Đại học Bách khoa – Đà Nẵng
Khoa Cơ Khí

ĐỒ ÁN: HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. Đỗ Thế Cần
SVTH : Nguyễn Đăng Quang
Nguyễn Cơng Cường
Lớp

: 17CĐT2

Nhóm : 17.04A


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH TẢI HÀNG.................................5
1.1 Tổng quan về Robot................................................................................................5
1.1.1 Giới thiệu về robot sự hình thành và phát triển................................................5
1.1.2 Phân loại và ứng dụng của robot......................................................................7
1.2 Giới thiệu về robot tự hành tránh vật cản................................................................9
1.2.1 Giới thiệu về robot tự hành tránh vật cản.........................................................9
1.2.2 Tổng quan robot tự hành tránh vật cản.............................................................9
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ.................................................................................18
2.1 Sơ lược về phần mềm thiết kế...............................................................................18
2.2 Hệ thống robot tự hành..........................................................................................21
2.2.1 Mơ hình hóa hệ thống Sơ đồ khối hệ thống...................................................21
2.2.2 Thiết bị cơ khí................................................................................................22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ.........................................................24
3.1 Thiết bị điện tử......................................................................................................24

3.1.2. Module wifi ESP8266 nodeMCU.................................................................26
3.1.3. Module Bluetooth..........................................................................................29
3.1.4. La bàn số HMC5883L...................................................................................30
3.1.5. Khối nhận tín hiệu GPS.................................................................................32

1


3.1.6. Module điều khiển động cơ L298N..............................................................34
3.1.7 Động cơ DC Servo JGY371...........................................................................36
3.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch...................................................................................38
CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.....................................................................39
4.1. Giới thiệu phần mềm lập trình.............................................................................39
4.1.1 Ngơn ngữ lập trình cho arduino.....................................................................39
4.1.2 Cơng cụ tạo ứng dụng trên Smartphone.........................................................39
4.2. Lập trình trên app INVENTOR....................................................................41
4.3 Nguyên lý điều khiển.....................................................................................44
4.4 Lưu đồ thuật toán...........................................................................................44
4.4.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển robot bằng GPS(outdoor)........................44
4.4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển robot bằng HMC5883L(indoor)..............48
CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT..............................................................................................50
5.1 Kết quả đạt được............................................................................................50
5.2 Hạn chế..........................................................................................................51
5.3 Hướng phát triển............................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................53
PHỤ LỤC................................................................................................................54

2



3


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của Cơng nghệ thơng tin và
việc ứng dụng nó vào thực tế của các ngành nghề và đời sống đem lại những lợi
ích vơ cùng to lớn.Với mong muốn tìm tịi , sáng tạo và mang cơng nghệ đến
gần với cuộc sống, nhóm chúng em dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Đỗ Thế
Cần xin được giới thiệu tới các thầy, cô giáo và các bạn sinh viên sản phẩm
Robot tự hành tải hàng.
Có thể nói , điều khiển tự động ngày càng trở nên một phần không thể
thiếu trong cuộc sống của con người.Chính vì lí do này mà nhóm chúng em
đang cố gắng sáng tạo ra một sản phẩm Robot có tính ứng dụng cao và có khả
năng làm việc thay con người.Với sản phẩm Robot dị đường tích hợp thêm
chức năng cảnh báo khí gây cháy có thể ứng dụng trong nhà kho của các cơng
ty, xí nghiệp, phần nào đó thay thế con người trong một số cơng việc. Bên cạnh
đó, sản phẩm Robot này cịn ứng dụng thêm cơng nghệ IoT, giúp con người có
thể điều khiển Robot thơng qua hành động của mình.
Mặc dù nhóm chúng em đã cố gắng hết sức mình, nhưng do thời gian có
hạn và lượng kiến thức eo hẹp nên khơng tránh khỏi những thiếu sót.Do vậy,
chúng em rất mong nhận được sự góp ý quý báu của thầy cơ và các bạn để
nhóm có thể hồn thiện bài tốt hơn nữa.
Cuối cùng, em xin thay mặt nhóm gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng
dẫn Đỗ Thế Cần đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo để chúng em hoàn thành bài
nghiên cứu này tốt nhất!


GVHD

SVTH
Nguyễn Đăng Quang

TS. Đỗ Thế Cần

Nguyễn Công Cường

4


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

MỞ ĐẦU
Thế kỷ 20 sự phát triển vượt bậc của cả nhân loại về khoa học, kỹ thuật lẫn
kinh tế. Ngày nay robot khơng cịn là cái gì đó xa lạ với những cái tên như Asimo,
Titan…Chúng là sự kết tinh thành tựu to lớn về khoa học kỹ thuật của nhân loại.
robot được ứng dụng rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp, y tế, nghiên cứu khoa
học, giải trí. Trong các loại robot, chúng ta không thể không nhắc tới robot di động
với những đặc thù riêng mà các loại robot khác khơng có. Các tay máy cố định chỉ
hoạt động trong một không gian bị giới hạn trong phạm vi của nó. Ngược lại robot
di động có thể tự do di chuyển, do đó tạo nên khơng gian hoạt động rất lớn và cho
đến nay nó đã khẳng định vai trị quan trọng khơng thể thiếu trong nhiều lĩnh vực
dân sự và quân sự, thu hút được nhiều sự đầu tư nghiên cứu. Do đó chúng em đã
chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo robot tự hành tải hàng ”.

Nhiệm vụ của đồ án

- Tính tốn thiết kế robot di động.
- Tính tốn thiết kế hệ thống tải hàng
- Thiết kế mạch điều khiển.
- Thiết kế app điều khiển robot.
Nội dung nghiên cứu của đề tại có ý nghĩa cao gắn liền thực tiễn. Hệ thống là
mô hình thu nhỏ của robot di động trong kho.
Tiềm năng ứng dụng của xe tự hành là lớn, có thể kể đến robot vận hành vật
liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thư viện…
Nghiên cứu tài liệu, các thiết bị và sản phẩm liên quan đến đề tài:

5


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của thiết kế robot di động.
- Trên cơ sở lý thuyết và các tính tốn, thiết kế và chế tạo mơ hình.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH TẢI HÀNG
1.1

Tổng quan về Robot

1.1.1 Giới thiệu về robot sự hình thành và phát triển
1.1.1.1 Định nghĩa về robot
Robot hay còn gọi là “Người máy" là một loại máy có thể thực hiện những
cơng việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch
điện tử được lập trình. Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, ảo, thường là một hệ

thống cơ khí-điện tử.
Từ ngữ "robot" thường được hiểu với hai nghĩa: robot cơ khí và phần mềm
tự hoạt động. Do sự đa dạng mức độ tự động của hệ thống cơ-điện tử mà ranh giới
phân chia robot với phần cịn lại khơng được rõ ràng, thể hiện ở quan niệm về định
nghĩa robot. Về lĩnh vực Robot, Mỹ và Nhật Bản là những nước đi đầu thế giới về
lĩnh vực này.
Hầu hết các robot đều sử dụng động cơ điện, chủ yếu là động cơ DC chổi
thay hoặc không chổi than được dùng trong các robot di động hoặc động cơ AC
dùng trong các robot cong nghiệp và các máy CNC. Chúng thích hợp trong các hệ
thống nhẹ tải, và dạng chuyển động chủ yếu là chuyển động quay.
1.1.1.2 Tình hình phát triển
Robot tổng hợp trong nó có cả khoa học và cơng nghệ. Để thiết kế và chế tạo
được robot, ta cần có các tri thức của toán học, cơ học, vật lý, điện tử, lý thuyết

6


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

điều khiển, khoa học tính tốn và nhiều tri thức khác. Để có thể ứng dụng được rơ
bốt, ta cần biết rõ về đối tượng ứng dụng. Robot là sản phẩm tích hợp cả khoa học
và cơng nghệ với độ phức tạp cao.
Robot đã có những tiến bộ đáng kể trong hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu tiên
được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm
các công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Do nhu cầu cần sử
dụng ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất phức tạp nên robot cần có
những khả năng thích ứng linh họat và thơng minh hơn. Ngày nay, ngồi ứng dụng
sơ khai ban đầu của rô bốt trong chế tạo máy thì các ứng dụng khác như trong y tế,

chăm sóc sức khỏe, nơng nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phịng và gia
đình đang có nhu cầu gia tăng đang là động lực cho các robot địa hình và robot
dịch vụ phát triển.

Hình 1.1 Ứng dụng robot trong cơng nghiệp

Có thể kể đến một số loại rơ bốt được quan tâm nhiều trong thời gian qua là:
tay máy robot, robot di động, robot phỏng sinh học và robot cá nhân (. Tay máy

7


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

robot bao gồm các loại robot công nghiệp, robot y tế và robot trợ giúp người tàn
tật. Robot di động được nghiên cứu nhiều như xe tự hành trên mặt đất AGV, robot
tự hành dưới nước AUV, robot tự hành trên không UAV và robot vũ trụ. Với robot
phỏng sinh học, các nghiên cứu thời gian qua tập trung vào 2 loại chính là robot đi
và robot dáng người.Bên cạnh đó, các loại robot phỏng sinh học dưới nước như
robot cá, các cấu trúc chuyển động phỏng theo sinh vật biển cũng được nhiều
nhóm nghiên cứu phát triển.

Hình 1.2 Ứng dụng robot trong nghiên cứu khoa học

1.1.2 Phân loại và ứng dụng của robot
1.1.2.1 Phân loại robot
Thế giới robot hiện nay đã rất phong phú và đa dạng, vì vậy phân loại chúng
khơng đơn giản. Có rất nhiều quan điểm phân loại khác nhau. Mỗi quan điểm phục

vụ một mục đích riêng. Tuy nhiên, có thể nêu ra đây 3 cách phân loại cơ bản: theo
kết cấu, theo điều khiển và theo phạm vi ứng dụng của robot.

8


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

 Phân loại theo kết cấu
Theo kết cấu (hay theo hình học), người ta phân robot thành các loại: đề các,
trụ, cầu, SCARA, kiểu tay người và các dạng khác
 Phân loại theo điều khiển
Có 2 kiểu điều khiển robot: điểu khiển hở và điều khiển kín. Điều khiển hở,
dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí tránhn,… )
mà qng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số xung điều khiển. Kiểu
điều khiển này đơn giản, nhưng đạt độ chính xác thấp.
Điều khiển kín (hay điều khiển servo), sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để
tãng độ chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm –
điểm và điều khiển theo đường (contour).
Với kiểu điều khiển điểm – điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này
đến điểm kia theo đường thẳng với tốc độ cao (không làm việc). Nó chỉ làm
việc tại các điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn
điểm, vận chuyển, tán đinh, bắn đinh,…
Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo
bất kỳ, với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điểu khiển này
trên các robot hàn hồ quang, phun sơn.
 Phân loại theo ứng dụng
Cách phân loại này dựa vào ứng dụng của robot. Ví dụ, có robot cơng

nghiệp, robot dùng trong nghiên cứu khoa học, robot dùng trong kỹ thuật vũ
trụ, robot dùng trong quân sự,…
1.1.2.2 Ứng dụng của robot
Robot ra đời giúp các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và

9


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

hiệu quả sản xuất được tăng lên rõ rệt.Trong ngành cơ khí chúng ta thì Robot được
sử dụng nhiều trong công nghệ Đúc , công nghệ hàn cắt kim loại, sơn, phun phủ
kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi lắp ráp sản phẩm. Ngay nay thì xuất hiện nhiều
dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với Robot cơng nghiệp, các dây
chuyền đó đạt mức độ tự động hóa cao, hoạt động linh hoạt…
1.2 Giới thiệu về robot tự hành tránh vật cản
1.2.1 Giới thiệu về robot tự hành tránh vật cản
Xe tự hành tránh vật cản hay xe di động được định nghĩa là 1 loại xe có khả
năng tự di chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới sự điều khiển tự
động để thực hiện thành công công việc được giao.Theo lý thuyết mơi trường hoạt
động của xe tự hành có thể là đất, nước, khơng khí, khơng gian vũ trụ hay sự tổ
hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt của xe di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc
thay đổi lồi lõm.
Theo bộ phận thực hiện chuyển động ta có thể chia robot tự hành thành 2
lớp: chuyển động bằng chân hoặc bằng bánh. Trong đề tài này chúng ta sẽ nghiên
cứu xe tự hành chuyển động bằng bánh, xe tự hành chuyển động bằng bánh làm
việc tốt trong hầu hết các địa hình do con người tạo ra. Điều khiển di chuyển bằng
bánh cũng đơn giản hơn nhiều, gần như ln đảm bảo tính ổn định. Lớp chuyển

động bằng bánh có thể chia ra làm 3 loại: loại chuyển động bằng bánh xe, loại
chuyển động bằng vịng xích và loại hỗn hợp bánh xe vịng xích.Tiềm năng ứng
dụng của xe tự hành là lớn, có thể kể đến robot vận hành vật liệu, hàng hóa trong
các tịa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thư viện… robot xe lăn phục vụ người
khuyết tật,…
Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao, nhưng những hạn chế chưa giải quyết được

10


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

của robot tự hành như chi phí chế tạo cao đã khơng cho phép chúng được ứng dụng
rộng rãi. Ngồi ra còn phải kể thêm nhược điểm của robot tự hành là thiếu tính linh
hoạt và thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau.
1.2.2 Tổng quan robot tự hành tránh vật cản
1.2.2.1 Sự phát triển
Ngày nay, Robot học đã đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất
cơng nghiệp. Những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác
và liên tục làm tăng năng suất lao động tăng nhiều lần. Chúng có thể làm việc
trong các mơi trường độc hại như hàn, phun sơn, các nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp
các linh kiện điện tử tạo ra điện thoại, máy tính…một cơng việc địi hỏi sự tỉ mỉ,
chính xác cao. Tuy nhiên những robot này có hạn chế chung đó là hạn chế về
khơng gian làm việc. Khơng gian làm việc của chúng bị giới hạn bởi các số bậc tự
do tay máy và vị trí gắn chúng.Ngược lại, các Robot tự hành laị có khả năng hoạt
động một cách linh hoạt trong các môi trường khác nhau.
1.2.2.2 Mô hình hóa của robot


11


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

Hình 1.3 Mơ hình hóa của robot

Vấn đề của robot tự hành tránh vật cản là làm thế nào để robot tự hành tránh
vật cản có thể hoạt động, nhận biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn
đề đầu tiên là di chuyển, Robot tự hành tránh vật cản nên di chuyển như thế nào và
cơ cấu di chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất. Điều hướng là vấn đề cơ bản trong
nghiên cứu và chế tạo Robot tự hành tránh vật cản. Trong hiệp hội nghiên cứu về
Robot tự hành tránh vật cản có 2 hướng nghiên cứu khác nhau:
 Hướng thứ nhất: là nghiên cứu về Robot tự hành tránh vật cản có khả năng
điều hướng ở tốc độ cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại
robot có khả năng hoạt động ở mơi trường trong phịng cũng như mơi trường
bên ngồi. Loại robot này u câù khả năng tính tốn đồ sộ và được trang bị
cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều khiển robot di chuyển ở
tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp.
 Hướng thứ hai: nhằm giải quyết các vấn đề về các loại robot tự hành tránh
vật cản chỉ dùng để hoạt động trong môi trường trong phòng. Loại robot tự

12


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN


hành tránh vật cản này có kết cấu đơn giản hơn loại trên, thực hiện những
nhiệm vụ đơn giản.
Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành tránh vật cản được chia làm 2 loại: bài
tốn tồn cục ( global) và bài tốn cục bộ (local). Ở bài tồn cục, mơi trường làm
việc của robot hoàn toàn xác định, đường đi và vật cản là hồn tồn biết trước. Ở
bài tốn cục bộ, môi trường hoạt động của robot là chưa biết trước hoặc chỉ biết
một phần. Các cảm biến và thiết bị định vị cho phép robot xác định được vật cản,
vị trí của nó trong mơi trường giúp nó đi tới được mục tiêu.
Các vấn đề gặp phải khi điều hướng cho Robot tự hành tránh vật cản thường
giống như các loại robot khác. Để có thể điều hướng cho Robot tránh vật cản,
quyết định theo thời gian thực phải dựa vào thông tin liên tục về môi trường thơng
qua các cảm biến, hoặc ở mơi trường trong phịng hoặc ngoài trời, đây là điểm
khác biệt lớn nhất so với kỹ thuật lập kế hoạch ngoại tuyến. Robot tự hành tránh
vật cản phải có khả năng tự quyết định về phương thức điều hướng, định hướng
chuyển động để có thể tới đích thực hiện nhiệm vụ nhất định.
Điều hướng cho robot tự hành tránh vật cản là công việc đòi hỏi phải thực hiện
được một số khả năng khác nhau, bao gồm : khả năng di chuyển ở mức cơ bản, ví
dụ như hoạt động đi tới vị trí cho trước, khả năng phản ứng các sự kiện theo thời
gian thực, ví dụ như khi có sự xuất hiện đột ngột của vật cản; khả năng xây dựng,
sử dụng và suy trì bản đồ mơi trường hoạt động; khả năng xác định vị trí của robot
trong bản đồ đó; khả năng thiết lập kế hoạch để đi tới đích hoặc tránh các tình
huống khơng mong muốn và khả năng thích ghi với các thay đổi của mơi trường
hoạt động
1.2.2.3 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế

13


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ


GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

Trong các nhà xưởng, người cơng nhân bị gị bó bởi năng suất lao động, vì
vậy robot tự hành tránh vật cản là một giải pháp nhằm cung cấp nguyên liệu từ nhà
kho đến tay người công nhân, giúp giảm nhân cơng, tăng năng suất. Tùy theo loại
ngun liệu có đặc thù, khối lưọng, kích thước khác nhau mà khi thiết kế người ta
căn cứ vào đó và đưa ra các u cầu về:
 Kích thước
 Khối lượng
 Cơng suất
 Tốc độ di chuyển
Trong đồ án này em chủ yếu tập trung nghiên cứu và thiết kế modul chuyển
động và điều khiển robot chở nguyên liệu trong dây chuyền sản xuất, cùng với kích
thước và các thơng số đều nhỏ hơn thực tế:
Kết quả là một robot tự động có khả năng di chuyển tự do trong mơi trường có
vật cản.
Đề tài thiết kế và chế tạo robot tự hành tránh vật cản chủ yếu giúp cho sinh viên
làm quen với vi điều khiển, kỹ năng lập trình, phương pháp tự thập dữ liệu từ các
cảm biến sensor, điều khiển động cơ, các mạch phụ trợ
1.2.2.4 Ưu điểm, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản
 Ưu điểm
 Không gây ơ nhiễm, sử dụng pin sạc, và có thể sac.
 Sử dụng không gian hiệu quả, đa năng trong các nhà máy xí
nghiệp
 Giá thành khơng đắt

14



ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

 Nhược điểm
 Khơng thể leo bậc thang có chiều cao hạn chế
1.2.2.5 Ứng dụng của robot tự hành
Hình 1.4 Robot có thể làm việc trong mơi trường độc hại

Hình 1.5 Ứng dụng trong các nhà máy

15


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

Hình 1.6 Ứng dụng của robot tự hành trong các siêu thị

Ngồi ra Robot tự hành tránh vật cản có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm
vụ mà không cần sự can thiệp của con người. Với những cảm biến, chúng có khả
năng nhận biết về mơi trường xung quanh. Robot tự hành tránh vật cản ngày càng
có nhiều ý nghĩa trong các ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng
khoa học và phục vụ đời sống của con người. Với sự phát triển của ngành Robot
học, robot tự hành tránh vật cản ngày càng có khả năng hoạt động trong các môi
trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng có nhiều loại khác nhau như
robot sơn, robot hàn, robot cắt cỏ, robot thám hiểm đại dương, robot làm việc
ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của yêu cầu trong thực tế , robot tự hành tránh
vật cản tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu.

 Các phương án thiết kế:
1. Phương án dò line:

16


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

Các vật liệu được sử dụng để tạo ra đường dẫn gồm: Vạch màu, băng từ, đường
dây từ, đường ray,… Khi đó các xe tự hành AGV sẽ chạy theo các đường dẫn này
tới các vị trí được xác định trên bản đồ di chuyển.
Loại này có đặc điểm là có đường đi cố định. Khi muốn thay đổi đường đi cần
thiết lập lại hệ thống dẫn đường. Tuy nhiên cơng nghệ điều khiển này đơn giản hơn
và có chi phí thấp hơn loại chạy khơng theo đường dẫn. Các cảm biến sử dụng cho
loại này có thể là cảm biến từ trường, cảm biến quang, cảm biến kim loại.
Hệ thống cảm biến tiệm cận nhận dạng đường dẫn để điều khiển
xe có độ chính xáccao. Cảm biến được thiết kế gồm hai hàng đặt trước và sau xe.
Khi xe tiến về phía trước thì dùng hàng cảm biến phía trước để dị đường, khi
xe di chuyển về phía sau thì dùng hàng cảm biến phía sau. Mỗi hàng gồm 4 cảm
biến đặt cách nhau 30 mm. Khi xe AGV lệch ra khỏi vạch, cảm biến sẽ thông báo
cho bộ điều khiển thực hiện quá trình thay đổi vận tốc của hai bánh lái để xe di
chuyển đúng hướng.
Hệ thống an toàn sử dụng cảm biến quang kết hợp cảm biến siêu âm có nhiệm
vụ đảm bảo cho xe AGV hoạt động một cách an toàn, đưa ra các cảnh báo đèn, còi
về các đối tượng nằm trong vùng hoạt động, tác động giảm tốc độ hoặc dừng để
tránh va chạm với vật cản trong quá trình xe vận hành. Để xác định các vật cản
trong vùng hoạt động, hai cảm biến quang được sử dụng, gắn ở trước và sau
xe kết hợp cảm biến siêu âm. Vật cản ở khoảng cách xa trong vùng di chuyển tới sẽ

được cảnh báo bằng đèn, còi, ở khoảng cách gần hơn xe tự động giảm tốc độ, ở
khoảng cách quá gần xe dừng lại và chờ đến khi an toàn mới tiếp tục di chuyển.
Khi dừng lại, xe chuyển sang trạng thái chờ, các giá trị tức thời về vị trí và quãng
đường dịch chuyển sẽ được lưu lại cho đến khi xe AGV tiếp tục di chuyển.
Phương án này gồm các phương án nhỏ chia theo loại line như sau:

17


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

Đường dẫn từ: là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire) chôn
ngầm dưới nền sàn. Khi di chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà xe có thể
di chuyển theo đường dẫn. Loại đường dẫn này khơng nằm trên bề mặt sàn nên có
mý quan tốt, không ảnh hưởng đến các công việc vận hành khác. Tuy nhiên khi sử
dụng phải tiêu tốn năng lượng cho việc tạo từ tính trong dây, đồng thời đường dẫn
là cố định và không thể thay đổi được.
Đường ray dẫn: xe được chạy trên các ray định trước trên mặt sàn. Loại này chỉ
sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng. Nó cho phép thiết kế đơn giản hơn
và có thể di chuyển với tốc độ cao nhưng tính linh hoạt thấp.
Đường băng kẻ trên sàn: xe di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn trên sàn nhờ
các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ. Loại này có tính linh hoạt cao vì trong q
trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng. Tuy nhiên khi sử
dụng, các vạc dẫn có thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăn cho việc điều khiển chính
xác xe.
2. Phương án khơng dị line
Là loại xe AGV có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con
quay hồi chuyển (gyroscop sensor). Các cảm biến này có nhiệm vụ xác định hướng

di chuyển. Ngồi ra cịn có cảm biến laser dùng để xác định vị trí các vật thể xung
quanh trong quá trình di chuyển. Hay hệ thống định vị cục bộ (local navigation
location) phụ trách xác định tọa độ tức thời,…
Loại này có đặc điểm có thể di chuyển đến bất kỳ vị trí nào trong phạm vi điều
khiển. Nó có thể tự động tìm kiếm đường đi ngắn nhất. Tuy nhiên chi phí chế tạo
lớn và địi hỏi công nghệ cao.

18


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

19


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2:

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

THIẾT KẾ CƠ KHÍ

2.1 Sơ lược về phần mềm thiết kế
Robot được thiết kế trên phần mềm solidworks 2013.
Theo [2], Solidworks là phần mềm thiết kế cơ khí 3D, chạy trên hệ điều hành
Windowns. Solidworks được phát triển bởi Dassault Systèmes Solidworks Corp,
một công ty con của Dassault Systèmes, SA (Vélizy, Pháp). Solidworks hiện đang

được sử dụng bởi hơn 2 triệu kỹ sư và nhà thiết kế ở mức hơn 178.000 cơng ty trên
tồn thế giới.
Solidworks đang là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với Autodesk Inventor và Solid
Edge. Về lich sử: Tổng công ty Solidworks được thành lập vào tháng 12/1993 bởi
Viện Công nghệ Massachusetts của Jon Hirschtick. Hirschtick sử dụng số tiền
$1.000.000 của ông kiếm được khi là thành viên của nhóm MIT Blackjack để
thành lập cơng ty. Ban đầu cơng ty có trụ sở tại Waltham, Massachusetts, Hoa Kỳ,
Hirschtick tuyển dụng một đội ngũ kỹ sư với mục tiêu xây dựng phần mềm CAD
3D mà dễ sử dụng, giá cả phải chăng, và chạy trên nền Windows. Hoạt động sau từ
Concord, Massachusetts, Solidworks phát hành sản phẩm đầu tiên của mình
Solidworks 95 vào năm 1995. Năm 1997, Dassault nổi tiếng với phần mềm CATIA
CAD, mua lại Solidworks với giá $ 310.000.000.
Solidworks đang tiếp thị một số phiên bản của phần mềm Solidworks CAD
ngồi eDrawings-một cơng cụ cộng tác và DraftSight-một sản phẩm 2D CAD.
Solidworks đã được lãnh đạo bởi John McEleney từ năm 2001 đến tháng 7 năm
2007 và Jeff Ray từ năm 2007 đến tháng 1 năm 2011. Giám đốc điều hành hiện nay
là Bertrand Sicot.
Các phiên bản đã phát hành như: SolidWorks 95, SolidWorks 96, SolidWorks

20


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

97, SolidWorks 97 Plus, SolidWorks 98, SolidWorks 98 Plus,…, SolidWorks 2013,
… Các sản phẩm solidworks cung cấp:
Ứng dụng thiết kế cơ khí 3D: SolidWorks Standar, SolidWorks Professional,
SolidWorks Premium cung cấp một bộ công cụ phát triển sản phẩm thiết kế, thẩm

tra thiết kế, quản lý dữ liệu, thông tin liên lạc và các cơng cụ cơ khí. SolidWorks
Premium bao gồm tất cả các khả năng của SolidWorks chuyên nghiệp cũng như
định tuyến và các cơng cụ phân tích, bao gồm SolidWorks Routing, SolidWorks
Simulation, và SolidWorks Motion. SolidWorks Education Edition cung cấp các
chức năng thiết kế tương tự nhưng được cấu hình và đóng gói cho kỹ thuật và sinh
viên thiết kế công nghiệp.
Thiết kế các công cụ chứng nhận: SolidWorks Simulation là một công cụ xác
nhận thiết kế cho thấy các kỹ sư cách thiết kế của họ sẽ cư xử như các đối tượng
vật lý. SolidWorks Motion là một công cụ tạo mẫu ảo cung cấp khả năng mô
phỏng chuyển động để đảm bảo chức năng thiết kế đúng cách. SolidWorks Flow
Simulation là một công cụ kiểm tra mô phỏng chất lỏng dịng chảy bên trong và
bên ngồi và phân tích nhiệt để các nhà thiết kế có thể tiến hành thử nghiệm trên
nguyên mẫu ảo. SolidWorks Simulation Premium là một phân tích phần tử hữu hạn
(FEA) cơng cụ xác nhận thiết kế có thể xử lý một số mô phỏng đa môi trường cũng
như các vật liệu phi tuyến. SolidWorks phát triển bền vững là một sản phẩm mà
các biện pháp tác động môi trường của thiết kế trong khi họ được mô phỏng trong
SolidWorks.
Sản phẩm công cụ quản lý dữ liệu: SolidWorks Workgroup PDM là một công
cụ PDM cho phép người dùng SolidWorks hoạt động trong nhóm 10 thành viên
hoặc ít hơn để làm việc trên các thiết kế đồng thời. Với SolidWorks PDM nhóm

21


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

làm việc, các nhà thiết kế có thể tìm kiếm, chỉnh sửa, và dữ liệu ngăn CAD trong
khi duy trì một lịch sử thiết kế chính xác. SolidWorks Enterprise PDM là một công

cụ PDM cho phép người dùng SolidWorks hoạt động theo nhóm tại các cơ sở riêng
biệt khác nhau để làm việc trên các thiết kế đồng thời. Với SolidWorks Doanh
nghiệp PDM, các nhà thiết kế có thể tìm kiếm, chỉnh sửa, và dữ liệu ngăn CAD
trong khi duy trì một lịch sử thiết kế chính xác. Doanh nghiệp PDM duy trì một
đường mịn kiểm tốn, tương thích với một loạt các gói CAE (Autodesk, Siemens,
PTC, Catia, vv) để duy trì quan hệ interfile, và sẽ quản lý các phiên bản của bất kỳ
tài liệu lưu trong khu vực lưu trữ chung. PDM doanh nghiệp cũng sử dụng một sơ
đồ quy trình làm việc để tự động thơng báo cho thành viên trong nhóm khi một dự
án di chuyển từ một giai đoạn đến, cũng như ý kiến theo dõi tiếp theo. PDM doanh
nghiệp có khả năng giao tiếp với các hệ thống MRP / ERP và có thể được sử dụng
trực tuyến để giao tiếp với khách hàng và chuỗi cung ứng.
Công cụ thiết kế đặc biệt: SolidWorks Routing, SolidWorks Electrical,
olidWorks Plastics là một công cụ xác nhận thiết kế khuôn mẫu đã được xây dựng
thành một môi trường mơ hình rắn. Nó cho phép các nhà thiết kế khn để nhanh
chóng và dễ dàng xác minh xem một phần đúc nhựa có thể được lấp đầy.
SolidWorks MoldBase là một danh mục các hội đồng cơ sở khuôn tiêu chuẩn và
các thành phần. Các gói phần mềm cho phép các nhà thiết kế để tạo ra một cơ sở
khn lắp ráp hồn chỉnh. Print3D là một tính năng in 3D cho phép người dùng
chuyển đổi mơ hình CAD 3D của họ vào một tập tin STL. Và sau đó có nó được
gửi đến các nhà sản xuất đặc biệt cho báo giá. Các tập tin STL. Có thể được sử
dụng để tạo ra một liên kết ngay lập tức trích dẫn bằng cách sử dụng cơng nghệ
Quickquote.

22


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN


Solidworks với tính mở và tính tương thích của mình, Solidworks cho phép
nhiều phần mềm ứng dụng khác chạy trực tiếp trên mơi trường của nó, Solidworks
cũng kết xuất ra các tập tin dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai
thác trong mơi trường các phần mềm khác.
Những nhà sản xuất, họ không những sử dụng máy CNC mà cịn sử dụng nó
với các phần mềm CAD/CAM như Pro-Engineer, Cimatron, MasterCam… là
những phần mềm khá nổi tiếng đang được sử dụng ở nước ta. Những phần mềm
như Cimatron, MasterCam có tính năng CAM rất tốt nhưng lại có tính năng thiết
kế 3D khơng mạn như Pro-Engineer.
Nhưng theo phản ánh của các kỹ sư thì giao diện của Pro-Engineer làm chậm
q trình thiết kế và thậm chí làm rối các nhà thiết kế vì sự xuất hiện q nhiều cửa
sổ. Chính vì vậy các nhà sản xuất trên thế giới đang dần chuyển qua phần mềm
Solidworks ( Edited by congtd ).

Hình 2.1 Giao diện chính của solidworks 2013

23


ĐỒ ÁN HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. ĐỖ THẾ CẦN

2.2 Hệ thống robot tự hành
2.2.1 Mơ hình hóa hệ thống Sơ đồ khối hệ thống
Để một Robot tự hành có thể hoạt động được cơ bản cần có sự kết hợp giữa
các khối sau để tạo nên một hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ khối của hệ thống Hệ thống robot tự hành


 Hệ thống điều khiển: Arduino, điện thoại và máy tính.
 Hệ thống đầu vào: Camera và cảm biến siêu âm.
 Hệ thống đầu ra (cơ cấu chấp hành): Động cơ JGY371.
 Các hệ thống riêng biệt này được thiết kế để kết nối với nhau thành một hệ
thống hoàn chỉnh, đảm bảo thực hiện tốt nhiệm vụ đặt ra của đề tài.
 Hệ thống sau khi hoàn chỉnh có thể hoạt động theo các chế độ:
 Chế độ điều khiển tay: Robot di chuyển theo hướng của người điều khiển
thơng qua bàn phím máy tính hoặc điện thoại.

24