hi rõ r õ họ h ọ tên t ên ) Điểm chung  Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày tháng năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ( Ký ghi g hi rõ r õ họ h ọ tên t ên ) iii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH v .v LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI BỤI 1.1.Đặt vấn đề 1.2.Giới thiệu robot hút bụi .3 1.2.1 Robot Roomba .3 1.2.2.Robot LG Hombot Hombot .6 1.3 Phạm vi đề tài tài 10 .10 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNGNGHIÊN CỨU 11 2.1 Phương pháp nghiên cứu cứu .12 12 2.1.1 Cơ sở lý thuyết thu yết Robot tự hành hành 12 12 2.1.2 Kế thừa sản phẩm có sẵn thi trường 14 14 2.1.3 Thực nghiệm .14 .14 2.1.4 Các bước tiến hành hành .14 14 2.2 Yêu Cầu Kĩ Thuật Robot hút bụi 14 .14 2.3 Thiết kế phương án khí Robot hút bụi b ụi 15 2.3.1 Phương án .15 .15 2.3.2 Phương án .16 .16 2.3.3 Phương án .17 .17 2.4 Chế tạo phần khí khí 18 2.4.1 Chế tạo thân th ân robot robo t 18 18 2.4.2 Chế tạo chổi quét quét 20 2.4.3 Chế tạo hệ thống hút bụi 21 2.4.4 Chế tạo hộp đựng bụi 24 .24 2.4.5 Động 25 2.4.6 Chế tạo bánh tự lựa .26 26 2.5 Thiết kế board mạch điều khiển khiển 28 2.5.1 Vi điều khiển AVR AVR 28 .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 đảo chiều động 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 chổi hút bụi .42 2.5.2.4 Bộ điều khiển Remote 43 2.5.2.4.1 Tìm hiểu 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 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 55 3.1 Thông số kỹ thuật Robot hút bụi .56 3.2 Kiểm tra trước hoạt động 56 3.3 Thử nghiệm khả di chuyển tránh vật cản 58 3.4 Nhận Xét Kết Quả Thử Nghiệm 60 CHƯƠNG 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 Hình 1.2 Kết cấu Robot RoomBa .4 Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển robot RoomBa Hình1.4 Hệ thống chổi RoomBa Hình 1.5 RoomBa tự động sạc pin Hình 1.6 Robot LG HomBot .6 Hình 1.7 Hình dáng bố trí chổi qt góc tường Hình 1.8 Kết cấu bố trí cảm biến Robot Hình 1.9 Hombot tiếp xúc vật cản Hình 1.10 Bố trí nguồn ni chổi Robot Hình 1.11 Robot di chuyển kiểu Zigzag .9 Hình 1.2 Robot di chuyển phân ô Hình 1.13 Robot di chuyển xốy ốc 10 Hình 14 Robot LG Hombot sạc pin 10 Hình 2.1 Phương án thiết kế khí 15 Hình 2.2 Phương án thiết kế khí 16 Hình 2.3 Phương án thiết kế khí 17 Hình 2.4 Thiết kế khung Solidwork 19 Hình 2.5 Hình cắt máy gia cơng 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 máy hút bụi 22 Hình 2.11 Bản vẽ 2D hệ thống hút bụi .22 Hình 2.12 Bản vẽ 2D cánh quạt 23 Hình 2.13 Bản vẽ 3D hệ thống hút bụi theo thiết kế .23 Hình 2.14 Hệ thống hút bụi chế tạo 24 Hình 2.15 Hộp bụi theo thiết kế 24 vi Hình 2.16 Hộp bụi chế tạo .25 Hình 2.17 Động robot 25 Hình 2.18 Bánh tự lựa thị trường .26 Hình 2.19 Bánh tự lựa sau chế tạo 27 Hình 2.20 Bố trí cơng tắc hành trình .27 Hình 2.21 Cấu trúc nhớ AVR 29 Hình 2.22 Thanh ghi 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 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 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 đảo chiều 39 Hình 2.40 Sơ đồ mạch in khối cơng suất đảo chiều .40 Hình 2.41 Mô tả IRF 540 41 Hình 2.42 Mơ 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 tín hiệu hồng ngoại .45 vii Hình 2.49 Giản đồ xung hồng ngoại Remote Sony Sony 46 .46 Hình 2.50 Gói liệu Remote Control 46 46 Hình 2.51 Gói liệu thu từ mắt thu hồng ngoại 47 47 Hình 2.52 Sơ đồ mắt thu hồng ngoại 48 .48 Hình 2.53 Hình dạng mắt thu JS1838B 48 48 Hình 2.54 Hình dạng remote Trinitron Trini tron .48 48 Hình 2.55 Sơ đồ giải thuật th uật điều khiển robot 52 .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 chu yển Spot Spot 54 54 Hình 3.1 Kiểm tra nguồn acquy acqu y 56 56 Hình 3.2 Kiểm tra khối công suất 57 57 Hình 3.3 Kiểm tra remote remote .57 .57 Hình 3.4 Kiểm tra LCD LCD 58 58 Hình 3.5 Vị trí bắt đầu chạy robot robot 58 58 Hình 3.6 Robot dừng lùi lùi 59 .59 Hình 3.7 Robot rẽ hướng sang trái trái .59 .59 Hình 3.8 Robot thẳng 60 60 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Cấu hình chân cổng 33 33 Bảng 2.2: Bảng chọn chế độ hoạt động Timer 35 35 Bảng 2.3: Chế độ so sánh không khô ng PWM 355 Bảng 2.4 mã hóa liệu remote 49 49 58 - Kiểm tra hoạt động LCD: xem LCD có hiển thị liệu mong muốn hay khơng Hình 3.4 Kiểm tra LCD 3.3 Thử nghiệm khả di chuyển tránh vật cản  Robot di chuyển chế độ Zigzag Hình 3.5 Vị trí bắt đầu chạy robot 59 Sau chạy đoạn đường robot gặp vật cản tường Hình 3.6 Robot dừng lùi Sau robot tiếp tục sang trái Hình 3.7 Robot rẽ hướng sang trái 60 Robot tiếp tục di chuyển Hình 3.8 Robot thẳng 3.4 Nhận Xét Kết Quả Thử Nghiệm Sau nhiều lần thử nghiệm,robot đạt kết : - Robot làm việc hiệu quả, sàn nhà bụi, mảnh vụn - Robot di chuyển tránh vật cản linh hoạt - Robot hoạt động yêu cầu chế độ thiết lập Zigzag Spot - Bộ điều khiển remote hoạt động tốt - Khối mạch vi điều khiển công suất hoạt động an toàn - Robot hoạt động tốt hẹn giờ, tối đa 60 phút - Tuy nhiên, robot hoạt động tốt sàn gỗ gạch men, hạn chế hoạt động nơi có độ mấp mô cao, không gian chật hẹp Tiếng ồn lớn robot hoạt động Khối lượng robot nặng 3.4 Giải pháp tăng khả hoạt động Robot - Cải tiến số phận khí để cải thiện tiếng ồn - Sử dụng pincell để cải thiện khối lượng robot Sau khắc phục số hạn chế robot hoạt động tốt 61 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 62 4.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu phương pháp điều khiển thiết kế, chế tạo robot hút bụi dựa nhu cầu thực tiễn.Robot hút bụi đạt u cầu đề Mơ hình hồn thiện bao gồm phần thiết kế khí, mạch điện tử chương trình điều khiển Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển thành công việc điều khiển robot hút bụi tự động thành công 4.1.1 Kết đạt - Hoàn thành việc thiết kế mạch điều khiển mạch công suất cho robot - Sử dụng remote điều khiển từ xa để thiết lập cho robot - Đã xây dựng chương trình tối ưu cho robot dựa sử dụng vi điều khiển Atmega - Kết : Robot hút bụi hoạt động tốt theo yêu cầu thiết kế đặt 4.1.2 Kết chưa đạt - Robot hạn chế hoạt động địa hình nhấp nhơ - Dung lượng acquy khiêm tốn - Lặp lại diện tích làm việc - Robot chưa thể tự xạc nguồn 4.2 Đề xuất Với điều kiện thực tế em xin đề xuất số hướng phát triển đề tài sau : - Robot cần nâng cấp khả tự xạc nguồn cạn - Robot cần phát triển khả nhận dạng không gian - Robot cần trang bị cảm biến tránh vật cản tốt - Robot nên trang bị cảm biến bụi bẩn để hoạt động tốt 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu : Trần Văn Hùng, Thiết kế Board giao tiếp, Trường ĐH Nha Trang Trần Văn Hùng , Ứng dụng vi điều khiển, Trường ĐH Nha Trang Các website : http://www.google.com.vn/ http://www.irobot.com/forum/ http://www.dientuvietnam.net/forums/ http://www.alldatasheet.com/ http:// www.microchip.com http://www.dieukhien.net/vn/ http://www.vatgia.com/ http://cdtvn.net/ http://hocavr.com 64 PHỤ LỤC A Hình ảnh sản phẩm board mạch điều khiển A.1 Sản phẩm robot hút bụi tự động A.2 Board điều khiển Atmega 16 65 A.2 Board Công suất điều khiển động B Chương trình điều khiển #include #include #include #include #define banhphai OCR1B #define banhtrai OCR2 #define daophai PORTD.5 #define daotrai PORTD.6 #define ct1 PINA.1 #define ct2 PINA.2 #define ct3 PINB.1 #define ct4 PINB.2 #define ct5 PINB.4 #define choinho PORTD.0 #define choilon PORTD.1 #define hut PORTD.2 #define on #define off #define biff PORTB.1 66 #define nut1 PINA.3 #define nut2 PINA.4 #define nut3 PINA.5 #define signal PINB.2 char data,dem,v,x,m,str1[1],str2[1],str3[1],b,b1,b2,f,h,t,t1,st[10];  bit start,k,k1,k2,k3,k4,s1,s2,kt,kt1,kt2,kt3; char c,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,l,l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7; unsigned char i,dulieu; long ngat,n; // Alphanumeric LCD Module functions #asm equ lcd_port=0x15 ;PORTC #endasm #include // External Interrupt service routine interrupt [EXT_INT2] void ext_int2_isr(void) { unsigned char i; dulieu=0; for(i=0;i=1; 67 while(signal); delay_us(750); if(!signal) { dulieu|=0x80; while(!signal); } } dulieu>>=1; if(dulieu==21) //phim power { l=1;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;l5=0;l6=0; l7=0; } if(dulieu==124)//phim select { l1=1; l=0; l3=0; } if(dulieu==0)//phim { l2=1;l1=0;l=0;l3=0;l4=0;m=1; } if(dulieu==1)//phim { l3=1;l2=0;l=0;l1=0;l4=0;m=2; } if(dulieu==2)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=3; } 68 if(dulieu==3)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=4; } if(dulieu==4)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=5; } if(dulieu==5)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=6; } if(dulieu==6)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=7; } if(dulieu==7)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=8; } if(dulieu==8)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=9; } if(dulieu==9)//phim { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=0; } if(dulieu==20)//phim muting 69 { l3=1;l7=0;l=0;l1=0;l2=0,h=0; daotrai=0;daophai=0;banhtrai=0;banhphai=0, choinho = off,choilon = off,hut = off; } if(dulieu==54)//phim sleep { l4=1;l3=0;l=0;l1=0;l2=0; } if(dulieu==18)//phim vol+ sang trai { l5=1;l6=0;l4=0;l3=0;l2=0;l1=0;l=0;m=0; } if(dulieu==19)//phim vol- sang phai { l6=1;l5=0;l4=0;l3=0;l2=0;l1=0;l=0; } if(dulieu==97)//phim Picmode { l7=1;l6=0;l5=0;l4=0;l3=0;l2=0;l1=0;l=0;ngat=0; } } // Timer overflow interrupt service routine interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { ngat++; TCNT0=0x00; } //========================================================= 70 char Cambien1() { if(ct1==0) return 1; else return 0; } //========================================================== ============= void Zigzag() { Cambien(); s1=Cambien(); Tien(); if(s1==1) { k=1; } while(k) { Dung(); delay_ms(500); k1=1; k=0; } while(k1) { Lui(); delay_ms(500); 71 Dung(); k2=1; k1=0; } while(k2) { Retrai(); delay_ms(500); Dung(); k3=1; k2=0; } while(k3) { Tien(); delay_ms(500); k4=1; k3=0; } while(k4) { Retrai(); delay_ms(500); Dung(); k4=0; } } //========================================================= void Hengio(char b,char b1) 72 { n=(b*10 + b1)*10200; if(ngat