Robot tự hành tránh vật cản

Các vấn dé trên được tiến hành thực hiện bằng mô hình hoá Robot tự hành ưánh vật cản, sử dụng vi điểu khiển ho 8051, cụ thể là vi điều khiển 89C52, sử dụng phương pháp phátthu bức xạ hồn

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP BẠI HỌC CHUYÊN NGHANH CO - TIN KY THUAT

ooOao

ROBOT TỰ HÀNH TRANH VAT CAN

+ TS NGUYEN VAN GIÁP

KS VUGNG NGOC DUNG

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO CÔNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc

Khoa cơ Tin feo oe 9 ấp tt St ĐÁ ẤP

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

{Chủ ý : Sinh viên phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết mình)

3- Ngày giao nhiệm vụ ĐỒ ấn: me 3 e2 Af Boe Ban

d- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : .~ -—-

Phân hướng dẫn

S2

5- Họ tên cán bộ hướng dẫn; “

LD cereal ERD Neve a

CHỦ NHIEM KHOA CAN BO HƯỚNG DẪN CHÍNH

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

al

| Ta8, La Yan Git Ding Lp—

BỘ GIÁO DỤC và BÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ĐHDL Kš Thuật Công Nghệ Độc Lập -Tự Do— Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Chú ý : Sinh viên phải dán tờ này vào trang thử nhất của bản thuyết mình)

HO VÀ TÊN -: LAM HUY KIỆT -ò „ „ MSSV 34kcØ#4

3- Ngày giao nhiệm vụ Đồ án:

4- Ngày hoàn thành nhiệm vụ :

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc

Khoa Cơ Khí Tự Động-Robot FEI RE IOIOK

Tp.HCM, Ngay 44 thang 12 năm 2003

PHIẾU NHAN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2- Để tài: Reba Aa ecu thew - :

3- Họ tên cần bộ hướng dẫn : TS Người V Cain KC Vig W 4c “Dig

- Số bắn vẽ vẽ lay: Số bản vẽ trên máy tính: 26

6- Những ưu điểm chính của l Đồ Án Tốt Nghiệp : , z

he An Aoi Unk chà

Mà, Âm de dhe nga -

HÓA tHalE.- he bã Fak

7- Những thiếu xót chính của Đổ Án Tốt Nghiệp :

Đi ckc con ae

toa on Ancece sa} a -

§8- Để nghị: Được bảo vệ X Bổsungthêm để bảo vệ Không được bảo vệ []

9 Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước Hội đẳng :

1 Tah hãy -hhu¿ng ,ủ 4 dưng, thats bee %obot

14 hán Downe whew kack ?

_ vía đốu, luab láa, mal so dacs cam

thang dingy cli xd und, dbosing cách don dev

đòn 1 Uh hụt 244 „0n lbc dua ciation Avan -.-002 bun báo kế ã Hư nn

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc

3- Họ tên cán bộ hướng dẫn : TS Nga Vã Giúp KG Vi, Noo Nag

4- Tổng quát về bản thuyết minh :

Số tài liệu tham khảo nial Phần mềm tính toán on on

Hiện vật (sắn phẩm) veo Gd as

5- Téng quat vé cdc ban vẽ :

- Tổng số bản vẽ : Ob BanAl: - BảnA2: - Khổ khác: Hig

- Số bắn vẽ vẽ tay: Z Số bản vẽ trên máy tính: £6

6- Những ưu điểm chính của Đề Ấn Tốt Nghiệp :

cian oan Winds

-đuaA tan 1s j gion Alas

Gon ca» tha cấu MÀ kh Thế ot ti

7- Những thiếu xót chính của Đồ Án Tốt Nghiệp :

8- Để nghị: Được bảo vệ X Bổ sung thêm để bảo vệ 7 Không được bảo vệ Ũ

19- Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước Hội đồng :

Aw Mi dew Amds -)MA Jes San

Rabu ba J A i faa dey ui bad che

2 “Taam beta - quoi fea 2 & oat ting Lash C80 bein, -

ds uadh “deal shan, ie sử Đụ vé to then, A4 dựa $ Cu = ng ¢

Chương I : TỔNG QUAN VE ROBOT

1.1 - Giới thiệu chung

1.1.1 - Giới thiện chung về roboL

1.1-2 - Robot tự hành

1.1.3 - Robot điều khiển từ xa

1.2 - Phân loại robot Robot tự hành

1.2.1 - Robot tự hành đi chuyển bằng chân

1.2.1 - Robot tự hành đi chuyển bằng bánh xe

1.2.1 - Robot tự hành đi chuyển bằng xích

1.3 - Phân loại robot Robot điều khiển từ xa

1.4 - Một số loai Robot tự hành khác

1.5 - Những ứng dụng điển hình của Robot

1.5.1 - Ứng dụng trong không gian

1.5.2 - Ứng đụng trong nông nghiệp

1.5.3 - Ứng dụng trong sinh hoạt giải trí

1.5.4 - Ứng dụng trong công nghiệp hạt nhân

1.5.5 - Ứng dụng trong y học

L6 - Một số công trình nghiên cứu về Robot tự hành

1.6.1 - Robot đầu tiên giữ thăng bằng

Chương III: THIẾT KẾ CƠ CẤU ROBOT

3.7.2 - Tính công suất và chọn động cơ truyền động

3.8 - Năng lượng cưng cấp cho Robot

Chương IV: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

4.1 - Tổng quan về cắm biến

4.1.1 - Khái niệm về cảm biến

4.1.2 - Giới thiệu các loại cảm biến

4.1.2.1 - Cảm biến siêu âm

4.2.2.5- Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN

4.2.2.6- Chân cho phép chốt địa chỉ ALE

4.2.2.7-Chân truy xuất ngoài EA\

4.2.2.8- Chân Reset 5.2.9- Các ngõ vào bộ dao động XTALL &XTAL2 4.2.2.10- Chân nguồn

4.2.3- Câú trúc Port xuất nhập

4.2.4.2- Vùng RAM định địa chỉ bit

4.2.4.3- Các dãy Bank thanh ghi

4.2.5- Các thanh ghi chức năng đặt biệt SFR

4.2.5.1-Thanh ghỉ trạng thái chương trình PSW

4-2.5.9- Thanh ghi điều khiển nguẫn

4.2.6- Hoạt động của Reset

4.2.7- Hoạt động bộ định thời

4.2.7.1- Mở đầu

4.2.7.2- Thanh ghỉ chế độ định thời TMOD

4.2,7.3- Thanh ghi điều khiển định thời TCON

4.2.7.4- Các chế độ định thời và cỡ tràn

4.2.7.5- Khổi động , dừng và điều khiển các bộ định thời

4.2.7.6 - Khởi động và truy xuất thanh ghi định thời

4.2.8- Hoạt động của Port nối tiếp

4.2.10.3- Tham khảo các lệnh trong tập lệnh

4.2.11- Vĩ điều khién AT89C52

4.3 - Thiết kế mạch công suất

4.3.1-Giới thiệu BA6209

4.3.2 - Giới thiệu một số lĩnh kiện liên quan trong mạch

4.4 - Điều khiển robot từ xa

4.4.1 - Giới thiện điều khiển từ xa đùng sóng vô tuyến

4.4.1.1 - Sơ đồ khối của máy phát sóng đùng vô tuyến

4.4.1.2 - Sơ để khối máy thu sóng dùng vô tuyến 4.4.1.3 - Phân kênh

4.4.2 - So sánh phương pháp điều khiển từ xa dùng sóng vô

tuyến và hông ngoại

4.4.2.1 - Phương pháp điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến 4.4.2.2 - Phương pháp điều khiển từ xa dùng hồng ngoại 4.4.2.3 - Phạm vi ứng dụng

4.4.2.4 - Khả năng thực thi

4.4.2.5 - Kết luận 4.43 - So để nguyên lý của mạch phát-thu hồng ngoại

Chương V : LAP TRINH DIEU KHIEN ROBOT

5.1 - Điều khiển từ xa

5.1.1 - Nguyên lý hoạt động của robot khi được điều khiển từ xa

5.1.2 - Lưu đồ lập trình điều khiển từ xa

5.2 - Robot dò đường

5.2.1 - Đặt vị trí các cảm biến

5.2.2 - Nguyên lý hoạt động của robot tự dò đường đi

5.2.3 - Lưu đồ lập trình điểu khiển Robot tự đò đường di

5.3 - Robot tự tránh vật cẩn

5.3.1 - Nguyên lý hoạt động của robot tự tránh vật cản

5.3.2 - Lưu đổ lập trình điều khiển Robot tự tránh vật cần

Chương VI : TỔNG QUÁT VỀ ROBOT

IV

76

76 T7

LOI GAM ON

Chúng em xin chân thành cám ơn đến tất cA quý thầy,cô trong khoa Cơ - Tin Kỹ

Thuật trường Đại Học DL Kỹ Thuật - Công Nghệ TP.HCM Đã trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu, cũng như tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường, đây cũng là những trang bị kiến thức mà sinh viên

chúng em không thể thiếu được trong tương lai khi kết thúc khóa học đại học tại

trường

Chúng em xin chân thành cám ơn đến thầy TS Nguyễn Văn Giáp - KS Vương

Ngọc Dũng và các thầy, cô trong bộ môn Cơ - Điện Tử ở ưường Đại Học Kỹ

Thuật TP.HCM ( Đại Học Bách Khoa ) đã tận tình hướng dẫn cho chúng em làm

luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Cơ —- Tin Kỹ Thuật Các thẩy đã dành cho chúng em sự giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Chúng em xin bày tổ lòng biết ơn chân thành đến các thầy, cô đã tận tình giúp đỡ,

hướng dẫn và truyền lại những kinh nghiệm qúy báu mà trên giảng đường không thể có được cho chúng em trong suốt thời gian l2 tuần để hoàn thành luận văn tốt nghiệp của chúng em, đồng thời đã tận dụng thời gian quý báu của các thầy để nhận xét và chấm điểm luận văn tốt nghiệp cho chúng em

Cuối cùng chúng em xin chân thành kính tặng những kết quả đạt được cho những người thân của chúng em, những người đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng

em có được như ngày hôm nay

Xin chân thành cảm ơn

Nhóm sinh viên thực hiên - 1- Lâm Huy Kiệt (99KC041) 2- Lê Vũ Phong (99KC059)

SVTH: Lê Vũ Phong

- — ——=———

LỮI NóI ĐẦU

Chúng ta đang bước qua thé ky 21, thế kỷ mà đồi hỏi xã hội và đời sống của con người cần được nâng cao Do đó, đòi hỏi con người phải sáng chế hay tạo ra những

vật dụng có ích cho cuộc sống giảm bớt sức lực của con người, mà thay vào đó sẽ

là máy móc và Robot

Xu hướng hiện nay trên thế giới là phải sử dụng những máy móc hiện đại và những

Robot thay con người đi vào những nơi nguy hiểm cho con người Ở nước ta cũng

đang đi lên theo xu hướng của toàn cầu

Muốn tạo ra những vật dụng tiên nghì đó thì những sinh viên chúng ta phải tận dụng những kiến thức đã học để phát minh và tao ra chúng

Nhóm sinh viên chúng em gồm 2 người sẽ tiến hành làm luận văn tốt nghiệp với

để tài “ Robot Tự Hành Tránh Vật Cần *, dưới sự chỉ dẫn của TS Nguyễn Văn

Giáp và KS Vương Ngọc Dũng của Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM thì chúng

em sẽ cố gắng hoàn thành công việc một cách tốt nhất

Do thời gian tiến hành ngắn, côn thiếu nhiều tài liệu và kính nghiệm thực tế, nên

chúng em sẽ không tránh khỏi thiếu sót trong công việc Vì vậy chúng em thành thật xin các thây, cô bỏ qua các sai sót đó và rất mong các thay, cô cho chúng em lời khuyên và ý kiến qúy báu của các thấy, cô để từ đó chúng em có thể khắc

phục và trở nên tốt hơn trong tương lai

SVTH: Lê Vũ Phong

TOM TAT DE TAI

Để tài này được cập tới những vấn để thiết kế,chế tạo, điều khiển bằng bức xạ

hỗng ngoại, tự vận hành theo đường vạch sẵn và tự tránh vật cần, Với những yêu

cầu của các vấn để như trên, chúng em đã triển khai nghiên cứu theo các phương

pháp sau :

> Các phương pháp Robot tự vận hành theo hệ thống lái vi sai

> Các phương pháp Robot được vận hành bằng chế độ điều khiển từ xa

»> Các phương pháp Robot tự vận hành theo các đường đã được vạch sẵn

> Các phương pháp Robot tự tránh vật cản bằng các loại cảm biến,

»> Các phương pháp điều khiển Robot bằng hệ thống vi điều khiển

Các vấn dé trên được tiến hành thực hiện bằng mô hình hoá Robot tự hành ưánh vật cản, sử dụng vi điểu khiển ho 8051, cụ thể là vi điều khiển 89C52, sử dụng phương pháp phátthu bức xạ hồng ngoại để nhận vật cẩn, nhận đường vạch và

điều khiển từ xa

Sau khi chế tạo xong và viết chương trình điều khiển cho Robot thì Robot có thể đi

bất cứ điểm nào cho trước do người sử dụng yêu câu Trong suốt quá trình di chuyển thì Robot có thể tự tránh vật cản cố định hoặc đi động ; Robot cũng có thể

di chuyển bằng điều khiển từ xa (Remotc) và Robot cũng có thể tự di chuyển đọc theo đường vạch sẵn

SVTH: Lê Vũ Phong

Robot Tự Hành Tránh Vật Cần — GYHD: TS Nguyễn Văn Giáp- R8, Vì

Chương l TỔNG QUAN VỀ ROBOT

1.1 - Giới thiệu chung

1.1.1 - Giới thiệu chung về robot

Từ lâu con người đã biết sử dụng các hệ thống và thiết bị tự động cho phép thực hiện được các chế độ làm việc có khả năng thay thế các hoạt động của con ñgười Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật ngành điểu khiến học và tự động hóa có những bước tiến quan trọng Quá trình đó góp phân không nhỏ vào việc tăng

năng suất lao động, giảm giá thành, tăng chất lượng và độ đồng điều về chất lượng,

đồng thời tạo được điều kiện cải thiện môi trường làm việc của con người, đặc biệt

trong một số công việc có độ an toàn lao động thấp hoặc có lính độc hại cao

Ngày nay các khái niệm “Robot” di ud nên quen thuộc đổi với con người Tuy nhiên cách đây không lâu những khái niệm đó mdi chi là những ý tưởng sơ khai

trong trí tưởng tượng của con người

Những thành tựu gần đây trong phát triển kỹ thuật tính toán chế tạo các bộ cảm biến nhạy, các phương pháp xử lý và phân tích tín hiệu linh hoạt, các kết quả của thuyết

điều thuật toán luận, sự xuất hiện của Robot công nghiệp đa năng đã cho phép tao

ra không những các thiết bị tự động, các hệ thống dây chuyên sản xuất mà còn cả

những hệ thống Robot phức tạp hơn có trình độ trí năng nhất định,

Khái niệm “Robot” theo nghĩa chung thường dược hiểu đồng nhất với khái niệm “tự động hóa công nghiệp” Điều này chỉ đúng một phần vì thứ nhất Robot chỉ là một

thành phần trong hệ thống tự động hóa ; thứ hai là tự thân việt trình bày, sự miều tả

Robot trong sinh hoạt xã hội í1 nhiều được phóng đại

Đã có một số định nghĩa về “Robot” được nêu ra nhưng với nhiều quan điểm khác nhau được trình bày như sau

———ễễ >>

TH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

> Theo viện nghiên cứu Robot Hoa Kỳ đưa ra một định nghĩa về Robot :

“Robot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển vật liệu chi tiết máy, dụng cụ hoặc dùng

cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình sẵn nhằm mục đích hoàn thành những nhiệm vụ đa dạng”

khác nhau với mục đích tự động hóa các quá trình sản xuất”

“Robot là những máy móc có khả năng thay thể sức lao động của con

người” (SOSKA 1985)

Qua những định nghĩa trên ta thấy : Robot là một cổ máy có thể bắt chước hoạt

động của con người, làm việc liên tục không cần nghỉ ngơi, những công việc nguy

hiểm mà con người bình thường không thể đảm trách được Các Robot đều chịu sự quan ly và điểu khiển của con người Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều

ngành công nghiệp, những ứng dụng ban đầu bao gồm lắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn v v

Một trong những công việc kém năng suất nhất của con người là rèn luyện kim loại

ở nhiệt độ cao Các công việc này đồi hỏi công nhân di chuyển phôi có khối lượng lớn với nhiệt độ cao, như vậy là một vấn để khó khăn đối với ngành công nghiệp này và Robot ban đầu đã được sử dụng để thay thế công nhân làm việc trong điêu kiện môi trường ngặt nghèo như trong lò đúc, xưởng rèn, xưởng hàn Đối với RoboL thì nhiệt độ cao lại không đắng sợ

SVTH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

3

Robot Tự Hành Tránh Vật Cần GVHD: TS Nguyễn Văn Giáp „ K& Yương NHI? ho

Trong các nhà máy sản xuất xe hơi, hàn điểm là một công việc sử dụng Robot

nhiều nhất và sơn là công việc nặng nhọc, độc hại đối với sức khỏe con người,

nhưng lại hoàn toàn không nguy hiểm đối với Robot

và đặt chúng vào các trạm chuyển trung gian Những Robot này là những cánh tay

máy mô phỏng giống như tay người, mỗi tay máy bao gồm nhiều khâu liên kết tương đối với nhau bằng cúc khớp Các khâu này có thể chuyển động lương đối với

nhau và làm thay đổi tâm với của Robot, thông thường những RoboL này được đặt

cố định một chỗ và chỉ thao tác được trong kha ning tim hoạt đông giới hạn của

chúng

SVTH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

4

Robot Tự Hành Tránh Vật Căn GVHD: T8 Nguyễn Văn Giáp - d Yơớng Dini itd

Hình 1.2 : Cánh tay Robot gdp sẵn phẩm

1.1.2 - Robot tự hành

Ngày nay ở nhiều nước Robot phát triển không chỉ theo hướng phục vụ sản xuất

công nghiệp mà còn theo hướng phục vụ trong sinh hoạt và giải trí rong gia đình

Robot gia đình hay Robot cá nhân được phát triển nhằm thay thế giúp việc nhà Ngày nay khi thiết kế các loại Robot này, các nhà thiết kế đã thêm vào các cảm biến cảm nhận, các giải thuật điều khiển thích nghỉ với mục đích để Robot thực hiện

nhiều nhiệm vụ đa dạng và khác nhau trong gia đình như là giặt quần áo, chùi rửa

phòng tắm, đổ rác, cắt cỏ, Đặc biệt chúng còn di chuyển rất linh hoạt để phục vụ

trong lĩnh vực giải trí Những Robot này gọi là Robot tự hành

Vậy Robot tự hành là Robot có khả năng tự di chuyển mội cách độc lập, chúng có

thể di chuyển bằng chân hoặc bánh xe, bánh xích, Nhằm để tự giải quyết nhiệm

vụ mà con người đặt ra cho nó

Vai trò của Robot tự hành như một mắc xích quan trọng trong dây chuyển sản xuất

tự động Trong một số ngành hự động ở các nước có nên công nghiệp phát triển như

Nhật, Liên Xô, Đức, Robot đã đầm nhiệm nhiều công việc quan trọng Nếu chúng

ta đến tham quan sẽ tân mắt chứng kiến cdc Robot lam việc và phối hợp rất nhịp nhằng từ khâu này đến khâu khác, sản phẩm làm ra đạt tiêu chuẩn chính xác và chất lượng cao

ee

SVTH : Lê Vũ Phong

Lam Huy Kiệt.

5 Robot Tự Hành Tránh Vật Căn GVHI TS Nguyễn Văn Giáp - K6 Vương Noi iMEi ee

1.1.3 - Robot điều khiển từ xa

Robot điểu khiển từ xa là những Robot có khả năng di chuyển trên mặt đất, có thể bay trên không trung, có thể đi giống như con người, theo các quỹ đạo hoàn toàn

theo ý muốn của con người Các động cơ được điều khiển độc lập bởi bộ thu phát sóng ( hỗng ngoại hay điện từ ) thông qua các mạch công suất Robot có thể di

chuyển bằng chân hoặc bánh xe, bánh xích, tuỳ theo mục đích sử dụng mà người ta

chế tạo cho phù hợp nhủ cầu

Robot điền khiển từ xa đã và đang xác định cho mình một vị trí quan trọng trong các ngành công nghệ cao

1.2 - Phân loại Robot tự hành

1.2.1 - Robot tự hành di chuyển bằng chân

Robot này có thể di chuyển trên bể mặt cứng, lõm chổm, những địa hình mà xe Robot không vào được Robot này ra đời nhằm khắc phục mội số nhược điểm của Robot xe Khả năng di chuyển có thể đi lên xuống cầu thang, bước qua được các hố sâu nhỏ, có thể đi trên những địa hình gỗ ghế và vượt qua được các chướng ngại vật

mà không bị ngã bằng cách thay đổi chiều dài các bước chân của chúng cho phù hợp

Robot Tự Hành Tránh Vật Cần GVHD: T8 Nguyễn Yăn Giớp - RE

Chính sự thay đổi liên tục của những bước chan Robot trong khi di chuyén lam cho trọng lâm của nó luôn thay đổi, vì thế khi thiết kế phải chú ý đến vấn để này sao cho khi Robot nhấc chân lên thì vẫn phải đảm bảo được “thế chân kiểng” để tránh Robot bị ngã (có nghĩa là trọng tâm Robot phải nằm trên Robot ) Do đó để ổn định bằng chan, mdi Robot phải có 4 chân hoặc nhiều hơn nhằm mục dịch luôn có 3 chân tiếp đất Để đứng vững và di chuyển được, các chân Robot phải trang bị các thiết bị điều khiển hết sức phức tạp để giúp cho Robot giữ thăng bằng tốt (tham khảo Hình 1.4 )

Hình 1.4 : Robot di chuyển bằng sáu chân

1.2.2 - Robot tự hành di chuyển bằng bánh xe

Robot tự hành di chuyển bằng bánh xe là nhờ các bánh xe ma sát với mặt đường

Nên loại này có nhiều ưu điểm như :

> Điều khiển lương đối dễ dàng

> Di chuyển nhanh hơn Robot sử dụng chân

7

Robot Tự Hành Tránh Vật Cần GVHI: TS Nguyễn Văn Giáp - K6 Vue ei

_——n — — —- ——— ———>

+» Ít tốn kém năng lượng hơn Robot đi chuyển bằng chân tính trên cùng

một khoảng đường đi

> Tuy nhiên Robot loại này cũng có những khuyết điểm : không di chuyển trên địa hình có chưởng ngai vật hoặc trên những địa hình nhấp nhô và

Loại Robot này bể ngoài giống như một chiếc xe tăng, chỉ khác nhau ở phần điều

khiển và không người lái

Ưu điểm của Robot này là: Chạy qua được các địa hình lún, gỗ ghế, leo cầu thang,

lôi nước, mà không bị ngã Ngoài những ưu điểm thì Robot này cố một số Khuyết điểm :

1.3 - Phân Loại Robot Điều Khiển Từ Xa :

Tùy theo kiểu di chuyển mà người ta chia Robot ra làm hai loại cơ bản sau:

> Loại 1; Robot diéu khiển từ xa di chuyển bằng bánh ( xe, xích ) (Hình 1.8)

SVTH : Lê Yũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

Hình I.9 : Robot điêu khiển từ xa di chuyển bằng chân

Ngày nay, RoboL điểu khiển từ xa được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quan trong

nhu :

> Nghiên cứu khoa học, ong Y học và sinh hoạt,

> Công nghiệp sản xuất điện bằng năng lượng hạt nhân

> "Trong các ngành công nghiệp dầu khí : Hiện nay trên thế giới tốn tại hàng nghìn giếng dầu đã khai thác xong, cần phải được dọn sạch vì những giếng này đã được hút cạn, đầu giếng từ đầy biển nhô lên cao vài mét rất nguy hiểm và gây ô nhiễm môi trường Để làm được việc này

chỉ có Robot mới thực hiện được, công việc đó được tiến hành như sau :

người ta đưa xuống đầy biển các thiết bị hiện đại gồm 2 bộ phận

“_ Bộ phận thứ nhất là một khối tụ (Cylinder) rỗng ruột dài 10m được cắm ngập xuống đấu giếng dau, Cylinder nay nang 37 tấn gắn vào

những đường ống có đường kính 76cm gắn chui xuống một giếng có đường kính khoảng 94cm

= Bo phan thi hai là một Robot diéu khiển từ xa, Robot này dùng cánh tay thủy lực của nó lần theo Cylinder va di xuống Những máy thu gấn

vào Cylinder để đo áp suất bên trong giếng nhằm kiểm tra xem giếng

được bịt kín chưa, phần lớn các giếng dầu khai thác xong được nút lại bằng các nút bê-tông sát đáy biển Trong khi vận hành máy, Robot

này phóng ra các tia nước mạnh lên đầu giếng nhằm quét hết bùn đất phủ lên giếng, phần bị cắt đứt sẽ nổi lên ở bể mặt bên trong CylindeT

SVTH ; L@ Vii Phong

Lâm Huy Kiệt

Robot Tự Hành Tránh Vật Cần GYBD: TS Nguyễn Vin Gidp- KS

Cách này chỉ áp dung được cho những vùng nước cạn khoảng l500m, chỉnh nhờ những Robot này mà môi trường biển vẫn được trong sạch, không ảnh hưởng đến

môi trường sinh thái và con người cũng chẳng tốn kém nhiều để khắc phục

Những cánh tay Robot được mô phỏng giống như lay người và được lắp cố định trên các hệ thống tự động hóa sản xuất, tâm hoạt động rất giới hạn Loại Robot này hiện

nay đã có mặt tại VN, trong các nhà máy lắp rắp ô tô, nhà máy nhựa

Hiện nay nước ta đang có nhủ cầu sử dụng loboL ngày càng tăng nhưng việc nghiên

cứu và phát triển chỉ tập trung tại vũng trong TP HCM, cho nên còn rất hạn chế về lài liệu tham khảo cũng như kinh nghiệm thực tiễn về nguyên lý cấu tạo, chuyển

động và các phẫn mềm điểu khiển Nhìn chung, ta bị hạn chế rất lớn về kinh phí, thiết bị cảm hiến, môđun điều khiển, Trong tương lai gần chúng ta sẽ phát triển

được ngành chế tạo cũng như ngành điểu khiển tự động

1.4 - Một số robot tự hành khác

Ngày nay trên thế giới người ta đã chế tạo được một số Robot bơi được trong nước

hoặc bay trên không xem các như hình sau

Lâm Huy Kiệt.

il Robo Tự Hành Tránh Vật Cần GVND: ————Ắ T5 Nguyễn Văn-Giáp Kẽ vươngi6jÄt0ä,

chiếc máy bay bị nạn

Sự kiện thứ hai là sự khám phá con tàu TITANIC dưới đáy một hẻm núi ngoài khơi nơi nó bị chìm khi bị va phải một tảng băng năm 1912, cách mặt biển 4km Một chiếc tàu lặn được điều khiển từ xa để khám phá và ghi lại những bí mật còn lại của con tàu này

Ngoài công việc dò iim didi day biển tàu lặn không người lái đã và đang được sử dụng để kiểm tra, bảo trì các đàn khoan dẫu ngoài khơi, dể lắp đặt và kiểm tra các cáp truyền đại dương, để khảo sát địa chất và địa lý của các thêm đại dương

Phân lớn Robot tàu lặn được trang bị tay máy và nhiều camera Một số được trang

bị máy cắt công suất lớn, thiết bị đo thử mật độ từ, thiết bị kiểm tra siêu âm, một sé

1.5 - Những ứng dụng điển hình của robot

Ngày nay Robot tự hành đã dược ứng dụng rộng rãi rong công tác nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp, giải trí, nhằm phục vụ cuộc sống con người

1.5.1 - Ứng dụng Robot trong không gian

Thám hiểm không gian là một lĩnh vực chuyên dùng ứng dụng Robot Tháng 4 năm

2001 phi thuyển ENDEAVOUR được lắp ghép với trạm không gian quốc tế

ALPHA Các phi hành gia trên phi thuyén nay da thực hiện cuộc đi bộ ngoài không gian để hoàn tất công việc lắp đặt một Robot tay máy do CANADA chế tạo Tay

máy được gắn vào trạm không gian ALPHA nhằm tăng cường khá năng bốc dở hàng hóa tiếp tế, lắp ghép với các trạm không gian khác, và sau khi lắp dat tay máy Robot sẽ thực hiện việc ghép nối buồng áp lực vào rạm ALPHA, cho các phi hành

gia đi bộ ngoài không gian tiện lợi hơn

Tay máy Robot dai 58Feet, nang 1,5 tấn làm bằng thép, nhôm và sợi tổng hợp Robot có hai cánh tay với 7 khớp hoạt động như cần trục, cho phép Robot trưởng từ

đầu này đến đầu kia

Các ứng dụng Irong tương tai cia Robot rong không gian gồm xc tự hành trang bị tay máy linh hoạt, các Robot công dụng chung trong các Irạm không gian, các Robot bảo trì vệ tỉnh, tay máy thao tác khi sản xuất trong không gian, các Robot xây dựng các công trình trạm không gian và phi thuyễn không gian

13 Robot Ty Hành Tránh Vật Cần GVNN; TS Nguyễn Vin Giáp ‹ K& vuiigliuillffliă

1.5.2 - Ứng dụng robot trong nông nghiệp

Đối với nhiễu người, ý tưởng về một Robot gieo hạt hay vung trắng là chuyện khoa

học viễn tưởng, thế nhưng sự nghiên cứu nghiêm túc tập trung vào các ứng dụng của Robot trong nông nghiệp đang được tiến hành Một trong số các dự án thành công

nhất cho đến nay là sự phát triển của Robot cắt lông cừu ở ÚC Đường cắt kéo của Robot được điều khiển trên thân con cừu được tính trước bằng cách dùng một con cừn mô hình Để bù trừ các kích thước thay đổi của cửu thật và cửu mồ hình, sự thay đổi kích thước khi nó thổ, người ta sử dụng một cảm biến gắn ở đầu kéo để hiệu

chỉnh đường cắt của kéo thco thời gian thực biện khi cắt lớp lông Trong một cuộc

thí nghiệm, trong số trên 200 con cừu được cắt lông từ phương pháp này thì số cừu

bị thương ít hơn so với phương pháp cắt lông bằng tay

Trong lĩnh vực này, Robot đảm nhiệm ngay cả những công việc mang lính lặp lại

nhiều thao tác đòi hỏi sự phối hợp tay nghề cao và sự lanh lợi của đôi mắt

1.5.3 - Ứng dụng Robot trong sinh hoạt và giải trí

Một loại Robot mà ưrở em có thể chơi với chúng, loại Robot này chạy được khi ta vỗ tay, Một loại Robot khác thì chuyển các cử động của lay người thành các xung điện

rổi qua đó điểu khiển tay nhân tạo Các Robot này có một tập lệnh được cài sắn

trong bộ nhớ và nó có thể nhấc và mang các dé vat theo lệnh từ bộ điều khiển trung tâm Một số loại Robot khác nữa với các bộ cảm biến nhận biết giọng nói người, đo nhiệt độ cơ thể và thực hiện nhiều công việc phức tạp khác nhau, các Robot không

chỉ là các để chơi hấp dẫn cho trẻ cm mà còn là các mô hình của các thiết bị thực

tiễn phục vụ trong sinh hoạt hàng ngày

Mat thé hé Robot mdi ra doi Nhật Bản được gọi là kỹ thuật “L- WALK”, Những

Robot này thông minh hơn nhiều những Robot thuộc thế hệ trước đó đã được sử

dụng trong các nhà máy Thế hệ Robot thông minh này được thiết kế để sử dụng trong nhà và trong văn phòng và làm cho Nhật Bản chiếm thị trường thế giới điện

tứ Robot mới của hãng Honda Motor có thể đi bằng hai chân, vẫy tay, bật công tic, khiêu vũ, chuẩn bị thuế, nướng bánh và giúp tắm cho người lớn tuổi Sản phẩm

Robot này tiêu biểu cho một bước tiến trong lĩnh vực Robot vì nó cho phép các nhà

kỹ thuật có thể tạo ra những di chuyển nhẹ nhàng, giống như người

Các nhà khoa học của hãng Honda cho biết trong tương lai các Robot thế hệ sau sẽ đảm nhiệm được các công việc thường ngày như đẩy xe tới lui trong siêu thị, tăng giảm nhiệt độ trong phòng

: Lê Vũ Phong

Lãm Huy Kiệt

svt

1.5.4 - Ứng dụng trong công nghiệp hạt nhân

Công ty OTADIK (Mỹ) phát mỉnh ra một Robot 6 chân giống hệt con nhện Các thiết bị vi tinh cài đặt trong nó có thể phân biệt và phần đoán các tình huống phức

tạp khác nhau chúng biết lên xuống cầu thang, đóng cửa, và có thể nâng những vật năng 136 kg Robot này nặng 68kg, cao 2/75m được sử dụng để kiểm tra độ an toan trong các trạm hạt nhân Dưới sự điểu khiển từ xa của con người, con Robot 6 chân này có thể mang theo máy ghỉ hình bước vào trạm hạt nhân nơi có nhiều chất phóng xạ nguy hiểm, để kiểm tra và tiến hành sửa chữa và liên tục báo cáo tinh hình về trung tâm

Hình 1.11 : Robot giám sát trong các vàng hạt nhân

1.5.5 - Ứng dụng trong y học

Từ lâu đã có một giả thiết rất thú vị : Đó là một khi máu con người bị nhiễm các độc

tố, Vậy chúng ta phải làm sao? Thường thì chúng la nghĩ sẽ có hai phương án để trả

lời câu hỏi này lại hoàn toàn vô hiệu hóa trước một số triệu chứng Vậy tính mạng của bệnh nhân sẽ ra sao? Lúc này con người lại nghĩ đến Robot, một con Robot cực

nhỏ, nhỏ đến mức có thể di lại trong huyết quản của con người Loại Robot siêu nhỏ này có thể mảnh bằng sợi tóc con người, chúng có thể đi lại trong huyết quản của

————>ễ——=——-——

SVTH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

15

Robot Tự Hành Trinh Vật Cần GVHD: TS Ngayn Van Giáp - K5 Vì

con người và liêu diệt các vi khuẩn gây bệnh, trị các biến chứng của bệnh ung thư

hoặc phục hỗi các vết thương Ngoài ra chúng có thể loại bỏ lớp mỡ thừa trong các động mạch chủ giúp làm giảm huyết ấp

Cách đây không lâu, các nhà khoa học Mỹ vừa công bố một phát minh Robot đặc biệt phục vụ cho ngành y học Con Robot này có khả năng làm nhiệm vụ mổ thay

thế các bác sĩ, nhờ vậy mà các bác sĩ có thể thực hiện được nhiều ca mố hơn, công việc mổ trở nên nhẹ nhàng hơn, thời gian mỗi ca mổ giảm đi rất nhiều, đạt được độ

tin cậy cao (Hình L.13)

Hình 1.12 : Robot trợ giúp người tòn tật

1.6 - Một số công trình nghiên cứu về robot tự hành

1.6.1-Robot hai chân đầu tiên giữ được thăng bằng

Công ty Honda đã đưa ra mẫu người máy P3 được đánh giá là thế hệ người máy hiện đại nhất hiện nay P3 không phải là người máy hai chân đầu tiên nhưng P3 là

người máy duy nhất cho đến gid cd thể giữ được thăng bằng thậm chí ngay cả trên

————=—-mP—=“

SVTH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

Boboi Tự Hành Tránh Vật Cần GVHĐ: TS NguyỄn Văn Giáp - K8 Vưỡ í

nên đất gỗ ghẻ ( Hình 1.14 ) Hơn nữa P3 còn mang trên mình một nguỗn năng lượng di động dưới dạng một balô acquy, đây là một điều hiếm có ở các Robot P3

còn có thể kiểm soát được các thao lac bằng tay : mang một chậu nước diy Ico lén cầu thang hoặc cố thể dậm chân lên xuống mà không lam tran ra một giọt nào

Tư tưởng chủ đạo trong việc phái triển Robot nhố là vì có một số công việc mà sử dụng nhiễu Rohot nhỏ thì có lợi hơn việc sử dụng một Robot lớn Tuy nhiên, việc

phầt triển loại Robot này phụ thuộc vào 4 yếu tố chủ yếu sau :

» Công nghệ gia công các thiết bị siêu nhỏ

Khi các yếu tố này được đáp ứng thì Robot siêu nhỏ sẽ phát triển nhanh chóng

Loại Robot thu nhồ này có thể được ứng dụng trong y học hoặc làm việc ở những

noi ma con người không đến được, chẳng hạn nếu cấp truyền tin ở dưới đất thì có

thể phái nhiều Robot nhỏ mang theo dây cáp để kiểm tra và sửa chữa

Chương Il

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đẻ ai : Thiết kế và chế tạo Robot tự hành tránh vật cần

2.1 - Nhiệm vụ thiết kế

Thiết kế Robot có các chức năng như sau :

»> Robot hoạt động theo điều khiến từ xa (Remote)

> Robot tự chạy theo đường vạch

»> Robot tự hành tránh vật cần

2.2 - Triển khai vấn đề theo yêu cầu đặt ra

Để thực thì được Robot có các chức năng như trên cẦn âm hiểu các vấn để có liên quan như sau :

Hệ thống lái và truyền động

Hệ thống đảo chiều động cơ Các mạch cẩm biến dò đường Các mạch điểu khiển từ xa Cảm biến phát hiện vật cần

Thông thường xe được thiết kế 3 hoặc 4 bánh Ở đây chúng em chọn xây dựng mô

hình Robot 3 bánh, trong đó hệ thống lái là 2 bánh sau độc lập và 1 bánh lượn tự

do, Đồng thời có hộp giảm tốc và encoder sau động cơ DC

3.3 - Phân loại

3.3.1 - Loai xe 4 bánh

Bốn bánh xe được đặt tại bốn góc của một hình chữ nhật Hai bánh sau được đùng

để truyền động và hai bánh trước dàng để dẫn hướng Cũng có thể truyền động Ở

bánh trước hoặc truyền động và dẫn hướng cả 4 bánh Khả năng hoạt động của hầu hết các xe 4 bánh bị giới han vì phải được di chuyển về phía trước khi chạy vồng theo đường cong hay các đường gấp khúc Ngoài ra, cần phải có hệ thống nâng bánh xe để bảo đầm các bánh xe luôn tiếp xúc với đất

Khi di chuyển trên đường thẳng, các bánh xe quay cùng vận tốc Nhưng khi đi vòng theo đường cong thì các bánh xe bên trong quay chậm hơn các bánh xe bên ngoài

vì đoạn đường dì chuyển của các bánh xe bên trong ngắn hơn các bánh xe bên ngoài

Idle Drive Drive

Hinh 3.1 : Một số kết cấu xe bốn bánh

_—ễễễễ—m_

SVTH : Lê Yũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

Trong đó :

" Hình a : Hai bánh trước vừa làm nhiệm vụ truyền động vừa làm nhiệm vụ

dẫn hướng

= Hình b: Hai bánh sau truyền động, hai bánh trước dẫn hướng

= Hình c ; Cả bến bánh vừa làm nhiệm vụ truyền động vừa làm nhiệm vụ dẫn

chỉnh chính xác khí chạy theo các đường cong hoặc cấc đường gấp khúc, 3 bánh xe

phải chuyển động với vận tốc khác nhau không đáng kể Ưu điểm của loại xe 2

bánh là các bánh xe luôn tiếp đất mà không cần hệ thống treo xe

“_ Hìnha: Hai bánh sau truyền động, bánh trước dẫn hướng

=_ Hình b: Bánh trước vừa làm nhiệm vụ truyền động, vừa làm nhiệm vụ dẫn

hướng

= Hình c: Hai bánh sau được truyền động độc lập, vừa làm nhiệm vụ truyền

động vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng

Một vài biến thể của loại xe 3 bánh : bánh xe đơn vừa truyền động vừa dẫn hướng, các bánh xe khác chạy không Một thiết kế có triển vọng khác là cả 3 bánh xe vừa

———=— ễễ— -_-_-ằ

SVTH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

21

làm nhiệm vụ truyền động vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng, tức 3 động cơ phân bo déu trên một vòng tròn đồng tâm với tâm đĩa Các bánh xe được đặt cách nhau

120° rên một vòng tròn và tất cả đều nhiệm vụ dẫn hướng khi chạy theo đường

cong Vì các bánh xe đều làm nhiệm vụ truyền động nên chúng phải quay với

những vận tốc khác nhau khi chạy theo đường cong hoặc đường gấp khúc

Một số Robot tự hành có 3 bánh xe được điểu khiển bằng một hệ thống truyền động đồng bộ (synchronous drive system) Tất cả các bánh xe được dùng để truyền động và dẫn hướng Tuy nhiên trong trường hợp này, các bánh xe được liên kết từng đôi một bằng một hệ thống truyền động dây đai và bánh răng Vì thế, chúng

có thể được dẫn hướng bằng một động cơ

“-

SVTH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

Hình 3.4 : Sơ đô bố trí các bánh xe

Loại xe ba bánh có các ưu điểm sau :

> Các bánh xe luôn luôn bảo đắm tiếp xúc trên mặt phẳng

> Hai bánh xe sau được truyền động độc lập bằng hai động cơ DC giống

nhau Do đồ công suất của động cơ xe tăng gấp đôi so với phương ấn dùng một động cơ dẫn hướng và một động cơ truyền động có cùng công

suất

> Điều khiển tương đối dễ dàng

»>_ Xe có thể chạy được tương đối theo đường cong hoặc đường gấp khúc

Nhược điểm :

» Xây ra hiện tượng trượt trong khi xe chạy vòng, tức lúc xe bẻ lái do chỉ

có một bánh xe, bánh còn lại không chạy mà chỉ trượt quanh 1 điểm

» Xây ra hiện tượng ma sát lớn nếu khối lượng xe lớn

> Cơ cấu không vững chắc như xe 4 bánh

3.5 - Động lực học Robot

3.5.1- Lực tác động lên bánh xe

Khi bánh xe chuyển động trên một mặt phẳng nằm ngang có bai lực ngược chiều

nhau: ma sắt lăn F, và lực cản không khí F¿ Ngoài ra còn có lực F, ( luc do gia tốc tạo ra ) và nếu xe đi chuyển leo lên một đoạn dốc khi đó sẽ có thêm lực F; để

thắng khối lượng xe Tổng các lực tác động lên bánh xe là F,

——ễễễ———_ằ

§SVTH: Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

A: là diện tích mặt cắt ngang lớn nhất của xe theo hướng chuyển động (m’) Cụ: là hệ số cần phu thuộc vào hình dáng

Điều kiện biên của chuyển động:

-Xe di chuyển với tốc độ chậm do đó có thể bỏ qua lực cẩn không khí va le Fa -Xc chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang nên không có lực Fg

Do đó lực Ft chỉ còn lại lực ma sát Sau khi có lực F, sẽ tính công suất yêu cầu truyền động và moment xoắn

3.5.2 - Vị trí Robot trong mặt phẳng

Khi Robot đi chuyển trên mặt phẳng, ta có hệ toạ độ Descartcs Oxy như sau :

Mô phỏng các đường đi của Robot trong mặt phẳng Oxy Giả sử Robot đi từ vị trí 0

tới vị trí 2 lần lược có toạ độ là (xo.yo), (Xi,y¡), (Xay2)(Hình 3.5)

gy er

SVTH: Lé Vũ Phong

Lam Huy Kiét

-Khoảng cách Robot đi từ vị trí 0 đến vị trí 1 là :

+Nếu ø„„ >0 thì Robot quay cùng chiều kim đồng hồ

+Nếu øz„„ <0 thì Robot quay ngược cùng chiểu kim đồng hỗ

_——Ầ-———————

SVYTH : Lê Vũ Phong

Lâm Huy Kiệt.

Hinh 3.6: Quang diuing dich chuyén của bánh xe khí quay

Hé thong Idi vi sai (the differential steering system) bao gdm hai banh gắn trên

một trục, được cấp nguồn và điểu khiển độc lập (bánh lái) và một bánh xe thụ động Nếu cả hai quay với vận tốc bằng nhau, Robot di chuyển trên một đường thẳng Nếu một bánh xe quay nhanh hơn bánh xe còn lại thì Robot đi theo quỹ đạo cong Nếu hai bánh lái quay với vận tốc bằng nhau nhưng ngược chiểu thì Robot sẽ xoay quanh một điểm Việc điểu chỉnh lúc này chỉ là thay đổi vận tốc của hai bánh lái

Trước tiên ta hãy xem xét vấn để : Robot cần xoay một góc như thế nào khi gặp vat can

Theo hình vẽ ta có :

SL =r Ø

§R = (r+b) Ø

Với SL, SR là khoảng cách dịch chuyển của bánh xe bên trái và bánh xe bền phai,

r là bán kính quay của bánh xe bên trong (bánh xe bên trái), b là khoảng cách giữa các bánh xe ( từ tâm bánh xe này đến tâm bánh xe kia dọc theo chiều của trục ),

Ø là géc quay tinh bang radian (© muun= Ø demee JV/180) Ở đây, ta xem tâm của trục

là gốc hệ toa độ tham chiếu của Robot Vận tốc của bánh xe coi như không đổi Ta cũng bỏ qua ảnh hưởng của gia tốc Nếu ta xét đến ảnh hưởng của gia tốc thì quỹ đạo chuyển động của Robot sẽ trở nên phức lạp hơn nhiều Với Robot có khối

——-

§SVTH : Lê Vũ Phong

Lãm Huy Kiệt.