Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cánh tay cho robot lễ tân

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT GHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: ………………………………………………………………… Lớp: …………………………… Số thẻ SV: ……………………………………… Tên đề tài: ……………………………………………………………………… Người hướng dẫn: ………………………….………… Học hàm/ học vị: ………… II Nhận xét đồ án tốt nghiệp: Về tính cấp thiết, sáng tạo ứng dụng đồ án: (điểm đánh giá tối đa 2đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Về kết giải nội dung nhiệm vụ yêu cầu đồ án: (điểm tối đa 4đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Về hình thức, cấu trúc, bố cục đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa 2đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… NCKH: (nếu có báo khoa học ĐATN đề tài NCKH: cộng thêm 1đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… III Tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ) ……………………………………………………………………………………… IV.Đánh giá: Điểm đánh giá: Đề nghị: /10 Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: ……….………………………………………………………… Lớp: …………………….……… Số thẻ SV: ……………………………………… Tên đề tài: …………………………………………….…………………………… Người phản biện: ………………………….………… Học hàm/ học vị: ………… II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: Điểm Điểm tối đa trừ TT Các tiêu chí đánh giá 1a 1b 1c 1d 1e 1f 2a 2b Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải đủ nhiệm vụ đồ án giao - Hiểu vận dụng kiến thức Toán khoa học tự nhiên vấn đề nghiên cứu - Hiểu vận dụng kiến thức sở chuyên ngành vấn đề nghiên cứu - Có kỹ vận dụng thành thạo phần mềm mơ phỏng, tính tốn vấn đề nghiên cứu - Có kỹ đọc, hiểu tài liệu tiếng nước ngồi ứng dụng vấn đề nghiên cứu - Có kỹ làm việc nhóm, kỹ giải vấn đề - Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; ứng dụng thực tiễn: Kỹ viết: Điểm lại 80 15 25 10 10 10 10 - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 20 15 - Thuyết minh đồ án khơng có lỗi tả, in ấn, định dạng Tổng điểm đánh giá: theo thang 100 Quy thang 10 (lấy đến số lẻ) - Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… - Ý kiến khác: ……………………………………………………………………………………… - Đề nghị: Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày… Tháng… năm 201.… Người phản biện CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: ….….……………………………………………………… Lớp: …………………….….… Số thẻ SV: …………………………………… Tên đề tài: …………………………….………….…………………………… Người phản biện: …………………… …… … Học hàm/ học vị: …………… II Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời …………….……………….…… ……………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………….……………….…… …………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đáp án: (người phản biện ghi vào chấm nộp với hồ sơ bảo vệ) ………….……………….…… ………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………….……………….…… …………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………….……………….…… ………………………………………… … ……………………………………………………………………………………… Đà Nẵng, ngày tháng năm 201… Người phản biện ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁNH TAY ROBOT LỄ TÂN Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Số thẻ sinh viên : Lớp: TS LÊ HOÀI NAM VĂN BÁ TÀI BÙI VĂN DANH 101130174 101130155 13CDT1 Đà Nẵng, 2018 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay cho robot lễ tân Sinh viên thực hiện: VĂN BÁ TÀI BÙI VĂN DANH Số thẻ SV: 101130174 Lớp: 13CDT1 Số thẻ SV: 101130155 Lớp: 13CDT1 Nhu cầu thực tế: Xuất phát từ nhu cầu công ty FPT Đà Nẵng mong muốn phát triển robot lễ tân có khả hoạt động tự khn viên tịa nhà FSoft (thuộc cơng ty FPT Đà Nẵng) với nhiệm vụ như: - Di chuyển tự động khn viên tịa nhà - Dẫn đường cho khách - Giới thiệu, hướng dẫn khách công ty - Nhận diện người quen để chào hỏi - Bấm nút thang máy Với nhu cầu từ phía cơng ty FPT Đà Nẵng nhiệm vụ robot, nhóm chúng em định thực phần cánh tay cho robot lễ tân Nhiệm vụ cánh tay robot: - Thực động tác bản: chào, vẫy tay, cầm nắm… - Di chuyển đến vị trí mong muốn theo tọa độ Phạm vi nghiên cứu đề tài: - Đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề sau: - Nghiên cứu thiết kế hệ thống khí cho cánh tay - Nghiên cứu, thiết kế PID điều khiển động DC - Nghiên cứu động học cánh tay robot để vận dụng vào đồ án Nội dung đồ án thực được: - Thuyết minh trình bày nghiên cứu thực đề tài - Bản vẽ: A0 - Mơ hình: mơ hình Kết đạt được: - Thiết kế hệ thống khí cho cánh tay - Giải phương trình động học ngược robot tìm giá trị góc quay tương ứng với tọa độ nhập vào - Các khớp hoạt động tốt với điều khiển PID số CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lớp: 13CDT1 VĂN BÁ TÀI Lớp: 13CDT1 MSSV: 101130174 BÙI VĂN DANH Lớp: 13CDT1 MSSV: 101130155 Khoa: Cơ khí Ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu thiết kế chế tạo phần cánh tay robot lễ tân Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Nghiên cứu, lựa chọn thiết kế hệ thống khí cho cánh tay robot - Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán cho hệ thống điều khiển cánh tay Các vẽ, đồ thị: - 01 vẽ sơ đồ khối hệ thống điều cánh tay - 01 vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển - 01 vẽ sơ đồ nguyên lý - 01 vẽ lắp tổng thể - 01 vẽ lắp khớp vai - 01 vẽ lắp bàn tay khớp khuỷu tay Họ tên người hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/ 01 /2018 Ngày hoàn thành đồ án: 31/ 05 /2018 Đà Nẵng, ngày 31 tháng 05 năm 2018 Trưởng Bộ mơn …………………… Người hướng dẫn LỜI NĨI ĐẦU Sau trình học tập lâu dài, đồ án tốt nghiệp lần hội lớn để sinh viên chúng em áp dụng kiến thức tổng hợp vào thực tế Có thể nói, Kỹ thuật Cơ điện tử lĩnh vực mang tính thời đại, cung cấp giải pháp việc tự động hóa, đại hóa máy móc, từ giúp đỡ người nâng cao suất lao động Với mong muốn chế tạo robot có khả thay người cơng tác lễ tân, nhóm chúng em thực đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay cho Robot lễ tân Đề tài thực nhóm nhiều sinh viên tài trợ công ty FPT Sau thời gian thực đồ án, chúng em chế tạo cánh tay cho robot lễ tân thực chức Tuy nhiên, bên cạnh cánh tay cịn hạn chế khó khăn mặt kiến thức, thời gian Trong thời gian thực đồ án khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận đóng góp q thầy để em có thêm kinh nghiệm Để hồn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN tạo điều kiện để em tham gia đồ án, cảm ơn thầy cô Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN, phía cơng ty FPT có hỗ trợ to lớn Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hoài Nam thầy Đặng Phước Vinh nhiệt tình hướng dẫn chúng em mặt Em xin chân thành cảm ơn anh Lê Hồi Linh Ngơ Hồng Trung phía cơng ty hỗ trợ chúng em nhiều mặt kiến thức Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo cơng ty FPT Software hỗ trợ kinh phí nơi làm việc, cảm ơn anh chị cán FPT Software Đà Nẵng Cuối cùng, em xin kính chúc tất q thầy sức khỏe xin chúc công ty FPT Software Đà Nẵng ngày phát triển Đà Nẵng, ngày 31 tháng 05 năm 2018 Nhóm sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài Bùi Văn Danh i LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT Kính gửi: Hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp khoa Cơ Khí, trường Đại học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng Chúng Văn Bá Tài lớp 13CDT1 Bùi Văn Danh lớp 13CDT1 khoa khí, trường Đại học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng Chúng xin cam đoan nội dung Đồ án chép Đồ án Cơng trình có từ trước Nếu vi phạm tơi xin chịu hình thức kỷ luật Khoa Nhóm sinh viên thực (Ký, ghi rõ họ tên) ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT .ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ v DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY ROBOT LỄ TÂN 1.1 Giới thiệu Robot lễ tân 1.2 Giới thiệu cánh tay Robot lễ tân 1.3 Chức nhiệm vụ cánh tay robot CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 2.1 Yêu cầu chức năng, kĩ thuật 2.2 Sơ đồ động học Số bậc tự Phương án sơ đồ động học Kích thước động học 2.3 Tính tốn thiết kế truyền khớp 11 Tổng quan cấu trúc cánh tay 11 Tính toán thiết kế bàn tay cổ tay 12 Tính tốn thiết kế khung cẳng tay, truyền khuỷu tay 16 Tính tốn thiết kế bắp tay truyền vai ngồi 24 Tính tốn thiết kế khớp vai 28 Tính kiểm nghiệm trục 31 Chọn ổ lăn 39 2.4 Thiết kế vỏ xây dựng mơ hình 39 CHƯƠNG 3: 3.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 41 Giới thiệu thành phần 41 Kit TivaC 41 Arduino/ Arduino Pro Mini 43 iii Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Khâu vi phân Hình 3.19: Đồ thị đáp ứng theo thời gian, với K d thay đổi Khâu vi phân xác định tốc độ thay đổi sai số Thừa số vi phân cho bởi: Dout = K d d e(t ) dt Trong đó: - Dout : thừa số vi phân đầu - K d : Độ lợi vi phân, thông số điều chỉnh - e: Sai số - t: thời gian thời gian tức thời (hiện tại) Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi đầu điều khiển -> giảm biên độ vọt lố tạo thành phần tích phân tăng cường độ ổn định điều khiển hỗn hợp Tóm tắt Gọi u(t) đầu điều khiển, biểu thức cuối giải thuật PID là: t U (t ) = K p e(t ) + Ki  e( )d + Kd d e(t ) dt (1) Trong thơng số điều chỉnh là: 𝐾𝑝 , 𝐾𝑑 𝑣à 𝐾𝑖 Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 55 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Bảng 3.1 Hệ số Ảnh hưởng thông số PID đến trình xác lập Thời gian khởi động Quá độ Thời gian xác lập Sai số ổn định Độ ổn định Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm Giảm cấp Ki Giảm Tăng Tăng Giảm đáng kể Giảm cấp Kd Giảm Giảm Giảm Về lý thuyết ko Cải thiện với K d nhỏ tác động Điều khiển PID số Để sử dụng điều khiển PID vi điều khiển máy tính, cần chuyển đổi từ mơ hình liên tục sang rời rạc cách xấp xỉ phương trình liên tục thành dạng rời rạc Rời rạc hóa thành phần đạo hàm: de = (e(k ) − e(k − 1)) / h dt Trong e(k ) giá trị e, e(k − 1) giá trị e lần lấy mẫu trước h khoảng thời gian lấy mẫu (h số) Hình 3.20: Xấp xỉ đạo hàm biến sai số e Rời rạc hóa thành phần tích phân: t k 0  e.dt =  e(k )* h Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 56 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Hình 3.21: Xấp xỉ tích phân biến sai số e Tổng hợp xấp xỉ, công thức điều khiển PID số trình bày (2) e(k ) − e(k − 1) k U (t ) = K p e + +  e(k )* h h (2) Trong u đại lượng output từ điều khiển Để đơn giản hóa việc tính thành phần tích phân, nên dùng phương pháp “cộng dồn” (hay đệ quy): I (k ) = I (k −1) + e(k )* h (3) Với I (k ) thành phần tích phân tại, I (k − 1) thành phần tích phân trước Các cơng thức (2) (3) dễ dàng để thực vi xử lý Do đó, đến bước đưa PID số vào chip xử lý Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 57 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Hệ thống điều khiển 3.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cánh tay Các góc khớp tọa độ điểm cuối Servo cổ tay Hiển thị góc/ đồ thị góc Máy tính UART Servo ngón Arduino Pro Mini điều khiển cổ tay ngón tay Servo ngón trái Tiva C LaunchPad PID số PID số PID số Driver động (VNH2SP30) Driver động (VNH2SP30) Driver động (VNH2SP30) Động khớp vai (GA37) Động cẳng tay (GA37) Động cánh tay (GA37) Cơ cấu khớp vai Cơ cấu khớp cánh tay Cơ cấu khớp cẳng tay Servo ngón phải MPU6050 gốc I2C Cơng tắc hành trình khớp vai MPU6050 khớp vai Cơng tắc hành trình khớp cánh tay MPU6050 khớp cánh tay Cơng tắc hành trình khớp cẳng tay I2C MPU6050 khớp cẳng tay I2C I2C I2C I2C Arduino Pro Mini cảm biến gốc Arduino Pro Mini cảm biến khớp vai Arduino Pro Mini cảm biến khớp cánh tay Arduino Pro Mini cảm biến khớp cẳng tay Pro Mini Tổng hợp góc SPI Hình 3.22: Sơ đồ khối toàn hệ thống điều khiển Tóm tắt hệ thống điều khiển Tiva c Kit TivaC launchpad chọn làm vi xử lý hệ thống với tốc độ xử lý cao 80MHz, TivaC hồn tồn thực nhiệm vụ sau: + Giao tiếp với máy tính qua giao tiếp UART để hiển thị giá trị góc/ đồ thị đáp ứng góc nhận lệnh điều khiển (góc, trạng thái ngón tay, hành động tay) + Giao tiếp với “Arduino Pro Mini tổng hợp góc” thơng qua giao thức I2C để lấy giá trị góc cảm biến MPU6050 tính tốn giá trị góc khớp (khớp vai, cánh tay, cẳng tay) + Giao tiếp với “Arduino Pro Mini Servo” để gởi tín hiệu điều khiển cổ tay trạng thái ngón tay Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 58 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân + Áp dụng PID số để điều khiển động khớp theo giá trị góc tính tốn + Nhận tín hiệu từ cơng tắc hành trình để xử lý Máy tính sử dụng Winform C# Máy tính cá nhân sử dụng Winform/C# ngồi việc giao tiếp với vi xử lý TivaC cịn có nhiệm vụ tính tốn giá trị góc khớp từ tọa độ khâu cuối nhập vào từ Winform để gởi cho TivaC Arduino Pro Mini đọc cảm biến MPU6050: Đọc giá trị từ cảm biến MPU6050 qua giao tiếp I2C gởi giá trị cảm biến cho “Arduino Pro Mini tổng hợp góc” Arduino Pro Mini tổng hợp góc: Gởi yêu cầu đọc giá trị góc cảm biến MPU6050 từ “Arduino Pro Mini cảm biến” qua giao tiếp SPI truyền cho vi xử lý trung tâm TivaC Promini servo Nhận tín hiệu điều khiển khớp cổ tay trạng thái ngón tay từ TivaC để điều khiển Lưu đồ thuật toán Tiva c Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 59 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Main Các thiết lập ban đầu Khởi động RTOS/HWI PID động Tính sai lệch góc S Tính tốn thành phần PID Ngắt UART? S Đ Xóa cờ ngắt UART0 Giới hạn thành phần I output(PWM) PID Xuất giá trị PWM hướng động Ngắt Timer 1? (PID) Có liệu từ UART? Đọc lưu giá trị góc trạng thái ngón tay Đ Xóa cờ ngắt Timer PID động Ngắt công tắc hành trình? S Đ Đ Xóa cờ ngắt Timer Xóa cờ ngắt GPIO Đọc giá trị góc/ tính góc khớp Dừng hệ thống PID động PID động Đặt lại giá trị sai lệch giá trị cũ Gởi giá trị khớp cổ tay trạng thái ngón tay cho Arduino Servo Gởi giá trị góc cảm biến lên máy tính Return Hình 3.23: Ngắt Timer 2? (I2C) S Lưu đồ thuật toán vi xử lý trung tâm TivaC * TivaC thực công việc sau: + Cài đặt giá trị giao tiếp ban đầu + Khai báo, gọi file chứa chương trình cần thiết + Gọi chương trình cho cài đặt ban đầu: PWM, I2C, UART, Timer1, Timer2… + Kích hoạt Ti – RTOS + Chương trình bước vào vịng lặp vơ hạn đợi tín hiệu ngắt để thực cơng việc tương ứng + Các tín hiệu ngắt công việc thực hiện: + Ngắt timer – main: giao tiếp I2C đọc giá trị góc/ gởi giá trị góc lên máy tính, gởi giá trị khớp cổ tay trạng thái ngón tay + Ngắt timer – PID: sử dụng PID số điều khiển động theo giá trị góc + Ngắt UART: giao tiếp UART với máy tính nhận giá trị góc điều khiển với trạng thái ngón tay + Ngắt từ cơng tắc hành trình: phát lỗi q hành trình quay khớp để đưa giải pháp (dừng chương trình) Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 60 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Máy tính Bắt đầu Nhấn nút kết nối??? Kết nối UART Đúng Sai Đã kết nối??? Sai Yêu cầu nhận liệu UART từ TivaC Đúng Sai Yêu cầu nhận góc từ Winform? Sai Sai Yêu cầu nhận tọa độ xyz từ Winform? Đúng Đúng Nhận liệu từ UART Giá trị góc hợp lệ? Tọa độ xyz hợp lệ? Hiển thị góc/ vẽ đồ thị Gởi giá trị góc qua UART Chuyển tọa độ xyz sang góc khớp Sai Điều khiển động tác tay (vẫy, bắt tay ) Đúng Gởi góc khớp ngón tay động tác tương ứng Nhấn nút chương trình? Sai Đúng Kết thúc Gởi giá trị góc qua UART Hình 3.24: Lưu đồ thuật tốn máy tính Máy tính cá nhân sử dụng Winform C# thực nhiệm vụ sau: + Nhận liệu từ TivaC, hiển thị giá trị góc vẽ đồ thị đáp ứng góc + Nhận góc/ tọa độ từ bàn phím qua winform C# để gởi đến vi xử lý trung tâm điều khiển hoạt động cánh tay điều khiển cánh tay theo số động tác đơn giản như: cầm nắm, chào, bắt tay… Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 61 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Promini tổng hợp góc: Bắt đầu Các thiết lập ban đầu Gởi yêu cầu giao tiếp với Arduino đọc góc đọc giá trị góc S Ngắt I2C từ TivaC? Đ Gởi góc cho TivaC Hình 3.25: Hoạt động Arduino Pro Mini tổng hợp góc + Cài đặt giá trị giao tiếp ban đầu: I2C, SPI… + While (1): gởi yêu cầu đọc giá trị góc từ arduino đọc cảm biến + Chờ ngắt I2C: có yêu cầu giao tiếp từ TivaC, arduino tổng hợp góc gởi giá trị góc tổng hợp từ cảm biến Promini điều khiển Servo Bắt đầu Các thiết lập ban đầu S Hình 3.26: Điều khiển khớp cổ tay theo góc nhận từ TivaC Ngắt I2C từ TivaC? Điều khiển ngón tay qua trạng thái nhận từ TivaC Nhận liệu từ TivaC (góc cổ tay, trạng thái ngón tay) Đ Hoạt động arduino điều khiển servo Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 62 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân + Cài đặt giá trị giao tiếp ban đầu + Thiết lập giao tiếp I2C + Cài đặt ban đầu cho Servo tương ứng với chân PWM + Khai báo biến: trạng thái ngon tay góc cổ tay + While (1): • Set giá trị cho servo cổ tay nhận từ TivaC • Set giá trị servo ngón tay tương ứng với trạng thái ngón tay theo yêu cầu từ TivaC + Chờ ngắt I2C: nhận giá trị góc cổ tay trạng thái ngón tay từ TivaC + Chuyển đổi từ tọa độ xyz sang giá trị góc cho khớp để điều khiển cánh tay theo tọa độ Việc chuyển đổi tọa độ xyz sang góc khớp dựa theo kết động lực học nêu phần Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 63 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Khối mạch điều khiển Hình 3.27: Sơ đồ tổng thể mạch điều khiển Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 64 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Khối đọc cảm biến Hình 3.28: Sơ đồ mạch khối đọc cảm biến MPU6050 Khối đọc cảm biến bao gồm cảm biến MPU6050 kèm với board Arduino Pro Mini để đọc giá trị góc từ cảm biến MPU6050 tương ứng Việc đọc cảm biến sử dụng giao tiếp I2C tích hợp hổ trợ board arduino Ngồi khối cịn có board Arduino pro mini có nhiệm vụ tổng hợp giá trị góc từ arduino pro mini đọc góc để thuận tiện cho kit TivaC việc lấy liệu góc cần thiết board pro mini giao tiếp với board pro mini đọc cảm biến thông qua giao tiếp SPI Khối nguồn Khối nguồn có sử dụng module LM2596 để hạ áp DC – DC điện áp 3v3 cấp cho hầu hết hệ thống, bao gồm: Kit TivaC, Arduino, cảm biến MPU6050 nguồn sử dụng cho tín hiệu driver động VNH2SP30 Module LM2596 lại hạ áp 5v cung cấp cho servo cổ tay servo ngón tay hoạt động Hình 3.29: Sơ đồ mạch khối nguồn cung cấp Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 65 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân Driver động điều khiển trung tâm Hình 3.30: Khối điều khiển trung tâm driver động Như giới thiệu phần trước, vi xử lý trung tâm toàn hệ thống Kit TivaC, đồng thơi driver cho động module VNH2SP30 với dòng chịu đựng lên tới 30A, dòng chịu tải ổn định 15A đảm bảo cho động GA37 hoạt động tốt Ngồi ra, hệ thống điều khiển cịn có Arduino Promini với nhiệm vụ điều khiển động servo cổ tay ngón tay Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 66 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân KẾT LUẬN Đánh giá chung: Mục tiêu dự án Robot lễ tân kết hợp nội dung đề tài với để tạo thành robot hoàn chỉnh Song, thời gian hạn chế nên nhóm hoạt động riêng lẽ theo phần chưa có mối liên hệ, kết nối với Riêng phần cánh tay robot, nhìn chung nhóm em thiết kế hệ thống khí hệ thống điều khiển cho cánh tay robot hoạt động với động tác đơn giản Ưu điểm: - Đề tài áp dụng hầu hết nội dung chun ngành học như: + Tính tốn, thiết kế khí + Thiết kế mạch điện + Lập trình điều khiển vi xử lý + Lý thuyết điều khiển tự động - Cánh tay vận hành nhẹ nhàng, dễ dàng điều khiển Nhược điểm: - Việc sử dụng PID số đơn giản khiến cánh tay khó hoạt động với trạng thái khác - Ngón tay khơng có cảm biến lực nên phân biệt cầm vật to hay nhỏ, mềm hay cứng Hướng phát triển đề tài: - Sử dụng PID số có khả thích nghi với thay đổi trạng thái cánh tay áp dụng lý thuyết mờ - Sử dụng cảm biến lực để cầm nắm vật tốt Sinh viên thực hiện: Văn Bá Tài & Bùi Văn Danh Hướng dẫn: TS Lê Hoài Nam 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Vinh, Sức bền vật liệu - Đai học Bách Khoa ĐHĐN [2] Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Nguyễn Trọng Hiệp & Nguyễn Văn Lẫm, Chi tiết máy tập 1,2 – Nhà xuất Giáo Dục Hà Nội, 1999 [4] PGS TS Lưu Đức Bình & ThS Châu Mạnh Lực, Kỹ thuật đo khí [5] Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy sản số 03-04/2008, Trường Đại Học Nha Trang [6] Trịnh Chất & Lê Văn Uyển, Thiết kế dẫn động khí [7] Satoru Gotu, Robot Arms PHỤ LỤC Bản vẽ số 1: Bản vẽ sơ đồ khối hệ thống điều cánh tay Bản vẽ số 2: Bản vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển Bản vẽ số 3: Bản vẽ sơ đồ nguyên lý Bản vẽ số 4: Bản vẽ lắp tổng thể Bản vẽ số 5: Bản vẽ lắp khớp vai Bản vẽ số 6: Bản vẽ lắp bàn tay khớp khuỷu tay Phụ lục ... Instruments viii Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cánh tay Robot lễ tân MỞ ĐẦU Hiện nay, robot ngày ứng dụng rộng rãi sống để giúp đỡ người, robot có chức thực tế robot lễ tân Robot lễ tân loại robot có... nghiên cứu đề tài: - Đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề sau: - Nghiên cứu thiết kế hệ thống khí cho cánh tay - Nghiên cứu, thiết kế PID điều khiển động DC - Nghiên cứu động học cánh tay robot. .. sau: - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo phần cân bánh cho robot - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo phần cánh tay cho robot - Nhận diện khuôn mặt sử dụng mạng neuron - Xây dựng 3D map tránh vật cản - Kết