BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT THÔNG MINH
CẢNH BÁO Ở CÔNG TRƯỜNG XÂY DỰNG
MÃ SỐ: B2010 - 22 - 52
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07/2011
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S TƯỞNG PHƯỚC THỌ
S K C 0 0 3 2 1 8




BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM





BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT THÔNG MINH
CẢNH BÁO Ở CÔNG TRƯỜNG XÂY DỰNG

Mã số: B2010-22-55








Chủ nhiệm đề tài: ThS. Tưởng Phước Thọ









TP.HCM, 7/2011





BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM





BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ






THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT THÔNG MINH
CẢNH BÁO Ở CÔNG TRƯỜNG XÂY DỰNG

Mã số: B2010-22-55




Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)












TP.HCM, 7/2011
DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT THÔNG MINH
CẢNH BÁO Ở CÔNG TRƯỜNG XÂY DỰNG
Cá nhân phối hợp thực hiện

Thời gian thực hiện: 3/2010 – 8/2011













Họ và tên
Đơn vị công tác và

lĩnh vực chuyên môn
Nội dung nghiên cứu cụ thể
được giao

TS. Nguyễn Trƣờng
Thịnh
TS. Nguyễn Ngọc
Phƣơng
ThS. Phan Thị Thu
Thủy
CN. Đƣờng Minh Hiếu

Ths.Trần Thị Thúy Nga

ĐH SPKT – BM CĐT

ĐH SPKT – BM CĐT

ĐH SPKT – BM CĐT

ĐH SPKT – P QLKH

CĐ Cao Thắng

Thiết kế bộ phận điều khiển máy

Thiết kế bộ phận cảm biến

Thiết kế phần mềm


Thƣ ký đề tài

Nghiên cứu và thiết kế máy

MỤC LỤC
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài i
Danh mục bảng vẽ vi

Danh mục bảng biểu x
Danh mục các chữ viết tắt xi
Thông tin kết quả nghiên cứu xii
PHẦN I: MỞ ĐẦU 1
I. Tổng quan tình hình giao thông ở Việt Nam 1
II. Tính cấp thiết của đề tài 5
III. Mục tiêu của đề tài 5
IV. Phƣơng pháp nghiên cứu và cách tiếp cận 5
V. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 5
PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 7
Chƣơng 1: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ CỦA ROBOT 7
1.1 Thiết kế sơ bộ và mô hình hóa robot 7
1.2 Thiết kế cơ khí 9
1.2.1 Yêu cầu của phần cơ khí Robot 9
1.2.2 Lựa chọn cơ cấu truyền động 10
1.2.3 Các bộ phận của Robot 12
1.2.3.1 Cánh tay 12
1.2.3.2 Thân robot 14
1.2.3.3 Chân robot 15
1.2.3.4 Hộp đế 16
1.3 Tính toán và thiết kế cơ cấu truyền động 16
1.3.1 Tính toán bộ truyền bánh răng cho robot [7] 16

1.3.1.1 Xác định mođun bánh răng 17
1.3.1.2 Xác định số răng, góc nghiên β và hệ số dịch chỉnh x 17
1.3.2 Chọn công suất động cơ cho các khâu [8] 18
1.3.3 Mô phỏng Động học và Động lực học 19
 : PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC VỊ TRÍ ROBOT 22
2.1 Bài toán động học vị trí của Robot 23
2.2 Bài toán động học thuận của Robot 25
2.3 Bài toán động học nghịch của Robot 26
2.4 Bài toán động học vận tốc của Robot 27
2.5 Động lực học – Phân tích lực cánh tay robot 29
2.6 Tạo quy
̃
đa
̣
o và điều khiển chuyển đô
̣
ng cánh tay robot 32
2.6.1 Lâ
̣
p đƣơ
̀
ng đi thông qua quy
̃
đa
̣
o 32

2.6.2 Các phƣơng pháp tạo quy
̃
đa

̣
o chuyê
̉
n đô
̣
ng cu
̉
a cánh tay robot 33
2.6.3 Lâ
̣
p quy
̃
đa
̣
o không gian khơ
́
p 36
2.6.3.1 Lâ
̣
p quy
̃
đa
̣
o la
̀
đa thƣ
́
c bâ
̣
c 3 37


2.6.3.2 Lâ
̣
p quy
̃
đa
̣
o đa thƣ
́
c bâ
̣
c 5 38
2.6.3.3 Các đoa
̣
n thă
̉
ng vơ
́
i ca
́
c đoa
̣
n cong da
̣
ng Parabol 38
 HỆ THỐNG CẢM BIẾN CỦA ROBOT 41
3.1 Hệ thống cảm biến 41
3.1.1 Khái quát về Camera 41
3.1.2 Yêu cầu đặc tính của Camera 42
3.1.3 Card thu hình 43

3.2 Xử lý ảnh 44
3.2.1 Giới thiệu về hệ thống xử lý ảnh 44
3.2.2 Phân tích giải thuật 44
3.2.2.1 Tổng quan 44
3.2.2.2 Phân tích giải thuật 45
3.2.3 Lắp đặt hệ thống camera 50
3.2.3 Giao diện Matlab 54
3.2.5 Kết quả 55
3.3 Encoder số 56
HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA ROBOT 57
4.1 Các khái niệm cơ bản 57
4.1.1 Sơ lƣợc về họ vi điều khiển PIC 57
4.1.2 Chuẩn RS232 58
4.1.3 Chuẩn I2C 58
4.1.4 Thuật điều khiển PID và việc rời rạc hóa: 60
4.1.5 Giải thuật lập trình 61
4.2 Cách điều chỉnh các hệ số: 63
4.2.1 Động cơ điện một chiều DC 64
4.2.2 Điều biến độ rộng xung 64
4.2.3 Động cơ servo và động cơ servo R/C 64
4.3 Cấu trúc của hệ thống điều khiển 67
4.4 Cấu trúc của bộ điều khiển chuyển động của khớp 68
4.5 Thiết kế hê
̣
thống điều khiê
̉
n cho robot 69
4.5.1 Bộ điều khiển chính 69
4.5.2 Drive điều khiển động cơ 70
4.5.3 Mạch điều khiển động cơ RC_SERVO 70

4.5.4 Nguồn cung cấp năng lƣơ
̣
ng 70
4.6 Lập trình điều khiển 72
4.6.1 Ngôn ngữ lập trình CCS 72
4.6.2 Giải thuật điều khiển 72
4.6.3 Giải thuật giao diện gƣời dung 74
BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 75
5.1 Khái niệm về logic mờ 75
5.2 Ứng dụng logic mờ trong việc xác định động tác robot 75
5.2.1 Mờ hoá giá trị vào (input) 76
5.2.2 Mờ hoá giá trị ra (output) 77
5.2.3 Quy luật điều khiển mờ 77
5.2.4 Lập trình mờ trong phần mềm Matlab 82
5.2.5 Kết quả sử dụng bộ điều khiển mờ trong xác định động tác 82
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 84
6.1 Phần mềm phát hiện, đếm đối tƣợng tham gia giao thông 84
6.2 Thiết kế robot phần cơ khí 85
6.3 Thiết kế phần điện của robot 85
6.4 Kết quả thực nghiệm 86
PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90
III.1 KẾT LUẬN: 90
III.2 ĐỀ NGHỊ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN: 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 92
PHỤ LỤC 94
I. Phục lục Hiệu lệnh điều khiển giao thông
II. Phụ lục các sơ đồ mạch in của mạch điều khiển
III. Các bài báo
IV. Minh chứng đào tạo
V. Bản sao thuyết minh đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ









DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1  1
Hình 1.2  2
Hình 1 4
Hinh 1.4 R 4
Hình 1 4
Hình 2 7
Hình 2 8
Hình 2  11
Hình 2 11
Hình 2 11
Hình 2 11
Hình 2 12
Hình 2 12
Hình 2 13
Hình 2 13
Hình 2 14
Hình 2 14
Hình 2 14
Hình 2 14
Hình 2.1.15 Thân Robot 15
Hình 2.1.16 Chân robot 16

Hình 2 16
Hình 2 18
Hình 2 18
Hình 2.1.20   18
Hình 2 20
Hình 2 21
Hình 2.1.23 Hình mô p 21
Hình 2.2.1  22
Hình 2.2.2 -H 23
Hình 2.2.3  30
 2.2.4 



 33
 2.2.5 



 không  33
2.2.6 










 34
2.2.7 





 34
H2.2.8 















 35
2.2.9  36
Hình 2.3.1 H thng cm bin 41
Hình 2 khi Camera 41
Hình 2.3.3 Nguyên lý làm vic ca thit b to nh s 42
Hình 2.3.4 Cm bin hình nh 42

Hình 2.3.5 Góc m ngang ca camera 42
Hình 2.3.6 Lt camera 43
Hình 2.3.7: Camera CPT-IRC72 43
Hình 2.3.8 PICO200 CARD ghi hình 4 kênh 44
Hình 2n trong x lý nh 44
Hình 2.3.10  tin x lý 45
Hình 2.3.11 Phát hing 47
Hình 2.3.12  phát hing 47
Hình 2.3.13 Bng 48
Hình 2.3.14  bng 48
Hình 2.3.15 ng 49
Hình 2.3.16  ng 49
Hình 2.3.17  hình nh lên giao din 50
Hình 2.3.18 Lt h thng camera trên cng 51
Hình 2.3.19  gii thut cho mt camera 52
Hình 2.3.20  gii thut cho h thng camera 53
Hình 2.3.21 Giao din Matlab khi ch 54
Hình 2.3.22 Hình nh x lý Matlab t 4 camera 55
Hình 2.3.23 Mt s long dung 56
Hình 2 các thit b trên bus I2C 58
Hình 2 khi master truyn(a) và nhn(b) d liu 59
Hình 2 n tr kéo lên trong bus I2C 59
Hình 2.4. ri rc hóa 60
Hình 2 gii thut 63
Hình 2n 1 chiu DC 64
Hình 2 i t  65
Hình 2 u ch  rng xung 66
Hình 2.4.9 Hình cu to bên trong c 67
Hình 2 chu k xung c 67
Hình 2.4.11 Cu hình tng quát ca h thu khin robot 68

Hình 2 u khin khp robot 68
Hình 2 khi mu khi 69
Hình 2. khi tng quát b ngun 71
Hình 2.4.15 B ngun HWS300-24/ME 71
Hình 2.4.16 Giao ding tác robot 72

Hình 2.4.17 Gii thuu khin 73
Hình 2.4.18 Gii thui dùng 74
Hình 2.5.1 Cn ca h thu khin m ng tác robot 75
Hình 2.5.2 Cu hình ca b u khin m u khing tác robot 76
Hình 2.5.3 M hoá giá tr trên 4 bin vào vi 3 hàm ph thuc tam giác 76
Hình 2.5.4 M hoá giá tr bin ra vi 8 hàm ph thuc dng xung vuông 77
Hình 2ng tác thc hin trên robot 78
Hình 2ng tác robot 83
Hình 2.6.1 Giao di 84
Hình 2.6.2 
 85
  86
Hình 2.6.4  86
Hình 2.6.5 c  87
Hình 2.6.6 So sánh s liu gia thc t c và phn mm 88



















DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bng 2.1.1: Phân b các bc t do trên các khp 8
Bng 2.1.2 Các thông s k tht ca robot 9
Bng 2.1.3 Thông s k thut ca các khp 9
Bng 2.2.1 Các thông s D-H 23
Bng 2.4.1c tính ca PIC18F4431 57
Bng 2.5.1 Quy luu khin cho robot. 79
Bng 2.5.2 Bng trng tác 81
Bng 2.5.3 Cu hình ca b u khin m ng tác robot 82