LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển xã hội loài người, ngành khoa học - kỹ thuật không ngừng đến thành công Nhiều công trình khoa học, phát minh nhà khoa học vào sống, phục vụ lợi ích người Ngày Robot ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp, thay cho hoạt động người môi trường độc hại, nguy hiểm Với lòng hăng say va niềm khát khao khám phá tuổi trẻ, em tìm hiểu, nghiên cứu chế tạo thành công robot sumo để tham gia thi ROBOTICS 2019 khoa Điện_Điện Tử Được quan tâm, tạo điều kiện lãnh đạo nhà trường, Ban tổ chức Robot sumo khoa Điện_Điện Tử, tồn thể thầy giáo mơn ĐỒ ÁN ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Khải Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: TP.HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2019 (Giảng viên hướng dẫn) ThS Dương Khải TRƯỜNG ĐẠI HỌC BK CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TP.Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN Họ & tên sinh viên: Hoàng Anh Tân Mã số SV: Ngày, tháng, năm sinh: 21/02/1998 Nơi sinh: Ngành: Điện-Điện Tử Lớp: Giáo viên hướng dẫn: ThS Dương Khải i TÊN ĐỀ TÀI: ROBOT SUMO (cuộc thi robotics 2019) ii NHIỆM VỤ : Tìm hiểu, thiết kế thi cơng robot sumo iii THỜI GIAN THỰC HIỆN: Từ 20/09/2019 đến 12/12/2019 MỤC LỤC Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài − Robot xuất sống từ lâu ngày trở thành phần thiếu sống đại Chúng góp phần vào cơng lao động, robot làm nên cách mạng lao động, khoa học, phục vụ đắc lực cho ngành khoa học như: khoa học quân sự, khoa học, giáo dục, ngành dịch vụ, giải trí, − Robot sumo robot tự điều khiển với kích thước tính cụ thể, thiết kế hình thù thù địch thủ, đủ điều kiện đề tham gia vào thi − Xuất phát từ vấn đề nên em chọn đề tài − Nội dung đề tài gồm có chương: o Chương 1: Giới thiệu đề tài rotbot vượt địa hình o Chương 2: Những vấn đề cần nghiên cứu đề tài o Chương 3: Lưu đồ giải thuật nguyên lý hoạt dộng xe o Chương 4: Kết luận 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài – Thiết kế, thi công, điều khiển robot sumo Robot sumo hoạt động ổn định, tự nhận dạng đối thủ công, né địn, dị line cách xác – Xây dựng robot với thông số kỹ thuật định tương xứng với luật đối thủ cạnh tranh (robot Sumo) GVHD: ThS.Dương Khải Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TRONG ĐỀ TÀI 2.1 Cấu tạo robot sumo: Robot sumo gồm phận sau:  Khung xe làm từ alu có kích thước 25x20 cm  Cảm biến hồng ngoại (cảm biến dò line)  động giảm tốc DC, bánh xe  Bo ARDUINO UNO R3  Mạch cầu H (mạch điều khiển động L298N)  Khoảng 30 sợi jack đực-cái  Đế pin viên  viên pin cell 3.7v dòng 2600 mAh 2.2 Giới thiệu chung arduino Arduino thật bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Arduino thực gây sóng gió thị trường người dùng DIY (là người tự chế sản phẩm mình) tồn giới vài năm gần đây, gần giống với Apple làm thị trường thiết bị di động Số lượng người dùng cực lớn đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thơng lên đến đại học làm cho người tạo chúng phải ngạc nhiên mức độ phổ biến GVHD: ThS.Dương Khải Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Hình 1: Bo arduino Uno R3 Arduino mà khiến sinh viên nhà nghiên cứu trường đại học danh tiếng MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; Google muốn hỗ trợ cho đời kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển ứng dụng Android tương tác với cảm biến thiết bị khác? Arduino đời thị trấn Ivrea thuộc nước Ý đặt theo tên vị vua vào kỷ thứ King Arduin Arduino thức đưa giới thiệu vào năm 2005 công cụ khiêm tốn dành cho sinh viên giáo sư Massimo Banzi, người phát triển Arduino, trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù không tiếp thị cả, tin tức Arduino lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ lời truyền miệng tốt đẹp người dùng Hiện Arduino tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea để tham quan nơi sản sinh Arduino Arduino chọn làm não xử lý nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Trong số có vài ứng dụng thực chứng tỏ khả vượt trội Arduino chúng có khả thực nhiều nhiệm vụ phức tạp 2.2.1 Thông số Arduino Uno R3 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) GVHD: ThS.Dương Khải Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader SRAM KB (ATmega328) EEPROM KB (ATmega328) 2.2.2 Vi điều khiển Arduino Uno R3 Hình 2.Vi điều khiển ATmega328 Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… hay ứng dụng khác GVHD: ThS.Dương Khải Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Thiết kế tiêu chuẩn Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giá khoảng 90.000đ Tuy nhiên yêu cầu phần cứng bạn không cao túi tiền khơng cho phép, bạn sử dụng loại vi điều khiển khác có chức tương đương rẻ ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn sử dụng IC điều khiển cho mạch tự chế Vì ? Vì bạn cần board Arduino UNO để lập trình cho vi điều khiển Trên thực tế, bạn không cần phải dụng Arduino UNO sản phẩm mình, thay vào mạch tự chế để giảm chi phí hình đây: Hình Chế tạo thủ cơng Hình Sử dụng mạch in 2.2.3 Năng lượng Arduino UNO cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB cấp nguồn với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Thường cấp nguồn pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO  Các chân lượng • GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với GVHD: ThS.Dương Khải Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử • 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA • 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA • Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngồi cho Arduino UNO, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND • IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ Lưu ý: • Arduino UNO khơng có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do bạn phải cẩn thận, kiểm tra cực âm – dương nguồn trước cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào Arduino UNO biến thành miếng nhựa chặn giấy khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB • Các chân 3.3V 5V Arduino chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị khác, chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí làm hỏng board Điều khơng nhà sản xuất khuyến khích • Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp 6V làm hỏng board • Cấp điện áp 13V vào chân RESET board làm hỏng vi điều khiển ATmega328 • Cường độ dịng điện vào/ra tất chân Digital Analog Arduino UNO vượt 200mA làm hỏng vi điều khiển • Cấp điệp áp 5.5V vào chân Digital Analog Arduino UNO làm hỏng vi điều khiển GVHD: ThS.Dương Khải 10 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử 2.7.4 Sơ đồ mạch 2.8 Nguồn cấp  Khay pin: Dùng loại khay pin GVHD: ThS.Dương Khải 26 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Hình 18: Khay đựng pin cell  Pin cell: Thông số kỹ thuật: Loại pin: Lion Kiểu mẫu: 18650 Kích thước: 18 x 650 (mm) Sạc điện áp: 4.2V Điện áp danh định: 3.7V Công suất danh định: 2000mAh Chuẩn sạc: 0.5C Phí tiêu chuẩn: 0.5C Chuẩn sạc: Rapid phí: 2.0C Fast Charge Phương pháp sạc chuẩn: 0.5CCC (không đổi hành) phụ trách để 4.2V, sau CV (4.2V điện áp không đổi) Charge ≤0.05C sạc Thời gian sạc: Sạc tối đa tại: 1C (2000mAh) Tối đa xả tại: 3C (6000mAh) Xả cắt điện áp: 2.75V Nhiệt độ hoạt động: Charge: ℃ ~ 45 ℃ Trọng lượng pin: khoảng 45g Hình 19: Pin cell loại 3.7v 2.9 Mạch giảm áp DC LM2596 3A  Công dụng: giảm áp ổn định điện áp để bảo vệ mạch L298 Arduino Uno R3 GVHD: ThS.Dương Khải 27 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử  Thông số kỹ thuật: + Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V + Điện áp đầu ra: Điều chỉnh khoảng 1.5V đến 30V + Dòng đáp ứng tối đa: 3A + Hiệu suất: 92% + Cơng suất: 15W + Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm Hình 20: Mạch giảm áp DC LM2596  Module có đầu vào IN, OUT, biến trở để chỉnh áp đầu Khi cấp điện cho đầu vào (IN) người dùng vặn biến trở dùng VOM để đo mức áp đầu (OUT) để đạt mức điện áp mà mong muốn Điện áp đầu vào từ 4-35V, điện áp từ 1,25-30V, dòng Max 3A 2.10 Khung xe (Alu)  Alu vật liệu chắn, nhẹ dễ gia công nên sử dụng làm khung robot đề tài nguyên cứu lần  Thông số kĩ thuật: + Kích thước: 200x150mm + Độ dày: 5mm +Chất liệu: nhôm nhựa GVHD: ThS.Dương Khải 28 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Hình 21: Cấu tạo chi tiết alu 2.11 Những yêu cầu chung robot - Kích thước robot khơng vượt q: + Chiều dài rộng không vượt 25x20cm + Chiều cao từ mặt sàn đấu đến gầm robot phải cao 1cm Trọng lượng robot không vượt 4kg Robot khơng được: + Phun lửa, hóa chất, nước, vào đối thủ + Sử dụng vật nhọn làm hư hỏng mặt sàn đấu Hình dạng: robot thay đổi hình dạng sau bắt đầu thi đấu, khơng có phần tách rời để trì đối tượng trung tâm Robot sumo tự động kiểm soát 2.12 Những giải pháp thực chế tạo Robot 2.12.1 Hướng thực thiết kế: - Để đưa ý tưởng tốt cho phần khí, trước tiên em sâu vào nghiên cứu chủ đề luật chơi từ chi tiết nhỏ đưa hướng giải mấu chốt sau: + Với cấu phải đẩy cho đối phương phải làm thăng đối phương nên phải thiết kế khung robot phù hợp + Để đảm bảo an toàn phải tránh bị cản trở với vũ khí đối thủ + Do yêu cầu giới hạn khối lượng nên em không thiết kế thêm trang bị vũ khí 2.12.2 Những giải pháp thiết kế phần khí - Từ nhiệm vụ Robot, em xin đưa giải pháp cho việc thiết kế khí sau: + Với việc phải chiến đấu với robot có động mạnh nên phải thiết kế phần vỏ bọc có độ nghiêng để làm thăng đối phương + Robot sumo lắp đặt với bánh xe lốp bọc cao su, nhằm có độ bám cao mặt sàn đấu GVHD: ThS.Dương Khải 29 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử CHƯƠNG LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ROBO SUMO 3.1 Lưu đồ giải thuật GVHD: ThS.Dương Khải 30 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Hình 22: Mơ hình sân thi đấu 3.2 Chương trình điều khiển #define trig1 53//cảm biến siêu âm1 GVHD: ThS.Dương Khải 31 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử #define echo1 51//cảm biến siêu âm1 #define trig2 21//cảm biến siêu âm2 #define echo2 23//cảm biến siêu âm2 #define LS1 A0 // left sensor #define LS2 A1 // left sensor #define CS3 A2 //giữa #define RS4 A3 // right sensor #define RS5 A4 // right sensor #define LM1 11 // left motor M1a #define LM2 10 // left motor M2a #define LM3 // left motor M1a #define LM4 // left motor M2a #define tr1 52//trái #define ph1 50//phải #define tr2 40//trái #define ph2 41//phải #define KL 2//cảm biến kim loại void setup() { pinMode(trig1,OUTPUT); pinMode(echo1,INPUT); pinMode(trig2,OUTPUT); pinMode(echo2,INPUT); pinMode(RS4, INPUT); GVHD: ThS.Dương Khải 32 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử pinMode(RS5, INPUT); pinMode(LS1, INPUT); pinMode(LS2, INPUT); pinMode(CS3, INPUT); pinMode(LM1, OUTPUT); pinMode(LM2, OUTPUT); pinMode(RM1, OUTPUT); pinMode(RM2, OUTPUT); pinMode(LM3, OUTPUT); pinMode(LM4, OUTPUT); pinMode(RM3, OUTPUT); pinMode(RM4, OUTPUT); pinMode(tr1,INPUT); pinMode(tr2,INPUT); pinMode(ph1,INPUT); pinMode(ph2,INPUT); pinMode(KL,INPUT); } void loop() { while(1) { if (digitalRead (KL)==1) { if((digitalRead(LS1)==1)&&(digitalRead(LS2)==0)&&digitalRead(CS3)==0&&digit alRead(RS4)==0&&(digitalRead(RS5)==0)) // trái LS2)==1 line trắng GVHD: ThS.Dương Khải 33 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử { trai(); } if((digitalRead(LS1)==0)&&(digitalRead(LS2)==0)&&digitalRead(CS3)==0&&(digit alRead(RS4)==0)&&(digitalRead(RS5)==1))// phải { phai(); } dung(); } } } /*while(1) { if((digitalRead(LS2)==0)&&digitalRead(CS3)==1&&digitalRead(RS4)==1) LS2)==1 line trắng // trái { trai(); } if(digitalRead(LS2)==1&&digitalRead(CS3)==1&&(digitalRead(RS4)==0))// phải { phai(); } if(digitalRead(LS2)==1&&digitalRead(CS3)==0&&digitalRead(RS4)==1) // line đen { tien(); GVHD: ThS.Dương Khải 34 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử } */ void tien() { analogWrite(LM1, 130);//lui analogWrite(LM2, 0); analogWrite(LM3, 0);//lui analogWrite(LM4, 130); analogWrite(RM1, 130); analogWrite(RM2, 0); analogWrite(RM3, 0); analogWrite(RM4, 130); } void lui() { analogWrite(LM1, 0);//lui analogWrite(LM2, 130); analogWrite(LM3, 130);//lui analogWrite(LM4, 0); analogWrite(LM3, 0); analogWrite(LM4, 0); analogWrite(RM3, 0); analogWrite(RM4, 0); } /*void sieuam1() GVHD: ThS.Dương Khải 35 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử { delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig1,1); // phát xung từ chân trig delayMicroseconds(5); // xung có độ dài microSeconds digitalWrite(trig1,0); // tắt chân trig /* Tính tốn thời gian // Đo độ rộng xung HIGH chân echo duration = pulseIn(echo1,HIGH); // Tính khoảng cách đến vật distance = int(duration/2/29.412); /* In kết Serial Monitor Serial.print(distance); Serial.println("cm"); delay(200); } void sieuam2() { unsigned long duration2; // biến đo thời gian int distance2; // biến lưu khoảng cách /* Phát xung từ chân trig digitalWrite(trig2,0); // tắt chân trig delayMicroseconds(2); // Tính khoảng cách đến vật distance2 = int(duration2/2/29.412); /* In kết Serial Monitor GVHD: ThS.Dương Khải 36 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Serial.print(distance2); Serial.println("cm"); delay(200); }*/ CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Những kết đạt sau nghiên cứu xong đề tài GVHD: ThS.Dương Khải 37 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử Robot mô suy nghĩ hành động cử người hoạt động người Một robot cấu thành gồm phần thể người: + Phần khí đóng vai trị phần khung xương + Phần điện đóng vai trị mạch máu + Phần lập trình đóng vai trị linh hồn Hình 23: robot sumo hoàn thành Cả ba phần quan trọng việc chế tạo robot, thiếu phần khơng thể hình thành lên robot Tuy nhiên số đo phần thực ý tưởng khí thực khí khó khăn bao gồm tư khéo léo bền bỉ Phần điện đóng vai trị mạch máu kết nối khâu khớp góp phần tạo chuyển động lượng để ni sống cho robot Phần lập trình phần nhẹ nhàng đòi hỏi tư cao khéo léo cách giải tốn mà khí điện tử khơng hặc làm chưa tốt Nó sở để tạo não cho robot, robot thông minh hoạt động khéo léo hay không phụ thuộc hồn tồn vào phần lập trình Tuy nhiên đáp ứng khí điện khơng tốt robot có thong minh khơng thể tạo chuyển động nhịp nhàng chơn chu điều phụ thuộc vào tương thích khâu Vì lẽ chế tạo robot cần phân bổ nhóm cách hợp lý Tất nhiên để GVHD: ThS.Dương Khải 38 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử làm nên robot chúng em khơng thể thiếu phần đóng góp thầy cô môn Chúng em xin trân thành cám ơn xin kết thúc báo cáo đề tài đồ án chuyên ngành 4.2 Những mặt hạn chế trình làm đề tài − Việc tìm kiếm tài liệu, đọc tài liệu tốn nhiều thời gian − Nghiên cứu đề tài chủ yếu lý thuyết, chưa nghiên cứu sâu vào vấn đề thời gian làm đề tài có hạn − Trong q trình tìm hiểu mắc số điểm hạn chế sau: + Trong q trình chạy robot cịn gặp số lỗi line, khơng kiểm sốt gốc quay q trình tránh vật cản, tốc độ cịn hạn chế,… + Trong trình tìm kiếm lọc tài liệu cịn gặp nhiều sai sót gây khó khăn trình nguyên cứu + Việc tăng giảm điện áp pin ảnh hưởng đến tốc độ gốc quay làm cho xe chạy không ổn định, dễ bị line GVHD: ThS.Dương Khải 39 Trường ĐHBK TP HCM Khoa Điện_Điện Tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Phạm Đăng Phước, Robot công nghiệp [2] Các viết http://diendandientu.com, http://picvietnam.com số forum trường kỹ thuật [3] http://www.datasheet.catalog.com [4] http://dientuvietnam.net [5] http://robocon.skynet.vn [6] http://roboconshop.com [7] http://tailieu.vn/ky-thuat-cong-nghe/tat-ca-tai-lieu-ky-thuat- congnghe.7.0.html [10] https://www.academia.edu/15513253/Robot_do_line [8] https://vi.scribd.com/document/372940761/%C4%90%E1%BB%93-an-xedo-line-basch-khoa [9] https://www.youtube.com/watch?v=42nMR4WWWMM GVHD: ThS.Dương Khải 40 ... Dương Khải i TÊN ĐỀ TÀI: ROBOT SUMO (cuộc thi robotics 2019) ii NHIỆM VỤ : Tìm hiểu, thiết kế thi công robot sumo iii THỜI GIAN THỰC HIỆN: Từ 20/09 /2019 đến 12/12 /2019 MỤC LỤC Trường ĐHBK TP HCM... khiển robot sumo Robot sumo hoạt động ổn định, tự nhận dạng đối thủ cơng, né địn, dị line cách xác – Xây dựng robot với thông số kỹ thuật định tương xứng với luật đối thủ cạnh tranh (robot Sumo) ... trí, − Robot sumo robot tự điều khiển với kích thước tính cụ thể, thiết kế hình thù thù địch thủ, đủ điều kiện đề tham gia vào thi − Xuất phát từ vấn đề nên em chọn đề tài − Nội dung đề tài gồm