Đồ án tốt nghiệp Điều khiển và Tự động hóa Robot tránh vật cản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT- NÔNG NGHIỆP CNC BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ROBOT TRÁNH VẬT CẢN Giáo viên hướng dẫn : Th.S Châu Nguyễn Ngọc Lan Sinh viên thực : Cao Việt Đức Lớp : DH16TD Chuyên Ngành : Điều Khiển Tự Động Hóa Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng năm 2020 Đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Vũng Tàu, ngày… tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Châu Nguyễn Ngọc Lan Trang Đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Vũng Tàu , ngày tháng năm 2020 Giảng viên phản biện Phạm Văn Tâm Trang Đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người xung quanh.Trong trình làm đồ án tốt nghiệp em nhận nhiều giúp đỡ , đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Thầy Cơ, gia đình bạn bè Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Th.S Châu Nguyễn Ngọc Lan cô hướng dẫn đề tài luận văn em, nhiệt tình hỗ trợ em mặt thời gian em thực đề tài Cô cung cấp cho em kiến thức quý báu, động viên em cố gắng hồn thành đề tài Em thật biết ơn cơ! Em xin cảm ơn thầy cô môn điều khiển tự động dạy bảo em,cung cấp cho em học bổ ích kinh nghiệm quý báu không giúp em thực luận văn mà làm hành trang cho nghiệp em Trang Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐÂÙ Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 10 Ưu điểm nhược điểm đề tài 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 11 Giới thiệu robot hình thành phát triển 11 1.1 Định nghĩa robot 11 1.2 Tình hình phát triển 11 Phân loại ứng dụng robot 13 2.1 Phân loại robot 13 2.2 Ứng dụng robot 14 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN 15 Giới thiệu robot tự hành tránh vật cản 15 Tổng quan robot tự hành tránh vật cản 15 2.1 Sự phát triển 16 2.2 Mơ hình hóa robot 16 2.3 Yêu cầu công nghệ nhu cầu thực tế 18 2.4 Ưu điểm, nhược điểm robot tự hành tránh vật cản 19 CHƯƠNG III: CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN 22 Thông số chi tiết linh kiện mạch 23 1.1 Khối điều khiển trung tâm Arduino UNO R3 23 1.2 Khối điều khiển động Module L298 26 1.3 Khối hệ thống cảm biến SR04 27 Trang Đồ án tốt nghiệp 1.4 Khối động RC Servo 29 1.5 Khối động Motor DC 31 1.6 Khối bánh xe 32 Sơ đồ mạch sơ đồ dây 34 2.1 Sơ đồ mạch 34 2.2 Sơ đồ nối dây 35 Danh sách chuẩn bị linh kiện thi công sản phẩm hoàn thành 36 3.1 Danh sách linh kiện 36 3.2 Sản phẩm hoàn thành 38 3.3 Chương trình điều khiển 39 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46 Tài liệu tham khảo 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Ứng dụng robot công nghiệp 12 Hình Ứng dụng robot nghiên cứu khoa họ 13 Hình Mơ hình hóa robot 16 Hình Mơ hình hóa robot 20 Hình Ứng dụng robot tự hành siêu thị 20 Hình Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển xe tự hành tránh vật cản 22 Hình Mạch Ảrduino UNO R3 24 Hình Module L298 26 Hình Module L298 27 Hình 10 Loại micro servo Tower Pro 9g phổ biến 30 Hình 11 Bên micro servo 30 Trang Đồ án tốt nghiệp Hình 12 Động Motor DC 31 Hình 13 Bánh xe V1 32 Hình 14 Pin 18650 Ultrafire 33 Hình 15 Sơ đồ mạch 34 Hình 16 Sơ đồ nối dây 35 Hình 17 Linh kiện cần chuẩn bị 37 Hình 18 Sản phẩm hoàn thành 38 Trang Đồ án tốt nghiệp Tóm tắt luận văn  Ngày với phát triển khoa học công nghệ, hàng loạt hệ thống tự động đời với mục đích thay sức lao động người tăng suất lao động Có thể kể đến robot ứng dụng nhiều cơng nghiệp, có khả hoạt động theo chương trình lập trình sẵn với tốc độ độ xác cao Ngồi khoa học phát triển hệ robot gọi robot thơng minh có khả tiếp nhận tri thức tư giống người, có khả phán đốn định mà khơng cần đến can thiệp người  Robot tự hành mảng quan trọng lĩnh vực robotic với nhiều cơng trình nghiên cứu giới Bài toán đặt cho robot tự hành đa dạng, phải kể đến tốn điều khiển robot bám mục tiêu tránh vật cản Với toán này, yêu cầu đặt thời gian đáp ứng robot, độ tối ưu thuật tốn độ phức tạp mơi trường Nhiệm vụ luận văn giải vấn đề này.Đề tài luận văn thực việc dùng Arduino Uno R3 làm khối điều khiển trung tâm, áp dụng giải thuật để tránh vật cản với thông tin môi trường lấy từ cảm biến siêu âm SR04  Do hạn chế kiến thức nên kết hoạt động robot chưa tốt lắm, chưa thể đáp ứng với môi trường , địa hình chật hẹp phức tạp Trong tương lai em hi vọng cải thiện giải thuật phần cứng để hoàn thiện robot Trang Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐÂÙ Tính cấp thiết đề tài Hiện cơng nghiệp 4.0 phát triển mạnh rộng rãi hầu hết ứng dụng kinh tế quốc gia Một ứng dụng sử dụng gần ứng dụng cơng nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo điều khiển robot thông minh Xu phát triển giới khoa học cơng nghệ ln có thay đổi mạnh mẽ Nền kinh tế tri thức với công nghệ thông tin kỹ thuật góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng sống người Trong kinh tế tri thức thực phát triển xã hội tách khỏi phát triển kỹ thuật công nghệ thông tin đặc biệt phát triển tin học, ngành khoa học công nghệ tạo sản phẩm robot nghiên cứu ứng dụng hình thành thập kỷ gần gọi Robotics Mục đích đề tài Mục đính đề tài áp dụng cơng nghệ thơng tin vào kỹ thuật “Xây dựng xe tự hành có khả tự tránh vật cản” Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nguyên cứu đề tài  Nghiên cứu nguyên lý đo khoảng cách cảm biến siêu âm SR04  Phương pháp điều khiển động ( theo phương thức tự hành)  Phạm vi nguyên cứu  Không gian làm việc xe mặt phẳng giới hạn tường, vật cản xem vật cản chiều tĩnh hoàn tĩnh Trang Đồ án tốt nghiệp Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Ý nghĩa khoa học Xây dựng sở khoa học khả tự hành tránh vật cản robot sử dụng cảm biến siêu âm  Ý nghĩa thực tiễn đề tài Tiềm ứng dụng xe tự hành lớn, kể đến robot vận hành vật liệu, hàng hóa tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thư viện… Ưu điểm nhược điểm đề tài  Ưu điểm  Với thiết kế mơ hình xe tránh vật cản hoạt động bình thường ổn định, phần cứng phần mềm tương thích với kết hợp thêm thiết bị khác để phát triển mơ hình lớn hơn, dễ dàng hoạt động  Bên cạnh giá thành linh kiện ngồi thị trường lại rẻ dễ dàng tìm kiếm  Nhược điểm  Do thiếu điều kiện nên làm mơ hình cịn to cồng kềnh  Những địa hình khó khăn, góc hẹp xe cịn hoạt động hạn chế Trang 10 Đồ án tốt nghiệp Sơ đồ mạch sơ đồ dây 2.1 Sơ đồ mạch Sơ đồ mạch Hình 15 Sơ đồ mạch Trang 34 Đồ án tốt nghiệp 2.2 Sơ đồ nối dây Arduino Module L298 Servo Nguồn VCC VCC REDC.TẮC Nguồn GND GND BLACK 5V RED GND BROWN SRF05 Đế Pin Bánh Xe Bánh Xe VCC 5V GND GND ECHO ~5 TRIG ~6 ORANGE ~9 ~10 IN-A ~11 IN-C 12 IN-D 13 IN-B OUT-A RED OUT-B BLACK OUT-C RED OUT-D BLACK Sơ đồ nối dây Hình 16 Sơ đồ nối dây Trang 35 Đồ án tốt nghiệp Danh sách chuẩn bị linh kiện thi cơng sản phẩm hồn thành 3.1 Danh sách linh kiện  Một miếng nhựa mica tự chế để làm khung xe  Một cảm biến siêu âm SRF 04 SRF05  Một Broad Arduini UNO R3  Một module điều khiển động L298  Một Servo SG90  Khung đỡ cảm biến siêu âm  Khung đỡ Servo  Dây nối đực-cái, -cái  Nguồn nuôi ( pin ) Trang 36 Đồ án tốt nghiệp Linh kiện cần chuẩn bị Hình 17 Linh kiện cần chuẩn bị Trang 37 Đồ án tốt nghiệp 3.2 Sản phẩm hoàn thành Sản phẩm hoàn thành Hình 18 Sản phẩm hồn thành Trang 38 Đồ án tốt nghiệp 3.3 Chương trình điều khiển #include Servo myservo; // create servo object to control a servo int pos = 0; // variable to store the servo position /******** khai báo chân input/output**************/ const int trig = 6; // chân trig SRF-05 const int echo = 5; // chân echo SRF-05 int tien1=10; // chân IN - A Module L298 int tien2=11; // chân IN - C Module L298 int lui1=12; // chân IN - D Module L298 int lui2=13; // chân IN - B Module L298 int dongcoservo=9; // chân Orange Servo int gioihan = 25; int i; int x=0; unsigned long thoigian; // biến đo thời gian int khoangcach; // biến lưu khoảng cách int khoangcachtrai,khoangcachphai; void dokhoangcach(); void dithang(int duongdi); void disangtrai(); void disangphai(); void dilui(); void resetdongco(); void quaycbsangphai(); Trang 39 Đồ án tốt nghiệp void quaycbsangtrai(); void setup() { // put your setup code here, to run once: myservo.attach(9); // attaches the servo on pin to the servo object pinMode(trig,OUTPUT); // chân trig phát tín hiệu pinMode(echo,INPUT); // chân echo nhận tín hiệu pinMode(tien1,OUTPUT); pinMode(tien2,OUTPUT); pinMode(lui1,OUTPUT); pinMode(lui2,OUTPUT); digitalWrite(tien1,LOW); digitalWrite(tien2,LOW); digitalWrite(lui1,LOW); digitalWrite(lui1,LOW); // Serial.begin(9600); myservo.write(90); delay(500); } void loop() { khoangcach=0; dokhoangcach(); if(khoangcach>gioihan||khoangcach==0) { Trang 40 Đồ án tốt nghiệp dokhoangcach(); if(khoangcach>gioihan||khoangcach==0) { dithang(); } } else { resetdongco(); quaycbsangtrai(); khoangcachtrai=khoangcach; quaycbsangphai(); khoangcachphai=khoangcach; if(khoangcachphai