Bài tập lớn học phần công nghệ internet of things đề tài điều khiển mobile robot

Mobile robot còn gọi làrobot di động hay robot tự điều khiển là một loại robot có khả năng tự di chuyểntrong môi trường làm việc và không bị cố định tại một vị trí bất kỳ như nhiều loạir

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI TẬP LỚN Học phần: Công Nghệ Internet Of Things

Mã học phần: 17332

Đề tài: Điều khiển mobile robot

Giảng viên: Phạm Trung Minh

Nhóm 1:

Bùi Duy Hiếu - 83066Đàm Thị Hà - 82867Phạm Minh Đức - 82812

1

Lời Mở Đầu

Trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì vấn đề phát triểnkhoa học- kĩ thuật là mấu chốt quan trọng hàng đầu Việc ứng dụng các máy móchiện đại, dây chuyền tự động hóa vào sản suất ngày càng trở nên phổ biến trongcác nhà máy nhằm giảm sức lao động của con người, tăng năng suất, chất lượngcủa sản phẩm

Hiện nay, tự động hóa là giải pháp thông minh của nhiều doanh nghiệp trongthời đại 4.0 và ứng dụng tốt trong những tình huống xấu Mobile robot (còn gọi làrobot di động hay robot tự điều khiển) là một loại robot có khả năng tự di chuyểntrong môi trường làm việc và không bị cố định tại một vị trí bất kỳ như nhiều loạirobot khác Vì chúng có thể di động được nên có khả năng điều hướng một môitrường không kiểm soát mà không cần phải có các thiết bị hướng dẫn vật lý hay cơđộng Nó được ứng dụng vào nhiều ngành nghề khác nhau từ sản xuất nông đếnđào mìn, thăm dò dầu khí, xử lý môi trường, y tế, giải trí, phục vụ ngành ăn uống;logistic hay sản xuất đồ trang sức,… Ngoài ra, sản phẩm mobile robot thông minhcòn giúp giảm tải nhân công trong những công việc nặng nhọc, tốn thời gian, nguyhiểm Cuối cùng, việc sử dụng robot di động sẽ tiết kiệm được nhiều chi phí khác,gia tăng sản xuất và nâng cao hiệu quả đầu tư, lợi nhuận Đây là mục đích cuốicùng mà mỗi doanh nghiệp đều hướng tới

Robot và trí tuệ nhân tạo trên thế giới từ lâu đã không còn là một nghề xa lạvới sinh viên Việt Nam Du nhập vào Việt Nam cách đây ít lâu, đây là một ngànhhấp dẫn với tố chất khéo léo và thông minh Chính vì vậy, hoạt động trong ngànhRobot và trí tuệ nhân tạo đang trở thành một chủ đề thu hút nhiều sinh viên theohọc Nhóm chúng em đã chọn Mobile Robot di chuyển đa hướng bằng bánh xe với

hệ thống điều khiển thông qua Bluetooth và định vị trong phạm vi bài tập lớn củahọc phần Internet of things với mong muốn góp phần vào công nghệ chế tạo Robotcủa đất nước trong thời gian tới

2

I Tổng quan đề tài

1 Mô tả bài toán

Xây dựng mô hình mobile robot, có khả năng di chuyển cơ bản: tiến, lùi, rẽ trái,

rẽ phải Robot có cấu tạo, di chuyển bao gồm 3 bánh xe: 2 bánh động cơ- 1 bánh 360o

Robot có khả năng kết nối trung tâm điều khiển thông qua môi trường intenet- phần mềm điều khiển hướng di chuyển của robot là một app trên điện thoại: button, voice

- Robot có khả năng phát hiện vật cản

- Khi robot được thiết lập chế độ vận hành tự động: robot liên tục di chuyển tiến theo hướng phía trước, trong trường hợp gặp vật cản có khả năng tìm hướng di chuyển để vượt qua vật cản

2 Yêu cầu của hệ thống

- Hệ thống điều khiển khả năng di chuyển cho robot

- Hệ thống có khả năng phát hiện và điều khiển robot tránh vật cản

- Robot có khả năng kết nối internet và thiết bị điều khiển

- Hệ thống có khả năng trao đổi dữ liệu giữa robot và server

- Server có giao diện cho phép người dùng thiết lập chế độ hoạt động vàthao tác di chuyển của robot, có khả năng lưu trữ, quản trị dữ liệu phục

vụ việc giám sát điều khiển robot

3

3 Các thiết bị

o Mô hình xe robot 3 bánh

o Module cảm siêu âm SPF05

- Được dùng để đo khoảng cách, đo mực chất lỏng, dùng làm robot dò đường và phát hiện các vết đứt gãy trong dây cáp

- HY-SRF05 là một cảm biến siêu âm có khả năng phát ra sóng siêu âm và nhận sóng siêu âm phản hồi ngược lại khi có vật cản Do vậy, module cảm biến siêu âm SRF05 được coi như một cảm biến khoảng cách

4

o Arduno

o Module L298 điều khiển động cơ

- Mạch Điều Khiển Động Cơ L298 có thể điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước, có 4 lỗ nằm ở 4 góc thuận tiện cho người sử dụng cố định vị trí của module

5

Recommandé pour toi

o Module Iot ESP8266 ESP 12-E CH340

- ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế cho nhu cầu của Internet of thing (IOT) Nó cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng

Tổng ôn ngữ pháp tiếng anh Chuyên ĐỀ 16 - LIÊN TỪ

26

 Khối nguồn: Có nhiê x m vụ cung cấp nguồn điê x n cho động cơ và các linh kiê x n trên xe Do

đó, khối nguồn yêu cầu phải có công suất đủ lớn và độ ổn định cao

 Khối cảm biến (sensor) Là bộ phận giúp thiết bị thu nhận được các tín hiê x u từ môi trường bên ngoài Ở trong đề tài của chúng em sử dụng các cặp thu phát hồng ngoại làm bộ phận cảm biến

 Khối điều khiển: Là khối có nhiê x m vụ lấy dữ liê x u từ khối cảm biến để xử lý các dữ liê x u

và từ đó đưa ra được các quyết định, tín hiê x u điều khiển cho động cơ.

 Khối điều khiển động cơ: Là khối có nhiê x m vụ lấy các tín hiê x u điều khiển từ khối điều khiển, sau đó thực hiê x n các chức năng thay đổi tốc độ cũng như chiều quay của động cơ.

7

- Bài toán phát hiện vật cản tránh

 Khối cảm biến siêu âm có nhiê x m vụ nhận biết được sự suất hiê x n vật cản và đưa tín hiê x u thống báo đến khối xử lý Khi có vât thể nào đó xuất hiện trên đường đi thì khối này nhận biết được rồi phát tín hiê x n báo về khối xử lý.

 Khối vi xử lý trung tâm có nhiê x m vụ điều hành chung hoạt động của toàn bộ hê x thống Nhận tín hiê x u từ khối cảm biến rồi phát tín hiê x u tới khối động cơ

 Khối động cơ có nhiê x m vụ di chuyển toàn bộ hệ thống

Thiết kế robot tránh vật cản Arduino

- Robot được xử lý điều khiển chính trên vi điều khiển Arduino Gồm 14 chân I/O

kỹ thuật số, chúng ta dùng 7 chân để sử dụng trong dự án xe Robot Arduino này

- Cảm biến siêu âm kết nối 4 chân: VCC, Echo, GND và Trig Trong đó VCC và GND kết nối lần lượt với +5V và GND của Arduino Chân Trig ( kích hoạt) kết nối với chân thứ 13 còn Echo kết nối với chân số 12 của Arduino tương ứng Để xoay cảm biến siêu âm chúng ta sử dụng một động cơ Servo kết nối vào chân 3 của Arduino, các chân VCC và GND cũng lần lượt được nối vào chân +5V và GND

- Robot tránh vật cản dùng L298 là 1 IC có 16 chân Chân 1 và 9 của L298 kết nối với chân +5V Arduino Chân 2 và 7 điều khiển động cơ thứ nhất bên trái Chân 10

và 15 điều khiển động cơ thứ 2 bên phải Chúng được kết nối lần lượt với các chân5,6, 9 và 10 của vi điều khiển Arduino Các chân nối đất của L298 là 4, 5, 12 và 13nối với chân GND

- Động cơ bánh xe bên trái được nối vào 2 chân 3 và 6 của L298 Tương tự với động

cơ bên phải kết nối vào chân 11 và 14 Chân VCC1 của L298 là chân thứ 16, chân VCC2 là chân thứ 8 VCC1 kết nối với +5V, chân VCC2 có nối ở bất kỳ giữa 4.7V

và 36V Với dự án robot tránh vật cản dùng Arduino này sẽ nối vào +5V

- Chú ý: Nguồn cung cấp điều khiển động cơ cho các chân 1 (bật 1), chân 8 ( VCC2), chân 9 (cho phép 2) và chân 16 (VCC1) phải được cấp bằng nguồn riêngbiệt

10

Một số hình ảnh của sản phẩm:

Khai báo thư viện:

11

Setup hệ thống:

Vòng loop:

12

Các hàm được sử dụng:

13

Kết nối với esp8266, thiết kế webserver trên mạng wifi cục bộ

- Giao diện người dùng:

B3 Truyền dữ liệu từ webserver về esp8266

17

- Sử dụng javascripts để truyền dữ liệu về esp8266 bằng kỹ thuật

ajax.

- Đưa file html lên esp 8266 bằng lệnh sv.send()

18

- Nhận dữ liệu về từ webserver và đưa vào xử lý:

19

B4: Truyền dữ liệu từ esp8266 sang adruino

C1: Bằng phương pháp I2C

- Thực hiện kết nối chân A4, A5 của arduino với chân D2,D1 của

esp8266, kết nối 2 chân GND với nhau.

- Sử dụng thư viện Wire để thực hiện truyền và nhận dữ liệu.

Vd: Truyền dữ liệu với lệnh “f” đi từ esp8266 khi muốn thực hiện lệnh tiến.

- Arduino nhận dữ liệu:

20

C2: Bằng phương pháp UART

- Thực hiện kết nối chân TX, RX của arduino với chân D1,D0 của

esp8266, kết nối 2 chân GND với nhau.

- Sử dụng thư viện SoftwareSerial để thực hiện truyền và nhận dữ

liệu với baud = 9600.