Nghiên cứu chế tạo robot hút bụi bằng vi điều khiển AVR

Giới thiệu một số robot hút bụi hiện nay

Nhiệm vụ của đề tài này là khảo sát tính năng của các robot hút bụi trên thị trường, từ đó hoàn thiện và cùng với tài liệu dễ dàng tìm được.Vì vậy giá thành cho sản phẩm cuối cùng được giảm.phát triển một robot có tính năng tương tự,dựa trên vi điều khiển AVR. Không giống như các robot hút bụi khác, Hombot hoạt động hiệu quả nhờ các chế độ di chuyển hợp lý, như hình xoáy ốc, zigzag, phân ngăn, phân ô.Trang bị camera nhận biết không gian, từ đó đưa ra lịnh trình làm việc hiệu quả cao. Bao gồm hai phần chính là cơ khí và điều khiển, trong đó phần thiết kế cơ khí nhằm mục đích đưa ra các phương án cơ khí, lựa chọn phương án tiến hành chế tạo sản phẩm thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

• Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã lập trình trước. Đồ án tham khảo một số sản phẩm robot hút bụi tự động có trên thị trường hiện nay như LG, iRobot, Samsung, Toshiba, …Tìm hiểu các chức năng của các sản phẩm đó, từ đó đưa ra những chức năng cơ bản của robot hút bụi tự động. Từ những tìm hiểu trên xây dựng nên các phương án thiết kế, có những phương án đó rồi tiến hành phân tích ưu điểm cũng như nhược điểm để lựa chọn thi công sản phẩm.

Yêu Cầu Kĩ Thuật Robot hút bụi

Ngoài ra, học hỏi kiểu dáng thiết kế đặc sắc của các sản phẩm đấy, để lựa chọn cũng như sàn lọc các mẫu thiết kế đẹp và hiệu quả. Kết quả của thực nghiệm phản ánh chất lượng của sản phẩm, đút kết những kinh nghiệm quý báu để hoàn thiện sản phẩm. Ở phần này sản phẩm được tiến hành thử nghiệm với các quy trình khắc khe, nhiều yêu cầu kỹ thuật khác nhau.

Thiết kế phương án cơ khí của Robot hút bụi

Tuy nhiên, diện tích không gian bên trong robot khiêm tốn, chỉ trang bị có một chổi và kiểu dáng thiết kế như vậy thì hiệu quả làm việc ở những góc tường kém. Phương án thứ 2 là robot tự hành 3 bánh, nó cũng sử dụng một bánh điều hướng, 2 bánh phía sau được gắn liền trục với động cơ, khác với phương án 1, thiết kế tổng thể là khối hình vuông được bo tròn bốn góc có kích thước (cạnh x chiều cao) là 305 x 110 (mm). Ở phương án này có bố trí hệ thống gồm 3 chổi quét, trong đó 2 chổi nhỏ đặt hai bên góc trước của robot giúp quét bụi ở góc tường nên tăng diện tích làm việc của robot.

Chế tạo phần cơ khí .1 Chế tạo thân robot

Các công tắc hành trình được bảo vệ bởi 2 vành ngoài được thiết kế dựa theo hình dạng của thân robot. Từ những phân tích ưu việt trong 3 phương án thiết kế, cũng như dựa trên yêu cầu kỹ thuật được đưa ra trước đó. Phương án 3 là phương án có nhiều ưu điểm hơn 2 phương án còn lại, phương án 3 được đánh giá cao không chỉ ở thiết kế nhỏ gọn mà còn thẩm mĩ cao.

Sau khi đã hoàn chỉnh bản vẽ 3D ta tiến hành chuyển bản vẽ sang 2D bằng các phần mềm như Cad, Solid,…Ở đây chọn phần mềm Corel Draw để vẽ 2D phần khung, được gia công trên máy cắt CNC. Nguyên lý hút bụi rất đơn giản, bên trong có một động cơ điện có tốc độ vòng quay rất cao, trên trục chuyển động của động cơ điện có lắp cánh quạt gió, khi động cơ điện hoạt động với tốc độ cao, cánh quạt gió sẽ quạt cùng với trục chuyển động với tốc độ cao, như vậy không khí bên trong sẽ nhanh chóng thổi ra như một chiếc hộp rỗng. Để bù lại phần không khí đã mất sẽ có một luồng không khí nhanh chóng đi vào theo sự chênh lệch về áp suất.

Phần lọc có chức năng lọc sạch không khí đưa vào, giữ lại bụi bẩn cũng như các thành phần không tốt cho sức khỏe của con người có trong không khí như vi. Dựa trên nguyên lý chung của máy hút bụi, hệ thống hút bụi của robot được thiết kế bao gồm : thân, động cơ điện và cánh quạt. Hiện nay có rất nhiều bánh tự lựa trên thị trường với nhiều kích thước,kiểu dáng, mẫu mã khác nhau như : omi, mắt trâu,….

Nhược điểm qua nhiều lần tiếp xúc với vật cản, công tắc hành trình bị hỏng về mặt cơ khí, giảm độ chính xác về sau.

Thiết kế các board mạch điều khiển .1 Vi điều khiển AVR

Tóm lại 32 thanh ghi Register file của AVR được xem là một phần của CPU, vì thế chúng được CPU sử dụng trực tiếp và nhanh chóng, để gọi các thanh ghi này, chúng ta không cần gọi địa chỉ mà chỉ cần gọi trực tiếp tên của chúng. + Phần 2: RAM tĩnh, nội (Internal SRAM), là vùng không gian cho chứa các biến (tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự các. + Phần 3: RAM ngoại (External SRAM), các Chip AVR cho phép người sử dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉ tồn tại khi nào người sử dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip.

+ Phần 4: EEPROM (Electrically ereasable programmable ROM) là một phần quan trọng của các Chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ chương trình được truy cập trong mỗi chu kỳ xung clock và mỗi lệnh chứa trong bộ nhớ chương trình được đưa vào trong thanh ghi lệnh Instruction register. AVR có ưu điểm là hầu hết các lệnh đều được thực thi trong 1 chu kỳ xung Clock, vì vậy có thể nguồn Clock lớn nhất cho AVR có thể nhỏ hơn một số vi điều khiển khác như PIC nhưng thời gian thực thi vẫn nhanh hơn.

Nếu một bit của thanh ghi này được thiết lập là 1 thì điện trở treo ở chân tương ứng của nó được kích hoạt, ngược lại nếu nếu bit này được thiết lập là 0 thì điện trở treo ở chân tương ứng sẽ không được kích hoạt, cổng ở trạng thái cao trở. Tuy nhiên trong chế độ này nếu giá trị mới ghi vào thanh ghi ORC mà nhỏ hơn giá trị tức thời của bộ đếm thì thì một so sánh sẽ bị lỡ, khi đó bộ đếm sẽ đếm đến giá trị lớn nhất sau đó rơi xuống giá trị 0 trước khi so sánh tiếp theo xuất hiện. Chế độ thuận: tín hiệu điều chế độ rộng xung PWM từ vi điều khiển kích chân 1 của opto, chân 3 và chân 4 của opto thông nhau dẫn kích mở IRF từ chân số 1, chân 2 và chân 3 thông nhau động cơ quay thuận.

Bao gồm cơ thể của chúng ta, lò vi song,…Vì vậy để cho phép sự truyền thông hiệu quả khi sử dụng hồng ngoại và tránh những tín hiệu nhiễu không mong muốn phải sử dụng một khóa để báo cho đầu thu biết đâu là tín hiệu có ích, đâu là nhiễu. Để tránh việc một điều khiển từ xa philip có thể thay đổi kênh của một TV Panasonic,…Người ta sử dụng các cách mã hóa khác nhau cho cùng một khoảng tần số đó. Một số nhà sản xuất khác không quan tâm đến vấn đề này, họ tăng cường hiệu quả truyền tin bằng cách mở rộng một chút khoảng thời gian sóng mang 36 (KHz) tích cực và rút ngắn khoảng thời gian kia.

Thiết kế chương trình điều khiển robot hút bụi .1 Lập trình cho hệ thống thời gian thực

• Lưu đồ giải thuật điều khiển robot .1 Lưu đồ giải thuật chung

Trong các hệ thống điều khiển với nhiều đầu vào và đáp ứng ở đầu ra thì số lượng công việc phải xử lý là khá lớn. Vì vậy ta phải chia khối lượng công việc đó thành nhiều tác vụ nhỏ. Mỗi tác vụ xử lý một công việc nhất định, có thể là quét bàn phím, đọc cảm biến, điều khiển động cơ,…Tại một thời điểm vi điều khiển chỉ thực hiện một tác vụ, nhưng với thời gian chuyển đổi rất nhanh giữa các tác vụ ta có thể coi như các tác vụ được thực hiện đồng thời.

Để điều khiển robot đi theo một quỹ đạo nào đó, ví dụ như di chuyển theo một đường cong nào đó thực chất là ta thay đổi tỉ lệ tốc độ 2 bánh xe của robot. • Với R = -1, hai bánh xe quay ngược chiều và đồng tốc, robot quay tròntại chỗ, tâm là điểm giữa hai bánh xe. Tổ hợp các quỹ đạo cơ bản ở trên lại với nhau ta có thể cho robot di chuyển theomột hình dạng bất kỳ nào đó.

Kiểm tra trước khi hoạt động

- Kiểm tra bộ điều khiển từ xa remote: dùng remote chọn các chế độ hoạt động của robot, từ đó xem khả năng đáp ứng của robot. - Kiểm tra hoạt động của LCD: xem LCD có hiển thị các dữ liệu mong muốn hay không. Sau nhiều lần thử nghiệm,robot đã đạt được những kết quả : - Robot làm việc hiệu quả, sàn nhà sạch bụi, mảnh vụn.

- Robot hoạt động đúng yêu cầu của 2 chế độ thiết lập là Zigzag và Spot. -Tuy nhiên, robot chỉ hoạt động tốt ở các sàn gỗ và gạch men, hạn chế hoạt động ở những nơi có độ mấp mô cao, không gian chật hẹp.