robot dò đường mobile robot

mobile robot là robot được sử dụng trong công nghiệp có thể dò đường , đi theo theo vạch đã định sẵn ở trong nhà xưởng hoặc thiết kế , robot sử dụng led hồng ngoại để phát hiện ra đường line và bám đi theo nó dựn vào vi xử lý pic

KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Bộ môn Cơ điện tử Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-o0o -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Đề tài : Thiết kế và thi công mobile robot

Lớp: K48 CDT 01

Hướng dẫn: VŨ ĐỨC VƯƠNG

Nhiệm vụ đồ án bao gồm :

- Tải trọng thiết kế 1Kg

- Xe có khả năng di chuyển theo vạch mầu dưới sàn nhà xưởng

- Hoạt động trơn tru, không bị giật

Lời cảm ơn

Trong suốt thời gian tìm hiểu và thi công đồ án môn học, được sự giảng dạy, hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ thầy Vũ Đức Vương cùng các thầy cô bộ môn cơ điện tử học đã giúp chúng em hoàn thành đồ án các thống đo cơ điện tử.Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn đến thầy Vũ Đức Vương cùng các thầy bộ môn cơ điện tử đã truyền thụ cho chúng em những kiến thức rất bổ ích không chỉ cần thiết cho đồ án

mà còn cần thiết cho công việc sau này

Lời nói đầu

Trong sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử ngày nay, vi điều khiển đang dần chiếm ưu thế về số lượng các ứng dụng của nó trên nhiều thiết bị dân dụng cũng như chuyên dụng Ngoài ra, vi điều khiển cũng được phổ biến trong lĩnh vực đo lường điều khiển, vv

Trên cơ sở những kiến thức đã học Chúng em quyết định chọn, thiết kế và thi công

đề tài: “ Thiết kế và thi công mobile robot ” dùng vi điều khiển PIC để hiểu rõ hơn cũng như các ứng dụng thực tiễn của nó trong tương lai

Do kiến thức còn hạn hẹp và lần đầu thiết kế Mặc dù đã cố gắng khắc phục những khuyết điểm, nhưng chúng em không thể tránh khỏi sai sót và nhiều hạn chế Tập thể nhóm chúng em mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô để chúng em khắc phục sai sót mắc phải trong đồ án tốt nghiệp sau này Một lần nữa, chúng em xin chân thành cám ơn thầy Vũ Đức Vương và các thầy cô bộ môn cơ điện tử đã giúp chúng em thiết kế và hoàn thành đề tài

Mục lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT ……… 5

1.1 Tổng quan về mobile robot ………….5

1.2 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế 5

1.3 Thông số kỹ thuật và mô hình chức năng 6

1.4 Ứng dụng của mobile robot 7

1.5 Xu hướng phát triển của mobile robot 7

1.6 Kết luận 8

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ……… 9

2.1 Thiết kế sơ bộ hệ thống cơ khí 9

2.2 Tính toán và lựa chọn các bộ truyền cơ khí 9

2.3 Thiết kế các chi tiết cơ khí 12

2.4 Kết Luận 13

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ……….14

3.1 Chọn phương án thiết kế 14

3.1.1 Cấu trúc phần điện……… 14

3.1.2 Lựa chọn linh kiện……… 14

3.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý 16

3.2.1.Sơ đồ nguyên lý khối nguồn……….16

3.2.1.Sơ đồ nguyên lý phần cảm biến………17

3.2.2.Sơ đồ nguyên lý………18

3.3 Kết luận 20

CHƯƠNG 4 : THI CÔNG SẢN PHẨM……… 21

4.1 : Thi công sản phẩm 21

4.2 Kết luận 28

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT

1.1 Tổng quan về mobile robot

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, thì robot đã trở

thành một trong những ứng dụng quan trọng trong cuộc sống Robot đã dần dần thay thế con người làm những công việc từ đơn giản đến những việc đòi hỏi sự chính xác cao Tầm quan trọng của robot đối với cuộc sống của loài người và khả năng chinh phục thiên nhiên đã dẫn tới sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ này

Mobile robot là loại robot được sử dụng phổ biến trong các nghành công nghiệp hiện nay để chuyên chở hàng hóa, vật liệu một cách nhanh chóng chính xác theo một quỹ đạo đã được vạch sẵn Tùy từng mục đích sử dụng mà chúng có các loại khác nhau : loại xe đẩy , xe kéo ,… và kích cỡ ,công suất cũng khác nhau Tuy nhiên chúng đều có 1 kết cấu giống nhau khác đơn giản

1.2 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế

Trong các nhà xưởng, người công nhân bị gò bó bởi năng suất lao động, vì vậy mobile robot là một giải pháp nhằm cung cấp nguyên liệu từ nhà kho đến tay người công nhân, giúp giảm nhân công, tăng năng suất Tùy theo loại nguyên liệu có đặc thù, khối lượng, kích thước khác nhau mà khi thiết kế người ta căn cứ vào đó và đưa

Kết quả của nhóm là một robot tự động có khả năng di chuyển theo một đường đã định sẵn Việc di chuyển của robot sẽ được lập trình sẵn

Đề tài thiết kế và chế tạo robot dò đường tự động chủ yếu giúp cho sinh

viên làm quen với việc sử dụng vi điều khiển, kĩ năng lập trình, phương pháp tự

thập dữ liệu từ các cảm biến sensor, điều khiển động cơ, hiển thị trạng thái hoạt

động của hệ thống và các mạch phụ trợ khác

1.3 Thông số kỹ thuật và mô hình chức năng

Cấu trúc mobile robot:

 Điều khiển hoạt động của xe

 Hệ thống dò đường gồm 6 cặp led hồng ngoại

yêu cầu:

 Hệ thống phải có khối nguồn 12v được cung cấp ổn định để có thế hoạt động trong một khoảng thời gian cho phép tối đa là 2h đồng hồ.khi phải thay nguồn

mới hoặc nạp năng lượng cho robot phải được thay thế nhanh chóng và dễ dàng

 Hệ thống có khả năng nhận được tín hiệu báo nhận đường đi

 Đường đã được kẻ ạch sẵn với chiều rộng là 25mm

 Sử dụng động cơ DC 12v

 Hoạt động ở nơi không có ánh sáng hồng ngoại

 Có thể đi được các đoạn đường quanh co

 Bộ điều khiển được gắn trực tiếp trên xe

1.4 Ứng dụng của mobile robot

- Robot có thể làm việc trong môi trường độc hại

- Robot được di chuyển theo các theo vạch mầu đã được thiết kế sẵn dưới nề nhà xưởng đển các vị trí yêu cầu thực hiện các thao tác tiếp theo

Hình 1.1: Hình ảnh minh họa robot đưa thức ăn

1.5 Xu hướng phát triển của mobile robot

Mobile robot không chỉ hoạt động dưa trên vạch mầu có sẵn trên nền xưởng nếu gặp vật cản có thể :

- Tự tránh vật cản trên đường đi

- Phát tín hiệu báo động dưa vào chuông hoặc còi hú

Hình 1.2: Hình ảnh minh họa robot

1.6 Kết luận

Từ sơ đồ kết nối và các thông số dự kiến ta đi xây dựng giải thuật điều khiển và thiết kế từng module theo kết cấu đã hoạch định

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ2.1 Thiết kế sơ bộ hệ thống cơ khí

- (w): công suất động cơ cho phép có ghi trên nhãn động cơ (về mặt điện học thì

, ở đây ta ko đề cập tới điện)

-F(N): lực để đẩy toàn bộ xe chạy

-W(J):Công thực hiện

-S(m): Quãng đường chạy

-v(m/s): vận tốc tối đa đạt được ứng với công suất và khối lượng

Định nghĩa cơ bản: Công suất là lượng công(J) thực hiện trong 1s

.Vậy trong 1s, công thực hiện được là:

trong 1s, muốn xe có thể chạy thì:

Khối lượng của xe là 1kg , chọn vận tốc xe la (0,2 m/s)

>> công suất của động cơ : (

+ Nhiệm vụ : Nhận năng lượng từ bộ điều khiển , truyền chuyển động cho 2 bánh sau thông qua bộ giảm tốc đã được tích hợp sẵn trên động cơ

+ Chủng loại : Động cơ giam tốc 5 - 12v

+ Số lượng : 2

Hình 2.2 - Động cơ giảm tốc 5 – 12V

2.3 Thiết kế các chi tiết cơ khí

Vật liệu làm xe là nhựa bk dày 2mm

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

- Hệ thống dò đường gồm 2 cặp led hồng ngoại

3.1.2 Lựa chọn linh kiện

-LED thu hồng ngoại:

Hình 3.1 LED thu hồng ngoại

Cũng tương tự quang trở là điện trở suất của nó giảm xuống rất nhanh khi có tia hồng ngoại chiếu vào

Hình 3.2- Mạch nguyên lý LED thu hồng ngoại

Có thể coi là những biến trở, giá trị điện trở sẽ thay đổi khi có những điều kiện ảnh hướng tới điện trở suất thay đổi,Vì thế phương pháp sử dụng 2 loại cảm biến này trong thực tế là mắc nối tiếp nó với một điện trở khác để tạo thành mạch phân áp

Từ mạch trên ta thấy, điện áp tại điểm Out sẽ bằng:

( ) [2.1]

- là điện trở của Phôt Diode , là quang trở hay là led hồng ngoại

- Trong biểu thức ta thấy và R không đổi còn sẽ thay đổi theo cường độ ánh sáng hay cường độ tia hồng ngoại chiếu vào nó nên => sẽ thay đổi theo, từ đấy ta đọc ADC và được kết quả để xử lý

- Vi điều khiển PIC 16F886

Hình 3.3- hình ảnh IC

- PIC hỗ trợ lập trình trên ngôn ngữ C

-PIC hỗ trợ nhiều modul phần cứng nhưng ADC, PWM, RS232, USB, SPI, I2C

3.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý

3.2.1.Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Hình 3.5- hình ảnh sơ đồ nguyên lý khối nguồn

3.2.1.Sơ đồ nguyên lý phần cảm biến

Hình 3.6- Sơ đồ khối cảm biến

Hình 3.7- Sơ đồ khối cảm biến mô phỏng

Khối hồng ngoại sẽ kiểm tra đường và định hướng từ đó gửi tín hiệu về vi điều khiển

để điều khiển hướng cho xe

Bảng 3.1 : Bảng tổng hợp linh kiện điện tử

CHƯƠNG 4 : MÔ PỎNG VÀ THI CÔNG SẢN PHẨM

4.1 Giới thiệ pần mềm mô phỏng

4.1.1 giới thiệu về phần mềm mô phỏng proteus 8

Trong lĩnh vực khoa học công nghệ ngày càng phát triển không ngừng ngành tin học nói chung đã có mặt hầu như trong tất cả các ngành nghề từ đơn giản đến phức tạp Công nghệ tin học đã giúp ích không nhỏ vào công việc giảng dạy và mang lại nhiều kết quả không nhỏ Proteus VSM (Virtual Simulation Microprocessor) là chương trình tạo và chạy các mạch điện ,các mạch có vi xử lý và mô phỏng quá trình làm việc của mạch nguyên lý, giúp cho người học điện tử hình dung trực quan hơn vào thực tế của các linh kiện điện tử Phần mềm Proteus VSM được viết bởi công ty Labcenter Electronics Proteus đã được sử dụng khá rộng rãi trên 35 quốc gia Proteus đã tự khẳng định thế mạnh của nó về mô phỏng các mạch nguyên lý sát với thực tế, trên 12 năm càng ngày nó càng được hoàn thiện và phát triển mạnh Protesu cung cấp cho người sử dụng hầu như toàn bộ các linh kiện điện tử để người dùng có thể tạo ra được các mạch nguyên lý và sau cùng là chạy thử và so sánh với kết quả thực tế Chính vì Proteus có thể tạo và chạy được các mạch đơn giản cũng như các mạch phức tạp nên

có thể dùng nó trong giảng dạy, trong các phòng thí nhiệm điện tử cũng như trong thực hành vi xử lý … Phần mềm Proteus chạy trong môi trường Window 32 bit , yêu

cầu của nó về phần cứng cũng đơn giản CPU 300MHz trở lên

Phần mềm Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, … Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in

Khởi động chương trình :

Start > All Program > Proteus 8 Professional > Proteus 8 Professional

Cửa sổ chương trình sau khi khởi động:

Hình 4.1 : hình ảnh giao diện làm việc của proteus 8

Sử dụng các thanh công cụ :

Hình 4.2 : hình ảnh các thanh công cụ trong phần mềm

Cửa sổ lấy linh kiện :

Hình 4.3 : hình ảnh hướng dẫn lấy linh kiện trong phần mềm

Sơ đồ mạch nguồn :

Hình 4.4 : hình ảnh sơ đồ mạch nguồn trong mô phỏng

Hình 4.7: Hình ảnh mạch điều khiển

Hình 4.8: Hình ảnh bộ phận cảm biến

- Gắn 2 bánh răng vào động cơ

Hình 4.11: Hình ảnh lắp ghép đông cơ với bánh xe

- Lắp động cơ, bánh xe , bánh dẫn hướng vào thân xe

Hình 4.12: Hình ảnh lắp ghép đông cơ với thân xe

- Sau khi lắp xong động cơ lên thân xe ta tiếp tục lắp bộ phận cảm biến và mạch điều khiển lên robot

Hình 4.13: Hình ảnh lắp ghép modul cảm biến

4.2 Kết luận

Sau khi hoàn thành và chạy thử nghiệm Robot đã chạy theo đúng yêu cầu của đường đi là đi theo vạch đen nền trắng Tuy nghiên vẫn còn một số hạn chế sau : + Còn thiếu ổn định khi chịu tác động của ánh sáng hồng ngoại bên ngoài

+ Chưa thực hiện được bài toán là đi được theo góc cua gấp và điều hướng

Tài liệu tham khảo

[1] Giáo trình vi điều khiển- vi xử lý 2012 _ Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

[2] Giáo trình Hệ thống nhúng, BM Tin học công nghiệp ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên,2014

[2] Giáo trình cảm biến, Phan Quốc Phô – Nguyễn Đức Chiến, Đại Học Bách Khoa

Phụ Lục

CODE CHƯƠNG TRÌNH VI XỬ LÝ :

#include <line fllw robot.h>

//noi khai bao cac ct con

if(ss1==0 && ss2==0 && ss3==1 && ss4==1 && ss5==0 && ss6==0)//

110011 truong hop nay xe di thang

else if(ss1==0 && ss2==0 && ss3==1 && ss4==0 && ss5==0 &&

ss6==0||ss1==0 && ss2==1 && ss3==1 && ss4==0 && ss5==0 &&

ss6==0||ss1==0 && ss2==1 && ss3==1 && ss4==1 && ss5==0 && ss6==0

||ss1==0 && ss2==1 && ss3==0 && ss4==0 && ss5==0 && ss6==0)

{

right_duty = 400-100;

left_duty = 400;

i=1;

}

//111000||110000||100000||101000

else if(ss1==1 && ss2==1 && ss3==1 && ss4==0 && ss5==0 &&

ss6==0||ss1==1 && ss2==1 && ss3==0 && ss4==0 && ss5==0 &&

ss6==0||ss1==1 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==0 && ss5==0 && ss6==0) {

else if(ss1==0 && ss2==0 && ss3==1 && ss4==1 && ss5==1 &&

ss6==0||ss1==0 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==1 && ss5==0 &&

ss6==0||ss1==0 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==0 && ss5==1 &&

ss6==0||ss1==0 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==1 && ss5==1 && ss6==0) {

else if(ss1==0 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==0 && ss5==1 &&

ss6==1||ss1==0 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==1 && ss5==1 &&

ss6==1||ss1==0 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==1 && ss5==0 &&

ss6==1||ss1==0 && ss2==0 && ss3==0 && ss4==0 && ss5==0 && ss6==1) {