Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế chế tạo robot dò mê cung tự động thông qua thuật toán bám tường, sử dụng cảm biến hồng ngoại tránh vật cản dò mê cung đường. Qua đó ứng dụng điều khiển xe qua bluetooth nhằm khắc phục lỗi của robot trong quá trình di chuyển.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI ***KHOA CƠ KHÍ*** BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NĂM 2019 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MOBILE ROBOT DỊ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG CĨ KHẢ NĂNG LIÊN KẾT VỚI CÁC THIẾT BỊ DI ĐỘNG QUA GIAO TIẾP BLUETOOTH SVTH: Phạm Quang Huy Nguyễn Mạnh Linh Lớp: Cơ điện tử K56 Khoa: Cơ khí GVHD: CN Trịnh Tuấn Dương Hà Nội, tháng 5, năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI ***KHOA CƠ KHÍ*** BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NĂM 2019 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MOBILE ROBOT DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG CÓ KHẢ NĂNG LIÊN KẾT VỚI CÁC THIẾT BỊ DI ĐỘNG QUA GIAO TIẾP BLUETOOTH SVTH: Phạm Quang Huy Nguyễn Mạnh Linh Lớp: Cơ điện tử K56 Khoa: Cơ khí GVHD: CN Trịnh Tuấn Dương Hà Nội, tháng 5, năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Ngày điều khiển tự động trở thành nhu cầu thiếu người Dưới xuất học thuyết ứng dụng cụ thể đời sống hàng ngày, nói điều khiển tự động chi phối dần sống Con người cố gắng sáng tạo robot có khả làm việc thay cho người Chúng ta thường bắt gặp robot dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động hay robot giúp việc gia đình Để tìm ý tưởng sáng tạo hay; hàng năm diễn thi robocon châu Á Thái Bình Dương tiền đề để tạo robot có khả áp dụng vào thực tế Robot di động thành phần có vai trò quan trọng ngành robot học Cùng với phát triển mạnh mẽ hệ thống tự động hóa, mạch vi điều khiển, robot tìm đường ngày hồn thiện cho thấy lợi ích to lớn sống Một vấn đề quan tâm nghiên cứu robot tìm đường làm robot di chuyển cách ổn định, nhận biết vị trí đứng di chuyển tránh né vật cản tới vị trí xác định Mục tiêu đề tài thiết kế, thi công, điều khiển robot tự hành Robot tự hành hoạt động ổn định, tự tìm đường đến vị trí đích xác định sẵn mê cung, học nhanh chóng cách tìm đường thay đổi hình dạng mê cung, sử dụng thuật tốn tìm kiếm theo chiều sâu trí tuệ nhân tạo Áp dụng thuật tốn Line Follower để dò đường dùng arduino giao tiếp với máy tính Trong phạm vi đề tài em tìm hiểu thuật tốn lập trình cho Robot di chuyển theo mê cung đường dựa vào cảm biến hồng ngoại kết hợp ứng dụng điều khiển robot qua module bluetooth Nội dung đề tài: bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan mobile robot, mê cung thuật tốn tìm đường Nội dung chương giới thiệu lịch sử hình thành, phân loại, ứng dụng mobile robot Giới thiệu mê cung toán di chuyển theo đường Chương 2: Thiết kế chế tạo robot dò đường mê cung Chương trình bày mục đích nghiên cứu chế tạo robot dò mê cung tự động, ứng dụng bluetooth điều khiển robot; trình bày cấu trúc hoạt động board mạch Arduino, cảm biến hồng ngoại, module điều khiển động L298, module hạ áp LM2596, động DC, module bluetooth HC – 06, nguồn pin Chương 3: Thành lập chương trình hoạt động cho robot Trong chương tìm hiểu thuật tốn tìm đường mê cung Trình bày thuật tốn dò mê cung tự động thuật toán sử dụng bluetooth điều khiển robot Kết luận hướng phát triển đề tài Trình bày kết đạt được, mặt hạn chế hướng phát triển đề tài Trong thời gian nhận làm đề tài tốt nghiệp, với kiến thức học từ thầy cô truyền đạt vốn hiểu biết thân, chúng em tìm hiểu cấu tạo mobile robot, thuật tốn tìm đường mê cung Có thể báo cáo đề tài chúng em nhiều thiếu sót q trình nghiên cứu trình bày, mong đóng góp ý kiến thầy để đề tài tốt nghiệp chúng em hồn chỉnh Thông qua chúng em gửi lời cảm ơn đến thầy Trịnh Tuấn Dương hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành báo cáo tốt nghiệp Xin chân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 5, năm 2019 Nhóm sinh viên thực Phạm Quang Huy Nguyễn Mạnh Linh NHẬN XÉT CỦA THẦY, CÔ ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày… , tháng… , năm 2019 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Mobile Robot UTC 87 Cơ điện tử K56 - CB1, CB2, CB5, CB6 đưa mức “1” Lúc cho robot rẽ sang phải xe quay trở lại trường hợp CB3 CB4 có tín hiệu “1” thằng Hình 3.11 Ngã (chữ T) TH6: Ngã tư CB1, CB2, CB5, CB6 đưa mức “1” Lúc cho robot rẽ sang phải xe quay trở lại trường hợp CB3 CB4 có tín hiệu “1” thằng SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 88 Cơ điện tử K56 - Hình 3.12 Ngã tư TH7: Đường cụt Cả cảm biến đưa mức “0” Lúc robot quay bên phải 180 độ xe quay trở lại trường hợp CB3 CB4 có tín hiệu “1” thằng Hình 3.13 Đường cụt SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 89 Cơ điện tử K56 - TH8: Đích Ta dùng cảm biến để phát đích Khi cảm biến CB7 có tín hiệu xe dừng lại Hình 3.14 Đích b Thuật tốn tối ưu hóa đường (áp dụng cho bám trái, bám phải hiểu tương tự) Robot chạy lần Với lần đầu áp dụng thuật tốn LSRB tìm đường tới đích Tuy nhiên đường khơng phải đường đến đích nhanh Vì lần chạy thứ ta tối ưu hóa lại đường cho robot, cho đường ngắn từ điểm xuất phát đến đích Sau lần chạy thứ nhất, robot ghi lại đoạn đường chạy Robot ghi lại đường sau, rẽ trái trả “L”, rẽ phải “R”, thẳng “S”, quay đầu “B” đến đích “D” Nhìn vào trường hợp xảy ra, dễ nhận robot thay di chuyển "Left-Back-Left" (Trái - quay đầu – Trái) cần chuyển thẳng tiết kiệm thời gian di chuyển Nói cách khác, chuỗi "LBL" thực tế giống "S" Đó xác cách thức tồn đường tối ưu hóa Nếu bạn phân tích tất khả sử dụng "B", kí tự có "B" xuất ("xBx") giảm xuống kí tự Dưới trường hợp rút gọn đường theo quy tắc trên: SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 90 Cơ điện tử K56 - LBR = B LBS = R RBL = S SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 91 Cơ điện tử K56 - SBS= B SBL = R SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 92 Cơ điện tử K56 - RBL = B c Ví dụ tối ưu hóa đường SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 93 Cơ điện tử K56 - Hình 3.15 Các trường hợp tối ưu hóa đường Từ hình trên, robot di chuyển theo hướng sau: 1.Left (L) => 2.Back (B) => 3.Left (L) => 4.Left (L) => 5.Back (B) => 6.Straight (S) => 7.Back (B) => 8.Left (L) => 9.Left (L) ) => 10.Back (B) => 11.Straight (S) =>12.Left (L) => 13.Left (L) => 14.Left (L) => 15.End Đường chạy ghi lại thành dãy kí tự sau: “LBLLLBSBLLBSLL“ Làm theo phương pháp ta tối ưu đường này: Đường chạy = [LBLLLBSBLLBSLL] ==> LBL = S Đường chạy = [SLLBSBLLBSLL] ==> LBS = R Đường chạy = [SLRBLLBSLL] ==> RBL = B SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 94 Cơ điện tử K56 - Đường chạy = [SLBLBSLL] ==> LBL = S Đường chạy = [SSBSLL] ==> SBS = B Đường chạy = [SBLL] ==> SBL = R Đường chạy = [RL] Hình 3.16: Sau tối ưu hóa đường Với phương pháp tối ưu từ đường chạy với nhiều điểm quay đầu rút gọn vài bước, giúp tiết kiệm thời gian di chuyển robot từ điểm xuất phát đến đích SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 95 Cơ điện tử K56 - Hình 3.17 Mơ hình xe sau hồn thành 3.3 SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 96 Cơ điện tử K56 - SƠ ĐỒ THUẬT TỐN CHO ROBOT DỊ ĐƯỜNG TỰ ĐỘNG Bắt đầu Khởi tạo tín hiệu Đọc cảm biến Sai Đúng Đi thẳng Đường thẳng Sai Đúng Chỉ rẽ phải Rẽ phải Sai Đúng Đi thẳng rẽ phải Sai Đúng Chỉ rẽ trái Rẽ trái Đúng Sai Đi thẳng rẽ trái Sai Đúng Ngã 3, ngã Sai Ngõ cụt SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh Đúng Quay đầu GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 3.4 SƠ ĐỒ 97 THUẬT TOÁN TẠO Cơ điện tử K56 - PHẦN MỀM ỨNG DỤNG BLUETOOTH Hình 3.18 Sơ đồ thuật toán tạo phần mềm ứng dụng bluetooth SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 3.5 98 Cơ điện tử K56 - SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN XE QUA BLUETOOT Hình 3.19 Sơ đồ thuật tốn điều khiển xe qua bluetooth SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 99 Cơ điện tử K56 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN Đề tài thiết kế xong phần cứng viết chương trình điều khiển cho robot chạy theo thuật toán, ứng dụng điều khiển robot qua bluetooth phần mềm App Inventor Xét mục tiêu giới hạn mà đề tài đặt tổng hợp lại ta có điều đề tài đạt hạn chế sau: Ưu điểm đạt được: - Mơ hình robot tự hành mê cung thiết kế chạy ổn định, bám - đường xác theo thuật tốn hồn thành nhiệm vụ Ứng dụng điều khiển xe qua bluetooth Nhược điểm hạn chế: Bên cạnh ưu điểm đạt được, robot dò mê cung có mặt hạn chế: - Để robot hoạt động tự động theo ý người cần người lập - trình thông hiểu phần cứng phần mềm robot Mặc dù hoạt động xong robot hoạt động chậm, khơng linh hoạt cao mà ngun nhân chủ yếu động phụ thuộc nhiều vào cảm biến dò đường HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Từ thành đạt trình chế tạo robot dò mê cung, ta ứng dụng robot nhiều mặt thám hiểm, vận chuyển hàng hóa nhà máy, xe khơng người lái… Cụ thể ta lập trình cho robot thơng minh việc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh vẽ lại đường sử dụng trí thơng minh nhân tạo (AI) lưu giữ đường qua chọn đường nhắn tới đích SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC 100 Cơ điện tử K56 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Web tham khảo https://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_robot https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino http://arduino.vn/bai-viet/948-bam-xung-dieu-khien-toc-do-dong-co-bang-l298 http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/22437/STMICROELECTRONICS/L298.html http://arduino.vn/bai-viet/893-cach-dung-module-dieu-khien-dong-co-l298n-cau-h-dedieu-khien-dong-co-dc https://linhkien888.vn/module-cam-bien-phat-hien-vat-the-dung-hong-ngoai https://hshop.vn/products/mach-thu-phat-bluetooth-hc-06-do-ra-chon-slave https://vi.wikipedia.org/wiki/Thu%E1%BA%ADt_to%C3%A1n_t%C3%ACm_ %C4%91%C6%B0%E1%BB%9Dng_%C4%91i_trong_m%C3%AA_cung http://arduino.vn/bai-viet/5553-gioi-thieu-thuat-toan-tim-duong-di-ngan-nhat-trong-mecung http://arduino.vn/bai-viet/657-huong-dan-su-dung-appinventor-lap-trinh-ung-dung-dieukhien-xe-qua-bluetooth-ma-khong https://www.engineersgarage.com/contribution/arduino-based-maze-solving-robot SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh GVHD: CN Trịnh Tuấn Mobile Robot UTC SVTH: Phạm Quang Huy Dương Nguyễn Mạnh Linh 101 Cơ điện tử K56 - GVHD: CN Trịnh Tuấn ... dụng mobile robot Giới thiệu mê cung toán di chuyển theo đường Chương 2: Thiết kế chế tạo robot dò đường mê cung Chương trình bày mục đích nghiên cứu chế tạo robot dò mê cung tự động, ứng dụng bluetooth. .. CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DÒ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG 2.1 GIỚI THIỆU Mục tiêu đồ án thiết kế, chế tạo robot tự động di chuyển mê cung theo chương trình định sẵn; tìm đường ngắn để thoát khỏi mê cung. .. BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NĂM 2019 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MOBILE ROBOT DỊ ĐƯỜNG TRONG MÊ CUNG CĨ KHẢ NĂNG LIÊN KẾT VỚI CÁC THIẾT BỊ DI ĐỘNG QUA GIAO TIẾP BLUETOOTH SVTH: Phạm Quang Huy Nguyễn