đồ án mô hình xe robot

Theo viện nghiên cứu của Hoa Kỳ thì robot được định nghĩa như sau: “Robot là một tay máy có nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng di chuyển nguyên vật liệu, c

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay robot đã không còn gì

xa lạ với tất cả mọi người nữa Robot xuất hiện ở mọi lĩnh vực đời sống con người, từ những việc trong ra đình như quét dọn giúp việc, đến những công việc trong các ngành công nghiệp Nhất là trong các ngành công nghiệp điện tử robot đang dần dần thay thế con người Vì thế để hiểu rõ hơn về robot và ôn lại những kiến thức đã được trang bị trong nhà trường nên chúng

em đã chọn đề tài “Mô hình xe robot”.Mô hình của chúng em

gồm 2 phần là phần xe di chuyển và phần cánh tay robot,

chúng tạo lên 1 một mô hình di chuyển gắp đồ vật

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Tùng Lâm và các thầy cô trong khoa điện Chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đồ án do kiến thức hiểu biết còn hạn hẹp cũng như chúng em chưa có nhiều điều kiện khảo sát thực tế nhiều, thời gian làm đồ án không dài do vậy đồ án của chúng em cũng không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong thầy cô và các bạn đóng góp và

bổ sung ý kiến để đồ án của chúng em thêm hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cám ơn!

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ ROBOT

1 Lịch sử phát triển của Robot:

Robot có nhiều ứng dụng trong cuộc sống như: thăm dò chinh phục vũ trụ, hỗ trợ thầy thuốc chẩn đoán bệnh, giúp đỡ người khuyết tật, vận chuyển đồ vật Robot được nghiên cứu vàphát triển qua các thời kỳ sau

Sự phát triển của robot

Năm 320 Trước Công nguyên

Triết gia Hy Lạp Aristotle có câu nói nổi tiếng: "Nếu mỗi

công cụ khi được ra lệnh, hoặc thậm chí tự hoạt động theo cách riêng của mình thì tương lai sẽ không còn tồn tại nô lệ cho các lãnh chúa".

vỗ cánh và thậm chí nuốt thức ăn

Từ năm 1913

Tại nhà máy sản xuất xe hơi của mình, Henry Ford lắp đặt thành công dây chuyền lắp ráp đai an toàn đầu tiên trên thế giới Một mô hình T được lắp ráp trong 93 phút

Từ năm 1920

Karel Capek đặt ra thuật ngữ "robot" để mô tả các máy có

hình dạng tương tự như con người trong vở kịch của ông:

Rossums Universal Robots Vở kịch nói về việc loài người trở thành nô lệ của các robot đã từng phục vụ cho họ

Hiện nay ý tưởng này đã trở thành một chủ đề phổ biến trong

văn học, phim ảnh như: Frankenstein, Terminator (Kẻ hủy diệt),

The Matrix (Ma trận)…

nhiên Do vậy cũng có rất nhiều khái niệm, cũng như định nghĩa về robot

Theo viện nghiên cứu của Hoa Kỳ thì robot được định

nghĩa như sau:

“Robot là một tay máy có nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng di chuyển

nguyên vật liệu, chi tiết máy, dụng cụ hoặc dung cho

những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau” Còn theo giáo sư Masahioo (viện công nghệ Tokyo) thì robot công nghiệp phải có đặc điểm sau:

+ Có khả năng thay đổi chuyển động

+ Có khả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ)

+ Có tính vạn năng

+ Có những đặc điểm của người

Nói chung có rất nhiều định nghĩa về robot, tuy nhiên

có một sự thống nhất trong tất cả các định nghĩa là đặc điểm “điều khiển theo chương trình”

3 Phân loại:

Người ta phân biệt dựa vào các yếu tố chính sau:

+ Theo dạng hình học của không gian hoạt động

Robot thế hệ này bao gồm các robot sử dụng các cảm biến trong điều khiển cho phép tạo được những vòng điều khiển kín kiểu servo.

• Robot thế hệ thứ ba

Đây là dạng phát triển cao nhất của robot Các robot được trang bị các thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghi theo những thông tin và môi trường tác động lên robot -> robot tự biết làm và hoàn thành công việc cho trước Robot thế hệ này bao gồm các hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển (vision-controlled robots) cho phép nhìn và nhận dạng các đối tượng thao tác

• Robot thế hệ thứ tư

Bao gồm các robot sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi (adaptively controlled robots) có khả năng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mô hình tính toán xác định nhằm tạo ra những ứng xử phù hợp với điều khiển của môi trường thao tác

• Robot thế hệ thứ năm

Là những robot được trang bị trí tuệ nhân tạo

(artificially intelligent robots)

Để thống nhất trong các cách gọi, thuật ngữ robot và tay máy được xem là một

4 Tình hình phát triển robot thế giới:

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanhgóp phần nâng cao năng suất lao động Đặc biệt là sự ra đời và sự phát triển của công nghệ chế tạo robot nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân tay của người lao động

Đối với các nước ngoài, tự động hóa xuất hiện khá sớm, và đạt được nhiều thành tựu rất to lớn:

+ Robot công nghiệp:

+ Thám hiểm không gian:

Công nghệ cơ-điện tử đã trở thành một trong những ngành mũi nhọn của nhiều nước trên thế giới, với sự phát triển không ngừng của công nghệ bán bẫn, công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo và cơ khí chính xác, robot

không còn là một cỗ máy vô tri, mà nó bắt đầu cũng có cảm xúc, suy nghĩ và hành động như một sinh vật Những thế hệ robot gần giống con người được các hãng ASIMO, MITSUBISHI, SONY, HONDA, cho ra đời chứng tỏ sự phát triển và tương lai của ngành cơ-điện tử là rất mạnh mẽ

PHẦN II: MÔ HÌNH XE ROBOT

+ Phần khung trên: rộng 22cm dài 40cm

+ Phần khung dưới: rộng 22cm dài 22cm

Mặt trên của mô hình được gắn cố định băng 1 tấm meka dài 40cm và rộng 22cm

Khoảng cách giữa 2 phần trên và dưới là 19cm

+Hàng trên và hàng dưới cách nhau 8cm.

Cấu tạo của xích xe mô hình gồm 2 nhông xe máy được hàn

cố định song song với nhau bằng 1 trục ở giữa, chúng cách

nhau 2 cm, 1 đầu trục được cố định bởi 1 vòng bi tròn Vòng bi này được hàn cố định vào khung xe mô hình

- Khoảng cách từ xích xe tới vòng bi là 1cm

- Xích xe được làm từ xích xe máy loại KMC 428 vàn KMC 420

- Chiều dài của xích là 90 cm

- mỗi bên xe dùng 2 hàng xích

Một số hình ảnh của khung xe mô hình :

2.2 Cánh tay robot 2.2.1 Mục đích và yêu cầu của mô hình cánh tay robot

Trước việc robot đang dần dần tiến vào sâu hơn đời sống của con người nhất là trong các ngành công nghiệp sản xuất tự động hóa làm việc trong các môi trường độc hại Và robot đã vàđang dần thay thế con người trong các ngành sản xuất điện tử Chính vì lý do này mà tầm quan trọng của việc hiểu biết rõ hơn

về các loại robot là vấn đề cần thiết trước lúc ra trường của sinhviên chúng em Chúng em dưới sự chỉ dẫn của các thầy cô trongkhoa và nhà trường đặc biệt là thầy Phạm Tùng Lâm đã tạo lên

mô hình xe và cánh tay robot công nghiệp ABB để hiểu rõ hơn

về robot Với mô hình hoạt động như thế nào phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

- Đảm bảo trong quá trình hoạt động một cách chính xác và liêntục

- Độ tin cậy cao

- Đảm bảo làm việc ổn định lâu dài

2.2.2 Cấu tạo cánh tay robot

Cánh tay robot được làm bằng hợp kim nhôm, bao gồm:

• 6 khớp tay, 1 khớp gắp, 7 động cơ servo và 1 công tắc hành trình

• Chiều dài khi kéo thẳng là 60cm

• Chiều rộng lớn nhất là 15cm, hẹp nhất là 3cm

• Trọng lượng 2kg

Cánh tay có thể quay 180˚, tải trọng tối đa 100gram Cánh tay có thể điều khiển linh hoạt thông qua mạch điều khiểnarduino mega 2560

Hình ảnh cánh tay robot

2.2.3 Tay gắp

Mô tả tay gắp

gắp được làm bằng hợp kim nhôm nên bền và rất chắc

sự dụng nhiều nhất trên thị trường

Thông số kỹ thuật

Chất liệu hợp kim nhôm

Trọng lượng 60g (không bao gồm servo)

Khoảng cách góc mở tối đa giữ 2 khớp gắp là 60cm

Chiều dài tổng thể là 118mm (khi tay khép)

Chiều rông lớn nhất Là 107mm (khi tay mở tối đa)

Chiều rộng nhỏ nhất là 55mm (khi tay đóng)

- Động cơ RC (Radio Control) Servo đầu tiên được thiết kế

để sử dụng trong điều khiển máy bay hoặc xe hơi Về sau,động cơ này được sử dụng phổ biến như là các cơ cấu chấp hành được điều khiển bằng vi xử lý, vừa nhỏ gọn, vừa tiết kiệm năng lượng lại giá thành rẻ tiện lợi cho việc nghiên cứu mô hình cho sinh viên chúng em

- Động cơ RC Servo có momen xoắn cao so với kích thước của nó, có thể cho vị trí góc chính xác bằng cách cung cấp xung theo phương thức điều biến độ rộng xung (PWM); độ rộng của xung sẽ quyết định vị trí góc của trục động cơ

- Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứkhông phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo RC quay liên tục nhưng công dụng

chính của động cơ servo là đạt được góc

này có thể ứng dụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng…

- Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếpvòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay

bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận

được.Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín.Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển.Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kỳ

lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và

xe hơi Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô

tuyến được gọi là động cơ servo R/C (radio-controlled) Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyếntrên máy bay hay xe hơi Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn thế Ta có thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lý hay thậm chí một mạch điện tử đơn giản dùng IC 555.Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe

hơi Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc

vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C (radio-controlled) Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyếntrên máy bay hay xe hơi Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn thế Ta có thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lý hay thậm chí một mạch điện tử đơn giản dùng IC 555

Chính vì những ưu điểm như vậy lên chúng em chọn động

cơ SERVO làm động cơ điều khiển cho mô hình cánh tay robot

Động cơ servo

2.3 Mạch điểu khiển và mạch giao tiếp

Toàn bộ mô hình xe robot gồm những module chính sau:

- Module điều khiển chính: Arduino mega 2560

- Module điều khiển động cơ: Module relay 4 kênh

- Module nhận tín hiệu điều khiển: Bộ tay cầm PS2 không dây

- Module hiển thị: Module LCD I2C + LCD 20x4

- Module nguồn: Module hạ áp 5VDC công suất 50W

- Động cơ tải chính: gồm 2 động cơ giảm tốc 1 chiều 12V công suất 50W/1 động cơ

- Công tắc bật tắt nguồn, công tắc hành trình

hỗ trợ cho người lập trình vi điều khiển, đơn giản chỉ việc kết nối

nó với máy tính bằng cable USB là có thể bắt đầu học tập MachArduino 2560 sử dụng tương thích với phần lớn các Shield của Arduino UNO;

Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trênchip ATmega2560 Bao gồm:

54 chân digital (trong đó có 15 chân có thể được sủ dụng như những chân PWM là từ chân số 2 → 13 và chân 44 45 46)

CỔNG SERIAL CHÂN RX CHÂN TX

2.3.2 Module relay 4 kênh

Mạch Relay 4 Kênh 5V-220V/10A được dùng: để đóng/ngắt điện áp tối đa 220V/10A Mạch gồm 4 Relay 5V-220V/10A

Màn hinh LCD này có tính phổ biến cao, tính ứng dụng cao,

và màn hình này dùng để hiện thị các chị số điệu khiển động cơ

đóng nối điều khiển nối tiếp

2.4 Bộ điều khiển không dây PlayStation PS3

Robot điều khiển bằng tay hoạt động bằng cách nhận tínhiệu từ người điều khiển thông qua bộ điều khiển cầm tay còngọi là tay game Mỗi nút trên tay game được nhấn thì robot sẽhoạt động theo một chức năng được lập trình cụ thể cho nútnhấn đó Để điều khiển một động cơ chạy theo chiều thuận vànghịch thì cần phải có hai nút nhấn như vậy số nút nhấn trêntay game sẽ gấp đôi số động cơ có trên robot Mà mỗi nút nhấnnày lại được nối với một chân của vi điều khiển, do đó sẽ mấtrất nhiều chân sử dụng cho tay game Công nghệ mới ngàycàng được sử dụng nhiều trong chế tạo robot, vì vậy bộ điềukhiển cho robot bằng tay cũng không dừng lại ở đó Hiện nay,các bộ điều khiển tự chế đã được thay thế bằng tay game củamáy PlayStation 2 đây là một sản phẩm giải trí của hãng Sony,

tay game này sử dụng chuẩn giao tiếp SPI (serial peripheral

interface), có tổng cộng là 16 nút nhấn và 2 núm xoay analog.Việc sử dụng tay game sẵn có này giải quyết được những vấn

đề thường gặp ở tay game cũ mà chỉ mất 4 chân kết nối với viđiều khiển

Sơ đồ kết nối giữa PlayStation và arduino UNO

– Dây màu Xanh Lá

– Dây màu Đen ( Dây phản hồi tín hiệu )

– Dây Màu Trắng ( Dây phản hồi tín hiệu )

đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay

trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt mạch điện cho động cơ servo ngắt để không làm họng tay gắp

Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)

2.7 Công tắc bập bênh

Hình ảnh

Có 2 công tắc trong mô hình bao gồm một đóng ngắn nguồn bánh xe và một đóng ngắt cho mạch điều khiển

2.8 Cầu đấu 200A-4P

Cầu đầu nối cáp dây điện dùng để đấu nối các đầu cấp nguồn với nhau trong bảng mạch, tiếp điểm đúc bằng đồng mạ hợp kim, 4 cực, 30A, kích thước : 5 x 2,5 x 2mm

Cầu nối 4p

2.9 Nguồn điện

2.9.2 Pin Li-ion (Lithium-lon)

Pin Lithium-ion là loại pin được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị như điện thoại di động, máy tính xách tay, xe điện,

… Trên mô hình, pin dùng để cấp nguồn cho toàn bộ mạch điều khiển và cánh tay gắp

Hình ảnh

Đặc điểm kỹ thuật:

Điện áp đầu vào: DC12 / 24V (8-35V)

Điện áp đầu ra: 5V

Công suất đầu ra: 50W

PS2 WIRELESS

MODULE RELAY 4 KÊNH

7X RC SERVO (ARM)

MÀN HÌNH LCD 20X4

12V DC

PIN CELL

HẠ ÁP

5V DC

2 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển

PHẦN 4: PHỤ LỤC

1.Hình ảnh mô hình thực tế

// chèn ảnh mô hình vào đây

2.Code mạch điều khiển Arduino

// PS2 Arduino controler Robot Tank

#include <PS2X_lib.h> //for v1.6

// dinh nghia chan ket noi tay ps2

#define PS2_DAT 13 // di

#define PS2_CMD 12 // do

#define PS2_SEL 11 // cs

#define PS2_CLK 10 // clk

// dinh nghia che do

#define pressures false

#define rumble false

PS2X ps2x; // create PS2 Controller Class

int error = 0;

byte type = 0;

byte vibrate = 0;

2X DC MOTOR 12V DC

ẮC QUY