Báo cáo tốt nghiệp Robot tự hành
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.66 MB, 53 trang )
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH ROBOTINO
1.1 Lý do chọn đề tài
Ở nước ta cũng đã có rất nhiều đề tài nói về Robot di động như là
Robot tránh vật cản, Robot leo tường, Robot leo cầu thang… Nhưng chúng
em chưa tìm thấy đề tài nào nói về Robot di chuyển linh hoạt đa hướng
cũng như là áp dụng những kỹ thuật tiên tiến như Bluetooth
... Vì thế việc
thiết kế một “MÔ HÌNH ROBOTINO” sử Bluetooth là vấn đề mà chúng
em cần phải nghiên cứu chế tạo trong đề tài này.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Xe chạy ổn định.
Có thể tự động né các vật cản.
Có thể di chuyển đúng đến vị trí theo yêu cầu của người điều khiển.
1.3 Nhiệm vụ của đề tài
Chạy tới ,chạy lui,chạy sang trái,chạy sang phải.
0
Chạy lệch góc 45
sang trái hoặc sang phải.
Chạy xoay vòng sang trái, xoay vòng sang phải.
Điều khiển phương hướng chạy bởi 1 chiếc điện thoại Android được cài đặt
chương trình “app inventor” kết nối thông qua Bluetooth. Điều khiển
Robot rất đơn giản nếu muốn Robot chạy tới, lùi, rẽ trái, rẽ phải hoặc xoay.
1.4 Giới hạn đề tài
Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản phía trước rồi chuyển hướng di
chuyển.
1
Có thể di chuyển được trong môi trường bằng phẳng.
Di chuyển theo cách điều khiển qua điện thoại thông qua bluetooth.
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Các phương án thiết kế
2.1.1 Phương án 1
Lắp trực tiếp 3 bánh xe lên 3 trục của motor. Trục 3 motor song song và
trục motor dẫn đường vuông góc với đường thẳng nối từ bánh xe vào tâm.
Đường kính bánh xe trùng với trục hướng vào tâm. Như hình vẽ:
Hình 2.1.1 Phương án 1
2
Ưu điểm:
Tiết kiệm chi phí khi mua bánh xe và có thể dành chi phí đó cho làm
mạch điện tốt hơn.
Thiết kế đơn giản
Nhược điểm:
Không đúng theo yêu cầu.
Khó đáp ứng khi rẽ, khó di chuyển theo yêu cầu.
2.1.2 Phương án 2
Lắp bánh xe và trục như hình vẽ:
Bánh xe lắp trực tiếp lên trục của motor.
Hình 2.1.2 Phương án 2
3
Ưu điểm:
Đúng theo yêu cầu của đề tài.
Lực phân bố đều trên 3 trục khi rẽ, quay.
Nhược điểm:
Các bánh xe đa hướng hơi khó tìm
Vấn đề đặt trục và giải đồ cho di chuyển rất mới, trong nhóm chưa ai gặp.
Để phù hợp với yêu cầu đề tài, nhóm đã thảo luận và đi tới quyết định chọn
phương án 2.
2.2 Giải thuật điều khiển hướng di chuyển robot 3 bánh bằng phương
pháp vector
2.2.1 Hướng về trước
Hình 2.2.1
Di chuyển hướng Vector x
4
Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot.
Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc :
V1 = cos 90 = 0
o
V2 = cos 30
= 0,866
o
V3 = cos 30
= 0,866
Để xe di chuyển phải thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 bánh xe 1 dừng
5
2.2.2 Hướng lùi
Hình 2.2.2
Di chuyển hướng vector x
Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot.
Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc :
V1 = cos 90 = 0
o
V2 = cos α2 = cos 30
= 0,866
o
V3 = cos α3 = cos 30
= 0,866
Để xe di chuyển phải thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 bánh xe 1 dừng
6
2.2.3 Hướng qua phải
Hình 2.2.3
Di chuyển hướng Vector x
Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot.
Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc :
V1 = cos 0 = 1
o
V2 = cos α2 = cos 60
= 0,5
o
V3 = cos α3 = cos 60
= 0,5
Để xe di chuyển hướng qua phải thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 và bằng
một nữa bánh xe 1.
7
2.2.4 Hướng qua trái
Hình 2.2.4
Di chuyển theo hướng vector x
Quy chiếu các vector V1,V2,V3 về tâm của robot.
Các vector V1’, V2’, V3’ hợp với trục x một góc :
V1 = cos 0 = 1
o
V2 = cos α2 = cos 60
= 0,5
o
V3 = cos α3 = cos 60
= 0,5
Để xe di chuyển trái thì tốc độ bánh xe 2 = bánh xe 3 và bằng một nữa bánh
xe 1.
8
o
2.2.5 Hướng qua trái – hướng lên góc 45
Hình 2.2.5
Hướng Vector x là hướng 45
Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’
được các góc lệch so với Vector x.
o
V1’ = cos 45
= 0.707
o
V2’ = cos 15
= 0,966
o
V3’ = cos 75
= 0,26
o
Để xe di chuyển hướng qua trái – hướng lên góc 45
thì tốc độ xe nhân lần
lượt V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe.
9
o
2.2.6 Hướng qua phải – hướng lên góc 45
Hình 2.2.6
Hướng Vector x là hướng 45
Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’
được các góc lệch so với Vector x.
o
V1’ = cos 45
= 0.707
o
V2’ = cos 75
= 0.26
o
V3’ = cos 15
= 0,966
o
Để xe di chuyển hướng qua phải – hướng lên góc 45
thì tốc độ xe nhân lần
lượt V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe.
10
o
2.2.7 Hướng qua trái – hướng xuống góc 45
Hình 2.2.7
Hướng Vector x là hướng 45
Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’
được các góc lệch so với Vector x.
o
V1’ = cos 45
= 0.707
o
V2’ = cos 75
= 0.26
o
V3’ = cos 15
= 0,966
11
o
Để xe di chuyển qua trái – hướng xuống góc 45
thì tốc độ xe nhân lần lượt
V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe.
12
o
2.2.8 Hướng qua phải – hướng xuống góc 45
Hình 2.2.8
Hướng Vector x là hướng 45
Quy chiếu các Vector V1,V2,V3 về tâm của Robot tương ứng V1’,V2’,V3’
được các góc lệch so với Vector x.
o
V1’ = cos 45
= 0.707
o
V2’ = cos 15
= 0,966
o
V3’ = cos 75
= 0,26
o
Để xe di chuyển hướng qua phải – hướng xuống góc 45
13
thì tốc độ xe nhân lần lượt V1’,V2’,V3’ của 3 bánh xe.
2.2.9 Điều khiển robot chạy theo cung tròn
Hình 2.2.9
Vi: tốc độ đặt ban đầu.
R: bán kính đường tròn mà robot cần đạt.
a: là khoảng cách từ tâm robot đến bánh xe 1.
b: là khoảng cách từ tâm robot đến đường nối bánh xe 2,3.
14
Ta có công thức liên kết:
Vi
R
V 1 = V 23′
= R+a
R −b
Suy ra V1=Vi (R+ a) / R
Ta có Vi/R = V2’3’ / (R– b)
o
o
Mà V2’3’ / (Rb) = V2’ cos 60
+ V3’ cos 60
/ (Rb)
o
Suy ra : (V2’+V3’)cos 60
/ (Rb)
o
V2cos60
/ (Rb) = Vi / R
o
Suy ra V2’ = Vi(Rb) / 2Rcos60
Ta tìm được V2’
Vì V2’ và V3’ nằm cùng phương nên V2’ = V3’
Ta tìm được tốc độ V2 v
15
Chương 3: CƠ KHÍ
3.1 Vật Liệu
Tất cả khung xe và các kết cấu đều được làm bằng nhôm
Độ dày của nhôm: 2mm
Mục đích: nhôm dễ gia công, nhẹ
Hình 3.1 Nhôm
3.2 Động cơ
Hình 3.2 Động cơ DC Servo GA25
16
Hình 3.3 Sơ đồ chân động cơ DC Servo
Hình 3.4 Bản vẽ động cơ
Chọn động cơ này bởi vì có encoder để điều khiển tốc độ và vị trí chính
xác, thông dụng, dễ dùng, nhỏ gọn, phù hợp đường kính lỗ bánh xe.
17
Động cơ DC servo giảm tốc có encoder
Điện áp hoạt động: 312v
Đường kính trục: 4mm
Tốc độ không tải: 320rpm
Dòng không tải: 80 mA
Tốc độ có tải: 284rpm
Dòng khi có tải: 600 ma
374 xung khi qua hộp số
Sơ đồ chân của động cơ
3.3 Bánh xe
Bánh xe đa hướng Omni
Thông số kỹ thuật
Đường kính ngoài 49,2mm
Đường kính trục 6,35mm
Chọn bánh xe Omni bởi vì khả năng chịu tải tốt, ít ma sát, phù hợp di nhiều
hướng.
18
Hình 3.5 : Bánh xe
19
3.4 Thiết kế vỏ và gắn động cơ
Mặt đáy gắn động cơ được thiết kế theo dạng hình tròn có đường kính là
300mm.
Hình 3.6 : Mặt dưới
Khoảng cách của mỗi động cơ là 120 độ để tạo sự đồng đều và chính xác
khi di chuyển.
20
21
Mặt trên :
Hình 3.7 : Mặt trên
Các lỗ trên mặt nhôm được khoan lỗ 4 mm trùng với các lỗ mặt dưới
22
Gá liên kết 2 mặt trên dưới:
Hình 3.8 : Gá liên kết 2 mặt
Mặt trên và dưới được liên kết với nhau bằng 1 thanh nhôm
Khoảng cách giữa mặt trên và mặt dưới là 100 mm
Hình 3.9 Gá động cơ
23
Động cơ liên kết với mặt đáy bằng gá động cơ
24
Chương 4: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
4.1
Giới thiệu Microcontrollers (MCUs)
Họ vi điều khiển PIC và dsPIC do hãng chế tạo và sản xuất với
công nghệ hiện đại, phù hợp cho các ứng dụng đơn giản cho đến phức tạp.
Người dùng có thể lập trình PIC trên ngôn ngữ C quen thuộc thông qua các
phần mềm hỗ trợ ( MikroC ; CCS
Gồm các họ như sau:
8 bit:PIC10,PIC12,PIC16,PIC18
Trong đó PIC18F4431 là IC chuyên dùng để điều khiển động cơ theo đề
nghị của của
Hình 4.1: Microchip
25
