Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot vượt địa hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH GVHD: ThS.TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: ĐỒNG MINH TẤN MSSV: 11146101 SVTH: BÙI XUÂN THỌ MSSV: 11146113 SVTH: NGUYỄN VĂN TIỂN MSSV: 11146117 SKL003863 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VƢỢT ĐỊA HÌNH” Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: Khố: Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn:ThS TƢỞNG PHƢỚC THỌ Sinh viên thực hiện: ĐỒNG MINH TẤN MSSV: 11146101 BÙI XUÂN THỌMSSV: 11146113 NGUYỄN VĂN TIỂN MSSV: 11146117 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình Robot vƣợt địa hình Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Thiết kế chế tạo Robot vƣợt địa hình có kích thƣớc: 70cm x 50cmx 50cm - Thiết kế hệ thống camera quan sát tay máy gắp vật thể Nội dung đồ án: - Chế tạo mơ hình Robot vƣợt địa hình, quan sát, gắn tay máy gắp vật thể - Nghiên cứu thuật tốn viết chƣơng trình điều khiển hoạt động robot từ xa máy tính qua sóng wifi Các sản phẩm dự kiến: - Hồn thành mơ hình Robot vƣợt địa hình, gắn tay máy camera quan sát - Hồn thành chƣơng trình điều khiển Robot từ xa máy tính qua sóng wifi Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án:  TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình Robot vƣợt địa hình - GVHD:ThS.Tƣởng Phƣớc Thọ - Họ tên sinh viên: Đồng Minh Tấn B N Lớp: 111461 - Địa sinh viên: Email số điện thoại liên lạc: dongtanspkt93@ thoxuanpro@gm nguyentien1511 - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Ký tên ii LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến ThS.Tƣởng Phƣớc Thọ, thầy tận tình hƣớng dẫn, quan tâm động viên chúng em suốt trình thực đề tài Đồng thời, xin chân thành cảm ơn đến thầy cô môn Cơ điện tử nhiệt tình giúp đỡ, góp ý, hỗ trợ q trình học thực đồ án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp Cơ Điện Tử 111461, đóng góp ý kiến hỗ trợ để hồn thành đề tài tốt Nhóm SVTH: Đồng Minh Tấn Bùi Xuân Thọ Nguyễn Văn Tiển iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ROBOT VƢỢT ĐỊA HÌNH Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, sản phẩm công nghệ ngày trở nên phổ biến sống ngƣời Trong đó, Robot sản phẩm cơng nghệ mang tính chất sáng tạo cao Các Robot có chức nhƣ ngƣời ngày đóng vai trị quan trọng Đặc biệt mơi trƣờng mà khả làm việc ngƣời bị hạn chế nhƣ mơi trƣờng có nhiều hóa chất độc hại, có nồng độ phóng xạ cao, .gây nguy hiểm cho ngƣời Robot thay cho conngƣời làm việc môi trƣờng nguy hiểm Tuy nhiên, môi trƣờng có trênnhiều địa hình phức tạp, gồ gề mà robot bình thƣờng khó vƣợt qua Với lý này, nhóm muốn thiết kế Robot vƣợt địa hình để thay ngƣời thực công việc theo nhu cầu ngƣời Trong đề tài nhóm nghiên cứu tính tốn thiết kế mơ hình Robot với truyền động đai thực công việc tay gắp Đồng thời xây dựng đƣợc phƣơng án di chuyển cho Robot điều khiển từ xa máy tính Chế độ di chuyển Robot đƣợc ứng dụng việc truyền tín hiệu sóng wifi Kết thực nghiệm phân tích thể tính khả thi lợi ích đề tài iv ABSTRACT Research, Design and Produce Model of Terrain Travelling Robot With the development of science and technics, technology products nowadays become more and more popular in human’s daily life Robot is one of technology products having highly creative property Especially in some harsh, toxic ,radioactive environments where human’s ability to work is limited.Robot can work on behalf of human in all the above environments with high productivity But, in the real working environments, there are many kind of complicated terrains that normal robot can’t work with For that reason, our team have urge to design an all terrain travelling Robot to get some works done on behalf of human’s need In this project, our team have calculated and designed the model of Robot with belt drivers that performs task by grippers In addition, our team have make up a movement plan for the Robot which is remote control and computer control Modes use Wifi signal transfer Experimental and diagnosed results show the possibility and profit of this project v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM KẾT LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu tổng quan 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Lịch sử phát triển R 1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc nƣớc 1.2.1 Trong nƣớc 1.2.2 Ngoài nƣớc 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.6 Phƣơng án nghiên cứu 1.6.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 1.6.2 Các phƣơng pháp nghiê 1.7 Kết cấu đồ án CHƢƠNG II: THIẾT KẾ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ 2.1 Lựa chọn phƣơng án thiết kế khí cho Robot vƣợt đị 2.1.1 Phƣơng án chế tạo 2.1.2 Phƣơng án sử dụng nhữ 2.1.3 Phƣơng án thiết kế 2.2 Phân tích lựa chọn phƣơng án di chuyển Robot 2.2.1 Phƣơng án 1: Robot di c 2.2.2 Phƣơng án 2: Robot di c 2.2.3 Phƣơng án 3: Robot di vi 2.3 Lựa chọn vật liệu 2.4 Xác định tính kỹ thuật Robot 2.5 Tính tốn thiết kế trục 2.5.1 Trục sau 2.5.2 Trục trƣớc 2.6 Tính toán thiết kế khung xe 2.7 Tính tốn thiết kế cấu di chuyển 2.7.1 Lựa chọn phƣơng án 2.7.2 Cơ sở lý thuyết truyền đai 2.7.3 Tính tốn thuyết kế 2.8 Tính cơng suất chọn động 2.8.1 Động truyền dộng 2.8.2 Động nâng 2.9 Nguyên lý hoạt động động DC 2.9.1 Cấu tạo 2.9.2 Nguyên lý làm việc 2.9.3 Điều khiển động DC 2.10 Tính tốn thiết kế cấu truyền động 2.10.1 Lựa chọn phƣơng án 2.10.2 Cơ sở lý thuyết truyền xích 2.10.3 Tính tốn thiết kế 2.11 Thiết kế khí xây dựng kích thƣớc tổng thể Robot 2.11.1 Thiết kế khí Robot 2.11.2 Xây dựng kích thƣớc tổng thể 2.12 Thiết kế cánh tay máy 2.12.1 Bậc tự tay máy 2.12.2 Không gian làm việc 2.12.3 Động sử dụng cho cánh tay 2.12.4 Mơ hình kích thƣớc tổng th 2.12.5 Biểu diễn hƣớng vị trí 2.12.6 Bài tốn động học thuận 2.12.7 Bài toán động học nghịch 2.13 Camera quan sát 2.14 Sơ đồ khối phần cứng vii 2.15 Các mạch điện hệ thống 2.15.1 Mạch vi điều khiể 4.2 Điều khiển chuyển động Robot máy tính 4.2.1 Giao diện điều khiển Hình 4-6: Giao diện điều khiển web Hình 4-7: Giao diện camera Chương IV: Điều khiển chuyển động robot Trang69 4.2.2 Thuật tốn điều khiển STARTT PHÁT TÍN HIỆU NHẬN TÍN HIỆU NGẮT NHẬN KIỂM TRA TÍN HIỆU TAY MÁY CAMERA ROBOT NÂNG KHỚP KHỚP HẠ KHỚP TIẾN LÙI TRÁI PHẢI Hình 4-8: Sơ đồ thuật toán điều khiển Robot Chương IV: Điều khiển chuyển động robot Trang70 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM Trên cở sở tính tốn thiết kế đặt ban đầu nhóm chế tạo thành cơng Robot địa hình Các kết kiểm chứng dự thực nghiệm Nhƣ sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, nhóm đạt đƣợc thành định Sau thành đạt đƣợc: 5.1 Kết đạt đƣợc Phần khí cho Robot đƣợc hồn thành theo thiết kế với thông số đƣợc nêu ởBảng 5.1 Bảng 5-1: Đặc điểm Robot Kích thƣớc Robot Trọng lƣợng Vận tốc Tầm quan sát camera Phạm vi hoạt động tay máy Khối lƣợng vật Vƣợt địa hình Phạm vi điều khiển Hình 5-1: Mơ hình Robot hồn chỉnh Chương V: Kết thực nghiệm Trang71 5.1.1 Các phận khí Robot vƣợt địa hình Hình 5-2: Bánh đai dẫn Hình 5-3: Tay nâng Chương V: Kết thực nghiệm Trang72 Hình 5-4: Bộ truyền xích bánh dẫn Hình 5-5: Bộ truyền xích tay nâng Chương V: Kết thực nghiệm Trang73 Hình 5-6: Mơ hình Robot thực tế Hình 5-7: Tay máy Chương V: Kết thực nghiệm Trang74 Hình 5-8: Camera quan sát 5.1.2 Hệ thống điều khiển Hình 5-9: Mạch điều khiển Chương V: Kết thực nghiệm Trang75 5.2 Kết thực nghiệm Robot sau hồn thành hoạt động linh hoạt địa hình phức tạp với khả tới,lui rẽ trái, rẽ phải Việc thực nghiệm đƣợc thực nhiều lần, Robot đƣợc thử nghiệm nhiều địa hình khác nhƣ: địa hinh nhấp nhơ,leo dốc o nghiêng 30 , bậc thang Hình 5-10: Robot vƣợt qua địa hình nhấp nhơ o Hình 5-11: Robot leo dốc 30 Hình 5-12: Robot leo bậc thang Chương V: Kết thực nghiệm Trang76 Hình 5-13: Robot gắp vật thể Chương V: Kết thực nghiệm Trang77 CHƢƠNG VI: KẾT LUẬN 6.1 Kết nghiên cứu đề tài 6.1.1 Về sở lý thuyết  Phân tích lựa chọn đƣợc phƣơng án hợp lý để thiết kế  Phân tích tính tốn đƣợc kết cấu Robot  Xây dựng đƣợc hệ thống điều khiển Robot từ xa thông qua máy sóng wifi 6.1.2 Về mặt thực nghiệm  Chế tạo thành cơng mơ hình Robot địa hình dùng cấu bánh đai  Chế tạo thành công hệ thống điều khiển Robot 6.1.3 Áp dụng thực tiễn  Đề tài góp phần làm phát triển thêm mơ hình, mơ cho Robot địa hình chun dụng có khả thay ngƣời hoạt động khu vực nguy hiểm  Đề tài góp phần phục vụ cho công việc học tập, nghiên cứu sinh viên ngành khí, tự động hóa, 6.2 Hƣớng phát triển Đề tài có tính mở, có nhiều vấn đề đƣợc tiếp tục triển khai nghiên cứu để phát triển đề tài nhƣ sau:  Hoàn thiện phần kết cấu khí để Robot hoạt động hiệu địa hình     phức tạp Hƣớng đến phát triển việc điều khiển Robot khoảng cách xa Trang bị cho Robot cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, độ phóng xa, để gửi tín hiệu trang thái vùng hoạt động máy tính, làm tăng thêm khả ứng dụng Robot Trang bị cánh tay máy linh hoạt Robot để ngƣời điều khiển thực tất thao tác mong muốn Xây dựng, hoàn thiện khả làm việc theo nhóm Robot, tạo mạnh bật so với loại robot khác Chương VI: Kết luận Trang78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Nguồn:http://www.dientuvietnam.net/ [2]Nguồn:http://www.ebook.edu.vn/ [3]Nguồn:http://vinamain.wordpress.com/ [4]Nguồn:http://tinhhoa.net/40706-banh-xe-robot-origami-co-kha-nang-vuot-moi-diahinh.html [5]Nguồn:http://vi.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9p [6]Nguồn:https://sites.google.com/site/truongvanchinhvatlieucokhi/home/kim-loai-vahop-kim-mau/nhom-va-hop-kim-nhom/nhom-nguyen-chat-va-phan-loai-hop-kimnhom/cac-dac-tinh-cua-nhom-nguyen-chat [7]Nguồn:http://www.hessmer.org/blog/2013/12/28/ibt-2-h-bridge-witharduino/comment-page-1/ [8]Nguồn:https://sites.google.com/site/binhluudien2012/su-dung-ic-pt2262-vapt2272-trong-dhieu-khien-tu-xa [9][PGS.TS.Nguyễn Trƣờng Thịnh, Giáo trình Kỹ Thuật Robot, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM] [10][TS Trịnh Xn Lai, Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nƣớc thải, NXB Xây dựng, 2008] [11][Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí (Tập I, II).] [12][Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Đại học Quốc Gia TP.HCM - Trƣờng Đại học Bách Khoa.] [13]Nguồn:http://www.thietkemay.com/ Tài liệu tham khảo Trang 79 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn:ThS.Tƣởng Phƣớc Thọ Sinh viên thực hiện: Đồng Minh Tấn MSSV: 11146101 Sinh viên thực hiện: Bùi Xuân Thọ MSSV: 11146113 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tiển MSSV: 11146117 Tên đề tài:Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình Robot vƣợt địa hình u cầu đề tài: - Chế tạo mơ hình Robot vƣợt địa hình, quan sát, gắn tay máy gắp vật thể - Nghiên cứu thuật tốn viết chƣơng trình điều khiển hoạt động robot từ xa máy tính qua sóng wifi Giới hạn đề tài: - Chế tạo mơ hình Robot vƣợt địa hình vƣợt qua địa hình phức tạp: địa hình gồ ghề, o dốc nghiêng 30 , bậc thang Tìm hiểu thu phát wifi điều khiển từ xa máy tính Dự kiến tiến độ thực Tuần Thời gian 19/01/2015 26/01/2015 02/02/2015 02/03/2015 09/03/2015 16/03/2015 23/03/2015 30/03/2015 06/04/2015 10 13/04/2015 11 12 13 14 15 ... Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình Robot vƣợt địa hình Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Thiết kế chế tạo Robot vƣợt địa hình có kích thƣớc: 70cm x 50cmx 50cm - Thiết kế hệ thống... đó, việc nghiên cứu Robot vƣợt địa hình đƣợc điều khiển từ xa vấn đề thiết yếu Chính vậy, định chọn đề tài ? ?Thiết kế chế tạo Robot vƣợt địa hình? ?? 1.4 Mục tiêu nghiên cứu Với tính cấp thiết đề... sát địa hình đƣợc thuận lợi Hình 2-5: Khả chuyển động Robot di động cấu bánh đai Qua việc phân tích phƣơng án trên, ta chọn kết cấu robot theo phƣơng án để thiết kế chế tạo mơ hình Robot địa hình