i LỜI CẢM ƠN Có lẽ không ai có thể quên được những mái trường mà mình đã đi qua trong một thời thơ ấu đến trưởng thành. Cứ sau mỗi chặng đường đi qua, chúng ta lại thấy được mình lớn hơn và vững vàng hơn nhiều trong kiến thức cũng như năng lực. Chặng đường vừa qua là chặng đường 4 năm đầy thử thách dưới mái trường Đại học Nha Trang. Nơi đây đã không chỉ đơn giản cung cấp cho chúng ta kiến thức khoa học kĩ thuật mà quý hơn cả là đã nhóm lên cho chúng ta ngọn lửa yêu khoa học và rèn luyện cho chúng ta một nghị lực, bản lĩnh để làm hành trang cho mỗi chúng ta bước vào đời. Xin cảm ơn những mái trường đã đưa chúng ta đi suốt thời học hành. Xin mãi ghi nhớ công ơn của tất cả các thầy cô đã dìu dắt chúng ta từ buổi học vỡ lòng cho đến ngày hôm nay. Kính lời cảm ơn thầy cô của khoa, đã dành nhiều tình cảm tốt đẹp đối với chúng em và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em học tập tốt. Gửi đến Thầy Trần Văn Hùng, thầy Nguyễn văn Tường lời ghi ơn vô vàn, người đã trực tiếp theo sát tận tình hướng em trong suốt quá trình làm đề tài. Gửi đến các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ, hướng dẫn dạy chúng em trong suốt quá trình học vừa qua. Bên cạnh đó gia đình là nguồn động lực to lớn về tinh thần lẫn vật chất giúp chúng ta bước đi trên con đường đã chọn. Xin cảm ơn ba mẹ và tất cả những người thân đã động viên về mọi mặt trong suốt qua trình học tập. ii MỤC LỤC Đề mục Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii LỜI NÓI ĐẦU iii Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI ROBOCON. 2 1.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOCON. 2 1.3. CHỦ ĐỀ VÀ LUẬT THI ROBOCON NĂM 2010: 2 1.3.1. Giới thiệu về chủ đề: 2 1.3.2. Khái quát về luật thi: 3 1.3.3 Quy định cho trận đấu: 5 1.3.4 Thiết lập robot 7 1.3.5. Cách tính điểm 8 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 11 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 12 2.2.1. Xây dựng phương án: 12 2.2.2. Lựa chọn phương án chế tạo: 16 2.2.2. Thiết kế phần cơ khí: 17 2.2.3. Phần mạch điện 25 2.2.4. Phần giải thuật điều khiển: 29 Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 33 3.1. MỘT SỐ SAI XÓT TRONG QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM 34 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 36 4.1 KẾT LUẬN : 37 4.2 ĐỀ XUẤT : 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 40 iii LỜI NÓI ĐẦU Với việc phát minh ra các loại máy móc thì lao động chân tay của con người ngày càng hạn chế, thay vào đó con người chỉ chế tạo và điều khiển các máy móc để thực hiện công việc của mình. Tuy nhiên với các loại máy móc thông thường thì độ chính xác không cao, phụ thuộc nhiều vào người điều khiển.Vì vậy, con người đã phát minh ra robot tự động, robot tự động sẽ là lao động chính trong tương lai, và là hướng phát triển của các ngành công nghiệp trong thời đại ngày nay. Đối với SV ngành cơ điện tử để làm quen với robot thì robocon là một sân chơi bổ ích, tham gia robocon để có thể áp dụng tất cả các kiến thức mình đã học cả về cơ khí, mạch điện và lập trình mới có thể hoàn thành một robot, và thông qua sân chơi này SV được giao lưu học hỏi các SV trường khác để hoàn thiện các kiến thức mình đã được học trong bốn năm đại học. và chính vì lý do đó nhóm chúng em được nhận đề tài tốt nghiệp là ‘ Thiết Kế Chế tạo Robot theo chủ đề và luật thi robocon 2010’ dưới sự hướng dẫn của các thầy Vũ Thăng Long, Trần Văn Hùng và Đỗ Quốc Chí. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đồ án do hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những sai sót.Vì vậy,chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp và nhiệm vụ học tập tại trường . 1 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.1. GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI ROBOCON. Robocon viết tắt của chữ Robot Contest, là cuộc thi sáng tạo robot Châu Á Thái Bình Dương hằng năm. Cuộc thi được tổ chức lần đầu tiên vào năm 2002 tại Nhật Bản có 20 đội đến từ các quốc gia trong khu vực tham gia và Việt Nam đã lần đầu tiên đăng quang trong cuộc thi này. Từ đó đến nay Robocon Việt Nam đã ba lần đạt chức vô địch với các đại diện tiêu biểu cho tinh thần học tập và sáng tạo của sinh viên Việt Nam. Cuộc thi này đã thu hút khá nhiều sinh viên trong khu vực và trong nước yêu khoa học, công nghệ tham gia. Đã có rất nhiều thế hệ sinh viên đã đạt được rất nhiều thành công từ những kì thì này. Trường Đại Học Nha Trang cũng đã nhiều năm tham gia cuộc thi sáng tạo Robocon trong nước và đã đạt được những thành tích nhất định. 1.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOCON. Hình 1.1. Sơ đồ chung của Robocon. 1.3. CHỦ ĐỀ VÀ LUẬT THI ROBOCON NĂM 2010: 1.3.1. Giới thiệu về chủ đề: Cuộc thi sáng tạo Robocon châu Á - Thái Bình Dương 2010, được tổ chức tại Cairo – Ai Cập với chủ đề là: Robo-Pharaohs xây Kim tự tháp (Robo- Pharaohs Build Pyramid) Nút nhấn Start Vi điều khiển Cơ cấu truyền động Khâu chấp hành cuối Cảm biến Công tắc hành trình Encorder Cảm biến dò đường Cảm biến khác 3 Ý tưởng này được dựa trên việc một cỗ máy thời gian ảo đưa những người thợ xây dựng Kim tự tháp của Ai Cập vào trong phòng học của các trường kĩ thuật. Mục tiêu là xây dựng các phần của ba Kim tự tháp theo trình tự. Để hoàn thành thì các robot của các đội cần phối hợp tốt, làm việc chính xác nhanh nhẹn và tuân theo quy định của ban tổ chức. Đội chiến thắng gọi là “Robo-Pharaoh” là đội hoàn thành việc xây dựng các phần của 3 Kim tự tháp nhanh nhất. Trong vòng 3 phút, đội đỏ và đội xanh sẽ thi đấu với mục đích tạo dựng lại một trong 7 Kỳ quan của thế giới cổ đại. 1.3.2. Khái quát về luật thi: Mỗi trận thi đấu gồm có hai đội xanh (blue) và đội đỏ (red). Mỗi đội phải xây dựng hoàn thành 3 kim tự tháp: Hình 1.2. Sân thi đấu robocon - Thứ nhất là Kim tự tháp Khufu do Robot điều khiển bằng tay thực hiện trong thời gian 90 giây để đặt: • 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 1 (1st middle layer). • 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 2 (2nd middle layer). • 1 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 3 (3rd middle layer). • 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh. 4 Hình 1.3. Kim tự tháp Khufu. - Thứ hai là Kim tự tháp Khafraa sẽ do một hoặc hai Robot tự động trong thời gian 60 giây xây dựng: • 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 1 (1st middle layer). • 3 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 2 (2nd middle layer). • 1 khối cấu kiện ở tầng giữa thứ 3 (3rd middle layer). • 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh. Hình 1.4. Kim tự tháp Khafraa. - Cuối cùng là việc hoàn thành Kim tự tháp Mankaura do một Robot tự động trong thời gian 30 giây để đặt: • 1 khối cấu kiện ở tầng giữa. • 1 khối cấu kiện vàng ở đỉnh. Robot này phải xây dựng theo một trình tự sau trước khi cánh tay Robot chạm vào khối đỉnh phải hoàn thành tầng dưới của Kim tự tháp Mankauraa. 5 Hình 1.5. Kim tự tháp mankaura Đội nào hoàn thành việc xây dựng 3 Kim tự tháp trước là đội “RoboPharaoh”,và là đội chiến thắng. Trong trường hợp không có đội nào giành được “RoboPharaoh” thi phần thắng sẽ thuột về đội có số điểm cao hơn. 1.3.3 Quy định cho trận đấu:  Mỗi trận đấu kéo dài 3 phút  Mỗi trận đấu được chia thành ba giai đoạn.  Robot điều khiển bằng tay có thể được đặt trước (trước khi bắt đầu trận đấu) tối đa là 4 khối cấu kiện.  Mỗi robot tự động có thể được đặt trước (trước khi bắt đầu trận đấu) một số cấu kiện tuỳ ý.  Mỗi giai đoạn được dành để xây dựng một Kim tự tháp.  Chỉ được phép sử dụng một robot bằng tay.  Số lượng các robot tự động được phép sử dụng là 1÷3 robot.  Giai đoạn đầu tiên chỉ sử dụng Robot bằng tay để xây dựng KTT Khufu.  Giai đoạn thứ hai là xây dựng KTT Khafraa bằng một hoặc hai Robot tự động.  Giai đoạn thứ ba là xây dựng KTT Mankaura bằng một Robot tự động.  Bảng sau đây cho thấy ba giai đoạn và thời gian. Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3 Kim tự tháp Khufu Khafraa Mankaura Thời gian 90 60 30 6 Mỗi giai đoạn kết thúc trong các trường hợp sau đây:  Một đội đặt được khối đỉnh Vàng sau khi xây dựng xong các tầng dưới. Trong trường hợp này, đội còn lại phải dừng ngay việc xếp cấu kiện trong giai đoạn đó và cả hai đội chuyển sang giai đoạn kế tiếp. Thời gian còn lại được bổ sung vào giai đoạn kế tiếp.  Một tiếng bíp sẽ được phát ra để thông báo hết thời gian của một giai đoạn.  Nếu một giai đoạn kết thúc trước thời gian quy định, trọng tài sẽ giương cờ và một tiếng bíp đặc biệt được phát ra để thông báo kết thúc giai đoạn này.  Giai đoạn tiếp theo sẽ được bắt đầu bằng tiếng bíp sau khi hoàn thành xong giai đoạn trước đó.  Đối với các Robot bằng tay: Khi một đội hoàn chỉnh xong một tầng, trọng tài sẽ mới cho phép đội này bắt đầu xây dựng các tầng tiếp theo .  Một tiếng bíp cất lên để báo khi kết thúc một giai đoạn và bắt đầu giai đoạn tiếp theo nếu còn.  Các kim tự tháp phải được xây lần lượt từ tầng này đến tầng khác, có nghĩa là trước khi đặt tất cả các khối cấu kiện của một tầng vào đúng vị trí (trong phạm vi sai số cho phép là 25mm) thì không được phép đặt cấu kiện lên bất kì tầng nào phía trên  Việc xây hai tầng của kim tự tháp cùng một lúc là không được phép:  Trọng tài sẽ không can thiệp nếu robot của các đội đặt cấu kiện sai luật hoặc sai vị trí (nằm ngoài phạm vi sai số cho phép 25mm). Trong trường hợp đó các đội có thể xin retry. Tuy nhiên, đối với khối cấu kiện Vàng, các trọng tài sẽ bỏ nó xuống trong hai trường hợp sau:  Khi tất cả các khối cấu kiện ở một tầng nào đó bị đặt sai luật hoặc nằm ngoài phạm vi sai số cho phép.  Khi khối cấu kiện Vàng được đặt theo cách mà không được tính điểm số. Trong những trường hợp trên đội chơi được phép retry. 7  Trong trường hợp tất cả các khối cấu kiện ở một tầng nào đó được đặt đúng luật và đúng vị trí (trong phạm vi sai số 25 mm), trọng tài sẽ giương cờ để báo tầng đó được hoàn thành.  Không chỉ không có điểm cho những khối cấu kiện ở vị trí không chính xác (ngoài phạm vi sai số cho phép 25mm) mà trong trường hợp này, ngay cả những khối cấu kiện ở tất cả các tầng trên nó, dù có nằm đúng vị trí hay không, cũng đều không được tính điểm. 1.3.4 Thiết lập robot  Có hai phút để các đội thiết lập cho tất cả các robot trước khi bắt đầu mỗi trận đấu.Điều này bao gồm nạp sẵn (để cấu kiện vào robot) và sắp xếp các khối cấu kiện trong kho.  Mỗi đội có bảy thành viên có thể tham gia vào các thiết lập robot.  Nếu một đội không hoàn tất thiết lập robot trong hai phút thì có thể tiếp tục công việc đó khi mà trận đấu được bắt đầu.  Trong một trận đấu :  Một thành viên trong đội có trách nhiệm khởi động và điều khiển Robot bằng tay.  Người điều khiển Robot bằng tay có thể di chuyển tự do trong Vùng điều hiển bằng tay, với một bộ điều khiển trong tay trong suốt quá trình xây dựng Khufuu.  Người điều khiển Robot bằng tay phải rời khỏi Khu vực chơi sau khi tắt và để Robot bằng tay tại bất cứ nơi nào trong Vùng điều khiển bằng tay.  Nếu hai Robot tự động được sử dụng (đối với việc xây dựng Khafraa), chúng phải được khởi động bằng tay tại hoặc sau thời điểm có tín hiệu bắt đầu thời gian xây dựng Khafraa (Kim tự tháp thứ hai).  Nếu hai Robot tự động được sử dụng (đối với việc xây dựng Khafraa), chúng phải được tắt bằng tay tại hoặc ngay sau khi tiếng bíp báo hiệu kết thúc. [...]... phương án 2 Đây là phương án có nhiều ưu điểm, đảm bảo đầy đủ nhiệm vụ của Robot tự động xây dựng Kim tự tháp Mankaura Do có cách đánh đơn giản, độ chính xác cao về cơ khí khi chế tạo robot nên viêc lập trình và thi thi t kế mạch tương đối đơn giản 2.2.2 Thi t kế phần cơ khí: a Thi t kế robot đặt cấu kiện dưới: 1) Sơ đồ động của robot: Robot tự động này gồm các chuyển động (Hình 2.1) sau: Chuyển động của... tốt nhất, hoàn thi n ý tưởng - Bước 4: Thi t kế bản vẽ chi tiết và mô phỏng Sau khi cả đội thống nhất ý tưởng thi bắt đầu thi t kế bản vẽ Mục đích: Cụ thể hình dáng, kích thước Robot, lựa chọn vật liệu và kiểm tra lại lần cuối mức độ hợp lý của kết cấu trước khi gia công Yêu cầu: + Hoàn thành bản vẽ với đầy đủ các thông số chế tạo 12 + Tiết kiệm kinh tế - Bước 5: Tiến hành gia công Robot - Bước 6:... trí robot Đối với robot bỏ quà đỉnh Ưu điểm: o Do không dò vạch nên tốc độ di chuyển nhanh hơn o Có bộ phận định vị cơ khí nên bỏ quà với độ chính xác cao, ít tốn thời gian chỉnh quà Nhược điểm: o Cơ cấu phức tạp, khó chế tạo o Trọng tâm robot cao nên khó di chuyển, độ ổn định thấp 14 b.Phương án 2 : Thay đổi cơ cấu robot bỏ quà đỉnh KTT mankaura Hình 2.3 robot bỏ quà dưới KTT mankaura Hình 2.4 robot. .. không ổn định thì không làm được việc gì cả 17  Thời gian thực hiện: đây là điều kiện bắt buộc vì đặt thù của cuộc thi robocon, robot không chỉ hoàn thành công việc mà còn phải canh tranh với các đội khác  Cơ cấu đơn giản, gọn nhẹ: Để dễ dàng trong việc thi t kế và chế tạo Từ việc so sánh những ưu, nhược điểm, các tiêu chí ở trên và điều kiện thi công em và các thành viên trong đội quyết định chọn... hay làm bài học - Bước 2: Đọc và nghiên cứu luật thi Đây là bước không thể thi u trong các cuộc thi Robocon, nó đóng vai trò là điều kiện cần trong việc sáng tạo và thi công Robot Thực hiện bước này nhằm mục đích: + Đưa ra các chiến thuật thi đấu và ý tưởng thi t kế hợp lý + Tính toán thi t kế bản vẽ và chế tao không bị phạm quy Yêu cầu: + Nhớ nội dung chính của luật + Đọc đi lại nhiều lần để nắm được... KTT mankaura 15 -Phân tích ưu nhược điểm phương án 2: Đối với robot bỏ quà dưới Ưu điểm: o Tốn ít không gian trong vùng xuất phát o Điều chỉnh được vị trí của robot sau khi bỏ quà xong o Dễ canh chỉnh khi đặt robot trong vùng xuất phát o Cơ cấu đơn giản gọn nhẹ, dễ chế tạo Nhược điểm: o Lập trình phức tạp o Do đo đoạn đường chạy nên phụ thuộc nhiều vào sân thi đấu và vị trí đặt ban đầu Đối với robot. .. động của Robot Hình 2.6: Sơ đồ động robot đẩy cấu kiện dưới 18 2) Chọn vật liệu, động cơ: * Lựa chọn vật liệu để chế tạo Robot: - Vật liệu được sử dụng thông dụng nhất là nhôm Nhôm có nhiều loại, hình dạng và kích thước khác nhau, lại đẹp và nhẹ, thích hợp để làm Robot Thi t kế hợp lí sẽ có kết cấu đẹp, cứng vững Ngoài ra còn sử dụng các vật liệu khác như nhựa, phíp, alu * Lựa chọn động cơ cho Robot tự... 2 càng có lắp bánh để bám gờ Hình 2.5 :Robot phương án 3 Phân tích ưu nhược điểm phương án 3: Ưu điểm: o Thi t kế gọn nhẹ o Có thể hoàn thành chính xác kim tự tháp mankaura Nhược điểm: o Lập trình phức tạp o Thời gian thực hiện chậm 2.2.2 Lựa chọn phương án chế tạo: Viêc lựa chọn các phương án dựa trên các tiêu chí  Độ ổn định: được đặt lên hàng đầu, vì bất cứ 1 robot nào cũng cần độ ổn định, nếu không... Hoạt động của robot Ban đầu ở vị trí xuất phát robot mang khối cấu kiện của tầng dưới mankaura, sau khi bắt đầu robot chạy thẳng đến vị trí đặt quà và hoàn thành tầng 1 của kim tự tháp mankaura, sau đó robot lùi lại lấy quà đỉnh và di chuyển theo line có sẵn trên sân để xây dựng khối cấu kiện đỉnh, và hoàn thành kim tự tháp mankaura 16 Thanh nhôm nhỏ, để xuyên vào lỗ của Hình ảnh cho robot phương án... quát Robocon các năm trước nhằm mục đích: + Để có một cái nhìn tổng quan về Robocon + Biết cách thành lập đội Robocon làm việc có hiệu quả, biết cách phân bố, tổ chức công việc trong đội + Vạch kế hoạch cho bản thân và toàn đội + Tìm hiểu một số kết cấu cơ khí, nguyên lý điện và các giải thuật, thuật toán hay làm bài học - Bước 2: Đọc và nghiên cứu luật thi Đây là bước không thể thi u trong các cuộc thi . GIỚI THI U CHUNG 2 1.1. GIỚI THI U VỀ CUỘC THI ROBOCON. Robocon viết tắt của chữ Robot Contest, là cuộc thi sáng tạo robot Châu Á Thái Bình Dương hằng năm. Cuộc thi. ĐẦU iii Chương 1: GIỚI THI U CHUNG 1 1.1. GIỚI THI U VỀ CUỘC THI ROBOCON. 2 1.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA ROBOCON. 2 1.3. CHỦ ĐỀ VÀ LUẬT THI ROBOCON NĂM 2010: 2 1.3.1. Giới thi u về chủ đề: 2 1.3.2 của Robot tự động xây dựng Kim tự tháp Mankaura. Do có cách đánh đơn giản, độ chính xác cao về cơ khí khi chế tạo robot nên viêc lập trình và thi thi t kế mạch tương đối đơn giản. 2.2.2. Thi t