Đồ án tốt nghiệp loại xuất sắc Khái niệm xe tự hành (Automated Guided Vehicle) là một khái niệm chung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái. Trong công nghiệp AGV được hiểu là các xe chuyên chở tự động được áp dụng trong các lĩnh vực: - Cung cấp sắp xếp linh kiện tại khu vực kho và sản xuất. - Vận chuyển hàng giữa các trạm sản xuất, trong khu vực sản xuất - Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt trong bán buôn. - Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị, văn phòng. - Qua tất cả các ứng dụng trên, đã thể hiện rất rõ hiệu quả của như: Giúp giảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân lực v.v…
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tính tốn chế tạo xe tự hành agv vận chuyển hàng hóa cơng nghiệp TRẦN VĂN TUẤN tuan.tv154147@sis.hust.edu.vn NGUYỄN CÔNG ĐẠT dat.nc150839@sis.hust.edu.vn Chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: TS Trương Công Tuấn Bộ mơn: Viện: Cơ điện tử Cơ khí BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHÍA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Công Đạt Trần Văn Tuấn MSSV: 20150839 MSSV: 20154147 Lớp: Kỹ thuật điện tử 02 – K60 Bộ mơn: Cơ Điện Tử Viện: Cơ Khí I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ “Tính tốn chế tạo xe tự hành agv vận chuyển hàng hóa cơng nghiệp” II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU - Khả tải trọng: 3Kg - Tốc độ khơng tải: 30m/ph - Tốc độ có tải: 15m/ph - Gia tốc: 0,25 Sai lệch dừng 10mm - Sai lệch góc < III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN - Giới thiệu chung - Thiết kế hệ thống khí - Thiết kế hệ thống điều khiển - Mơ hình kết thực nghiệm - Kết luận IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ - Bản vẽ tách chi tiết (A0) - Bản vẽ mạch điều khiển (A0) - Bản vẽ lắp (A0) - Bản vẽ cấu đổ hàng (A0) - Bản vẽ sơ đồ thuật toán (A0) - Bản vẽ sơ đồ nguyên lý (A0) V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trương Công Tuấn VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 06/9/2020 VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 20/1/2021 Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Đánh giá giảng viên hướng dẫn …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kết đánh giá Họ tên Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Điểm Nguyễn Công Đạt Trần Văn Tuấn Giảng viên hướng dẫn Đánh giá giảng viên phản biện …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Kết đánh giá Họ tên Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Điểm Nguyễn Công Đạt Trần Văn Tuấn Giảng viên phản biện LỜI CẢM ƠN Trải qua năm học tập trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi trang bị cho chúng em kiến thức chuyên môn đời sống để có hành trang tốt cho tương lai Đồ án tốt nghiệp ngày hơm kiến thức tổng hợp đầy đủ mà chúng em tích lũy thời gian học tập trường Qua đây, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô viện Cơ khí, mơn Cơ điện tử đặc biệt thầy giáo Trương Cơng Tuấn tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án lần Chúng em chúc thầy cô mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, giúp đỡ hệ sinh viên Cảm ơn gia đình ln tin tưởng hi vọng, nguồn động lực lớn cho chúng TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Đồ án tốt nghiệp nhóm em tính tốn chế tạo hệ thống xe tự hành agv vận chuyển hàng hóa cơng nghiệp Trong đồ án, nhóm đặt mục tiêu điều khiển xe di chuyển thông minh tránh vật cản lấy, trả hàng vị trí Với mục tiêu đó, chúng em vận dụng kiến thức khí, lý thuyết điều khiển tự động để tính tốn chế tạo nên xe tự hành Từ lựa chọn thiết bị phù hợp Về phần cứng, nhóm xây dựng mơ hình vật liệu thép hộp để đảm bảo độ cứng vững cho xe chịu tải nặng Hệ thống điều khiển sử dụng Arduino Mega 2560 kết hợp với driver L298 để điều khiển động Cảm biến GM65, cảm biến vạch line cảm biến siêu âm có nhiệm xác đinh vị trí robot, xác định đường khoảng cách, báo vật cản Từ định hướng hướng cho xe Về phần mềm, nhóm sử dụng Solidworks AutoCad để thiết kế mơ hình, sử dụng phần mềm Arduino IDE để điều khiển chuyển động xe Dùng phần mềm matlab, proteus để mô Nhóm tiếp nhận đề tài nhận thấy rằng: đề tài thiết kế hệ thống xe tự hành đề tài hay, có tính ứng dụng thực tiễn cao phù hợp với sinh viên điện tử.Tuy nhiên đề tài lớn phức tạp, nên có nhiều thách thức với nhóm kiến thức thành viên nhóm cịn nhiều hạn chế Nên đề tài nhóm dừng lại mơ hình nhỏ, thuật tốn cịn đơn giản Điều kiện kinh phí hạn chế nên đạt phần Hi vọng sau đồ án này, nhóm có nghiên cứu phát triển thêm để đạt mục tiêu đưa Qua đồ án này, chúng em học nhiều kiến thức việc sử dụng thiết bị điện tử động Ngồi ra, cịn trau dồi cho thân kỹ văn phịng lập trình ⇨ 𝑘3𝑠𝑖𝑛𝑒3 𝑘2 ≤0, ∀𝑘2, 𝑘3≥0 Vậy với điều khiển : ω = 𝑘2𝑒2𝑉𝑑 + ω𝑑 − 𝑘3𝑠𝑖𝑛𝑒3 𝑣 = 𝑘1𝑒1 − 𝑉𝑑𝑐𝑜𝑠𝑒3 (3.29) 𝑉˙≤0, ∀𝑘1, 𝑘2, 𝑘3≥0 (3.30) Nên ta có: 3.4 Các thiết bị hệ thống điều khiển 3.4.1 Động Cơ DC Servo GM25-370 DC Geared Motor Hình 2.13 Động Cơ DC Servo GM25-370 Thông số kỹ thuật động cơ: Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật động Điện áp hoạt động Công suất Điện áp cung cấp cho Encoder 12 VDC 10 W VDC Tốc độ không tải 250 RPM Tốc độ tối đa chịu tải 150 RPM Dịng khơng tải 0,15 A Dịng q tải 0.75 A Momen xoắn định mức 0.43Nm Momen xoắn tối đa 0.52Nm Encoder 374 xung Tỷ sô truyền 34:1 3.4.2 Động servo DC JGB37 - 545 Hình 3.14 Động DC servo JGB 37 - 545 Thông số kỹ thuật động cơ: Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật động Điện áp hoạt động Công suất Điện áp cung cấp cho Encoder 12 VDC 20 W VDC Tốc độ không tải 208 RPM Tốc độ tối đa chịu tải 176 RPM Dịng khơng tải Dòng tải 0,2 A 5A Momen xoắn 12V 1.5 N.m Encoder 480 xung Tỷ sô truyền 1:30 3.4.3 Modul Driver L298 Module điều khiển động bước/ động DC – L298 có hai ngõ điều khiển tốc độ nhờ điều xung PWM chiều quay hai động bước / DC Hình 3.15 Mạch cầu H L298 o Đặc điểm: Thông số kỹ thuật ● Sử dụng L298N gồm cầu H điều khiển động DC ● Điện áp cung cấp: +5 V đến +35 V ● Dòng điện tối đa: 2A ● Dịng tiêu thụ: ~ 36mA ● Tín hiệu điều khiển điện áp đầu vào khoảng: Mức độ thấp: -0,3V ≤ Vin ≤ 1,5V Cao: 2.3V ≤ Vin ≤ VSS ● Cho phép phạm vi tín hiệu điện áp đầu vào: Mức độ thấp: - 0,3 ≤ Vin ≤ 1,5 V (tín hiệu điều khiển khơng hợp lệ) Điện tiêu thụ tối đa: 20W (nhiệt độ T = 75 ° C) ● Điện tiêu thụ tối đa: 20W (nhiệt độ T = 75 ° C) ● Nhiệt độ hoạt động: -25 ℃ ~ 130 ℃ ● Kích thước: 55mm * 49mm * 33mm ● Trọng lượng: 33g Nguyên lí hoạt động: Mạch hoạt động nhờ IC điều khiển ICL298, ICL298 cấu tạo gồm hai mạch cầu H điều khiển cho hai động Tín hiệu từ Vi điều khiển gửi đến để điều khiển cho mạch cầu H gồm Direct để điều khiển chiều động PWM để điều khiển tốc độ động Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lí mạch cầu H L298 Phân tích sơ đồ mạch ● U1 IC L298 Các cặp chân In1, In2 In3, In4 điều khiển BJT thuộc nhóm A B thông qua cặp cổng AND 1,2 3,4 Các chân EnA EnB nối nối với mức cao 5V Các ngõ Out1, Out2 gắn với động thứ nhất; Out3, Out4 gắn với động thứ hai Như vậy, hai chân In1, In2 nối với vi điều khiển, chân nhận xung điều chế PWM từ vi điều khiển thay đổi tốc độ động cơ, chân lại ta thay đổi mức logic đảo chiều động Tương tự cho hai chân In3, In4 Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lí IC L298 ● Các Diode D1 D2 D3 D4 D9 D10 D11 D12 dùng để chống dòng xả ngược từ động sinh nguồn, gây ảnh hưởng xấu đến nguồn ● Led D5 D6 D7 D8 dùng để báo chiều quay động ● R1 R2 hạn dòng cho Led ● LM 7805 cung cấp nguồn 5V cho IC L298 3.4.4 Arduino mega 2560 Arduino Mega 2560 board mạch vi điều khiển, xây dựng dựa Atmega 2560 Nó có 54 chân I/O (trong có 15 chân sử dụng làm chân ouput với chức PWM), 16 chân đầu vào Analog, UART, thạch anh 16Mhz, cổng USB, jack nguồn, header, nút nhấn reset Hình 3.18 Arduino Mega 2560 ● Đặc điểm: Thông số kỹ thuật vi điều khiển: Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật arduino mega 2560 Vi điều khiển Mega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (đề nghị) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V Số lượng chân Digital I/O 54 chân, với 15 chân PWM Số lượng chân Analog I/O 16 Dòng điện chân I/O 20mA Dòng điện chân nguồn 3.3V 50mA SRAM 8KB EEPROM 4KB Chiều dài 101,52 mm Bề rộng 53,3 mm Cân nặng 37 g Hình 3.19 Sơ đồ khối Arduino Mega 2560 3.4.5 Cảm biến siêu âm SFR04 ● Giới thiệu chung Module cảm biến siêu âm dùng để đo khoảng cách đến vật cản sóng siêu âm Module có đầu thu phát sóng, khoảng cách xác định cách đo khoảng thời gian mà sóng siêu âm phát đến vật chắn phản hồi Sử dụng cách truyền xung vào chân trigger module, sau chờ xung trả chân echo, đo khoảng thời gian từ lúc truyền lúc nhận, chia đôi nhân với quãng đường cho ta khoảng cách đến vật cản cần đo ● Nguồn: VDC ● Dòng tiêu thụ tối đa: 2mA Thông số kỹ thuật số cảm biến siêu âm SRF Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm SFR ● Nguyên lí hoạt động Cảm biến siêu âm nguyên tắc TOF ( Time Of Flight ): Sóng siêu âm truyền khơng khí với vận tốc khoảng 343m/s Nếu cảm biến phát sóng siêu âm thu sóng phản xạ đồng thời, đo khoảng thời gian từ lúc tới lúc thu về, máy tính xác định qng đường mà sóng di chuyển khơng gian Qng đường di chuyển sóng lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật tính theo ngun lý TOF: d = v*t/2 Hình 3.20 Hình mơ tả thời gian nhận sóng Hình 3.21 Cảm biến siêu âm SRF04 Chế độ hoạt động: Cảm biến sử dụng riêng chân kích hoạt chân cảm biến Giản đồ định thời SRF04 thể rõ cho chế độ Chỉ cần cung cấp đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách Các SRF04 cho môt chu kỳ burst siêu âm 40kHz tăng cao dòng phản hồi Sau chờ phản hồi, sau phát giảm dịng phản hồi lại Dịng phản hồi xung có chiều rộng tỷ lệ với khoảng đến đối tượng Bằng cách đo xung, ta hồn tồn để tính tốn khoảng cách theo inch/cm đơn vị đo khác Nếu không phát SRF04 giảm thấp dịng phản hồi sau khoảng 30mS SRF04 kích hoạt nhanh chóng với 50ms, 20 lần giây Nên chờ 50 ms trước kích hoạt kế tiếp, SRF04 phát đối tượng gần xung phản hồi ngắn Hình 3.22 Giản đồ hoạt động SRF04 Chọn cảm biến sóng siêu âm Bố trí xung quanh xe tự hành 3.4.6 Cảm biến la bàn sô gia tốc Hình 3.23 Cảm biến la bàn số gia tốc GY-511 LSM303DLHC Cảm biến la bàn số gia tốc GY-511 LSM303DLHC có khả đo trục gia tốc hướng(Accelerometer) trục từ trường(Magnetometer), thường dùng để xác định hướng chuyển động hướng từ trường trái đất nhằm xác định phương hướng với độ xác cao ❖ ● ● ● ● ● ● ● ● ❖ ● ● ● ● ● ● ● Thông số kỹ thuật: Điện áp sử dụng: 3~5VDC Điện áp giao tiếp: 3~5VDC Chuẩn giao tiếp: I2C trục từ trường trục gia tốc Đầu liệu 16 bit Đầu liệu 16 bit Phát định hướng 6DOF Độ xác lên đến độ ứng dụng: La bàn bù nghiêng Bản đồ xoay Phát vị trí Chức kích hoạt chuyển động Phát rơi tự Máy đo bước chân Tiết kiệm lượng thông minh cho thiết bị cầm tay 3.4.7 Cảm biến dò Line TCRT5000 Hình 3.24 Cảm biến dò line TCRT 5000 Cảm biến dò Line TCRT5000 làm việc dựa nguyên lí giống cảm biến hồng ngoại Về bản, module TCRT5000 gồm đèn led phát hồng ngoại led thu hồng ngoại Khi nhân tín hiệu hồng ngoại từ đèn phát đèn thu hoạt động Khi có ánh sáng hồng ngoại từ led phát, có vật cản, ánh sáng phản xạ lại led thu ❖Thông số kỹ thuật: ● Nguồn cung cấp: 5V ● Dòng tiêu thụ: