Thiết kế, chế tạo robot hút bụi thông minh

Hiện nay trên thực tế đã có một số loại máy hút bụi cũng như Robot hút bụi, nhưng bản thân em muốn ứng dụng những kiến thức mình đã học và tiếp thu để tổng hợp tự thiết kế và chế tạo ra

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY

Sinh viên thực hiện: TRẦN HỒNG THẮNG

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Thắng

2 Lớp: 13CDT2 Số thẻ SV: 101130214

3 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh

4 Người hướng dẫn: Trần Xuân Tùy Học hàm/ học vị: PGS.TS

V Thông tin chung:

5 Họ tên sinh viên: Trần Hồng Thắng Lớp: 13CDT2

6 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh

VI Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

TT Các tiêu chí đánh giá Điểm

tối đa

Điểm trừ

Điểm còn lại

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp,

giải quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao 80

1a - Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự

nhiên trong vấn đề nghiên cứu 15

1b - Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên

ngành trong vấn đề nghiên cứu 25

1c - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mô

phỏng, tính toán trong vấn đề nghiên cứu 10

1d - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài

ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu 10

1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề 10

1f - Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng

3 Tổng điểm đánh giá: theo thang 100

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT BẢO VỆ & CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

VII Thông tin chung:

7 Họ tên sinh viên: Trần Hồng Thắng Lớp: 13CDT2

8 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh

VIII Nhận xét về tình hình bảo vệ và chấm đồ án tốt nghiệp:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Đà Nẵng, ngày tháng năm 201

Chủ tịch HĐ Thư ký HĐ

GV hướng dẫn : PGS.TS Trần Xuân Tùy

GV duyệt : GV.TS Nguyễn Danh Ngọc

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

Sau 5 năm được rèn học tập, lĩnh hội kiến thức từ lý thuyết đến các buổi thực hành, các đồ án cùng với thực tập thì đồ án tốt nghiệp chính là sản phẩm đúc kết tất

cả những gì em đã linh hội được Từ những kiến thức đó cùng với khả năng và nhu cầu thực tế hiện nay , em đã tự chọn ra cho mình đề tài “ Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh” dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy

Với xã hội càng ngày càng hiện đại, và con người ngày càng dành thời gian nhiều hơn cho công việc và nghỉ ngơi thì làm việc nhà đã cần đến sự có mặt của các Robot

tự động Hiện nay trên thực tế đã có một số loại máy hút bụi cũng như Robot hút bụi, nhưng bản thân em muốn ứng dụng những kiến thức mình đã học và tiếp thu để tổng hợp tự thiết kế và chế tạo ra Robot cho riêng mình Kết hợp cả quét rác và hút hụi , sẽ thuận tiện và sạch sẽ hơn nhiều Ngoài ra hiện nay việc sử dụng Robot cho các nhà có tầng , cầu thang mang đến nguy cơ Robot sẽ bị rơt rớt cầu thang nếu không có sự che chắn cẩn thận Nhưng với sợ cải tiến ở Robot hút bụi thông minh này thì nguy cơ đó

sẽ bị loại bỏ hoàn toàn với khả năng nhận biết được địa hình có thể bị rơi rớt Khiến người dung có thể yên tâm để chú Robot dọn nhà sạch sẽ mà không lo ngại bị rơi rớt,

hư hỏng

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

Trong đề tài này chúng em thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiều các phương pháp điều khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản và đưa ra giải pháp phù hợp để đảm bảo khả năng hoạt động của Robot cao nhất và ít khả năng hư hỏng nhất

- Tính toán thiết kế các bộ phận với tỉ lệ thật nhằm đưa sản phẩm vào sử dụng thực tế

- Thiết kế và thi công Robot

3 Nội dung đề tài đã thực hiện :

- Số trang thuyết minh: 75

- Số bản vẽ: 4A0

- Mô hình: 1 Robot hút bụi hoàn thiện

4 Kết quả đã đạt được:

* Phần lý thuyết đã tìm hiểu:

- Tổng quan Robot hút bụi, tính thiết thực và cấp thiết của đề tài

- Các sản phẩm Robot hút bụi trên thế giới

- Đứa ra các phương án truyền động, quét, hút bụi để lựa chọn phương án tối ưu nhất cho đề tài

- Tính toán lựa chọn các thành phần, động cơ, bộ truyền sử dụng trong Robot hút bụi

- Thiết kế các bộ phận, khung gá đặt của robot

- Giới thiệu thành phần và các module chức năng điều khiển động cơ

* Đã lựa chọn và thiết kế phần:

- Lựạ chọn và đưa ra các phương án tối ưu nhất

- Lựa chọn các cơ cấu truyền động cho robot

- Chọn các loại động cơ sử dụng

- Chọn cách di chuyển hợp lí, hoàn toàn tự động

* Kèm Robot hút bụi hoàn thiện

Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Thắng Số thẻ sinh viên: 101130214

Lớp: 13CDT2 Khoa: Cơ Khí Ngành: Cơ Điện Tử

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Tìm hiểu một số Robot hút bụi khác để phân tích ưu nhược điểm đưa ra ý tưởng thiết kế

- Đưa ra nguyên lí, tính toán lựa chọn cơ cấu phù hợp để thiết kế

- Thiết kế Robot bằng Solidworks, tìm hiểu code điều khiển

- Thi công , lắp ráp Robot

- Hoàn thành Robot , thuyết minh bản vẽ

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

- Bản vẽ tổng thể chế tạo : 1A0

- Bản vẽ sơ đồ động : 1A0

- Bản vẽ sơ đồ mạch điện : 1A0

- Bản vẽ sơ đồ thuật toán : 1A0

5 Họ và tên người hướng dẫn : PGS.TS Trần Xuân Tùy

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 5/2/2018

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, Robot không còn là cái gì đó quá xa lạ với mọi người, chúng là sự kết tinh những thành tựu to lớn về khoa học kỹ thuật của nhân loại Robot được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, y tế, nghiên cứu khoa học, giải trí, phục

vụ đời sống con người Kéo theo đó là những yêu cầu về những thế hệ robot thông minh, linh hoạt có kỹ năng lao động như con người Cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội ở Việt Nam việc đưa robot vào trong các hoạt động sản xuất công nghiệp ngày càng nhiều Tuy nhiên đối với các robot phục vụ trong gia đình, robot giải trí – gọi chung là các robot dịch vụ còn là một lĩnh vực khá mới mẻ và ít được quan tâm

Từ đó, em chọn đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI THÔNG MINH” cho đồ án tốt nghiệp của mình Robot thực hiện việc hút bụi hoàn toàn tự động chỉ cần một nút nhấn trên ROBOT

Trong quá trình tìm tòi, nghiên cứu và sử dụng các kiến thức bản thân nhưng do

sự hạn chế về mặt kiến thức, mà khoa học về Robot lại rộng lớn nên chúng em không thể tránh được những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy trong khoa giúp chúng em bổ sung và nắm vững vốn kiến thức của mình

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã được sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy và GV.TS Nguyễn Danh Ngọc cùng các thầy trong khoa Cơ khí đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện:

Trần Hồng Thắng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ROBOT 11

1.1 Khái niệm về Robot : 11

1.2.Phân loại Robot: 12

1.3 Các bộ phận của robot di động thông minh : 13

1.4 Các mô hình điều khiển robot: 14

1.4.1 Mô hình kiểu phản xạ : 14

1.4.2 Mô hình “sens – plan – act “ : 14

1.4.3 Mô hình kiểu lai : 14

1.5 Tổng quan về Robot hút bụi : 15

1.5.1 Robot hút bụi M388 15

1.5.2 Robot hút bụi NaviBot S Robotic Cleaner : 16

1.5.3 Robot hút bụi thông minh Cocorobo với model RX-V60: 17

1.6 Tính năng chung của robot hút bụi: 18

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ 19

2.1 Phân tích phương án và chọn kết cấu cơ khí: 20

2.1.1 Lựa chon động cơ cho robot: 21

2.1.2 Lựa chọn bánh xe cho robot: 23

2.1.3 Lựa chọn cơ cấu hút quét bụi: 23

2.2 Phân tích phương án và chọn hệ thống điều khiển: 24

2.3 Phân tích động học cho robot: 25

2.3.1 Các hướng điều khiển chuyển động cho robot: 25

2.3.1.1 Chuyển động tịnh tiến: 26

2.3.1.2 Chuyển động xoay: 27

2.3.1.3 Phương trình động học cho robot: 27

2.4 Tính toán các thông số động học cho robot: 30

2.4.1 Tính chọn thông số động cơ và đường kính bánh xe: 31

2.4.2 Tính chọn thông số động cơ chổi quét: 31

2.4.3 Tính chọn thông số động cơ bộ phận quét rác bụi: 32

2.5 Một số hình ảnh robot khi thiết kế và thực tế 33

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 37

3.1 Sơ đố khối: 37

3.2 Mạch vi điều khiển: 41

3.3 Mạch điều khiển động cơ: 43

3.4 Mạch cảm biến siêu âm: 45

3.5 Thuật toán đọc SRF05: 46

3.6 Chạy tự đông đi thẳng: 47

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 47

Đánh giá kết quả: 47

Một số vấn đề đạt được: 48

Các hạn chế: 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT

1.1 Khái niệm về Robot :

Nguyên gốc của một từ La Tinh là robota có nghĩa là người tạp dịch Như vậy mục đích ra đời của robot là thay thế con người làm 1 số công việc nào đó

Robot hay người máy là một loại máy có thể thực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính

Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, ảo, thường là một hệ thống cơ khí-điện

tử Với sự xuất hiện và chuyển động của mình, robot gây cho người ta cảm giác rằng nó giác quan giống như con người Từ "robot" (người máy) thường được hiểu với hai nghĩa: robot cơ khí và phần mềm tự hoạt động

Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot?” Một cách gần chính xác, robot phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:

▪ Không phải tự nhiên,tức là do con người sáng tạo ra

▪ Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh

▪ Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường

▪ Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước

▪ Có khả năng điều khiển đuợc bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng

▪ Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều

▪ Có sự khéo léo trong vận động

Sau đây là một số định nghĩa về robot :

❖ Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 định nghĩa robot như sau: “Đó là một loại máy móc được điều khiển tự động, được lập trình sẵn, sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, có khả năng vận động theo nhiều hơn 3 trục, có thể cố định hoặc di động tùy theo những ứng dụng của nó trong công nghiệp tự động.”

❖ Joseph Engelberger, một người tiên phong trong lĩnh vực robot công nghiệp nhận xét rằng: “Tôi không thể định nghĩa robot, nhưng tôi biết loại máy móc nào là robot khi tôi nhìn thấy nó!”

❖ Từ điển Cambridge trực tuyến định nghĩa robot rằng rằng: “Đó là một loại máy

có thể thực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính”

❖ Người máy hay Robot là công cụ cơ điện tử, thủy lực, nhân tạo, ảo, thay thế con người trong công nghiệp hay môi trường nguy hiểm Robot còn là công cụ để giúp con người giải trí, tìm hiểu khoa học

Ta có thể thấy định nghĩa về robot là 1 định nghĩa “mở”, nghành công nghiệp robot ngày càng phát triển, con người sẽ được chứng kiến sự ra của nhiều loại robot hơn nữa

1.2.Phân loại Robot:

Có rất nhiều định nghĩa cũng như cách phận loại robot Sau đây là một số cách phân loại robot

Theo Viện Robotics Hoa Kỳ(Robotics Institute of America - RIA) thì có 4 loại robot như sau:

• Robot vân hành với sự điều khiển của con người

• Tự vận hành với chu trình được định trước

• Robot khả trình, điều khiển được với quỹ đạo liên tục

• Robot có khả năng tự thu nhận thông tin từ môi trường để đưa ra chuyển động thông minh

Theo Hiệp Hội Robot Nhật Bản:

• Robot vận hành với sự điều khiển của con người

• Robot vận hành với trình tự cố định

• Robot vận hành với trình tự được điều khiển đơn giản

• Playback Robot, Robot được lập trình sẵn nhiều cách chuyển động

• Robot điều khiển bằng số với các tác vụ được lập sẵn

• Robot thông minh : có thể tự hiểu được môi trường để hành động hoàn thành tác vụ

Ngoài ra còn các cách phân loại robot theo hình dáng và chức năng của robot ví

dụ như: robot công nghiệp,tay máy,robot giống người,robot mô phỏng động vật…

1.3 Các bộ phận của robot di động thông minh :

Một robot thường bao gồm có 3 bộ phận: bộ phận cảm nhận, bộ phận điều khiển và bộ phận chấp hành

• Bộ phận cảm nhận: thu nhận thông tin từ môi trường Bao gồm các sensor nội

và sensor ngoại

• Bộ phận điều khiển: nhận thông tin từ khối cảm biến, đưa ra quyết định dựa trên thuật toán điều khiển và các lệnh tới khối cơ cấu chấp hành

• Bộ phận chấp hành: thực hiện hành động của robot Nhận thông tin điều khiển

từ bộ phận điều khiển Trong nhiều trường hợp bộ phận chấp hành nhận thông tin thẳng từ bộ phận cảm nhận

Hình 1.1: Ba bộ phận của robot

Cảm nhận

Điều khiển (gồm vi xử lý và bộ nhớ)

Chấp hành

Robot Môi

Trường

1.4 Các mô hình điều khiển robot:

1.4.2 Mô hình “sens – plan – act“:

Hình 1.3 : Mô hình tuần tự

Ở mô hình này, thông tin của môi trường được cảm nhận Thông tin này được truyền tới bộ phận điều khiển, bộ phận điều khiển sẽ phân tích và từ đó đưa ra thông tin điều khiển tới bộ phận chấp hành Mô hình này có tốc độ đáp ứng chậm

1.4.3 Mô hình kiểu lai:

Hình 1.4 : Mô hình lai

Mô hình này là mô hình kết hợp giữa 2 kiểu mô hình trên.Mô hình lai bao gồm nhiều cặp “cảm nhận – châp hành” hoạt động như mô hình phản xạ, tốc độ đáp ứng khá nhanh Bên cạnh đó có 1 khối điều khiển lập kế hoạch cho toàn bộ tác vụ của robot

Cảm Nhận Chấp Hành

Cảm nhận Lên kế hoạch Chấp hành

Lập kế hoạch

Chấp hành Cảm Nhận

1.5 Tổng quan về Robot hút bụi

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, đời sống người dân tăng cao, giờ đây các loại máy giặt, máy rửa bát, máy hút bụi xuất hiện ngày càng nhiều trong các gia đình, giúp giải phóng bớt gánh nặng của người phụ nữ Tuy nhiên với nhịp sống ngày càng nhanh như hiện nay thì việc xuất hiện các robot phục vụ tự động trong gia đình đang trở nên cần thiết hơn

Sự xuất hiện của một số robot hút bụi thông minh tại Việt Nam trong những năm gần đây, cho thấy nhu cầu cầu sử dụng robot thông minh trong gia đình không phải là nhỏ, và cho thấy thị trường tiềm năng trong lĩnh vực còn mới mẻ này

Có thể nói, Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí khôn nhân tạo

Một robot hút bụi thông minh không giống như các loại máy hút bụi thông thường, Nó có thể thực hiện công việc hút bụi một cách hoàn toàn tự động theo chương trình đã được lập sẵn Rất thích hợp cho các gia đình và văn phòng có nền nhà gỗ , thảm, đá hoa Với kích thước nhỏ gọn một số robot hút bụi có thể di chuyển hết cả phòng, những nơi mà máy hút bụi thông thường không với vào được như gầm giường, gầm ghế…

Được mệnh danh là máy hút bụi thông minh, một số robot hút bụi có thiết kế nhỏ gọn bao gồm một cổng hút dài và hệ thống chổi quét lô tròn và chổi quét cạnh, khi di chuyển nó sẽ xới bụi và cổng hút sẽ hút hết bụi bẩn Chính vì vậy mà động

cơ hút bụi không cần có công suất lớn như máy hút bụi thông thường Robot có thể hút bụi mạnh mẽ và quét sạch theo cách dùng chổi xoay,quay tròn lấy đi các bụi bẩn trên thảm,bánh dẫn hướng linh hoạt tự điều chỉnh độ cao giúp robot có thể

di chuyển lên hoặc xuống thảm một cách đơn giản Phát hiện vật cản ,tự động chuyển hướng để tránh rơi xuống cầu thang Thu gom rác và bụi bẩn vào hai khu vực riêng biệt

Dưới đây là một số mẫu robot của một số công ty:

1.5.1 Robot hút bụi M388: của hãng Jinke (China)

Robot hút bụi thông minh M388 khi tích hợp chức năng 5 trong 1: quét, hút bụi, diệt khuẩn, làm sạch không khí và lau sàn nhà Robot dễ dàng đi vào tất cà các ngóc ngách trong phòng, hút sạch bụi Khi gặp chướng ngại như chân bàn, chân ghế với hệ thống cảm ứng điện tử thông minh robot sẽ tự tránh hoặc đi vòng quanh hút bụi Robot được tích hợp hệ thống bánh xe giúp robot có thể tự chạy quanh nhà hút bụi Với hệ thống chổi quét ven Robot sẽ quét dọn từng ngóc ngách trong nhà bạn, nhất là chân tường và các góc khuất Robot thông minh sẽ giúp tránh được việc phải đi cùng, tiếp xúc trực tiếp với bụi bặm, tiếng ồn - những yếu tố gây tác động xấu lên sức khỏe

Hình 1.5 : Robot hút bụi M388

1.5.2 Robot hút bụi NaviBot S Robotic Cleaner :

Là sản phẩm của Công ty Samsung Hình dánh tròn, dẹp, cao gần 90 mm nên có thể chui xuống các gầm bàn, gầm tủ nhà bạn để hút bụi và quét sạch các loại rác nhỏ Phía trước của robot có 2 cái chổi xoay nhỏ sẽ liên tục xoay để cuốn bụi và rác vào bên trong thân máy.Đặc biệt, phía trên của con robot được tích hợp camera có khả năng quan sát không gian căn phòng phía trước mặt để biết chỗ nào có rác chỗ nào không,

đồng thời nó sẽ ưu tiên chạy đến những chỗ có nhiều bụi hay rác bẩn để làm sạch chỗ

đó trước

Hình 1.6 : Robot hút bụi NaviBot S Robotic Cleaner

1.5.3 Robot hút bụi thông minh Cocorobo với model RX-V60:

Đây là sản phẩm của công ty Sharp (Nhật Bản) với nhiều tính năng vượt trội có

có thiết kế dạng tròn với đường kính 29,9cm,đồng thời cho phép người dùng điều khiển máy ngay cả khi đang không ở trong nhà Cocorobo Navi là một ứng dụng chạy trên Android và iOS, nó sẽ giúp chúng ta tạo một "bản đồ ảo" bằng cách sắp đặt các vật dụng lên một mặt sàn phỏng theo cách bố trí đồ đạc của một tầng nào

đó trong nhà (ứng dụng này cũng có phép tùy chỉnh kích thước sàn) Dựa vào đây, người dùng có thể thiết lập đường đi cho RX-V60, và bản thân chú robot này cũng

sẽ biết được ở đâu đang có vật cản để mà tránh né

Hình 1.7 : Robot hút bụi thông minh Cocorobo với model RX-V60

1.6 Tính năng chung của robot hút bụi:

- Robot tự động lau sạch sàn nhà của bạn,hoạt động hiệu quả trên mọi bề mặt chất liệu như sàn thảm, gỗ, vải sơn lót sàn, gạch lát đơn giản chỉ cẩn bấm nút

- Vách ngăn gắm cảm biến giúp cho robot không bị rơi xuống bậc thang

- Có các mức cài đặt thời gian hoạt động

- Bộ phận chứa bụi bẩn và rác dể dàng tháo lắp làm vệ sinh

- Bộ điều khiển từ xa giúp ta có thể điều khiển robot hoạt động theo ý muốn và

có thể bấm dừng robot bất cứ lúc nào khi robot đang hoạt động

- Bộ chổi quét có thể thay thế dễ dàng khi bị hư hỏng

- Robot hoạt động theo chương trình cài đặt sẵn: ngẫu nhiênđường xoắn ốc-dọc theo chân tường-xoắn ốc-chữ Z-xoắn ốc-ngẫu nhiên

- Robot chỉ dừng lại khi căn phòng đã sạch hoàn toàn, và nó sẽ phát tiếng kêu

“tite”, nháy đèn báo hiệu hoàn thành nhiệm vụ và "đứng chờ" ở nơi bạn dễ nhận thấy nhất

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ

2.1 Phân tích phương án và chọn kết cấu cơ khí:

Robot hút bụi có thể di chuyển bằng nhiều phương án và có nhiều kiểu hút khác nhau:

+ Robot có thể sử dụng phương án gồm 2 chổi quét bụi và cơ cấu hút

+ Robot có thể sử dụng phương án cơ cấu tạo dòng chuyển động cho bụi và cơ cấu hút

Chọn phương án thích hợp:

- Về phương án di chuyển:

+ Phương án gồm 4 bánh xe làm cho robot có kích thước lớn hơn, mặt khác robot di chuyển rất khó khăn thực hiện được chức năng chạy mọi vị trí trong nhà.Nếu ta sử dụng 4 bánh xe đa hướng và dùng 4 động cơ điều khiển thì khắc phục được việc chạy theo nhiều hướng nhưng sẽ khó khăn cho điều khiển

+ Về phương án di chuyển khi sử dụng 3 bánh xe gồm 1 bánh dẫn hướng và 2 bánh phát động có thể làm cho robot nhỏ gọn hơn di chuyển được những góc cua điều khiển đơn giản

Vì vậy ta chọn được phương án sử dụng 3 bánh xe

- Về phương án hút bụi :

+ Nếu dùng phương án qua ba bước thì rất phức tạp vì miệng hút khi hút sẽ nhỏ, cơ cấu đẩy bụi vào trong chỉ có 1 trục xoay nên lực đẩy yếu, nên không hiệu quả nhiều

+ Nếu sử dụng phương án gồm 2 chổi quét đưa rác vào khu vực hút thì việc quét sẽ nhanh chóng hơn, tạo điều kiện rác tập trung cho cơ cấu hút làm việc, làm tăng hiệu quả hút rác

+ Khi ta chọn phương án sử dụng 1 cơ cấu tạo lực hút gồm 2 trục xoay để tạo thành dòng chuyển động của bụi bẩn lên trên và có 1 cơ cấu hút để thu toàn bộ bụi vào bộ phận chứa thì khá hiệu quả nhưng sẽ khó khăn khi bố trí vảo các robot và việc lắp đặt các bộ phận khác sẽ khó khăn hơn, robot sẽ có kích thước lớn hơn,nặng nề hơn

Chọn phương án 2 vì những ưu điểm trên

2.1.1 Lựa chon động cơ cho robot:

- Hiện tại trên thị trường Đà Nẵng có các loại động cơ thông dụng đó là: Động

cơ DC, động cơ đề , động cơ bước, động cơ servo

+ Động cơ đề : Có công suất lớn, thường có kích thước lớn không phù hợp cho việc truyền động chính cho robot

+ Động cơ bước : Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác nhưng cũng thường khá lớn về kích thước và khối lượng nên không phù hợp

+ Động cơ servo : Điều khiển một cách chính xác về vị trí và tốc độ,nhưng mạch điều khiển phức tạp hơn nên không được chọn lựa

+ Động cơ DC bình thường : Nhỏ gọn,dễ gá đặt ,công suất thấp.Phù hợp cho robot vì yêu cầu nhỏ gọn đồng thời cũng không cần cho robot chạy với tốc độ cao khi làm việc,mạch điều khiển gọn

Đồng thời việc lựa chọn động cơ DC để điều khiển cơ cấu xoay vòng tạo lực hút sẽ phù hợp với yêu cầu nhỏ gọn và đủ khả năng của robot

2.1.2 Lựa chọn bánh xe cho robot:

- Về bánh xe tự lựa thì có nhiều loại:

Bánh xe kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt

Độ linh hoạt không cao như bánh xe cầu nhưng có ưu điểm giá rẻ, hoạt động khá tốt không lo bị kẹt cát…

Do đó chọn phương án bánh xe ghế xoay với các ưu điểm trên

Loại bánh xe này có thể dùng làm bánh chủ động cho robot

Khối lượng 180g ,tải trọng 50kg Đường kính ngoài 100mm, bề rộng 35mm

Trục bánh có thể lắp trực tiếp với các loại động cơ giảm tốc có đường kính trục từ 4 đến 24mm Ngoài ra có thể gắn bạc đạn (ổ bi) để làm bánh xe thụ động

Bánh xe được đúc bằng nhôm có độ bền cao ,vỏ được bọc silicon mềm và có nhiều rảnh nên có độ bám cao

Hình 2.4 Bánh xe nhôm

Bánh xe nhựa thấy có độ bám không cao nhất là hoạt động trên sàn nhà khá trơn, chịu tải trọng nhỏ Trong khi đó bánh xe nhôm có độ bám cao hơn, chịu được tải trọng lớn hơn, kích thước lớn phù hợp với thiết kế robot hơn Nên chọn phương án bánh xe nhôm

2.1.3 Lựa chọn cơ cấu hút quét bụi:

Hiện tại trên thị trường các hãng cho ra rất nhiều cơ cấu hút bụi hay, như đã đề cập ở phần giới thiệu:

Hình 2.5 Cơ cấu quét rác bằng 2 trục ngược chiều có kết hợp hút bụi

Cơ cấu này hút bụi bằng 3 bước:

- Bước 1: Quét bụi bằng chổi quét tròn đưa vào khu vực hút

- Bước 2: Hai trục xoay ngược chiều với tốc độ cao đưa bụi vào buồng trong

- Bước 3: Với sự trợ giúp quạt hút, bụi được đưa tiếp vào thùng rác

Cơ cấu này rất hay, hút bụi rác hiệu quả nhưng thiết kế chế tạo có độ phức tạp cao, cần quạt hút tốc độ cao

Hình 2.6 Cơ cấu quét hút bụi kết hợp chùi rửa sàn nhà

Cơ cấu này sử dụng một quạt hút công suất lớn hút bụi vào buồng Tiếp đến, phun nước ra sàn nhà, đồng thời có trục cuộn tròn để chùi sàn Cuối cùng, có giẻ lau thấm hút nước thừa Đây là 1 cơ cấu quét, lau nhà kết hợp cho hiệu quả tốt đối với sàn nhà bám bụi nhiều, bề mặt gồ ghề nhưng việc phun nước và hút nước sao cho không tràn ra nhà lại khá khó khăn, đòi hỏi nghiên cứu tính toán nhiều

Do đó, trong điều kiện thời gian làm đồ án không nhiều nên chúng em đi theo hướng nghiên cứu tìm hiểu cơ cấu là chính Dưới đây là cơ cấu đã được thương mại hoá, khá đơn giản nhưng hiệu quả cao

Hình 2.7 Cơ cấu quét bụi rác đơn giản

Một động cơ sẽ được truyền động tới 5 thanh chổi quét, các thanh chổi quét này quay

với tốc độ rất cao tạo lực hút mạnh đưa bụi rác vào buồng chứa rác nhanh chóng

2.2 Phân tích phương án và chọn hệ thống điều khiển:

Hiện nay có nhiều cách để lập trình điều khiển cho robot, ở đây chúng em chọn

sử dụng ATMEGA 328 tích hợp trong Arduino UNO R3, lập trình điều khiển bằng ngôn ngữ C

Arduino UNO R3 có tốc độ xử lý nhanh và có hổ trợ nhiều modul tích hợp và khá dễ sử dụng

Robot được điều khiển hoàn toàn tự động bằng nút khởi động và nút tắt ngay trên thân robot

2.3 Phân tích động học cho robot:

Hình 2.8 Sự phân bố 3 bánh xe trên robot

Ba bánh xe được bố trí như hình trên, trong đó: (1) và (2) là bánh xe phát động, (3) là bánh xe tự lựa

Trong đề tài này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu điều khiển mô hình robot bao gồm 3 bánh Trong đó, hai bánh sau là hai bánh chủ động được điều khiển bởi hai động cơ độc lập, bánh phía trước là bánh tự lựa Coi bánh xe di chuyển trên mặt phẳng là lăn không trượt, tốc độ của robot là tốc độ của trung điểm khoảng

1

2

3

cách giữa hai bánh sau Khối lượng và quán tính của bánh xe coi là không đáng kể,

có thể bỏ qua

2.3.1 Các hướng điều khiển chuyển động cho robot:

2.3.1.1 Chuyển động tịnh tiến:

Hình 2.9 Robot khi chuyển động tịnh tiến

Ta quy định thứ tự các bánh xe như sau: bánh 3 là bánh phía trước ,bánh xe số

1 và 2 là 2 bánh xe sau,từ đó ta có các hướng chạy của robot như sau:

+Muốn robot chạy tới thì ta cho 2 bánh xe sau chạy cùng tốc độ hướng tới trước, bánh tự lựa sẽ tự định hướng lăn theo khi đó robot sẽ chuyển động thẳng tới +Muốn robot chạy theo chiều ngược lại thì ta làm tương tự như trên nhưng lúc này 2 động cơ quay theo chiều ngược lại

2

3