Thiết kế chế tạo mobile robot dò đường mê cung tự động, kết hợp điều khiển robot qua bluetooth

Thiết kế chế tạo robot dò mê cung tự động thông qua thuật toán bám tường, sử dụng cảm biến hồng ngoại tránh vật cản dò mê cung đường. Qua đó ứng dụng điều khiển xe qua bluetooth nhằm khắc phục lỗi của robot trong quá trình di chuyển.

Trang 1

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NĂM 2019

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MOBILE ROBOT

DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG CÓ KHẢ NĂNG LIÊN KẾT VỚI CÁC THIẾT BỊ DI ĐỘNG QUA GIAO TIẾP BLUETOOTH

Trang 2

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NĂM 2019

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MOBILE ROBOT

DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG CÓ KHẢ NĂNG LIÊN KẾT VỚI CÁC THIẾT BỊ DI ĐỘNG QUA GIAO TIẾP BLUETOOTH

SVTH: Phạm Quang Huy

Nguyễn Mạnh Linh

Lớp: Cơ điện tử K56

Khoa: Cơ khí

Trang 3

Hà Nội, tháng 5, năm 2019

Trang 4

thiếu được của con người Dưới sự xuất hiện của các học thuyết và cácứng dụng cụ thể trong đời sống hàng ngày, có thể nói điều khiển tựđộng đang chi phối dần cuộc sống của chúng ta Con người đang cốgắng sáng tạo ra các con robot có khả năng làm việc thay cho conngười Chúng ta thường bắt gặp các con robot trong các dây chuyềncông nghiệp sản xuất tự động hay robot giúp việc trong gia đình Đểtìm ra các ý tưởng sáng tạo hay; hàng năm đều diễn ra cuộc thirobocon châu Á Thái Bình Dương đó là tiền đề để tạo ra những conrobot có khả năng áp dụng vào thực tế.

Robot di động là một thành phần có vai trò quan trọng trongngành robot học Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống tự độnghóa, các mạch vi điều khiển, robot tìm đường đã ngày càng hoàn thiện

và cho thấy lợi ích to lớn trong cuộc sống Một vấn đề rất được quantâm khi nghiên cứu về robot tìm đường là làm thế nào robot có thể dichuyển 1 cách ổn định, nhận biết được vị trí nó đang đứng và di chuyểntránh né các vật cản tới 1 vị trí xác định

Mục tiêu của đề tài là thiết kế, thi công, điều khiển robot tự hành.Robot tự hành có thể hoạt động ổn định, tự tìm đường đi đến vị trí đích

đã xác định sẵn trong mê cung, có thể học nhanh chóng cách tìmđường đi khi thay đổi hình dạng mê cung, sử dụng thuật toán tìm kiếmtheo chiều sâu trong trí tuệ nhân tạo Áp dụng thuật toán Line Follower

để dò đường và dùng arduino giao tiếp với máy tính

Trong phạm vi đề tài này em sẽ tìm hiểu thuật toán và lập trìnhcho Robot di chuyển theo mê cung đường dựa vào cảm biến hồng ngoạikết hợp ứng dụng điều khiển robot qua module bluetooth

Nội dung của đề tài: bao gồm những chương sau:

Trang 5

Nội dung của chương này là giới thiệu về lịch sử hình thành, phânloại, ứng dụng của mobile robot Giới thiệu về mê cung và bài toán dichuyển theo đường.

Chương 2: Thiết kế và chế tạo robot dò đường trong mê cung

Chương này trình bày về mục đích nghiên cứu chế tạo robot dò

mê cung tự động, ứng dụng bluetooth điều khiển robot; trình bày vềcấu trúc hoạt động của board mạch Arduino, cảm biến hồng ngoại,module điều khiển động cơ L298, module hạ áp LM2596, động cơ DC,module bluetooth HC – 06, nguồn pin

Chương 3: Thành lập chương trình hoạt động cho robot

Trong chương này tìm hiểu về các thuật toán tìm đường trong mêcung Trình bày thuật toán dò mê cung tự động và thuật toán sử dụngbluetooth điều khiển robot

Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Trình bày những kết quả đạt được, các mặt hạn chế và hướng pháttriển của đề tài

Trong thời gian nhận và làm đề tài tốt nghiệp, với những kiến thức

đã được học từ các thầy cô truyền đạt và vốn hiểu biết của bản thân,chúng em đã tìm hiểu được cấu tạo của một mobile robot, các thuậttoán tìm đường đi trong mê cung Có thể báo cáo đề tài chúng em cònnhiều thiếu sót trong quá trình nghiên cứu và trình bày, rất mong được

Trang 6

Nguyễn Mạnh

Linh.

Trang 7

………

Trang 8

Hà Nội, ngày… , tháng… ,năm 2019.

Trang 9

TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT 1

MÊ CUNG VÀ THUẬT TOÁN TÌM ĐƯỜNG 1

1.1 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MOBILE ROBOT 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Quá trình phát triển 1

1.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA MOBILE ROBOT 3

1.2.1 Cảm biến 3

1.2.2 Cơ cấu vận hành 4

1.2.3 Bộ xử lý 4

1.3 PHÂN LOẠI MOBILE ROBOT 4

1.3.1 Phân loại theo môi trường làm việc 5

1.3.2 Phân loại theo phương pháp di chuyển 7

1.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển 8

1.4 ỨNG DỤNG CỦA MOBILE ROBOT 9

1.5 MÊ CUNG 10

1.6 BÀI TOÁN DI CHUYỂN THEO TƯỜNG 11

CHƯƠNG 2 12

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG 12

2.1 GIỚI THIỆU 12

Trang 10

2.4.3 Arduino Uno R3 15

2.5 VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 328 21

2.5.1 Thông số ATmega 328 21

2.5.2 Vi điều khiển Atmega 328 21

2.6 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO ARDUINO 23

2.7 MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298N 26

2.7.1 Thông số kỹ thuật 26

2.7.2 Chức năng các chân của L298 27

2.7.3 IC L298 trong module L298 28

2.7.4 Mạch cầu H 31

2.8 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ PWM 33

2.8.1 Xung PWM 33

2.8.2 Chương trình điều khiển tốc độ động cơ 36

2.9 CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 37

2.9.1 Giới thiệu tia hồng ngoại 37

2.9.2 Cảm biến hồng ngoại 39

2.9.3 Cảm biến hồng ngoại FC51 40

2.10 MODULE LM2596 42 2.10.1 Thông số kỹ thuật

42

2.10.2 Vi điều khiển LM2596

43

Trang 11

44 2.11.2 Động cơ giảm tốc

46

2.12 KHỐI NGUỒN 46

2.13 MODULE BLUETOOTH HC – 06 47

2.13.1 Tổng quan về Bluetooth 47 2.13.2 Module Bluetooth HC – 06 49 a Nguyên lý hoạt động 50

2.13.3 App Inventer 50 b Hướng dẫn sử dụng App Inventor 51

CHƯƠNG 3 61

THÀNH LẬP CHƯƠNG TRÌNH HOẠT ĐỘNG CHO ROBOT……….61

3.1 TỔNG QUAN 61

3.2 CÁC THUẬT TOÁN TÌM ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG 61

3.2.1 Thuật toán tìm đường ngẫu nhiên 61

3.2.2 Thuật toán lấp kín đường cụt 61

Trang 12

c Ví dụ thuật toán tối ưu hóa đường đi 50

3.3 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN CHO ROBOT DÒ ĐƯỜNG TỰ ĐỘNG .78 3.4 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN PHẦN MỀM ỨNG DỤNG BLUETOOTH 79 3.5 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT QUA BLUETOOTH 80 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 81

KẾT LUẬN 81

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 81

PHỤ LỤC 83

1 CHƯƠNG TRÌNH CHO ROBOT TỰ ĐỘNG DÒ MÊ CUNG 83

2 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT QUA BLUETOOTH .90

Trang 13

Hình 1.2 Bộ vi xử lý Arduino 4

Hình 1.3 Máy bay không người lái 5

Hình 1.4 Mobile robot di chuyển dưới nước 6

Hình 1.5 Mobile robot trên mặt đất 6

Hình 1.6 Mobile robot sử dụng bánh xe 7

Hình 1.7 Mobile robot sử dụng chân 8

Hình 1.8 Robot tự động vận chuyển hàng trong nhà máy 9

Hình 1.9 Một số hình dạng của mê cung 10

Hình 1.10 Hình dạng mê cung sử dụng trong đề tài 11

Hình 2.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống 12

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý 13

Hình 2.3 Một số loại Arduino 14

Hình 2.4 Board mạch Arduino UNO R3 17

Hình 2.5 Các cách cấp nguồn cho board mạch Arduino Uno R3 18

Hình 2.6 Các chân năng lượng 19

Hình 2.7 Các chân tín hiệu vào/ra trên Arduino Uno R3 20

Hình 2.8 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega328 22

Hình 2.9 Giao diện phần mềm Arduino IDE 23

Hình 2.10 Giới thiệu menu tập tin 24

Trang 14

Hình 2.16 Sơ đồ chân IC L298 chip cắm và dán 30

Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H trong module L298 33

Hình 2.18 Điều chế độ rộng xung 35

Hình 2.19 Phổ điện từ 38

Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động bộ thu phát hồng ngoại 39

Hình 2.21 LED phát và thu hồng ngoại 40

Hình 2.22 Module cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản 40

Hình 2.23 Sơ đồ cấu tạo cảm biến hồng ngoại FC51 41

Hình 2.24 Module LM2596 42

Hình 2.25 Dạng chân cắm và chân dán của IC LM2596 43

Hình 2.26 Sơ đồ cấu tạo LM2596 44

Hình 2.27 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều 44

Hình 2.28 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều 45

Hình 2.29 Động cơ giảm tốc LS220 46

Hình 2.30 Pin 18650 46

Hình 2.31 Phạm vi hoạt động của Bluetooth 48

Hình 2.32 Module Bluetooth HC-06 49

Hình 2.32 Trang quản lý dự án 52

Hình 2.33 Tạo một chương trình mới 52

Hình 2.34 Cửa sổ giao tiếp với App Inventor 53

Hình 2.35 Thiết kế giao diện ứng dụng 54

Hình 2.36 Giao diện ứng dụng mô phỏng khi hoàn thành 54

Trang 15

Hình 2.39 Phương thức của block 56

Hình 2.40 Sự kiện của Blcok 57

Hình 2.41 Code kiểm tra máy đã bật Bluetooth hay chưa 57

Hình 2.42 Phát hiện các thiết bị phát Bluetooth 57

Hình 2.43 Chọn địa chỉ muốn kết nối 58

Hình 2.44 Dừng kết nối Bluetooth của thiết bị 58

Hình 2.45 Các khối điều khiển động cơ 59

Hình 2.46 Cách cài đặt chương trình bằng quét mã QR code 60

Hình 3.1 Tìm các ngõ cụt trong mê cung 62

Hình 3.2 Lấp kín các ngõ cụt và để lại con đường thoát duy nhất 62

Hình 3.3 Mô tả thuật toán Pledge 64

Hình 3.4 Mô tả thuật toán bám tường phải 65

Hình 3.5 Vị trí cảm biến 66

Hình 3.6 Các khả năng robot gặp phải 67

Hình 3.7 Chỉ rẽ phải 67

Hình 3.8 Đi thẳng hoặc rẽ phải 68

Hình 3.9 Chỉ rẽ trái 68

Hình 3.10 Đi thẳng hoặc rẽ trái 69

Hình 3.11 Ngã 3 (chữ T) 69

Trang 16

Hình 3.17 Mô hình xe sau khi hoàn thành 77 Hình 3.18 Sơ đồ thuật toán tạo phần mềm ứng dụng bluetooth 79 Hình 3.16 Sơ đồ thuật toán điều khiển xe qua bluetooth 80

Trang 17

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3 15

Bảng 2.2 Thông số vi điều khiển ATmega 328 21

Bảng 2.3 Chức năng của các chân IC L298 30

Bảng 2.4 Tín hiệu điều khiển động cơ A 32

Bảng 2.5 Ví dụ phát xung PWM dùng hàm analogWrite 34

Bảng 2.6 Phân chia các bức xạ sóng điện từ/ánh sáng 37

Trang 18

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT,

MÊ CUNG VÀ THUẬT TOÁN TÌM ĐƯỜNG

MOBILE ROBOT

Mobile robot (hay còn được gọi là robot di động) là một robot cókhả năng vận động, dịch chuyển (robot tự hành) thực hiện các côngviệc được giao dưới một chương trình điều khiển Robot di động có khảnăng di chuyển trong môi trường mà chúng hoạt động và không cố định

ở một vị trí Robot di động có thể hoạt động được ở hầu hết các môitrường như đất, nước, không khí thậm chí là bên ngoài không gian vũtrụ Địa hình mà robot di chuyển rất đa dạng, chúng có thể di chuyểntrên các dạng địa hình bằng phẳng, gập gềnh…

Từ năm 1939 đến năm 1945, trong chiến tranh thế giới lần 2, cácrobot di động đầu tiên đã xuất hiện Chúng chủ yếu là những quả bombay (những quả bom thông minh chỉ phát nổ trong 1 phạm vi nhấtđịnh, sử dụng hệ thống dẫn đường và radar) Đó là thành quả của sựtiến bộ khoa học kĩ thuật trên lĩnh vực khoa học máy tính và điều khiển

Từ năm 1849 đến năm 1949, W.Gray Walter đã tạo ra Elmer vàElsie – 2 robot tự trị được trang bị cảm biến ánh sáng Khi có nguồnsáng chúng sẽ tiến về phía đó và có khả năng tránh chướng ngại vậttrên đường đi

SVTH: Phạm Quang Huy GVHD: CN Trịnh Tuấn Dương

Nguyễn Mạnh Linh

Trang 19

nghiên cứu và phát triển mobile robot “Beast” – một mobile robot cóthể di chuyển vòng tròn và có khả năng tự tìm đến nguồn để sạc khipin yếu.

Năm 1969, Mowbot được tạo ra - robot đầu tiên có khả năng tựđộng cắt cỏ

Trong khoảng thời gian từ năm 1966 đến năm 1972, viện nghiêncứu Stanford đã xây dựng và nghiên cứu về “Shakey the Robot” – mộtcon robot được đặt tên theo chuyển động giật của nó Bằng việc sửdụng camera, cảm biến khoảng cách, cảm biến va chạm và liên kếtqua sóng radio, Shakey có khả năng tính toán và suy luận về hànhđộng của nó để hoàn thành nhiệm vụ được giao

Đầu những năm 1980, nhóm nghiên cứu của Ernst Dickmanns tạiđại học Bundeswehr Munich đã chế tạo thành công những chiếc xerobot đầu tiên, tốc độ của xe có thể đạt tới 88 km/h

Từ năm 1986 đến năm 1989, Stevo Bozinovski cùng nhóm nghiêncứu của ông đã lập trình điều khiển cho robot, điều khiển robot sử dụngtín hiệu EEG, EOG

Năm 1989, Mark Tilden phát minh ra robot BEAM – một con robot

sử dụng các mạch tương tự đơn giản thay vì sử dụng bộ vi xử lí

Từ năm 1990 đến năm 1994, những con robot tự trị ra đời và được

sử dụng trong các bệnh viện, viện nghiên cứu, khám phá hoạt động núilửa…

Năm 1995, robot di động có thể lập trình của Pioneer đã được

Trang 20

hỏa Rover được điều khiển từ trái đất để khám phá bề mặt, cònSojourner có khả năng tự chủ tìm đường đi.

Năm 1999, Sony giới thiệu ra mắt Aibo – một chú chó robot cókhả năng nhìn, đi lại và tương tác với môi trường Trong thời gian nàycác robot điều khiển từ xa - PackBot cũng được giới thiệu

Năm 2001 dự án Swarm-bot bao gồm một lượng lớn robot đơn lẻgiống như các đàn côn trùng, chúng có thể tương tác với nhau và cùngnhau thực hiện các nhiệm vụ phức tạp

Năm 2002, Roomba xuất hiện – một robot tự trị có khả năng lausàn nhà

Năm 2005, Boston Dynamics tạo ra một robot bốn chân có khảnăng vận chuyển một khoảng khối lượng trên địa hình gồ ghề

Năm 2006, Asimo của Honda có khả năng học được cách chạy vàleo cầu thang

Năm 2007, các robot tự hành được sử dụng rộng rãi Robot Tugtrở thành phương tiện phổ biến trong các bệnh viện dùng vận chuyểncác tủ lớn Robot Speci-Minder mang máu và các mẫu vật từ các trạm y

tế đến các phòng thí nghiệm Seekur- một robot phục vụ cho quân đội,

có khả năng kéo một chiếc xe nặng 3 tấn…

Năm 2008, Boston Dynamics công bố đoạn phim giới thiệu về BigDog – một robot có thể đi bộ trên địa hình băng giá và có khả năng lấyđược thằng bằng khi va chạm

Năm 2016, các robot mang tên Multi-Function Agile ControlledRobot được cảnh sát Mỹ sử dụng để bắt tội phạm

Hiện nay, các công trình nghiên cứu về mobile robot vẫn khôngngừng được phát triển Các thành tựu liên tục ra đời phục vụ nhu cầucho con người

Trang 21

Cấu trúc chung của mobile robot bao gồm:

Hình 1.1 Module cảm biến hồng ngoại.

1.2.2 Cơ cấu vận hành

Trang 22

động của robot Bộ vi xử lý có thể gồm một hoặc nhiều chip vi xử lýkhác nhau tùy thuộc vào khả năng làm việc của robot, thông thườngcác bộ vi xử lý thường được dùng ngày nay là PIC, AVR, Arduino…

Hình 1.2 Bộ vi xử lý Arduino.

1.3.PHÂN LOẠI MOBILE ROBOT

Từ cấu tạo, khả năng hoạt động của mobile robot, ta có thể phân

ra thành các loại:

+ Theo môi trường làm việc

+ Theo phương pháp di chuyển

+ Theo phương pháp điều khiển

1.3.1 Phân loại theo môi trường làm việc

a Mobile robot trên không

Trang 23

quân đội, đặc biệt là máy bay không người lái UAV (Unmanned AerialVehicle), chúng có khả năng tự động cao, được sử dụng trong cácnhiệm vụ trinh sát, phát hiện mục tiêu Mặc dù được ứng dụng nhiềutrong quân đội, nhưng việc sử dụng chúng đang dần mở rộng sang cácứng dụng khác như thương mại, giải trí, nông nghiệp, giám sát, chụpảnh trên không…

Hình 1.3 Máy bay không người lái.

b Mobile robot dưới nước

Mobie robot hoạt động ở dưới nước AUV (Autonomous UnderwaterVehicle) là một robot di chuyển dưới nước một cách tự động mà khôngcần sự can thiệp của người điều khiển AUV đầu tiên được phát triển tạiphòng thí nghiệm vật lý tại trường Đại học Washington vào đầu năm

Trang 24

Hình 1.4 Mobile robot di chuyển dưới nước.

c Mobile robot di chuyển trên mặt đất

Mobile robot di chuyển trên mặt đất ngày nay được sử dụng nhiềutrong công nghiệp, quân sự, các viện nghiên cứu… Loại robot này đangđược tập chung phát triển theo hướng tự hành thay thế cho con ngườitrong các công việc nguy hiểm

Trang 25

Hình 1.5 Mobile robot trên mặt đất.

1.3.2 Phân loại theo phương pháp di chuyển

a Mobile robot di chuyển sử dụng bánh xe

Phương thức sử dụng bánh xe để di chuyển là phương thức phổbiến nhất của hầu hết các loại robot, không những thiết kế nhỏ gọn màcòn đem lại những hiệu quả cao Mobile robot sử dụng bánh xe đượcthiết kế sao cho các bánh xe luôn tiếp xúc với địa hình đảm bảo sự cânbằng khi di chuyển, tăng sự cơ động, khả năng linh hoạt trong các hànhđộng của robot

Trang 26

Hình 1.6 Mobile robot sử dụng bánh xe.

b Mobile robot di chuyển sử dụng chân

Đặc trưng của những robot di chuyển bằng chân là sự tiếp xúcgiữa robot và bề mặt địa hình theo điểm, điều này giúp tăng khả năngthích ứng và độ cơ động của robot trên những địa hình gồ ghề Mặc dùvậy nhưng phương pháp di chuyển này lại có nhược điểm như thiết kếphức tạp, trong điều khiển phải chính xác

Trang 27

Hình 1.7 Mobile robot sử dụng chân.

1.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển

a Mobile robot tự trị (AMR - autonomous mobile robot)

Mobile robot tự trị có nghĩa là chúng có khả năng tự vận động,kiểm soát mà không cần các thiết bị dẫn hướng, điều khiển Ngày naycùng với sự bùng nổ của cách mạng công nghệ 4.0, những robot tự trị

đã và đang ngày càng phát triển mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu của conngười

b Mobile robot di chuyển theo dẫn hướng

Mobile robot di chuyển dựa vào các thiết bị dẫn đường cho phépchúng di chuyển trên một tuyến đường được xác định từ trước và đượckiểm soát

Trang 28

Đây là phương pháp điều khiển robot bằng cách sử dụng các bộđiều khiển để kiểm soát các hành động của robot Các bộ điều khiển cóthể qua sóng không dây như Wifi, Bluetooth, RF…

1.4.ỨNG DỤNG CỦA MOBILE ROBOT

Ngày nay, robot di động đã trở nên phổ biến được thương mại hóa

và được áp dụng vào thực tế Mobile robot đã được phát triển phục vụcho nhiều mục đích, lĩnh vực khác nhau như: trong quân sự, côngnghiệp, trong các bệnh viện, trường học, các viện nghiên cứu…

Trong các khu công nghiệp sử dụng robot di động để di chuyển cácvật liệu và phụ kiện cần thiết Các robot này được lập trình để chạytheo một đường nhất định, được phân công theo từng nhiệm vụ cụ thể

Hình 1.8 Robot tự động vận chuyển hàng trong nhà máy.

Trang 29

Trong quân sự, các mobile robot được ứng dụng nhiều trong cáchoạt động trinh sát như máy bay không người lái, hay các robot tự động

dò bom mìn…

Trong các viện nghiên cứu, mobile robot được sử dụng để thámhiểm những vùng mà con người không để đặt chân tới như bên ngoàikhông gian, trên các hành tinh ngoài trái đất, dưới lòng đất sâu, dướiđại dương, trong các hang động…Trong các bệnh viện sử dụng cácrobot tự động vận chuyển các dụng cụ y tế Trong các trường học ngàynay các robot tự động cũng là một vấn đề được nghiên cứu phát triểnmạnh mẽ, được ứng dụng trong các cuộc thi robocon… Trong đời sống,robot tự động cũng được phát triển nhiều phục vụ cho các mục đíchkhác nhau của con người như các robot mini hút bụi, làm vườn, hay đểlàm đồ chơi giải trí như các oto đồ chơi điều khiển, fly cam…

1.5.MÊ CUNG

Mê cung còn được gọi là mê lộ hay mê đạo, là một hệ thống đườnggồm nhiều nhánh ngang dọc nối chằng chịt với nhau Mê cung cũngdùng để gọi tên những công trình gồm nhiều hành lang, lối đi được baobọc xung quanh với vô vàn ngã rẽ, ngõ cụt

Trang 30

Hình 1.9 Một số hình dạng của mê cung.

Mê cung được sử dụng trong đề tài là mê cung đường (maze line) –thường là những đường màu đen trên nền trắng hoặc đường trắng nềnđen Mê cung có điểm bắt đầu và kết thúc và trên đường di chuyển cónhiều ngã rẽ, ngõ cụt Robot sẽ dò theo các đường đen theo thuật toán

để tìm lối thoát

Trang 31

Hình 1.10 Hình dạng mê cung sử dụng trong đề tài.

1.6.BÀI TOÁN DI CHUYỂN THEO TƯỜNG

Thuật toán di chuyển theo tường là một trong những phương pháp

để giải mê cung giúp robot thoát khỏi mê cung có sẵn Để thực hiệnđược mục tiêu trên, trong đề tài này bọn em tập chung nghiên cứu vàgiải quyết các vấn đề sau:

- Nghiên cứu về thuật toán tìm đường đi trong mê cung

- Nghiên cứu về cách điều khiển động cơ

- Thiết kế và chế tạo một mobile robot

- Lập trình điều khiển cho robot thực hiện theo thuật toán

- Nhận xét kết quả và kết luận

Trang 32

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG

2.1.GIỚI THIỆU

Mục tiêu của đồ án là thiết kế, chế tạo ra robot có thể tự động dichuyển trong mê cung theo một chương trình đã định sẵn; tìm ra conđường ngắn nhất để thoát khỏi mê cung Qua đó ứng dụng bluetoothđiều khiển robot di chuyển dưới sự dám sát của người điều khiển, hạnchế được lỗi phát sinh của robot trong quá trình di chuyển trong mêcung; giúp robot hoàn thành được nhiệm vụ đặt ra

Với mục tiêu đã đặt ra ở trên để chế tạo ra robot dò mê cung tựđộng kết hợp điều khiển qua bluetooth ta cần các linh kiện sau đây:

- 1 khung xe 3 bánh (bao gồm 1 bánh dẫn hướng và 2 bánh động

Arduino UNO R3 khiển động cơModule điều

L298N

Động cơDC

Module thu phát

hồng ngoại,

module bluetooth

LM2596

Trang 33

Hình 2.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống.

Khi cấp nguồn cho Arduino và module điều khiển động cơ L298toàn bộ hệ thống hoạt động, cảm biến thu phát hồng ngoại FC51 nhậnbiết sự xuất hiện của vật cản gửi tín hiệu về cho Arduino Sau đó,Arduino xử lý tín hiệu mà cảm biến gửi về điều khiển cho module L298hoạt động làm động cơ đi thằng, rẽ phải, rẽ trái, dừng hay tăng tốc độ

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý.

Trang 34

Vi điều khiển được coi như là một máy tính nhỏ được tích hợptrên một vi mạch, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bịđiện tử Vi điều khiển thực chất là một hệ thống bao gồm một vi xử lý

có hiệu suất đủ dùng kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ (ROM,RAM), các module vào/ra… Vi điều khiển có thể dễ dàng giao tiếp vớithiết bị ngoại vi bên ngoài như cổng ADC, DAC; các module nhưBluetooth, Wifi, L289…

2.4.2 Giới thiệu về Arduino

a Khái niệm Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý được sử dụng để xây dựng cácứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc tương tác với môi trườngđược thuận tiện hơn Arduino được ví như một máy tính nhỏ để ngườidùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải

có các công cụ chuyên biệt phục vụ việc nạp code Arduino tương tácvới môi trường thông qua các cảm biến, động cơ, đèn…

Arduino gồm phần cứng và phần mềm Phần cứng của Arduinogồm một board mạch tích hợp vi điều khiển, còn phần mềm là công cụdùng để soạn thảo, biên dịch và nạp chương trình cho board mạch

Trang 35

Hình 2.3 Một số loại Arduino

b Ứng dụng của Arduino

Phần cứng và phần mềm của arduino đều là mã nguồn mở chonên arduino có rất nhiều ứng dụng Dưới đây là một số ứng dụng sửdụng arduino:

Trang 36

 Làm máy in 3D.

 Máy bay không người lái (Fly cam)

 Điều khiển đèn Led (ứng dụng làm biển quảng cáo, đèn giaothông)

2.4.3 Arduino Uno R3

a Thông số Arduino Uno R3

Arduino UNO là dòng sản phẩm thông dụng nhất trong họArduino, hiện nay dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3).Arduino Uno được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển Atmega328P

sử dụng thạch anh có chu kỳ dao động là 16 MHz Với vi điều khiển này,

ta có tổng cộng 14 chân digital (ngõ) ra/vào được đánh số từ 1 đến 13(trong đó có 6 chân PWM được đánh ký hiệu dấu “~” trước các chân).Bên cạnh đó ta có thêm 6 chân nhận tín hiệu analog được đánh ký hiệu

từ A0 – A5, 6 chân này cũng có thể sử dụng được như các ngõ ra/vàobình thường giống như các chân digital Trong các chân giới thiệu trênđây có chân 13 là chân đặc biệt vì nó nối trực tiếp với đèn LED trạngthái trên board Trên board mạch còn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối vớimáy tính qua cổng USB và 1 ngõ cấp nguồn DC sử dụng jack 2,1 mm.Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Arduino UNO R3

Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên 7-12V-DC

Trang 37

Dòng tối đa trên mỗi

Trang 38

Hình 2.4 Board mạch Arduino UNO R3.

b Cấp nguồn

Có 3 cách để cấp nguồn cho board Arduino UNO R3 hoạt động:

- Cách 1: Lấy nguồn 5V từ cổng USB

- Cách 2: Lấy nguồn từ pin cắm vào jack DC (điện áp khuyên dùng

từ 7 – 12 VDC)

- Cách 3: Cũng lấy nguồn từ pin, cực dương (+) nối với chân V¿ vàcực âm (-) nối với chân GND

Lưu ý với cách 2 và 3 cấp nguồn từ ngoài với điện áp khuyên dùng

là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thông thường thì ta cấp nguồn bằng

Trang 39

pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếucấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên sẽ làm hỏng mạch ArduinoUNO.

Hình 2.5 Các cách cấp nguồn cho board mạch Arduino Uno R3.

c Các chân năng lượng

- GND (Ground): Cực âm của nguồn điện áp cấp cho Arduino Uno.

- 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là

50 Ma

- 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân

Trang 40

- IOREF: Điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có

thể được đo ở chân này Chú ý không được lấy nguồn từ chânnày để sử dụng vì chức năng của nó không phải là cấp nguồn

- RESET: Khi nhấn nút Reset trên board để Reset vi điều khiển

tương đương với việc chân Reset được nối với GND qua 1 điện trở10KΩ

Hình 2.6 Các chân năng lượng.

 Board mạch Arduino Uno R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặcxuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức tín hiệu điện áp hoạt động là0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40 Ma Trên các

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	13,05 MB