Thiết Kế, Chế Tạo Module Điều Khiển Không Dây Cho Mobile Robot

Với sự phát triển của công nghệ điện tử, kỹ thuật số, các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa. Nó trở thành một lĩnh vực khoa học, mà ứng dụng của nó không thể thiếu trong dân dụng cũng như trong các VNĐh công nghiệp.Và nó còn là nền tảng cho các VNĐh khác. Với kỹ thuật tiên tiến như: vi xử lý, vi mạch số,.. được ứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực điều khiển. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp việc phải sử dụng những cánh tay robot, những máy tự động làm việc theo chương trình cài sẵn, những robot di động thực hiện các công việc nguy hiểm là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Nó giúp thực hiện những thao tác đòi hỏi độ chính xác cao hoặc môi trường làm việc ô nhiễm độc hại nhằm đảm bảo an toàn cho người lao động , tăng năng suất sản xuất. Nhất là trong các công việc mang tính lặp đi lặp lại công việc cụ thể thì robot có thể làm việc rất là chính xác. Bởi những lí do trên nhóm đã thực hiện đề “Thiết kế, chế tạo các module điều khiển không dây cho mobilerobot ” với các tính năng điều khiển không dây bằng sóng RF, wifi, bluetooth để có thể thực hiện những công việc nguy hiểm gián tiếp.

Mục Lục

Chương I TỔNG QUAN 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu đề tài 1

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phương tiện nghiên cứu 2

5 Nội dung đề tài 2

6 Tổng quan về mobile robot 3

6.1 Lịch sử phát triển của robot 3

6.2 Sơ lược về mobile robot 6

6.3 Phân loại mobile robot 7

6.4 Ứng dụng 7

7 Phương pháp nghiên cứu 8

7.1 Thiết kế, chế tạo mobile- robot 8

7.2 Sơ đồ nguyên lý của các dạng điều khiển không dây 10

8 Kết quả dự kiến 14

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ LÝ THUYẾT 15

1 Thiết kế cơ khí 15

1.1 Thiết kế cơ khí 15

1.1.1 Sơ lược về phần mềm thiết kế 15

1.1.2 Động cơ 18

1.1.3 Bánh xe đa hướng 19

1.1.4 Nguồn 19

1.1.5 Một số chi tiết khác 20

2 Thiết kế giao diện 21

2.1 Phần mềm thiết kế 21

2.2 Cách kết nối labview và Arduino 23

3 Lý thuyết 29

3.1 Sóng RF 29

3.2 Sóng Wifi 30

3.3 Sóng Bluetooth 31

3.4 So sánh lý thuyết các chuẩn điều khiển 33

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 34

1 Thiết bị điều khiển 34

1.1 Arduino Mega 2560 34

1.2 Arduino Uno R3 36

1.3 Ngôn Ngữ Lập Trình Cho Arduino 37

1.4 Lưu đồ giải thuật của mobile robot 39

2 Giới thiệu các module điều khiển không dây 39

2.1 Module Bluetooth 39

2.2 Module nRF24L01 41

2.3 Module Wifi ESP8266 44

Chương 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 47

1 Kết quả đạt được 47

1.1 Mạch phát RF 47

1.2 Main chính 48

1.3 Mạch điều khiển động cơ 48

1.4 Mô hình mobile- robot sau khi hoàn thành 49

1.5 Giao diện điều khiển 50

2 Khảo nghiệm thực tế 52

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 So sánh 3 loại điều khiển không dây 33

Bảng 3.1 Nối chân của Bluetooth với Arduino Mega 40

Bảng 3.2 Điều kiện làm việc của nRF24L01 42

Bảng 3.3 Các chế độ hoạt động của nRF24L01 43

Bảng 3.4 Nối chân của Esp8266 với Arduino Mega 46

Bảng 4.1 Kết quả khảo sát nhiễu của RF 53

Bảng 4.2 Kết quả khảo sát hiện tượng nhiễu của Bluetooth 54

Bảng 4.3 Kết quả khảo sát hiện tượng nhiễu của Wifi 54

Bảng 4.4 So sánh 3 loại truyền không dây thông qua khảo nghiệm thực tế 55

Chương I TỔNG QUAN

1 Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển của công nghệ điện tử, kỹ thuật số, các hệ thống điều khiển dầndần được tự động hóa Nó trở thành một lĩnh vực khoa học, mà ứng dụng của nókhông thể thiếu trong dân dụng cũng như trong các VNĐh công nghiệp.Và nó còn lànền tảng cho các VNĐh khác Với kỹ thuật tiên tiến như: vi xử lý, vi mạch số, đượcứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực điều khiển

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp việc phải sử dụng những cánhtay robot, những máy tự động làm việc theo chương trình cài sẵn, những robot di độngthực hiện các công việc nguy hiểm là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Nógiúp thực hiện những thao tác đòi hỏi độ chính xác cao hoặc môi trường làm việc ônhiễm độc hại nhằm đảm bảo an toàn cho người lao động , tăng năng suất sản xuất.Nhất là trong các công việc mang tính lặp đi lặp lại công việc cụ thể thì robot có thểlàm việc rất là chính xác

Bởi những lí do trên nhóm đã thực hiện đề “Thiết kế, chế tạo các module điềukhiển không dây cho mobile-robot ” với các tính năng điều khiển không dây bằngsóng RF, wifi, bluetooth để có thể thực hiện những công việc nguy hiểm gián tiếp

2 Mục tiêu đề tài

- Mục tiêu trước hết là hoàn thành đề tài tốt nghiệp

- Áp dụng những lý thuyết đã học vào thực tế, phát huy những thành quả của vi điềukhiển vào thực tế nhằm tạo những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn nhằm đạthiệu quả cao trong sản xuất cũng như phục vụ nhu cầu trong sinh hoạt hằng ngày

- Ôn lại, tìm hiểu rộng thêm các kiến thức đã được học

- Và cuối cùng là hoàn thiện được một mô hình mobile robot và thiết kế, chế tạo cácmodule điều khiển không dây RF, wifi, Bluetooth

- Ngoài ra, nhóm mong muốn đề tài là nền tảng để các khóa sau nghiên cứu, phát triểnhoàn thiện hệ thống hơn để ứng dụng vào các cuộc thi robocon.

3 Đối tượng nghiên cứu

- Tìm hiểu về vi xử lí Atmega2560, Atmega328

- Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C/C++ trên phần mềm Arduino IDE

- Tìm hiểu về mosfet IRF540, IRF 9540

- Tìm hiểu về điều khiển từ xa bằng sóng RF (nRF24L01), wifi (ESP8266),bluetooth(HC-05)

4 Phương tiện nghiên cứu

- Các tài liệu liên quan đến đề tài

- Máy tính

- Các dụng cụ hổ trợ thiết kế mạch điện tử

5 Nội dung đề tài

Nội dung của đề tài cần thực hiện là:

- Tổng hợp phân tích các chuẩn không dây điều khiển cho mobile robot như :dùng sóng RF, sóng bluetooth , sóng wifi

- Thiết kế, chế tạo một mobile robot

- Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển không dây dựa trên lý thuyết đã tìm hiểu

- So sánh , phân tích ưu nhược các chuẩn điều khiển đã tìm hiểu

6 Tổng quan về mobile robot

6.1 Lịch sử phát triển của ROBOT

Hình dạng Robot xuất hiện đầu tiên ở nước Hoa Kỳ, là loại tay máy chép hìnhdung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào những năm 50 của thế kỷ trước,bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thủy lực điện

tử đã xuất hiện Tuy nhiên, các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là thiếu

sự di động, các tay máy này hoạt động hạn chế quanh vị trí của nó Ngược lại, MobileRobot là lại Robot di động có thể di chuyển từ không gian này đến không gian khácmột cách độc lập hay được điều khiển từ xa, do đó tạo không gian hoạt động lớn

Từ năm 1939 đến năm 1945: Trong cuộc chiến thế giới lần thứ II, những conRobot di động đầu tiên xuất hiện Nó là kết quả của những thành tựu công nghệ trongnhững lĩnh vực nghiên cứu mới có liên quan như khoa học máy tính và điều khiển học,hầu hết chúng là những quả bom bay, ví dụ như những quả bom chỉ nổ trong nhữngdãy mục tiêu nhất định, sử dụng trong hệ thống hướng dẫn và rada điều khiển Tên lửaV1 và V2 có “ phi công tự động” và hệ thống phát nổ, chúng là tiền thân của đầu đạnhạt nhân tự điều khiển hiện đại

Từ năm 1948 đến 1948: W.Gray Walter tạo nên Elmer và Elsie, hai con Robottrông giống con đồi mồi Về mặc hành chính, chúng được gọi là Machina Speculatrixbởi vì những con Robot này hoạt động trong môi trường như những chú chim đồi mồi.Elmer và Elsie được trang bị một bộ cảm biến sáng Nếu chúng nhận ra một nguồnsáng, chúng sẽ di chuyển về phía nguồn sáng Chúng có thể tránh hoặc chuyển nhữngchướng ngại trên đường di chuyển Những con Robot này chứng mình rằng những cửchỉ phức tạp có thể phát sinh từ một thiết kế đơn giản Elmer và Elsie chỉ được thiết kếtương đương hai tế bào thần kinh

Từ năm 1961 đến 1963: Trường đại học Johns Hopkins phát triển “Beast” Beast

sử dụng hệ thống định vị di chuyển xung quanh Khi pin yếu nó sẽ tự tìm ổ cắm điện

và cắm vào

Năm 1969: Mowbot là con Robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động TheStanford Cart line follower là một con Robot di động có thể di chuyển thông qua nhậndạng đường kẻ trắng, sử dụng một camera để nhìn Nó bao gồm một “kênh truyềnthanh” gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo ra những tính toán.

Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford đang xây dựng

và nghiên cứu ra Shakey Shakey có một camera, một dãy kính gắm, một bộ cảm biến

và một bộ truyền thanh Shakey là con Robot đầu tiên lý giải về những chuyển độngcủa nó Điều này có nghĩa là Shakey có thể đưa nhiều mệnh lệnh chung và và Robotnày sẽ tính toán những bước cần thiết để hoàn thiện nhiệm vụ được giao

Năm 1976: trong chương trình Vikiry, tổ chức NASA đã phóng hai tàu vũ trụkhông người lái lên sao hỏa

Năm 1977: Bộ phim “Chiến tranh giữa các vì sao” phần I, A new Hope mô tảR2D2, một con Robot di động hoạt động độc lập và C3P0, một con robot hình người

Họ đã khiến công chúng biết đến những con Robot

Năm 1980: Thị hiếu của người tiêu dùng về Robot tăng, robot được bày bán vàmua về để sử dụng trong nhà Ví dụ RB5X vẫn tồn tại tới ngày nay và một loạt mẫurobot HERO Robot The Stanford Cart được phát triển mạnh, nó đã có thể lái tàu biểnvượt qua những trở ngại và tạo lên bản đồ những nơi nó đi qua

Năm 1989: Mark Tinden phát minh ra BEAM robotics

Năm 1990: Cha đẻ của nền robot công nghiệp Joseph Engelberger làm việc vớicác đồng nghiệp và đã phát minh ra những con robot tự động trong VNĐh y tế và đượcbán bởi Helpmate Sở an ninh Mỹ gây quỹ cho dự án MDARS-I dựa vào robot bảo vệtrong nhà Cybermotion

Năm 1993-1994: Dante-I và Dante-II được phát triển bởi trường đại họcCarnegie Mellon, cả hai con Robot dùng để thám hiểm núi lửa đang hoạt động

Năm 1995: Robot di động có thể lập trình Pioneer (người tiên phong) được bánsẵn ở một mức giá chấp nhận được, điều đó dẫn tới sự gia tăng rộng rãi về nghiên cứu

động trở thành một phần không thể thiếu trong chương trình giảng dạy của các trườngđại học.

Năm 1996-1997: NASA phóng con tàu Mars Pathfinder có 2 Robot Rover vàSojourner lên sao Hoả The Rover thám hiểm bề mặt sao hoả được điều khiển từ mặtđất Sojourner được trang bị với một hệ thống tránh rủi ro cao Hệ thống này làm choSojourner có thể tìm thấy đường đi của nó một cách độc lập trên địa hình của sao Hoả.Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, một con robot có khả năng đi lại, quan sát vàtác động qua lại tới môi trường Robot điều khiển từ xa dùng cho quân sự PackBotcũng được giới thiệu

Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống những bầy côn trùng đượckhởi động Chúng bao gồm một số lượng lớn các con Robot đơn lẻ, có thể tác động lẫnnhau và cùng nhau thực hiện những nhiệm vụ phức tạp

Năm 2002: Roomaba, một con robot di động dung trong gia đình, thực hiện côngviệc lau nhà xuất hiện Tiếp tục phát triển hiện nay có rất nhiều loại Robot phục vụ chocon người dần xuất hiện ngày càng thân thiện hơn

Năm 2004: Robosapien, một con robot đồ chơi, thiết kế bởi Mark Tilden đượcbán sẵn Trong dự án “The Centibots Project” 100 con Robot cùng làm việc với nhau

để tạo lên một bản đồ cho một vùng không xác định và tìm những vật thể trong môitrường đó Trong cuộc thi đầu tiên DARPA Grand Challenge, các con Robot tự động

đã cùng nhau tranh tài trên sa mạc

Năm 2006: Sony dừng việc sản xuất Aibo và Helpmate PatrolBot trở lên phổbiến khi các Robot di động vẫn tiếp tục cạnh tranh nhau để trở thành mặt hàng độcquyền Sở an ninh Mỹ đã bỏ dự án MDARS-I, nhưng lại gây quỹ cho dự án MDARS-

E một loại Robot an ninh tự động khác TALON-Sword, một loạiRobot tự động dùng

để bán sẵn với dàn phóng lựu đạn và những sự lựa chọn về vũ khí hợp thành khác đã

ra đời Asimo của Honda biết cách chạy và leo cầu thang chỉ với hai chân như conngười

Năm 2007: Hệ thống KiVa, Robot thông minh tăng nhanh về số lượng trong quytrình phân phối, những Robot thông minh này được phân loại theo mức độ phổ biếnnhững nội dung của chúng Robot từng trở thành phương tiện phổ biến trong các bệnhviện dùng để vận chuyển đồ trong kho từ nơi này sang nơi khác ARCSinside Speci-Minder mang máu và các vật mẫu từ trạm y tá tới phòng xét nghiệm Seekur, Robotdịch vụ dùng ngoài trời với mục đích phi quân sự có thể kéo một xe qua một bãi đậu

xe, lái một cách độc lập (tự động) vào trong nhà và bắt đầu học cách lái ra ngoài.Trong khi đó, PatrolBot học cách theo sau con người và nếu cửa mà mở thì đóng lại

6.2 Sơ lược về mobile robot

- Khái niệm: mobile robot là các robot mà trong đó nhiệm vụ chủ yếu của nó là dichuyển, định vị, tìm đường đi tối ưu, và vẽ lại bản vẽ

+ Các bộ phận cơ khí và cấp hành (Actuator): động cơ, piston, cơ cấu kẹp, bánhrăng, bánh xe

- Ngoài ra còn được lắp các thiết bị phụ trợ như camera, máy ghi âm,… hoặc cả vũkhí để thực hiện những nhiệm vụ riêng tùy vào mục đích

- Sơ đồ tổng quát điều khiển Robot:

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát điều khiển Robot

NGƯỜI ĐIỀU

KHIỂN KHIỂN TỪ BỘ ĐIỀU

XA

MOBILE ROBOT

- Mobile robot là một lĩnh vực có nhiều tiềm năng, được dùng trong nhiều mục đíchkhác nhau như: giải trí trong gia đình, phục vụ trong các công sở, trong các mục đíchquân sự, và dùng nhiều trong thám hiểm hành tinh Tiêu biểu trong họ robot này có thể

kể đến như: robot chó Aibo, xe tự hành Sojourner thám hiểm sao hỏa và các loại robot

dò mìn, tìm đường, …

6.3 Phân loại mobile robot

Có một số cách phân loại mobile robot sau:

- Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển:

+ Robot Ngoài trời và robot trong nhà Thông thường, chúng được lắp bánh

xe, nhưng có loại robot có chân (gồm 2 hoặc nhiều chân) robot hình người,robot hình dạng động vật hoặc côn trùng

+ Robot trên không thường dùng cho các phương tiện trên không, phươngtiện không người lái

+ Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoạt động dưới nước, chúnghoạt động độc lập

- Phân loại theo phương pháp di chuyển:

+ Robot có chân, chân giống người hay chân giống động vật

+ Robot có bánh xe

+ Robot di chuyển bằng bánh xích

6.4 Ứng dụng

- Ngày nay, mobile robot được ứng dụng rộng rãi hầu hết trong mọi lĩnh vực

- Lĩnh vực được ứng dụng nhiều nhất là trong công nghiệp, mobile robot được sử dụngchủ yếu để di chuyển các thiết bị, mang vác nguyên liệu và phụ kiện cần thiết, nơi cómôi trường làm việc ô nhiễm độc hại Robot được dẫn hướng bởi các đường dây điệnđặt ở dưới sàn, hay các robot này được lập trình theo một đường đi và công việc nhấtđịnh

- Phục vụ công việc hằng ngày và giải trí của con người Ví dụ như robot lau nhà, nhảytheo điệu nhạc, robot điều tiết giao thông,….

- Trong an ninh quốc phòng cũng được đầu tư nghiên cứu phát triển rất nhiều

- Ngoài ra, còn được ứng dụng trong thám hiểm vũ trụ và nhiều lĩnh vực khác Ví dụnhư Robot Sojourner được sử dụng trong nhiệm vụ tìm kiếm sự sống trên sao Hỏanăm 1997 Robot hầu như hoàn toàn được điều khiển từ xa trái đất Tuy nhiên, robot

có một số sensor được trang bị trên nó giúp nó có thể di chuyển một cách khá độc lập

Hình 1.2 Robot sojourner Hình 1.3 Robot lau nhà Samsung

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Thiết kế, chế tạo mobile- robot

Hoạt động của Robot chủ yếu ở những nơi có điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, địa hìnhthích hợp nên chọn mica làm phần khung Robot Mica là một loại nhựa PPC tổng hợp,

do đặc tính bền, dẻo, dễ sử dụng của mica mà ta có thể dùng dao cắt hay các máy cắtcnc (máy tự động có đầu cắt là hợp kim cứng) hoặc các máy laser (đầu cắt sử dụng tia

laser) để cắt mica theo thiết kế Thông số của mica chọn làm khung như sau: bề dày3mm đến 5mm, màu sắc mica trắng đục và xanh dương.

Hình 1.4 Mica thiết kế

Hình 1.5 Mô hình mobile robot

7.2 Sơ đồ nguyên lý của các dạng điều khiển không dây

Hình 1.6 Sơ đồ playout phần phát sóng RF

Hình 1.7 Sơ đồ playout mạch thu sóng RF (nRF24L01) , bluetooth (HC05),

wifi (esp8266)

Sóng RF:

Module nRF24L01 hoạt động ở tần số sóng ngắn 2.4G nên Module này khả năngtruyền dữ liệu tốc độ cao và truyền nhận dữ liệu trong điều kiện môi trường có vật cản,Modul nRF24L01 có 126 kênh truyền Điều này giúp ta có thể truyền nhận dữ liệu trênnhiều kênh khác nhau Module khả năng thay đổi công suất phát bằng chương trình,điều này giúp nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng

Hình 1.8 Module nRF24l01

Hình 1.9 Sơ đồ khối của nRF24l01

Hình 1.10 Sơ đồ chân nRF24L01

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý module nRF24L01

Sóng Bluetooth:

Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết bị

cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz.Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ Khi kết nối , nó sẽ tự động tìm

ra tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối trong khu vực nhằm đảmbảo sự liên tục

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý module Bluetooth HC-05

Hình 1.13 Module Bluetooth HC-05

Sóng Wifi:

ESP8266 là một chip tích hợp được thiết kế dùng cho chuẩn kết nối mới Có thểdùng nó để đưa những dự án của bạn kết nối đến Internet Đơn giản nó sử dụng ngõ

giao thức nối tiếp với tốc độ Baud 9600 (mặc định) Kết nối mạng không dây, giốngnhư một máy chủ hoặc một cầu nối trung gian và có thể download dữ liệu từ Internet.

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý module esp8266

8 Kết quả dự kiến

Hoàn thành các nhiệm vụ được giao:

- Thiết kế được một mô hình mobile- robot

- Thiết kế được giao diện điều khiển mobile- robot thông qua 3 loại sóng làbluetooth, RF, wifi trên phần mền labview

- So sánh, đánh giá ưu và nhược điểm của 3 loại sóng trên

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ LÝ THUYẾT

1 Thiết kế cơ khí

1.1 Thiết kế cơ khí

1.1.1 Sơ lược về phần mềm thiết kế

Mobile robot được thiết kế trên phần mềm solidworks 2013 Solidworks là phầnmềm thiết kế cơ khí 3D, chạy trên hệ điều hành Windowns Solidworks được pháttriển bởi Dassault Systèmes Solidworks Corp, một công ty con của Dassault Systèmes,

SA (Vélizy, Pháp) Solidworks hiện đang được sử dụng bởi hơn 2 triệu kỹ sư và nhàthiết kế ở mức hơn 178.000 công ty trên toàn thế giới

Solidworks đang là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với Autodesk Inventor và SolidEdge Về lịch sử: Tổng công ty Solidworks được thành lập vào tháng 12/1993 bởiViện Công nghệ Massachusetts của Jon Hirschtick Hirschtick sử dụng số tiền

$1.000.000 của ông kiếm được khi là thành viên của nhóm MIT Blackjack để thànhlập công ty Ban đầu công ty có trụ sở tại Waltham, Massachusetts, Hoa Kỳ,Hirschtick tuyển dụng một đội ngũ kỹ sư với mục tiêu xây dựng phần mềm CAD 3D

mà dễ sử dụng, giá cả phải chăng, và chạy trên nền Windows Hoạt động sau từConcord, Massachusetts, Solidworks phát hành sản phẩm đầu tiên của mìnhSolidworks 95 vào năm 1995 Năm 1997, Dassault nổi tiếng với phần mềm CATIACAD, mua lại Solidworks với giá $310.000.000 Solidworks đang tiếp thị một số phiênbản của phần mềm Solidworks CAD ngoài eDrawings-một công cụ cộng tác vàDraftSight-một sản phẩm 2D CAD Solidworks đã được lãnh đạo bởi John McEleney

từ năm 2001 đến tháng 7 năm 2007 và Jeff Ray từ năm 2007 đến tháng 1 năm 2011

Giám đốc điều hành hiện nay là Bertrand Sicot Các phiên bản đã phát hành như:SolidWorks 95, SolidWorks 96, SolidWorks 97, SolidWorks 97 Plus, SolidWorks 98,SolidWorks 98 Plus,…, SolidWorks 2013,…

Các sản phẩm solidworks cung cấp:

Ứng dụng thiết kế cơ khí 3D: SolidWorks Standar, SolidWorks Professional,SolidWorks Premium cung cấp một bộ công cụ phát triển sản phẩm thiết kế, thẩm trathiết kế, quản lý dữ liệu, thông tin liên lạc và các công cụ cơ khí SolidWorks Premiumbao gồm tất cả các khả năng của SolidWorks chuyên nghiệp cũng như định tuyến vàcác công cụ phân tích, bao gồm SolidWorks Routing, SolidWorks Simulation, vàSolidWorks Motion.SolidWorks Education Edition cung cấp các chức năng thiết kếtương tự nhưng được cấu hình và đóng gói cho kỹ thuật và sinh viên thiết kế côngnghiệp

Thiết kế các công cụ chứng nhận: SolidWorks Simulation là một công cụ xácnhận thiết kế cho thấy các kỹ sư cách thiết kế của họ sẽ cư xử như các đối tượng vật lý.SolidWorks Motion là một công cụ tạo mẫu ảo cung cấp khả năng mô phỏng chuyểnđộng để đảm bảo chức năng thiết kế đúng cách SolidWorks Flow Simulation là mộtcông cụ kiểm tra mô phỏng chất lỏng dòng chảy bên trong và bên ngoài và phân tíchnhiệt để các nhà thiết kế có thể tiến hành thử nghiệm trên nguyên mẫu ảo SolidWorksSimulation Premium là một phân tích phần tử hữu hạn (FEA) công cụ xác nhận thiết

kế có thể xử lý một số mô phỏng đa môi trường cũng như các vật liệu phi tuyến.SolidWorks phát triển bền vững là một sản phẩm mà các biện pháp tác động môitrường của thiết kế trong khi họ được mô phỏng trong SolidWorks

Sản phẩm công cụ quản lý dữ liệu: SolidWorks Workgroup PDM là một công cụPDM cho phép người dùng SolidWorks hoạt động trong nhóm 10 thành viên hoặc íthơn để làm việc trên các thiết kế đồng thời Với SolidWorks PDM nhóm làm việc, cácnhà thiết kế có thể tìm kiếm, chỉnh sửa, và dữ liệu ngăn CAD trong khi duy trì một lịch

sử thiết kế chính xác SolidWorks Enterprise PDM là một công cụ PDM cho phépngười dùng SolidWorks hoạt động theo nhóm tại các cơ sở riêng biệt khác nhau đểlàm việc trên các thiết kế đồng thời Với SolidWorks Doanh nghiệp PDM, các nhà

thiết kế có thể tìm kiếm chỉnh sửa, và dữ liệu ngăn CAD trong khi duy trì một lịch sửthiết kế chính xác Doanh nghiệp PDM duy trì một đường mòn kiểm toán, tương thíchvới một loạt các gói CAE (Autodesk, Siemens, PTC, Catia, vv) để duy trì quan hệinteRFile, và sẽ quản lý các phiên bản của bất kỳ tài liệu lưu trong khu vực lưu trữchung PDM doanh nghiệp cũng sử dụng một sơ đồ quy trình làm việc để tự độngthông báo cho thành viên trong nhóm khi một dự án di chuyển từ một giai đoạn đến,cũng như ý kiến theo dõi tiếp theo PDM doanh nghiệp có khả năng giao tiếp với các

hệ thống MRP / ERP và có thể được sử dụng trực tuyến để giao tiếp với khách hàng vàchuỗi cung ứng

Công cụ thiết kế đặc biệt: SolidWorks Routing, SolidWorks Electrical,olidWorks Plastics là một công cụ xác nhận thiết kế khuôn mẫu đã được xây dựngthành một môi trường mô hình rắn Nó cho phép các nhà thiết kế khuôn để nhanhchóng và dễ dàng xác minh xem một phần đúc nhựa có thể được lấp đầy SolidWorksMoldBase là một danh mục các hội đồng cơ sở khuôn tiêu chuẩn và các thành phần.Các gói phần mềm cho phép các nhà thiết kế để tạo ra một cơ sở khuôn lắp ráp hoànchỉnh Print3D là một tính năng in 3D cho phép người dùng chuyển đổi mô hình CAD3D của họ vào một tập tin STL Và sau đó có nó được gửi đến các nhà sản xuất đặcbiệt cho báo giá Các tập tin STL Có thể được sử dụng để tạo ra một liên kết ngay lậptức trích dẫn bằng cách sử dụng công nghệ Quickquote

Solidworks với tính mở và tính tương thích của mình, Solidworks cho phép nhiềuphần mềm ứng dụng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó, Solidworks cũng kếtxuất ra các tập tin dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác trongmôi trường các phần mềm khác

Những nhà sản xuất, họ không những sử dụng máy CNC mà còn sử dụng nó vớicác phần mềm CAD/CAM như Pro-Engineer, Cimatron, MasterCam… là những phầnmềm khá nổi tiếng đang được sử dụng ở nước ta Những phần mềm như Cimatron,MasterCam có tính năng CAM rất tốt nhưng lại có tính năng thiết kế 3D không mạnnhư Pro-Engineer

Nhưng theo phản ánh của các kỹ sư thì giao diện của Pro-Engineer làm chậm quátrình thiết kế và thậm chí làm rối các nhà thiết kế vì sự xuất hiện quá nhiều cửa sổ.Chính vì vậy các nhà sản xuất trên thế giới đang dần chuyển qua phần mềmSolidworks (Edited by congtd ).

Hình 2.1 Giao diện chính của solidworks 2013 1.1.2 Động cơ

Động Cơ Giảm Tốc GA 37 thích hợp với các ứng dụng xe mô hình, robot, ổ khóađiện tử, thiết bị thông minh,…

1.1.3 Bánh xe đa hướng

Để đạt được tính linh hoạt trong di chuyển thì chúng em chọn bánh xe đa hướngvới kích thước màu sắc đã chọn trước Bánh xe với đường kính ngoài là 20mm, đượclàm từ nhựa PP-thép, có khối lượng 20 gam, độ dày bánh xe là 14mm, tổng chiều caochân đế là 13,5mm, có thể chịu được tải trọng lớn và di chuyển linh hoạt trong các môitrường khác nhau

Hình 2.3 Bánh xe đa hướng 1.1.4 Nguồn

Pin Li-ion NCR18650A 4.2V

1.1.5 Một số chi tiết khác

Part gá động cơ đường kính 25mm

Part gá động cơ được gia công với độ chính xác cao, khó biến dạng Với chất liệuhợp kim nhôm cùng với độ dày 3mm được xữ lý bề mặt, chống ăn mòn giúp cho việc

gá đặt động cơ trở nên cứng cáp hơn

2 Thiết kế giao diện

2.1 Phần mềm thiết kế

Labview là một phần mền được viết ra nhằm mục đích phát triển những ứngdụng rộng lớn trong đo lường và điều khiển giống như ngôn ngữ lập trình C hoặcBasic cũng như LabWindows, tuy nhiên LabVIEW khác so với các ngôn ngữ trên làcác ứng dụng của nó đặt trong các VI (Virtual Instrument) nằm trong thư viện củaLabView, một số ứng dụng đặc biệt của LabView là tạo các giao diện để người dùngquan sát trực quan các hiện tượng vật lí trên thực tế Khác với những ngôn ngữ lậptrình hệ thống được viết trên nền văn bản để tạo ra các dòng lệnh hoặc mã lệnh Trongkhi đó Labview lại sử dụng một ngôn ngữ lập trình đồ họa G để tạo ra những chươngtrình ứng dụng đặc biệt Labview có rất nhiều công dụng để tạo ra một trình ứng dụngtheo ý của người sử dụng nó, trong Labview chứa đựng nhiều khối đã tạo sẵn được đặttrong thư viện,đặc biệt nó còn bao gồm các thư viện của các hàm và các chương trìnhcon cho một nhiệm vụ nào đó Labview còn có những hướng dẫn và những ví dụ.LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) là một ngônngữ lập trình đồ họa mà sử dụng các biểu tượng thay vì các văn bản để tạo ra các ứngdụng Trái với các ngôn ngữ lập trình văn bản cơ sở, nơi mà hướng dẫn xác định mệnhlệnh thực hiện chương trình,Labview sử dụng lập trình lưu đồ, ở đó nguồn dữ liệuxuyên qua các nút trên các sơ đồ khối xác định các mệnh lệnh thực hiện của các VI vàcác hàm chức năng Các VI hay các thiết bị ảo là các chương trình Labview mà bắtchước các dụng cụ vật lí

Trong LabView, bạn xây dựng một giao diện người dùng bằng việc sử dụng mộttập hợp các dụng cụ và các đối tượng Giao diện người dùng được biết đến như là giaodiện (mặt máy) Sau khi bạn thêm mã sử dụng trình bày đồ họa của các hàm chức năngtới điều khiển các đối tượng giao diện Mã nguồn đồ họa này cũng được biết đến như

mã G hoặc mã sơ đồ khối Sơ đồ mã khối chứa đựng mã này Trong một số cách, sơ đồkhối giống với lưu đồ

LabView có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa và cơ điện tử:

- Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh

từ webcam, vận tốc của động cơ,

- Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thôngqua các cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet, …

- Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đíchnghiên cứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn

- Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơnnhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab,

- Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ (FuzzyLogic), một cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trongLabVIEW

- Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++,

Hình 2.7 Giao diện khi khởi động môi trường LabVIEW

Hình 2.8 Front Panel Hình 2.9 Block Diagram

2.2 Cách kết nối labview và Arduino

Để kết nối và làm việc với Arduino, trên LabVIEW cần có 1 bộ VIs của Arduino.Thông qua bộ VIs, LabVIEW có thể lấy dữ liệu từ các chân Arduino và xử lý, điềukhiển hoặc hiển thị kết quả trên màn hình máy tính

Do sự phổ biến và chuẩn hóa của Arduino nên bộ VIs của nó đã được phổ biếnrộng rãi không cần người sử dụng phải tự lập trình Để sử dụng được ta thực hiện theocác bước sau:

Bước 1: Cài đặt VI Package Manager (VIPM) – đây là phần mềm quản lýcũng như giúp chúng ta download các gói VI của LabVIEW

Bước 2: Sau khi cài đặt xong ta vào VIPM và tìm giao diện Arduino choLabVIEW với từ khóa “LabVIEW InteRFace for Arduino” Sau đó cài đặtLabVIEW InteRFace for Arduino cho LabVIEW, lưu ý là phải đúng phiênbản của LabVIEW

Hình 2.10 Giao diện của VIPM

Hình 2.11 Cài đặt LabVIEW InteRFace cho Arduino

Bước 3: Kết nối Arduino với máy tính qua cổng USB

Bước 4: Nạp mã nguồn cho Arduino để có thể giao tiếp với LabVIEW

- Khởi động Arduino IDE.

- Vào File chọn Open Tìm đường dẫn: <LabVIEW>\vi.lib\LabVIEW InteRFace forArduino\Firmware\LIFA_Base Ở đây <LabVIEW> là nơi chứa thư mục LabVIEWsau khi cài đặt.Ví dụ: cài LabVIEW tại ổ C thì <LabVIEW> sẽ tương ứng với: C:\Program Files\National Instruments\LabVIEW 20XX Kích đúp vào LIFA_Base.2

Hình 2.12 Nạp mã nguồn để Arduino có thể giao tiếp với LabVIEW

- Chọn đúng Board và Serial Port sau đó kích vào Upload để nạp vào Arduino Khi cóthông báo Done uploading là đã nạp thành công và đã có thể làm việc với Arduinotrên LabVIEW

Gói VIs Arduino

Sau khi kết nối hoàn tất, ta sẽ thấy có thêm dòng Arduino trên bảng Functionscủa Labview Bên trong gói VIs gồm :

Hình 2.13 Gói VIs Arduino

Các VI này đều có các chân để đưa tín hiệu vào hoặc là xuất tín hiệu ra Các chânnày đều có kiểu dữ liệu cụ thể Để biết được chức năng của VI và kiểu dữ liệu của cácchân thì ta sử dụng “Ctrl+H” Ta cũng sử dụng wires để tạo kết nối giữa 2 VI

Khối Init

Đây là khối bắt đầu cho một chương trình giao tiếp với Arduino

Hình 2.14 Khối Init và các chân của khối

Ta có thể thấy khối Init có rất nhiều chân ra song để thiết lập cho việc kết nối ta chỉquan tâm tới một vài chân.Cụ thể là:

- Chân VISA resource là chân thiết lập cổng COM để giao tiếp giữa LabVIEW

và Arduino

- Chân Baud Rate là chân thiết lập tốc độ baud.Tốc độ baud là 115200 đối vớiArduino Uno, là 9600 đối với các dòng Arduino khác.

- Chân Board Type là chân để chọn loại Arduino để làm việc.Có 3 loại Arduinođược hỗ trợ là: Uno, Mega 2560 và Dimuelanove/Atmega 328

- Chân Connection Type là chân lựa chọn kiểu kết nối: qua USB,XBEE hoặcBluetooth

- Chân Arduino Resource để kết nối với các khối khác

Cách thiết lập chân và một số lưu ý nhỏ khi nối các khối

- Một khối được chia làm 2 dãy chân dữ liệu Các chân nằm bên trái của khối làcác chân đưa dữ liệu vào hoặc là các thiết lập ban đầu của tín hiệu.Các chân bênphải là các chân đưa dữ liệu ra hoặc các thành phần của tín hiệu đã tách được khiqua khối

- Để thiết lập bất kỳ chân nào của một khối ta làm như sau:

+ Đưa con trỏ chuột tới chân cần thiết lập sao cho con trỏ chuột trở thànhWiring tool (hoặc có thể dùng Tool Palette)

+ Click chuột phải, sau đó trỏ chuột vào Create chọn kiểu thiết lập.Có 3 kiểuthiết lập: Constant (hằng số),Control (điều khiển), Indicator (hiển thị) tùy vàomục đích để lựa chọn phù hợp

- Chân Arduino Resource của khối này nối với chân Arduino Resource của khốikhác

- Chân error out của khối trước thì nối với error in của khối liền sau

- Đối với các khối còn lại ta cũng thiết lập tương tự

Khối Close

Là khối để dóng một chương trình giao tiếp với Arduino.Và chỉ gồm các chân cơbản là Arduino Resource, error in ,error out

Hình 2.15 Khối Close

Các khối Low level

Bao gồm các khối để đọc, ghi tín hiệu analog hoặc digital từ boardArduino Ngoài ra còn có các khối phục vụ việc băm xung,bus

Hình 2.16 Các khối trong Low Level

Các khối sensors

Bao gồm các khối VI sensor thường dùng như: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánhsáng, LCD, led 7 thanh, led nhiều màu đáp ứng rất nhiều ứng dụng thực tiễn cũngnhư nghiên cứu khoa học

Ngoài các khối cơ bản kể trên,trong gói Arduino còn có thêm khối Example gồmcác ví dụ đã được thiết kế sẵn và khối Utility

Hình 2.17 Các khối trong Sensors

Hoạt động

Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiểnbằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô

tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị đượcđiều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó.

Ưu điểm

- Truyền xa hơn IR với khoảng cách khoảng 30m hoặc có thể lên tới 100m

- Truyền xuyên tường,kính…

3.2 Sóng Wifi

Wifi - Wireless Fidelity là tên gọi mà các nhà sản xuất đặt cho một chuẩn kết nốikhông dây (IEEE 802.11), công nghệ sử dụng sóng radio để thiết lập hệ thống kết nốimạng không dây Đây là công nghệ mạng được thương mại hóa tiên tiến nhất thế giớihiện nay

Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụngcho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Nó có thể chuyển và nhậnsóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại.Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ:

- Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz hoặc 5GHz Tần số này cao hơn sovới các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình Tần

số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn

- Chúng dùng chuẩn 802.11:

+ Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường Đây là chuẩn chậm nhất và rẻtiền nhất, và nó trở thành ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác.Chuẩn 802.11b pháttín hiệu ở tầng số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 MB/giây, và nó sử dụng mã CCK(complimentary code keying).

+ Chuẩn 802.11g cũng phát ở tầng số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 MB/giây Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mãOFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quảhơn

+ Chuẩn 802.11a phát ở tầng số 5 GHz và có thể đạt đến 54 MB/ giây Nó cũng sửdụng mã OFDM Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh hơn chuẩn802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng

- WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khácnhau một cách nhanh chóng Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sựnhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc

3.3 Sóng Bluetooth

Bluetooth là một dạng PAN khác được quản lý bởi Bluetooth Special InterestGroup (SIG) và hỗ trợ bởi tổ chức IEEE 802.15 Bluetooth ban đầu được thiết kế chotai nghe không dây của điện thoại di động Nó cũng được sử dụng cho nhiều dònglaptop, máy in, loa không dây, máy ảnh kĩ thuật số, bàn phím hay chuột không dây, vàtrò chơi điện tử Ngoài ra, một phiên bản đơn giản hơn của nó – Bluetooth LowEnergy – hướng đến các ứng dụng trong lĩnh vực sức khỏe và y tế Công nghệ nàycạnh tranh rất hiệu quả với ANT+

Bluetooth cũng hoạt động trong dải tần 2.4 GHz ISM và sử dụng kỹ thuật trảiphổ nhảy tần (frequency-hopping spread spectrum – FHSS) với phương thức điều chếGFSK, DQPSK hoặc 8DPSK Tốc độ truyền dữ liệu là 1 Mbps cho GFSK, 2 Mbpscho DQPSK, 3 Mbps cho 8DPSK Bên cạnh đó, nó được chia thành 3 class ứng với 3mức công suất phát 0 dBm (1mW), 4 dBm (2.5mW) và 20 dBm(100mW), những mứcnày cũng quyết định khoảng cách truyền tín hiệu Tầm hoạt động cơ bản vào khoảng

10m và có thể lên đến 100m ở mức năng lượng lớn nhất với đường truyền tín hiệukhông có vật cản.

Bluetooth có khả năng tạo ra một mạng đơn giản lên đến 7 thiết bị Loại mạngPAN này (có tên piconet) không được sử dụng rộng rãi cho lắm, thường có cấu trúcngang hàng (peer-to-peer) Với sự đa dạng như vậy, Hiệp hội Bluetooth SIG đưa ranhiều kiểu thiết lập (profile) hay những ứng dụng phần mềm được chứng nhận tươngthích với nhiều loại chip, module và phần mềm của nhiều hãng khác nhau

- Khoảng cách kết nối còn ngắn, số lượng kết nối còn hạn chế

- Tốc độ truyền của Bluetooth không cao

- Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác