Thiết kế và chế tạo robot dò line

Sở dĩ nói như vậy là do chúng có cùng nguyên tắc hoạt động là sử dụng cảm biến quang điện quang trở hoặc diode hồng ngoại để so sánh cường độ sáng từ đó điều chỉnh hướng đi thích hợp.Tu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO



BÁO CÁO DỰ ÁN

ĐỀ TÀI: DỰ ÁN CUỐI KÌ MÔN HỌC NHẬP

MÔN NGÀNH (ROBOT DÒ LINE)

Giảng viên hướng dẫn: Ths Bùi Thị Tuyết Đan

Sinh viên thực hiện: Lê Hoài Lâm

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc



NHIỆM VỤ THỰC HIỆN DỰ ÁN ROBOT DÒ LINE

Họ tên SV: Lê Hoài Lâm MSSV: 20161220

Họ tên SV: Lê Sỹ Đan MSSV: 20161175

Họ tên SV: Trần Đức Huy MSSV: 20131043

Họ tên SV: Nguyễn Lê Phú Cường MSSV: 20161168

Họ tên SV: Nguyễn Ngọc Nguyên Bình MSSV: 20161165

Họ tên SV: Nguyễn Chí Phúc MSSV: 20161244

Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật Điện tử - Viễn thông

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Robot dò line

Người hướng dẫn : Trần Thiện An

Nội dung thực hiện:

Trưởng Ngành ĐT-VT Giảng viên

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc



TỔNG QUAN DỰ ÁNSinh viên thực hiện :

Họ tên SV: Lê Hoài Lâm MSSV: 20161220

Họ tên SV: Lê Sỹ Đan MSSV: 20161175

Họ tên SV: Trần Đức Huy MSSV: 20131043

Họ tên SV: Nguyễn Lê Phú Cường MSSV:20161168

Họ tên SV: Nguyễn Ngọc Nguyên Bình MSSV: 20161165

- Có đèn LED hiển thị đúng trạng thái hiện tại của xe trên đường

- Xe có khả năng đảo chiều quay động cơ, hãm ngược

- Thiết kế phần mềm dễ nhìn, dễ kiểm tra, sửa chữa đảm bảo thực hiện

đúng yêu cầu đề bài

Tóm tắt đề tài :

- Robot dò đường là 1 biến thể đặc biệt của robot hướng sáng Sở dĩ nói

như vậy là do chúng có cùng nguyên tắc hoạt động là sử dụng cảm biến quang

điện ( quang trở hoặc diode hồng ngoại) để so sánh cường độ sáng từ đó điều

chỉnh hướng đi thích hợp.Tuy nhiên, ở robot dò đường, cảm biến được bố trí gần

mặt đường và nguồn sáng để so sánh lúc này do chính robot tạo ra Nhưng do

đâu lại có sự sai lệch về cường độ sáng Câu trả lời nằm ở đường vẽ, đường vẽ

này có tính chất khác với xung quanh, thường thì nó có màu đen để hấp thụ ánh

sáng Khi robot đi lệch vào vùng có vạch vẽ, ánh sáng phát ra từ robot không

phản xạ lại như bình thường mà bị đường kẻ hấp thụ 1 phần làm sai lệch độ sáng

giữa 2 cảm biến Vậy ta phải thiết kế sao cho robot có hành vi khắc phục sự sai

lệch đó và ta có được loại robot đi theo đường vẽ và với tốc độ nhanh nhất đểtiến hành thi đấu.

Thời gian thực hiện: 6 tuần

- Với thế mạnh của mỗi người mà trưởng nhóm đã phân công, bố trí công việc cho các thành viên trong nhóm sao cho hợp lí nhất, các thành viên cũng bổ trợ cho nhau để hoàn thành tốt dự án đã nhận

dẫn4/12/2020 Nhận dự án, nhiệm vụ

Từ 4/12/2020 đến 10/12/2020 Lên kế hoạch phân công nhiệm

vụ, công việc cho từng thành viên trong nhóm và mua dụng

cụ, thiết bị

Từ 10/12/2020 đến 20/12/2020 Tiến hành lắp ráp, viết code,

gắn dây, trang trí robot xe dò line và tiến hành thử nghiệm

Từ 20/12/2020 đến 2/1/2021 Viết Poster, làm báo cáo dự án

robot

Từ 2/1/2021 đến 12/1/2021 Làm bài trình chiếu , thuyết

trình dự án nhóm và kiểm tra tổng thể các công đoạn Dự án hoàn thành

TP.HCM, ngày tháng 1 năm 2021 Người hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài báo cáo này, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Bangiám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã tạo điều kiện về cơ sởvật chất với phòng học sạch đẹp, có wifi, để phục vụ cho việc học tập và tìmkiếm thông tin của chúng em.

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy TrưởngNgành, Cô Bùi Thị Tuyết Đan, anh trợ giảng và Trường Đại học Sư phạm Kỹthuật TP.HCM đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt chochúng em những kiến thức quý báu để chúng em có thể học tập, nghiên cứu chếtạo ra được sản phẩm

Trong một học kì, nhóm em sẽ không thể hoàn thành dự án nếu không có

sự giảng dạy tận tâm, giúp đỡ nhiệt tình của cô Bùi Thị Tuyết Đan Với lòng biết

ơn sâu sắc nhất, nhóm em xin gửi đến cô Chúc cô sẽ luôn thành công và tâmhuyết hơn với nghề để tiếp tục truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng

em trong quá trình học tập ở trường và xa hơn là ngoài cuộc sống

Do chưa có nhiều kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót

và hạn chế, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ phía cô để dự án được hoànthiện hơn nữa

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Việc ứng dụng công nghệ kỹ thuật nói chung và tự động hóa nói riêng lànhu cầu thiết yếu đối với tất cả các doanh nghiệp và tổ chức Các đơn vị tronglĩnh vực sản xuất đều mong muốn tìm kiếm được giải pháp để nâng cao doanhthu và tối ưu sản xuất Trong đó, Robot đang dẫn đầu ngành tự động hóa, đẩymạnh việc sản xuất nhờ việc gia tăng tính an toàn, giảm chi phí đồng thời nângcao hiệu quả sản xuất.

Xu hướng sử dụng Robot đòi hỏi doanh nghiệp phải có lao động trực tiếptay nghề cao: Việc sử dụng Robot trong tự động hóa sản xuất công nghiệp là lĩnhvực mới ở Việt Nam nhưng trong tương lai gần Việt Nam đang hướng tới côngnghiệp hóa thì nhu cầu phát triển chế tạo robot ngày càng cao, các loại robotđang phổ biến hiện nay ví dụ như robot dò đường, robot chế tạo, robot diđộng…

PHẦN 1 : GIỚI THIỆU VÀ PHỤ LỤC Mục lục

Nhiệm vụ và dự án………1

Tổng quan về dự án……….……… 2

Phần 1 : Lời cảm ơn……… 4

Giới thiệu đề tài……….……… …… 5

Giới thiệu và phụ lục……… 6

Danh mục hình ảnh……….7

Phần 2 : Tổng quan kĩ thuật……… 8

I Cấu trúc robot xe dò line 1 Vật liệu – linh kiện 2 Phương án thiết kế Phần 3 : Thiết kế dự án………9

I Xây dựng dự án 1 Thiết kế tổng quan 2 Chi tiết thiết kế……….… 9

2.1.Khối nguồn……… 9

2.2 Khối cảm biến……… 10

2.3 Khối động cơ……… 11

2.4 Khối điều khiển……… ……….12

2.5 Khối so sánh……… ……… 14

3 Đường line……… 14

4 Biểu đồ điều khiển……… 14

5 Code điều khiển ……… 15

6 Ứng dụng, hạn chế và hướng giải quyết……… 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….19

Hình 2 Cảm biến hồng ngoại (1 đèn – 1 quang trở) Trang 10

Hình 6 Cấu trúc chân vi điều khiển ATmega328 Trang 13 Hình 7 Sơ đồ khối bên trong của vi điều khiển ATmega328 Trang 13

PHẦN 2 : TỔNG QUAN KĨ THUẬT

I Cấu trúc robot xe dò line

1 Vật liệu – linh kiện

 1x Board điều khiển Arduino Uno R3

 1x Modul điều khiển L298

 3x Cảm biến hồng ngoại + 5 đèn – 5 quang trở

 Xe dẫn động bằng 2 động cơ 1 chiều đặt ở hai bánh sau.

 Xe có hiển thị trạng LED (báo nguồn, động cơ…) tương ứng với trạngthái xe

 Phần điều khiển chuyển động chọn 2 mạch cầu H được tích hợp sẵn trongL298

 Phần dò đường dùng 3 cặp cảm biến (1 led phát hồng ngoại và 1 quangtrở.)

 Khối vi điều khiển

 Khối sensor: nhận tín hiệu đường đi

 Khối so sánh.

 Khối điều khiển 2 động cơ V1

2 Chi tiết thiết kế

2.1 : Khối nguồn

Dùng nguồn 12V để cấp điện áp vào, sau đó thông qua khối lọc, hạ áp dùng

7805 ta lấy ra điện áp 5V ổn định để cung cấp cho các khối còn lại

Ngoài ra còn có một số biện pháp bảo vệ như dùng cầu chi 2A, dùng diodechống ngược nguồn

Hình 1 : Sơ đồ khối nguồn

2.2 : Khối cảm biến

- Gồm 3 đèn led và 3 quang trở

Hình 2 : Cảm biến hồng ngoại ( 1 đèn – 1 quang trở )

Hình 3 : Nguyên lí cảm biến

Chức năng của khối:

+ Tạo tín hiệu phản hồi về khối vi xử lý trung tâm để từ đó điều khiển động cơ.+ Nguyên lý hoạt động: Khi có ánh sáng thì điện trở của quang trở sẽ giảm vàngược lại, điện trở của nó thay đổi cỡ từ 0.5k (khi có ánh sáng) đến 250k (không

có ánh sáng), ta sử dụng led phát làm nguồn sáng cho nó Khi gặp nền trắng,ánh sáng sẽ phản xạ lên quang trở làm điện trở nó giảm xuống và khi gặp vạchđen (băng keo đen) thì ánh sáng sẽ khó phản xạ nên quang trở nhận ít ánh sáng

=> trở nó tăng Từ đó dựa vào 2 quang trở, robot có thể phân biệt được vạch đentrên nền

2.3 Khối động cơ

* Động cơ quay : Ta sử dụng động cơ V1

Hình 4 : Sơ đồ nguyên lí động cơ V1Với các thông số

* Ta lựa chọn L298 để điều khiển động cơ với 2 mạch cầu H đã tích hợp sẵn ởbên trong Trong mỗi IC L298 được tích hợp 2 cầu H, mỗi cầu H chịu được 2dòng Ampe Khi nối các chân có cùng chức năng của 2 cầu H trên IC với nhauthì IC có thể cung cấp được dòng 4 Ampe đủ để cho động cơ hoạt động hết côngsuất.

Sơ đồ khối điều khiển (Hình 5)

 IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver

 Điện áp đầu vào: 5~30VDC

 Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên

áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất có định 25W)

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

 Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss

 Kích thước: 43x43x27mm

2.4 : Khối điều khiển

* Sử dụng vi điều khiển 8 bit ATmega328 Vi điều khiển này cho phép lập trìnhcác ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại

bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ

có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giaotiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C)

+ Kiến trúc: AVR 8bit

+ Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit

+ Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)

* Cấu trúc chân và sơ đồ khối bên trong

Hình 6 : Cấu trúc chân ATmega328

Hình 7 : Sơ đồ khối bên trong của ATmega328

Hình 8 Các kiểu đường line

* Ta có thể sử dụng đường line trắng trên nền đen hoặc ngược lại sao cho cảm biến ở xe có thể nhận diện và chạy theo

KHỞI TẠO GIỚI THIỆU

DÒ ĐƯỜNG

LỆCH

YESNO

Chương trình con khi bắt vạch đích

Hình 9 Biểu đồ điểu khiển Robot xe dò line

5 Code điều khiển :

if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 1)){phai();}

if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 0)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 0)){phai();}

if ((digitalRead(L1) == 0)&&(digitalRead(L2) == 0)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 0)){phai();}

if ((digitalRead(L1) == 1)&&(digitalRead(L2) == 1)&&(digitalRead(L3) == 1)&& (digitalRead(L4) == 1)&&(digitalRead(L5) == 1)){dung();}

digitalWrite(A_2, LOW);

digitalWrite(B_1, LOW);

digitalWrite(B_2, LOW);

}

6 Ứng dụng, hạn chế và hướng giải quyết

* Ứng dụng của Robot xe dò line trong đời sống và trong công nghiệp

- Việc phát triển Robot dò line giúp ích rất nhiều cho con người trong khâu vận chuyển của những lĩnh vực giao thông – vận tải, công nghiệp, dịch vụ…

- Giảm đáng kể chi phí vận chuyển hàng hóa

- Tiết kiệm thời gian, công sức

- Đảm bảo an toàn mức cao

- Có thể làm việc trong môi trường ô nhiễm cao

* Hạn chế và hướng giải quyết

- Trong quá trình thực hiện, chúng em gặp một số khó khăn sau và đã từng bước khắc phục

 Tài liệu

Đây là lần đầu tiên thực hiện một sản phẩm thực dựa trên nền kiến thức học tậpđược nên nhiều vấn đề chưa được thông suốt Trước hết, là cách làm xe về kĩthuật, thiết kế mạch, dò đường ra sao, cua xe trái phải thuận ngược

Khắc phục: học hỏi từ hướng dẫn của anh An, các bạn trong lớp, học hỏi từ

các anh các khóa trước, tham khảo nguồn tài liệu trên mạng Internet…

Kết quả: Học hỏi được nhiều kinh nghiệm làm robot đơn giản từ các nguồn

trên, lắp ráp, các kĩ thuật sắp xếp linh kiện, đi dây chỉn chu hơn

 Lập trình

Đây có thể coi là vấn đề phức tạp nhất vì là linh hồn của xe tự hành, điều khiểntoàn bộ hoạt động của xe và cũng là vấn đề tiêu tốn nhiều thời gian nhất

Vấn đề 1: Đọc và xử lý tín hiệu

Tính toán, thu thập các trường hợp xe lệch ra khỏi đường, xe gặp khúc cua,

xe không bắt được vạch đen, xe bắt vạch đích, xe cua ở góc cua gấp…

Trong quá trình test xe, nhiều khi cảm biến bắt không chuẩn hoặc không ổnđịnh Code chưa chuẩn, chưa phù hợp với xe

Khắc phục: Để thu thập các trường hợp, dùng tay đẩy xe đi theo đường đặc

biệt là các khúc cua và ghi tín hiệu hiển thị trên các led báo về, kiểm tra cáp nốivới mạch vi điều khiển, điều chỉnh biến trở để lấy điện áp so sánh hoạt động ổnđịnh đưa vào IC L298 Kiểm tra kĩ lại đường dây nối mạch Tìm hiểu và chỉnhsửa lại code

Kết quả:Mạch hoạt động ổn định, cảm biến bắt rất tốt, tín hiệu báo về trên

mạch vi điều khiển chuẩn xác, xe chạy ổn định, ít bị lệch khỏi đường line

TÀI LIỆU THAM KHẢO