Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT- NÔNG NGHIỆP CNC BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ROBOT TRÁNH VẬT CẢN Giáo viên hướng dẫn : Th.S Châu Nguyễn Ngọc Lan Sinh viên thực hiện : Cao Việt Đức Lớp : DH16TD Chuyên Ngành : Điều Khiển và Tự Động Hóa Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020 Đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. Vũng Tàu, ngày…. tháng 5 năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Châu Nguyễn Ngọc Lan Trang 2 Đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. Vũng Tàu , ngày tháng 5 năm 2020 Giảng viên phản biện Phạm Văn Tâm Trang 3 Đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người xung quanh.Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em nhận được nhiều sự giúp đỡ , đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Th.S Châu Nguyễn Ngọc Lan là cô hướng dẫn đề tài luận văn của em, cô đã nhiệt tình hỗ trợ em về mọi mặt trong thời gian em thực hiện đề tài này. Cô đã cung cấp cho em những kiến thức quý báu, luôn động viên em cố gắng hoàn thành đề tài. Em thật sự biết ơn cô! Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn điều khiển tự động đã dạy bảo em,cung cấp cho em những bài học bổ ích cũng như những kinh nghiệm quý báu không chỉ giúp em thực hiện luận văn mà còn làm hành trang cho sự nghiệp của em. Trang 4 Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...................................................................... 1 LỜI MỞ ĐÂÙ ....................................................................................................... 9 1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................ 9 2. Mục đích của đề tài ............................................................................... 9 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 9 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................ 10 5. Ưu điểm và nhược điểm của đề tài ..................................................... 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT .......................................................... 11 Giới thiệu về robot sự hình thành và phát triển .................................. 11 1. 1.1 Định nghĩa về robot ............................................................................. 11 1.2 Tình hình phát triển ............................................................................. 11 Phân loại và ứng dụng của robot ........................................................ 13 2. 2.1 Phân loại robot .................................................................................... 13 2.2 Ứng dụng của robot ............................................................................. 14 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN ...... 15 1. Giới thiệu về robot tự hành tránh vật cản ........................................... 15 2. Tổng quan robot tự hành tránh vật cản ............................................... 15 2.1 Sự phát triển .......................................................................................... 16 2.2 Mô hình hóa của robot ........................................................................ 16 2.3 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế ................................................ 18 2.4 Ưu điểm, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản ....................... 19 CHƯƠNG III: CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN................................................................................ 22 1. Thông số chi tiết của các linh kiện trong mạch .................................. 23 1.1 Khối điều khiển trung tâm Arduino UNO R3 ..................................... 23 1.2 Khối điều khiển động Module L298 .................................................. 26 1.3 Khối hệ thống cảm biến SR04 ............................................................ 27 Trang 5 Đồ án tốt nghiệp 1.4 Khối động cơ RC Servo ...................................................................... 29 1.5 Khối động cơ Motor DC ..................................................................... 31 1.6 Khối bánh xe ....................................................................................... 32 Sơ đồ mạch và sơ đồ đi dây ................................................................ 34 2. 2.1 Sơ đồ mạch ............................................................................................. 34 2.2 Sơ đồ nối dây .......................................................................................... 35 3. Danh sách chuẩn bị linh kiện thi công và sản phẩm hoàn thành ................. 36 3.1 Danh sách linh kiện ............................................................................... 36 3.2 Sản phẩm hoàn thành .......................................................................... 38 3.3 Chương trình điều khiển ..................................................................... 39 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................. 46 Tài liệu tham khảo............................................................................................... 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Ứng dụng robot trong công nghiệp ......................................................... 12 Hình 2 Ứng dụng robot trong nghiên cứu khoa họ ............................................. 13 Hình 3 Mô hình hóa của robot ............................................................................ 16 Hình 4 Mô hình hóa của robot ............................................................................ 20 Hình 5 Ứng dụng của robot tự hành trong các siêu thị ...................................... 20 Hình 6 Sơ đồ mạch của hệ thống điều khiển xe tự hành tránh vật cản............... 22 Hình 7 Mạch Ảrduino UNO R3 .......................................................................... 24 Hình 8 Module L298 ........................................................................................... 26 Hình 9 Module L298 ........................................................................................... 27 Hình 10 Loại micro servo Tower Pro 9g phổ biến ............................................. 30 Hình 11 Bên trong một micro servo ................................................................... 30 Trang 6 Đồ án tốt nghiệp Hình 12 Động cơ Motor DC ............................................................................... 31 Hình 13 Bánh xe V1............................................................................................ 32 Hình 14 Pin 18650 Ultrafire ............................................................................... 33 Hình 15 Sơ đồ mạch............................................................................................ 34 Hình 16 Sơ đồ nối dây ........................................................................................ 35 Hình 17 Linh kiện cần chuẩn bị .......................................................................... 37 Hình 18 Sản phẩm hoàn thành ............................................................................ 38 Trang 7 Đồ án tốt nghiệp Tóm tắt luận văn  Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, hàng loạt hệ thống tự động ra đời với mục đích thay thế sức lao động của con người và tăng năng suất lao động. Có thể kể đến ở đây là các robot đã được ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp, có khả năng hoạt động theo các chương trình được lập trình sẵn với tốc độ và độ chính xác cao. Ngoài ra khoa học đang phát triển thế hệ robot mới gọi là robot thông minh có khả năng tiếp nhận tri thức và tư duy giống như con người, có khả năng phán đoán và ra quyết định mà không cần đến sự can thiệp của con người.  Robot tự hành là một mảng quan trọng trong lĩnh vực robotic với rất nhiều các công trình nghiên cứu trên thế giới. Bài toán đặt ra cho một robot tự hành rất đa dạng, trong đó phải kể đến bài toán điều khiển robot bám mục tiêu và tránh vật cản. Với bài toán này, các yêu cầu được đặt ra là thời gian đáp ứng của robot, độ tối ưu của thuật toán và độ phức tạp của môi trường. Nhiệm vụ của luận văn là giải quyết các vấn đề này.Đề tài luận văn được thực hiện bằng việc dùng Arduino Uno R3 làm khối điều khiển trung tâm, áp dụng giải thuật để tránh vật cản với thông tin về môi trường được lấy từ cảm biến siêu âm SR04  Do còn hạn chế về kiến thức nên kết quả hoạt động của robot chưa được tốt lắm, chưa thể đáp ứng với các môi trường , địa hình chật hẹp và phức tạp. Trong tương lai em hi vọng có thể cải thiện về giải thuật cũng như là phần cứng để hoàn thiện robot này. Trang 8 Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐÂÙ 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay nền công nghiệp 4.0 đã và đang phát triển mạnh rộng rãi trong hầu hết các ứng dụng của nền kinh tế trong mỗi quốc gia. Một trong những ứng dụng được sử dụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo và điều khiển robot thông minh. Xu thế phát triển hiện nay trên thế giới khoa học và công nghệ luôn có những thay đổi mạnh mẽ. Nền kinh tế tri thức cùng với công nghệ thông tin và kỹ thuật đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Trong nền kinh tế tri thức thực sự phát triển của xã hội không thể tách khỏi sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ thông tin và đặc biệt là sự phát triển của tin học, ngành khoa học công nghệ mới tạo ra các sản phẩm robot và nghiên cứu ứng dụng chính hình thành trong những thập kỷ gần đây được gọi là Robotics. 2. Mục đích của đề tài Mục đính của đề tài là áp dụng công nghệ thông tin vào kỹ thuật “Xây dựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản”. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nguyên cứu đề tài  Nghiên cứu nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm SR04  Phương pháp điều khiển động cơ ( theo phương thức tự hành)  Phạm vi nguyên cứu  Không gian làm việc của xe là 1 mặt phẳng được giới hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều tĩnh hoàn tĩnh. Trang 9 Đồ án tốt nghiệp 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài  Ý nghĩa khoa học Xây dựng được cơ sở khoa học về khả năng tự hành tránh vật cản của robot sử dụng cảm biến siêu âm  Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 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… 5. Ưu điểm và nhược điểm của đề tài  Ưu điểm  Với thiết kế như trên mô hình xe tránh vật cản hoạt động bình thường và ổn định, phần cứng và phần mềm tương thích với nhau và có thể kết hợp thêm các thiết bị khác để phát triển mô hình lớn hơn, dễ dàng hoạt động.  Bên cạnh đó giá thành linh kiện ngoài thị trường lại rẻ dễ dàng tìm kiếm  Nhược điểm  Do thiếu điều kiện nên làm mô hình còn to và cồng kềnh  Những địa hình khó khăn, góc hẹp xe còn hoạt động hạn chế Trang 10