điều khiển mobile robot dùng cảm biến gia tốc

Với đề tài điều khiển mobile robot bằng cảm biến gia tốc, chúng em muốn nghiên cứu và ứng dụng điều khiển chuyển động để điều khiển rô bốt thay cho cách điều khiển thông thường bằng nút

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa hoc kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra khá toàn diện Trước tình hình

đó nhiều thách thức cũng được đặt ra

Với sự phát triển về khoa học kỹ thuật ngày càng cao, một đất nước muốn phát triển phải đáp ứng được nền khoa học tiên tiến trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay Việc áp dụng những công nghệ mới, tinh tiến vào đời sống vô cùng quan trọng Với đề tài điều khiển mobile robot bằng cảm biến gia tốc, chúng em muốn nghiên cứu và ứng dụng điều khiển chuyển động để điều khiển rô bốt thay cho cách điều khiển thông thường bằng nút bấm, hướng đến mục tiêu là điều khiển các máy móc khác một cách dể dàng hơn, than thiện với người sử dụng Ngoài ra còn ứng dụng cảm biến gia tốc vào các lĩnh vực cụ thể như ô tô, điện thoại thông minh, nhà thông minh, điều khiển 3D, ,

Mặc dù chúng em đã rất cố gắng hoàn thành bài báo cáo này đúng thời hạn, nên thiếu sót là điều không thể tránh khỏi, mong quí thầy cô thông cảm Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của quí thầy cô để bài báo cáo của chúng

em ngày càng hoàn thiện hơn

Cuối cùng chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cô !

Nhóm sinh viên thực hiện:

Trần Quan Minh

Nguyễn Phước Lộc

LỜI CẢM ƠN

Với kiến thức được thầy cô trang bị trong thời gian học tập tại trường cùng với khoảng thời gian miệt mài nghiên cứu thiết kế phát triển bài tập lớn chúng em

đã hoàn thành theo đúng quy định

Để làm được điều đó chúng em xin chân thành cảm ơn cô ……… người đã luôn theo dõi và chỉ bảo tận tình chúng em trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp Cô đã hướng dẫn tận tình và truyền đạt lại nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu giúp chúng em hoàn thành đề tài này Bên cạnh đó chúng em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử cũng như trong nhà trường đã hướng dẫn tận tình và dạy dỗ truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt những năm học vừa qua Và cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp chúng em hoàn thành đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.HCM, ngày…tháng 06 năm 2013

Chữ ký của GVHD

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Cao Thắng, ngày…tháng 06 năm 2013

Chữ ký của GVPB

MỤC LỤC

CHƯƠNG I:

TÌM HIỂU CHUNG

I MOBILE ROBOT:

Robot tự hành (Mobile Robot) là một thành phần có vai trò quan trọng trong nghành robot học Cùng với sự phát triển mạnh mẻ của các hệ thống cơ – điện tử, robot tự hành ngày một hoàn thiện và ngày càng cho thấy lợi ích của nó trong công nghiệp và sinh hoạt

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao nâng suất lao động Đặc biệt là sự ra đời và 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

Mobile Robot được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống Tiềm năng ứng dụng của robot tự hành hết sức rộng lớn Có thể kể đến robot vận chuyển vật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay và thư viện; robot phục vụ quét dọn đường phố, khoang chân không; robot kiểm tra trong môi trường nguy hiểm; robot canh gác, do thám; robot khám phá không gian, di chuyển trên hành tinh; robot hàn, sơn trong nhà máy; robot xe lăn phục vụ người khuyết tật; robot phục vụ sinh hoạt gia đình v.v

Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao, nhưng những hạn chế chưa giải quyết được của robot tự hành, như chi phí chế tạo cao, đã không cho phép chúng được sử dụng rộng rãi Một nhược điểm khác của robot tự hành phải kể đến là còn thiếu tính linh hoạt

và thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau

a. Giới thiệu chung về Mobile Robot:

 Khái Niệm:

Robot tự hành hay robot di động (Mobile Robot) được định nghĩa là một loại xe robot có khả năng tự dịch chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới sự điều khiển tự động để thực hiện thành công công việc được giao.Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot tự hành có thể là đất, nước, không khí,không gian

vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi lồi lõm

a) Robot Nomad 150 b) Sự kết hợp giữa robot tự hành Nomadic XR4000 và cánh tay robot PUMA 560 c) Robot “con rùa” d) Robot Houdini di chuyển bằng

bánh xích e) Robot bán tự động nghiên cứu ở vùng cực bắc

Một số hình ảnh Mobile Robot được ứng dụng trong cuộc sống:

b. Cấu trúc chung của Mobile Robot:

• Cảm biến:

Cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng lại với những kích thích và các tín hiệu Đây là thiết bị vô cùng quan trọng để robot có thể nhận biết được chính mình và thế giới bên ngoài Chúng ta phải cần nghiên cứu rõ hơn về vấn đề này, để giúp cho robot trở lên càng ngày thông minh hơn Cảm biến cũng là một bộ phận được ví như mắt của robot, có nhiều loại cảm

MCU

POWER SUPPLY

ACTUATOR CONTROLER

DISPLAY SENSOR

biến như là cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm, cảm biến hình ảnh,cảm biến gia tốc góc…

• Cơ cấu vận hành:

Là một bộ phận dùng để thực hiện mọi cử động của robot như là động cơ, tay máy…

• Bộ xử lý:

Bộ não điều khiển mọi hoạt động tương tác của robot, bộ vi xử lí có thể dùng nhiều loại chip vi xử lí khác nhau, điển hình hiện nay thường là các loại chip họ 89MC, PIC, AVR,…

II RC SERVO

1. Cấu tạo:

1, Động cơ

2, Bảng điện tử

3, Dây điện nguồn (Đỏ)

4, Dây tín hiệu (màu vàng hoặc trắng)

5, Dây mát 0v (Đen)

6, Biến trở tinh chỉnh

7, Bánh răng

8, Servo Attachment Horn/Wheel/Arm 9,Vỏ servo 10, IC tích hợp

Hình 14: một động cơ servo

R/C kích thước chuẩn

Hình 15: Bên trong của một động

cơ servo R/C Servo bao gồm một động cơ,một chuỗi các bánh răng giảm tốc, một mạch điều khiển và một vôn kế.

2. Nguyên lý hoạt động:

Động cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín.Cả mạch điều khiển và động cơ đều được cấp nguồn DC (thường từ 4.8 – 7.2 V)

Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển Tín hiệu này khởi động động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục ra của servo.Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo R/C quay liên tục,

CHƯƠNG II:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

I MÔ HÌNH:

1. Thiết kế:

Chúng em đã dùng phần mềm Solidworks để thiết kế phần cơ khí

Sử dụng một động cơ RC Servo để điều khiển cơ cấu bẻ lái phía trước( trái – phải ).Cơ cấu bẻ lái phía trước có ưu điểm là dễ điều khiển, chuyển hướng dễ dàng khi đang di chuyển

Sử dụng động cơ DC để điều kiển tiến, lùi của xe

Hình : Thiết kế mô hình robot

2. Chế tạo

a. Chế tạo chi tiết:

Chúng em tận dụng cơ cấu bẻ lái phía trước trong các xe đồ chơi, sau

đó gắn RC servo vào để điều khiển

Do không thể lắp trực tiếp động cơ RC lên trên sàn xe nên chúng em làm một cái bệ để nâng động cơ RC lên, sau đó cố định động cơ RC với bệ nâng và cố định bệ nâng với thân xe

Phần cơ cấu bẻ lái dùng RC Servo

Sàn xe cần được gia cố vì sàn xe được tận dụng làm bằng nhựa, nên khi để các acquy và các bord mạch lên trên, sàn xe có hiện tượng bị cong, lắp phần nắp xe và các thiết bị khác

Dùng nhôm để gia cố lại khung, sàn xe

Cần phải cách li các bord mạch với nguồn diện tránh hiện tượng gây chập điện dẩn đến cháy nổ làm hổn mạch diều kiển nên chúng em sử dụng mica để cách điện

Sử dụng mica làm thêm một tần nửa bên trong thân xe, để tận dụng khoảng không phía trên acquy và phía sau xe làm nơi để các bord mạch điều khiển

Để cố định các acquy xuống sàn xe tránh hiện tượng dịch chuyển qua lại và lên xuống, gây chập điện nên chúng em sử dụng mica, làm thành cái hộc để các acquy và tận phần mica làm tần trên để các bord mạch là phần nấp cho hộc để acquy

- Động cơ được cố định bằng dây gút hoặc cổ dê ( hay dùng để siết van thủy lực)

Do sử dụng lại cơ cấu giảm sốc của xe nên phần động cơ không thể cố định lên trên sàn xe mà phải nằm tách biệt Do đó chúng em chúng em làm một cái bệ riêng để đặt động cơ chỉ phép di chuyển lên, xuống nhưng không

di chuyển tới, lui Di chuyển lên, xuống được giới hạn bởi tần trên là tấm mica để các bord mạch, di chuyển tới lui được khống chế bởi các thanh rây thẳng đứng, dùng để định hướng di chuyển lên, xuống của phần bệ máy, tương thích với chiều của phần giảm sốc

- Dùng tán, bu long, đai ốc để lắp ráp robot

CHƯƠNG III:

KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG

PHÁT TRIỂN

I KẾT QUẢ

- Chế tạo hoàn tất mô hình và bộ điều khiển sử dụng cảm biến gia tốc

- Mô hình nhỏ gọn, có thể phát triển thêm

- Mô hình chạy ổn định

Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế:

- Vì sử dụng ắc qui nên khối lượng rô bốt nặng, thời gian hoạt động thấp

- Cơ cấu cơ khí còn phụ thuộc vào sản phẩm đã được sản xuất

Cách khắc phục hạn chế:

- Sử dụng pin lithium sẽ giảm bớt tải trọng, tang thời lượng hoạt động cho robot

- Thiết kế bộ giảm sốc mới có hiệu quả hơn

Từ mô hình này, có thể phát triển đề tài theo hướng sau : Tích hợp camera

để giám sát, sử dụng một cảm biến gia tốc trên robot truyền dữ liệu về máy tính để nhận biết môi trường xung quanh, gắn la bàn điện tử để nhận biết hướng di chuyển, tất cả tạo nên một hê thống điều khiển thực tế ảo