Tài liệu NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG

  • Số trang: 82 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 2957 |
  • Lượt tải: 22
tailieuonline

Tham gia: 31/07/2015

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ………o0o…….. NGUYỄN NGỌC NAM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ PGS.TS Nguyễn Văn Nhận. KS Nguyễn Nam. Nha Trang, 2013 i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nam. Lớp: 51CKCD. Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử. Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi tự động. Số trang:…83….. Số chương:04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot hút bụi, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉT: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… Kếtluận…………………………………………………………………...................... .............................................................................................................................. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Nha Trang, ngày…...tháng…...năm 2013. Cán bộ hướng dẫn: (Ký và ghi rõ họ tên) ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ và tên sinh : NGUYỄN NGỌC NAM Lớp : 51CKCD. Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử. Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi. Số trang: .....89..... Số chương :04 Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot tự hành, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Kết luận.............................................................................................................. ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Điểm phản biện Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày..... tháng .....năm 2013. CÁN BỘ PHẢN BIỆN ( Ký ghi rõ họ tên ) Điểm chung Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày..... tháng ......năm 2013. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ( Ký ghi rõ họ tên ) iii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................v LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI..................................................2 1.1.Đặt vấn đề .............................................................................................................3 1.2.Giới thiệu một số robot hút bụi hiện nay. ............................................................3 1.2.1 Robot Roomba ...................................................................................................3 1.2.2.Robot LG Hombot..............................................................................................6 1.3 Phạm vi đề tài......................................................................................................10 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNGNGHIÊN CỨU.............................11 2.1 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................12 2.1.1 Cơ sở lý thuyết về Robot tự hành.....................................................................12 2.1.2 Kế thừa sản phẩm có sẵn trên thi trường .........................................................14 2.1.3 Thực nghiệm ....................................................................................................14 2.1.4 Các bước tiến hành...........................................................................................14 2.2 Yêu Cầu Kĩ Thuật Robot hút bụi ........................................................................14 2.3 Thiết kế phương án cơ khí của Robot hút bụi.....................................................15 2.3.1 Phương án 1......................................................................................................15 2.3.2 Phương án 2......................................................................................................16 2.3.3 Phương án 3......................................................................................................17 2.4 Chế tạo phần cơ khí.............................................................................................18 2.4.1 Chế tạo thân robot ............................................................................................18 2.4.2. Chế tạo chổi quét.............................................................................................20 2.4.3 Chế tạo hệ thống hút bụi ..................................................................................21 2.4.4 Chế tạo hộp đựng bụi .......................................................................................24 2.4.5 Động cơ ............................................................................................................25 2.4.6 Chế tạo bánh tự lựa ..........................................................................................26 2.5 Thiết kế các board mạch điều khiển....................................................................28 2.5.1 Vi điều khiển AVR...........................................................................................28 iv 2.5.2 Thiết kế board mạch điều khiển .......................................................................38 2.5.2.1 Mạch vi điều khiển........................................................................................38 2.5.2.2 Mạch công suất và đảo chiều động cơ ..........................................................39 2.5.2.2.1 Linh kiện IRF540 .......................................................................................40 2.5.2.2.2 Relay 12V DPDT .......................................................................................41 2.5.2.3 Mạch công suất động cơ chổi và hút bụi.......................................................42 2.5.2.4 Bộ điều khiển Remote...................................................................................43 2.5.2.4.1 Tìm hiểu về hồng ngoại..............................................................................43 2.5.2.4.2 Thuật toán thu tín hiệu Remote Sony.........................................................47 2.5.2.4.3 Mắt thu hồng ngoại ....................................................................................47 2.5.2.4.4 Bộ điều khiển Remote................................................................................48 2.6.3.2 Lưu đồ giải thuật di chuyển Zigzag ..............................................................53 2.6.3.3 Lưu đồ giải thuật di chuyển Spot ..................................................................54 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ...................................55 3.1 Thông số kỹ thuật Robot hút bụi.........................................................................56 3.2 Kiểm tra trước khi hoạt động ..............................................................................56 3.3 Thử nghiệm khả năng di chuyển và tránh vật cản ..............................................58 3.4 Nhận Xét Kết Quả Thử Nghiệm .........................................................................60 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............................61 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................63 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Robot hút bụi Roomba .................................................................................4 Hình 1.2 Kết cấu của Robot RoomBa.........................................................................4 Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển của robot RoomBa ........................................................5 Hình1.4 Hệ thống chổi của RoomBa ..........................................................................5 Hình 1.5 RoomBa tự động sạc pin ..............................................................................6 Hình 1.6 Robot LG HomBot.......................................................................................6 Hình 1.7 Hình dáng và bố trí chổi quét góc tường......................................................7 Hình 1.8 Kết cấu trên và bố trí cảm biến của Robot...................................................7 Hình 1.9 Hombot tiếp xúc vật cản ..............................................................................8 Hình 1.10 Bố trí nguồn nuôi và chổi của Robot .........................................................8 Hình 1.11 Robot di chuyển kiểu Zigzag .....................................................................9 Hình 1.2 Robot di chuyển phân ô................................................................................9 Hình 1.13 Robot di chuyển xoáy ốc..........................................................................10 Hình 14 Robot LG Hombot sạc pin ..........................................................................10 Hình 2.1 Phương án thiết kế cơ khí 1........................................................................15 Hình 2.2 Phương án thiết kế cơ khí 2........................................................................16 Hình 2.3 Phương án thiết kế cơ khí 3........................................................................17 Hình 2.4 Thiết kế khung trên Solidwork...................................................................19 Hình 2.5 Hình cắt trên máy gia công CNC ..............................................................19 Hình 2.6 Vật liệu mica ..............................................................................................20 Hình 2.8 Chổi quét phụ .............................................................................................20 Hình 2.9 Chổi lớn......................................................................................................21 Hình 2.10 Nguyên lý của máy hút bụi ......................................................................22 Hình 2.11 Bản vẽ 2D hệ thống hút bụi .....................................................................22 Hình 2.12 Bản vẽ 2D của cánh quạt..........................................................................23 Hình 2.13 Bản vẽ 3D hệ thống hút bụi theo thiết kế.................................................23 Hình 2.14 Hệ thống hút bụi được chế tạo .................................................................24 Hình 2.15 Hộp bụi theo thiết kế ................................................................................24 vi Hình 2.16 Hộp bụi được chế tạo ...............................................................................25 Hình 2.17 Động cơ của robot ....................................................................................25 Hình 2.18 Bánh tự lựa trên thị trường.......................................................................26 Hình 2.19 Bánh tự lựa sau khi chế tạo ......................................................................27 Hình 2.20 Bố trí công tắc hành trình.........................................................................27 Hình 2.21 Cấu trúc bộ nhớ của AVR ........................................................................29 Hình 2.22 Thanh ghi 8 bit .........................................................................................29 Hình 2.23 Register file ..............................................................................................30 Hình 2.26 Thanh ghi DDRA .....................................................................................33 Hình 2.27 Thanh ghi PORTA ..................................................................................33 Hình 2.28 Thanh ghi PINA .......................................................................................33 Hình 2.29 Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit ........................................................34 Hình 2.31 Thanh ghi TCNT0 ....................................................................................36 Hình 2.32 Thanh ghi 0CR0 .......................................................................................36 Hình 2.33 Thanh ghi mặt nạ ngắt..............................................................................36 Hình 2.34 Thanh ghi cờ ngắt.....................................................................................36 Hình 2.35 Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh .........................................................37 Hình 2.36 ATmega 16...............................................................................................38 Hình 2.37 Mạch Vi điều khiển..................................................................................38 Hình 2.39 Mạch nguyên lý khối công suất và đảo chiều ..........................................39 Hình 2.40 Sơ đồ mạch in khối công suất và đảo chiều .............................................40 Hình 2.41 Mô tả IRF 540 ..........................................................................................41 Hình 2.42 Mô tả nguyên lý Relay .............................................................................41 Hình 2.43 Relay Ormon sử dụng ..............................................................................42 Hình 2.44 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chổi ....................................................42 Hình 2.45 Sơ đồ mạch in điều khiển chổi .................................................................43 Hình 2.46 Phát tín hiệu hồng ngoại...........................................................................44 Hình 2.47 Thu tín hiệu hồng ngoại ...........................................................................44 Hình 2.48 Giản đồ xung của tín hiệu hồng ngoại .....................................................45 vii Hình 2.49 Giản đồ xung của hồng ngoại Remote Sony............................................46 Hình 2.50 Gói dữ liệu của Remote Control ..............................................................46 Hình 2.51 Gói dữ liệu thu từ mắt thu hồng ngoại .....................................................47 Hình 2.52 Sơ đồ mắt thu hồng ngoại ........................................................................48 Hình 2.53 Hình dạng mắt thu JS1838B ....................................................................48 Hình 2.54 Hình dạng remote Trinitron .....................................................................48 Hình 2.55 Sơ đồ giải thuật điều khiển robot .............................................................52 Hình 2.56 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển Zigzag ................................................53 Hình 2.57 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển Spot....................................................54 Hình 3.1 Kiểm tra nguồn acquy ................................................................................56 Hình 3.2 Kiểm tra khối công suất .............................................................................57 Hình 3.3 Kiểm tra remote..........................................................................................57 Hình 3.4 Kiểm tra LCD.............................................................................................58 Hình 3.5 Vị trí bắt đầu chạy của robot. .....................................................................58 Hình 3.6 Robot dừng và lùi.......................................................................................59 Hình 3.7 Robot rẽ hướng sang trái............................................................................59 Hình 3.8 Robot đi thẳng ............................................................................................60 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Cấu hình các chân của cổng ......................................................................33 Bảng 2.2: Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer ...................................................35 Bảng 2.3: Chế độ so sánh không PWM ....................................................................35 Bảng 2.4 mã hóa dữ liệu remote ...............................................................................49 1 LỜI NÓI ĐẦU Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG là một đề tài hay, một trong những ứng dụng của kỹ thuật cơ điện tử phục vụ đời sống của con người. Không chỉ giới hạn trong lĩnh vực cuộc sống, ứng dụng của ngành còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như sinh học, y tế, công nghiệp tự động hóa,… Xu hướng hiện nay và cũng là hướng phát triển của ngành cơ điện tử tại Việt Nam là đưa ứng dụng vào phục vụ cuộc sống của con người. Không chỉ giải quyết những việc cao siêu mà còn giải quyết những nhỏ nhặt nhưng cấp thiết của cuộc sống như vệ sinh nhà cửa, thời gian, tiền bạc,… Nội dung để tài gồm 4 chương: - Chương I : Tổng quan về robot hút bụi. - Chương II: Phương pháp và nội dung nghiên cứu. - Chương III: Thử nghiệm và đánh giá kết quả. - Chương IV: Kết luận và Hướng phát triển đề tài. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, tôi đã được sự giúp đỡ của các bạn, các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử - Khoa Cơ Khí - ĐHNT, đặc biệt là: thầy Nguyễn Nam đã nhiệt tình chỉ dẫn trông suốt quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện không khỏi mắc phải những sai sót, mọi lời nhận xét góp ý hoặc bổ sung nhằm hoàn thiện đề tài của các thầy, các bạn là điều vô cùng quý giá đối với tôi. Tôi xin chân thành cám ơn! Sinh viên Nguyễn Ngọc Nam. 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI 3 1.1.Đặt vấn đề Ngày nay cùng với cuộc sống hiện đại tiện nghi khái niệm robot đã không còn xa lạ với chúng ta. Robot được sử dụng rộng rãi và phổ biến, không những xuất hiện trong sản xuất công nghiệp mà còn phục vụ trong gia đình, giải trí, gọi chung là robot dịch vụ. Bên cạnh đó nhịp sống ngày càng gấp rút và hối hả hơn, chính vì vậy xuất hiện các robot phục vụ tự động trong gia đình trở nên cấp thiết hơn. Sự xuất hiện của robot hút bụi tự động sẽ mang lại cho chúng ta cuộc sống thêm tiện nghi và hiện đại hơn. Đồng hành với đó ta cũng thấy ngày càng nhiều cải tiến, nâng cấp trong lĩnh vực vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển hiện có trên thị trường rất đa dạng, tốc độ xử lý ngày một cao, tính năng hỗ trợ ngày càng mạnh mẽ. Có thể đưa ra tiêu biểu như AVR, PIC, Psoc,…Đó là điều kiện thuận lợi để phát triển các hệ thống nhúng đa dạng hơn, thông minh hơn. Trong xu thế cạnh tranh các hãng phát triển vi mạch cố gắng tăng mật độ tích hợp trên vi mạch ngày càng cao, hạ giá thành đến mức thấp nhất. Người sử dụng có thể dễ dàng sỡ hữu một bộ vi điều khiển tốc độ cao giá rẽ, các công cụ phát triển. Nhiệm vụ của đề tài này là khảo sát tính năng của các robot hút bụi trên thị trường, từ đó hoàn thiện và cùng với tài liệu dễ dàng tìm được.Vì vậy giá thành cho sản phẩm cuối cùng được giảm.phát triển một robot có tính năng tương tự,dựa trên vi điều khiển AVR. 1.2.Giới thiệu một số robot hút bụi hiện nay. 1.2.1 Robot Roomba Robot Roomba của hãng iRobot là một robot hút bụi thông minh. Không giống như các loại máy hút bụi thông thường. Roomba thực hiện công việc hút bụi một cách hoàn toàn tự động theo chương trình đã được lập sẵn. Roomba thích hợp cho các gia đình và văn phòng có nền gỗ, thảm, đá hoa. 4 Hình 1.1 Robot hút bụi Roomba Với kích thước nhỏ gọn robot có thể di chuyển hết các phòng,những nơi mà máy hút bụi thông thường khó vào được như gầm bàn, giường, sofa,… Hình 1.2 Kết cấu của Robot RoomBa. Các chức năng nổi bật của Roomba là điều khiển từ xa bằng remote control tự cảm nhận tránh vật cản, tự động sạc khi hết nguồn pin. Roomba có khả năng di chuyển linh hoạt như di chuyển hình xoắn ốc, zigzag,… 5 Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển của robot RoomBa Roomba được trang bị 3 chổi quét, trong đó chổi thứ nhất đặt phía trước có chức năng quét bụi ở góc tường. Chổi thứ hai và chổi thứ ba có chiều quay ngược nhau đưa bụi cũng như rác vào hộp đựng bụi. Hộp này không những đựng bụi mà lọc cả không khí. Hình1.4 Hệ thống chổi của RoomBa Robot Roomba có khả năng báo hết pin và tự động tìm nơi sạc pin. 6 Hình 1.5 RoomBa tự động sạc pin 1.2.2.Robot LG Hombot Hombot là một robot hút bụi thông minh thế hệ mới do hãng LG nghiên cứu chế tạo. Hình 1.6 Robot LG HomBot 7 Không những vượt trội trong thiết kế mà đột phá về công nghệ trang bị cho robot. Hình dáng của robot là hình vuông được bo các góc tạo sự mượt mà cũng như tăng diện tích làm sạch trong các góc tường. Hình 1.7 Hình dáng và bố trí chổi quét góc tường Hombot được trang bị hai chổi quét, cảm biến siêu âm, camera,…vì vậy nâng cao hiệu quả làm việc cho robot. Hình 1.8 Kết cấu trên và bố trí cảm biến của Robot 8 Hệ thống cảm nhận vật cản của robot sử dụng cảm biến siêu âm, cảm này giúp cho robot phát hiện vật cản hiệu quả, đo khoảng cách chuẩn xác. Robot tiếp xúc với vật cản từ khoảng cách rất nhỏ với chỉ 5 mm. Hình 1.9 Hombot tiếp xúc vật cản Hình 1.10 Bố trí nguồn nuôi và chổi của Robot Không giống như các robot hút bụi khác, Hombot hoạt động hiệu quả nhờ các chế độ di chuyển hợp lý, như hình xoáy ốc, zigzag, phân ngăn, phân ô.Trang bị camera nhận biết không gian, từ đó đưa ra lịnh trình làm việc hiệu quả cao. Ví dụ 9 như : những nơi mà robot đã đi qua sẽ không lập lại, ưu tiên làm sạch ở những nơi bẩn hơn. Hình 1.11 Robot di chuyển kiểu Zigzag Hình 1.2 Robot di chuyển phân ô 10 Hình 1.13 Robot di chuyển xoáy ốc Robot LG Hombot xác định vị trí trong không gian, tự báo khi hết pin cũng như tự động tìm về chỗ sạc pin. Hình 14 Robot LG Hombot sạc pin 1.3 Phạm vi đề tài Theo yêu cầu của quyết định thực hiện đề tài chỉ dừng lại công việc thiết kế và chế tạo robot hút bụi tự động. Bao gồm hai phần chính là cơ khí và điều khiển, trong đó phần thiết kế cơ khí nhằm mục đích đưa ra các phương án cơ khí, lựa chọn phương án tiến hành chế tạo sản phẩm thực tế. Phần điều khiển có phần thiết kế các bo mạch điều khiển và thiết kế giải thuật, chương trình điều khiển. 11 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNGNGHIÊN CỨU
- Xem thêm -