ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT Giảng viên hướng dẫn: ThS. TRẦN ĐÌNH SƠN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNGVIỆT-HÀN  ---ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HỮU KHÁNH LÊ ĐỨC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VIỆT-HÀN



-ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HỮU KHÁNH

LÊ ĐỨC HÒA

Lớp : 17CE

Giảng viên hướng dẫn: ThS TRẦN ĐÌNH SƠN

Đà nẵng, tháng 12 năm 2020

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2020

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển ngày càngthông dụng hơn, sự xuất hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lậptrình và thiết kế, nhất là đối với những người bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển màkhông có quá nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử Phần cứng củathiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở Ngôn ngữ lậptrình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C và hệ thư việnphong phú và được chia sẻ miễn phí Chính vì những lý do như vậy nên arduino hiệnđang dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới

Trên cơ sở kiến thức đã học trong môn học: Tin học đại cương, vi điều khiển…Cùng với những hiểu biết về các thiết bị điện tử, em đã quyết định thực hiện đề tài:

Thiết kế hệ thống cánh tay robot do thầy Trần Đình Sơn hướng dẫn Đề tài gồm các

nội dung sau:

Phần 1 Giới thiệu tổng quan về cánh tay robot

Phần 2 Thiết bị, tính năng của Arduino

Phần 3 Thiết kế, lập trình, lắp đặt mạch

Phần 4 Kết luận và hướng phát triển

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài với nội dung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệthống cánh tay robot, chúng em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở trường,

cũng như thực tệ Cùng với sự giúp đỡ của thầy Trần Đình Sơn, cho tới nay đã hoàn

thành yêu cầu của đề tài Đó là nghiên cứu, thiết kế và thực thi chế tạo mạch điềukhiển của hệ thống cánh tay robot hoàn thiện

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Đình Sơn đã tận tình chỉ bảo và

giúp đỡ em hoàn thành đề tài nghiên cứu Do kiến thức còn hạn chế trong quá trìnhthực hiện đề tài nghiên cứu chúng em không tránh khỏi những sai xót mong quý thầy

cô trong hội đồng thi chỉ dẫn, bỏ qua và giúp đỡ em Chúng em rất mong được sự giúp

đỡ của quý thầy cô và các bạn để nội dung để tài này ngày càng hoàn thiện hơn

Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 2

1.1 Khái niệm về cánh tay robot 2

1.2 Vai trò của tự dộng hóa trong quá trình sản xuất 2

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong quá trình sản xuất 2

2.1 Các thiết bị 3

2.2 Động cơ RC Servo MG996 4

2.2.1 Mô Tả 4

2.2.2 Thông tin kỹ thuật 4

Chương 3 TRIỂN KHAI XÂY DỰNG HỆ THỐNG 9

3.1 Các bước lắp đặt 9

3.2 Phần viết chương trình 11

3.3 Mô hình hoàn chỉnh 15

KẾT LUẬN 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa các thiết bịmáy móc tự động được đưa vào phục vụ thay thế sức lao động của con người Vì thếthiết cánh tay robot đang được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đưa vào thực tiễn ngàyđược áp dụng nhiều Thiết bị robot cũng rất đa dạng về chủng loại Việc tính toán đểlựa chọn thiết kế hệ thống đáp ứng được nhu và phù hợp với điều kiện kinh tế ở nước

ta Hệ thống này đáp ứng cho con người tiết kiệm được sức lao động, tránh các tìnhhuống nguy hiểm…

2 Lý do chọn đề tài

Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực:công nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ…Các thiết bị điều khiển tự độnggiữ vai trò cực kỳ quan trọng góp phần lớn cho sự tiến bộ không ngừng của các lĩnhvực này Nghành nông nghiệp hay công nghiệp nước ta hiện nay còn phụ thuộc nhiềuvào sức lao động từ con người, do đó cần các thiết bị kĩ thuật tiên tiến có khả năng làmviệc, thay thế những vấn đề đó là cần thiết…Một cách hợp lý từ những vấn đề thựctiễn đó chúng em đã nghiên cứu và tiến hành thiết kế cánh tay Robot

- Kết quả và định hướng phát triển

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em đã tiến hành phương pháp nghiêncứu như sau:

- Kế thừa công trình nghiên cứu robot về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lậptrình

- Kế thừa các công trình có trong thực tiễn

1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

1.1 Khái niệm về cánh tay robot

Hệ thống điều khiển tự động bao gồm các phần tử tự dộng qua điện thoại kết nốivới server nhằm điều khiển các quá trình làm việc (cầm nắm), cánh tay sẽ được gắn cốđịnh để gắp các đồ vật và di chuyển đồ vật qua lại

1.2 Vai trò của tự dộng hóa trong quá trình sản xuất

Lịch sử hoạn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở cơgiới hóa Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo làđiện tử tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại lợi ích vàothực tiễn cho xã hội Đó là mẫu chốt của năng suất, chất lượng

Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng vàkhông thể thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà còn áp dụng trongđời sống con người Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc nặng nhọc,nguy hiểm, độc hại,…Nó sẽ là phương tiện không thể thiếu trong đời sống chúng ta

1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong quá trình sản xuất

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa,kết hợp với những thành tựu trong công nghệ vi điều khiển, công nghệ thông tin, đãcho phép tạo nên một giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực Có thể nói tự độnghóa trở thành xu thế tất yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốc gia nào

2

Chương 2 THIẾT BỊ VÀ TÍNH NĂNG CỦA ARDUINO

Chương 3 Động cơ RC Servo MG996

3.1 Mô Tả

Hình 2.1 Động cơ RC Servo MG996

Động cơ RC Servo MG996 là loại thường được sử dụng nhiều nhất trong các thiết

kế Robot hoặc dẫn hướng xe Động cơ RC Servo MG996 có lực kéo mạnh, các khớp

và bánh răng được làm hoàn toàn bằng kim loại nên có độ bền cao, động cơ được tíchhợp sẵn driver điều khiển động cơ bên trong theo cơ chế phát xung - quay góc nên rất

dễ sử dụng.lập

3.2 Thông tin kỹ thuật

 Chủng loại: Analog RC Servo

o 0.17sec / 60 degrees (4.8V no load)

o 0.13sec / 60 degrees (6.0V no load)

Hình 2.2 Hạ áp LM 2596

2.5.2 Thông số kĩ thuật

 Module nguồn không sử dụng cách ly

 Nguồn đầu vào từ 4V - 35V

 Nguồn đầu ra: 1V - 30V

 Dòng ra Max: 3A

 Kích thước mạch: 53mm x 26mm

 Đầu vào: INPUT +,

INPUT- Đầu ra: OUTPUT+,

OUTPUT-5

ESP8266 là một mạch vi điều khiển có thể giúp chúng ta điều khiển các thiết bị điện tử.

 MCU: ESP8266EX - Vi điều khiển 32bit, tiết kiệm năng lượng

 Wifi: 2.4GHz, 802.11 b/g/n

 Hỗ trợ bảo mật WPA/WPA2

 Tích hợp giao thức TCP/IP

6

 Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-

wire, trừ chân D0)

 Số chân Analog Input: 1, 10bit (điện áp vào tối đa 3.3V)

 Led đơn: 6 LED

 LED RGB: 1 LED kết nối với 3 chân R(15), G(12), B(13)

 Quang trở: Kết nối với chân analog A0

 Hỗ trợ kiết nối với smart phone (IOS và Android)

 Bộ nhớ Flash: 4MB

 Tốc độ truyền Serial (Baurate): 115200 (Max)

 Phương thức giao tiếp UART: Module chuyển đổi USB - UART TLL

CP2102

 Nguồn cấp: hộp 3 pin AA

 Điện áp hoạt động: 3.3V

 Điện áp ra I/O: Tối đa 3.6V

 Chế độ hoạt động: AP, STA và (AP + STA)

 Deep sleep power: <10uA, Power down leakage current: <5uA

 Điện năng tiêu thụ ở chế độ chờ: <1.0mW (DTIM3)

Hình 2.4 Mô hình kết nối

7

2.7 Web server

Kết nối cánh tay robot với theo mô hình web server như sau:

 192.168.4.1: địa chỉ ip của sever

 Các nút điều khiển (nâng lên, hạ xuống, xoay qua, xoay lại, gắp, thả)

Hình 2.5 Web server

8

Chương 3 TRIỂN KHAI XÂY DỰNG HỆ THỐNGChương 4 Các bước lắp đặt

◆ Bước 1: Gắn servo MG996 vào phần đế của robot và siết ốcCắm ngập cảm biếnxuống đất ở chậu cây

◆ Bước 2: Gắn phần đáy của cánh tay lên mặt đế

◆ Bước 3: Đặt servo MG996 thứ 2 vào vị trí đã được in sẵn ở phần mặt đáy và gắn phần cánh tay vào trục quay của servo

9

◆ Bước 4: Đặt servo MG996 thứ 3 vào vị trí giữa khuỷu tay và cánh tay rồi bắt ốc

◆ Bước 5: Đặt servo 9G vào vị trí cổ giữa cỗ tay và khuỷa tay rồi bắt ốc

◆ Bước 6: Gắn các bánh răng, thanh đỡ và một servo 9G vào phần tay gắp của robot rồi bắt ốc

10

◆ Bước 7: Sử dụng servo 9G còn lại nối phần cổ tay và tay gắp lại với nhau và bắt ốc.

◆ Bước 8: Gắn hạ áp LM 2596 vào thiết bị

◆ Bước 9: Cuối cùng, gắn esp 8266 v1 để bắt wifi từ điện thoại

// Replace with your network credentials

const char* ssid = "ESP8266 AP";

const char* password = "88888888";

const char* PARAM_INPUT_1 = "output";

String stringModeRun, pass;

AsyncWebServer server(80);

11

Serial.println("Configuring access point ");

// You can remove the password parameter if you want the AP to be open

for(uint8_t i=0; i<4; i++){

servo[i].attach(arrPin[i], minUs, maxUs);

server.on("/", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){

request->send(SPIFFS, "/dieu_khien_servo.html", String(), false);

Chương 6 Mô hình hoàn chỉnh

Hình 3.4 Mạch sau khi đã nạp code và hoàn chỉnh

3.4 Mô tả hệ thống

Độ cao cánh tay khi ở trạng thái nâng lên: 8cm

Độ cao cánh tay khi hạ xuống: 3cm

Khối lượng vật nâng: <100g

Trạng thái của vật nâng: bề mặt nhám, cánh tay không thể nâng vật trơn

Bán kính cánh tay khi xoay ~450

15

Hạn chế:

 Hệ thống vẫn đang trong quá trình thực nghiệm,

 Chỉ đặt được cố định, không có khả năng tự di chuyển

 Phạm vi của dự án là triển khai ở các hộ gia đình nhỏ, nơi mà hệ thốngthông tin tương đối phát triển Đối tượng sử dụng là những người không

có thời gian Ngoài ra do nguồn lực còn yếu, thời gian hạn hẹp và chưa cónhiều kinh nghiệm nên một số tính năng như bảo trì, thiết kế dữ liệu và sựtuơng tác phụ thuộc vào người dùng còn hạn chế

2 Định hướng phát triển

 Tối ưu hoá hệ thống

 Phát triển và mở rộng quy mô

 Liên kết với các khu công nghiệp, hợp tác xã và các trung tâm côngnghiệp trên toàn quốc

 Mở rộng mô hình trong nước và ngoài nước để đáp ứng nhu cầu chongười dùng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

16

1 Kỹ thuật điện tử (1999) Đỗ Xuân Thụ – NXB giáo dục

2 Vi điều khiển câu trúc lập trình và ứng dụng (2008) Kiều Xuân Thực, Vũ ThịHương, Vũ Trung Kiên – NXB Giáo Dục