Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, robot đã và đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất, các cường quốc thế giới về robot phải kể tới Mỹ và Nhật. Robot thương mại và robot công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến với giá cả phải chăng và độ chính xác cao hơn nhiều so với thời kì trước. Một số robot còn được sử dụng để thay thế con người làm việc trong các môi trường có độ ô nhiễm mạnh. Bên cạnh đó, robot còn được sử dụng trong việc thăm dò vũ trụ, lòng đất hoặc làm các công việc mang tính đơn điệu. Các ngành công nghiệp chế tạo cũng có sự góp mặt không nhỏ của robot. Robot cũng được ứng dụng trong phẫu thuật, thăm dò và trong các dây chuyền sản xuất hàng loạt.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH GVHD:NGUYỄN HỮU THỌ SVTH: NHÓM 1: LÊ ĐỨC HUY MSSV: 2025160093 LỚP: 07DHCDT1 2: NGUYỄN VĂN LONG MSSV: 2025160046 LỚP:07DHCDT1 3: PHẠM TẤN PHÁT MSSV: 2025160112 LỚP: 07DHCDT1 4: LÊ PHẨM TÂN MSSV: 2025160039 LỚP: 07DHCDT1 5: ĐÀO THANH TÙNG MSSV: 2025160135 LỚP: 07DHCDT2 TP.HCM Tháng 12 Năm 2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ Điện Tử Tên đề tài: THIẾT KẾ XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN HỮU THỌ NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2018 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Khi nói robot, hẳn người hình dung tới người máy với khả giống hệt người phim khoa học viễn tưởng Thực robot không đơn người máy, robot thực chất hiểu hệ thống máy móc có khả làm việc tự động thông qua việc điều khiển vi mạch điện tử lập trình sẵn Người máy đơn giản robot có hình thù giống người phần nhỏ lĩnh vực Robotics Robot tồn nhiều dạng khác như: máy khí, máy nhân tạo, ngồi cịn tồn trường hợp đặc biệt robot ảo Ví dụ: robot sumo, robot bánh tự cân điều khiển arduino, Nhóm chúng em tìm hiểu loại robot khác nhau, cuối nhóm định chọn mơ hình robot xe hai bánh tự cân điều khiển thông qua bluetooth làm đề tài thực nghiên cứu chế tạo Mơ hình robot nhóm sử dụng module mạch nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng lắp đặt Cùng với vi xử lý Arduino Mega 2560 R3 phổ biến thị trường giúp cho người dùng thỏa sức sáng tạo phát triển ứng dụng theo nhu cầu nên board Ardunio Kết thúc trình thiết kế, mơ hình robot xe hai bánh tự cân điều khiển bluetooth nhóm có khả giữ cân ổn định di chuyển linh hoạt.Qua đề tài, nhóm hiểu cách điều khiển hệ thống ổn định điều khiển PID, nguyên lý cách sử dụng cảm biến góc nghiêng, modul bluetooth cách lập trình cho board Arduino Đồ án trình bày bao gồm lý thuyết, thuật toán áp dụng phần cứng: Arduino Mega 2560, cảm biến góc nghiêng MPU6050, module bluetooth HC-06, module L298 mini, mạch hạ áp LM 2596, … MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG 1.1 Lịch sử hình thành phát triển robot .1 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.4 Mơ hình xe hai bánh tự cân điều khiển blutooth CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG .6 2.1 Khối nguồn 2.2 Khối điều khiển .6 2.3 Khối chấp hành 2.4 Khối điều khiển .7 2.5 Khối Nguồn mạch khuếch đại dòng điện 24 CHƯƠNG NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN MƠ HÌNH XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG 25 3.1 Nhiệm vụ thực mơ hình xe hai bánh tự cân 25 3.2 Xây dựng mơ hình lý thuyết robot bánh tự cân tính tốn thơng số PID 27 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN MƠ HÌNH 29 4.1 Thiết kế phần cứng 29 4.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển 33 4.3 Thiết kế phần mềm 34 CHƯƠNG KẾT LUẬN ĐỒ ÁN 43 5.1 Ưu điểm 43 5.2 Nhược điểm 43 5.3 Hướng phát triển 43 CHƯƠNG BẢN VẼ HÌNH CHIẾU SỬ DỤNG SOLIDWORKS 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực đề tài, gặp phải nhiều khó khăn giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ Thầy Cô bạn nên đồ án hoàn thành tiến độ Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Thọ tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm hỗ trợ phương tiện chế tạo suốt trình tìm hiểu, nghiên cứu đề tài Chúng em xin cảm ơn thành viên lớp 07DHCDT có ý kiến đóng góp, bổ sung, động viên khích lệ giúp chúng em hồn thành tốt đề tài Mặc dù nhóm thực đề tài cố gắng hồn thiện đồ án, q trình soạn thảo kiến thức hạn chế nên cịn nhiều thiếu sót Nhóm thực đề tài mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn sinh viên Sau nhóm thực xin chúc Thầy Cơ sức khoẻ, thành công tiếp tục đào tạo sinh viên giỏi đóng góp cho đất nước Chúc anh (chị), bạn sức khỏe, học tập thật tốt để không phụ cơng lao Thầy Cơ giảng dạy Nhóm thực xin chân thành cảm ơn DANH MỤC HÌN Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.2 Động bánh xe Hình 2.3 Module điều khiển động L298 mini .7 Hình Mạch cầu H Hình Mạch cầu H gồm cơng tắc Hình 2.6 Điều chỉnh dòng điện chạy mạch cầu H 10 Hình 2.7 Sơ đồ tổng quát mạch cầu H sử dụng BJT 10 Hình 2.8 Dịng điện chạy mạch cầu A mức LOW B mức HIGH .11 Hình 2.9 Dịng điện chạy mạch cầu B mức LOW A mức HIGH 12 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H .13 Hình 2.11 Mạch Arduino R3 15 Hình 12 Mạch điều khiển máy in 3D RAMPS 1.4 .16 Hình 2.13 Arduino Mega 2560 R3 17 Hình 2.14 Mở rộng cánh cửa với IoT 17 Hình 15 Phần mềm arduino 1.8.7 18 Hình 16 Module cảm biến góc gia tốc MPU6050 GY-521 19 Hình 2.17 Cấu tạo công dụng chân MPU6050 20 Hình 18 Module cảm biến Bkuetooth HC 06 22 Hình 19 Kết nối Arduino với HC-06 23 Hình 2.20 Khối nguồn mạch khuếch đại 24 YHình Quãng đường xe chạy 25 Hình 3.2 Cấu trúc điều khiển PID cho hệ robot hai bánh tự cân 27 YHình Mơ hình 3D 29 Hình 4.2 Sơ đồ kết nối xe bánh tự cân .31 Hình Sơ đồ kết nối xe bánh tự cân bằng phần mềm 31 Hình 4.4 Giao diện ứng dụng điều khiển xe bánh tự cân bằng bluetooth 32 Hình Lưu đồ giải thuật điều khiển 33 Hình Sản phẩm 42 Hình Sản phẩm xe hai bánh tự cân 42 YHình Mơ hình hình chiếu xe tự cân 44 Hình 6.2 Động NF5475 vẽ chi tiết 45 Hình 6.3 Bánh xe khơng giảm tốc vẽ chi tiết .46 Hình 6.4 Gá đỡ động vẽ chi tiết .47 Hình Trụ đồng cái vẽ chi tiết 48 Hình 6.6 Hình ảnh khung mica vẽ chi tiết 49 Hình 6.7 Hình ảnh khung mica vẽ chi tiết 50 Hình 6.8 Hình ảnh vẽ pin lipo 51 KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT NẾU CÓ Từ viết tắt Ý nghĩa PWM Điều chế độ rộng xung VĐK Vi điều khiển MOSFET Transitor hiệu ứng trường LCD Màn hình tinh thể lỏng LED Diode phát quang 3G Công nghệ truyền thông hệ thứ GPRS Dịch vụ vơ tuyến trọn gói GPS Hệ thống định vị toàn cầu ICSP IoT ADC ERD Pair In Circuit Serial Programming (trong lập trình nối tiếp mạch) Internet Vạn Vật Mạch chuyển đổi tương tự số Enhanced datarate (Tốc độ liệ nâng cao) Ghép cặp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG 1.1 Lịch sử hình thành phát triển robot Vậy bạn tự hỏi robot bắt nguồn từ đâu chưa? Chắc hẳn nhiều bạn nghĩ robot xuất cách khơng lâu chí số bạn cịn nghĩ robot nằm trí tưởng tượng người Thực vậy, robot xuất từ sớm, từ tận kỉ III trước công nguyên Thời giờ, Chu Mục Vương người YanShi phác thảo ý tưởng máy tự động khí YanShi sau chế tạo cỗ máy trở thành nhà chế tạo giới Xuyên suốt thời cổ đại thời trung cổ, robot liên tục xuất với ví dụ chim máy gỗ với khả bay lượn hoạt động nước Một số ví dụ khác kể tới phác thảo người máy, robot vịt khí với chức ăn uống, vỗ cánh tiết nhiều robot mô sinh vật khác chế tạo Tới năm 1927, robot điện tử lần xuất phim ảnh Năm 1948, nguyên lý tảng robot tự động hoá đưa ra, tạo tiền đề cho robot học sau Cho tới năm 1961, robot điện tử giới đời, đặt tên Unimate, với tác dụng nâng phần nóng miếng kim loại từ máy đúc chết xếp lại theo trật tự định Đó thực cột mốc vĩ đại cho kỷ nguyên robot người Ngày nay, robot phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi đời sống sản xuất, cường quốc giới robot phải kể tới Mỹ Nhật Robot thương mại robot công nghiệp ngày trở nên phổ biến với giá phải độ xác cao nhiều so với thời kì trước Một số robot sử dụng để thay người làm việc mơi trường có độ nhiễm mạnh Bên cạnh đó, robot cịn sử dụng việc thăm dò vũ trụ, lòng đất làm cơng việc mang tính đơn điệu Các ngành cơng nghiệp chế tạo có góp mặt khơng nhỏ robot Robot ứng dụng phẫu thuật, thăm dò dây chuyền sản xuất hàng loạt 1.2 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu board Ardunio Mega 2560 R3 Tìm hiểu cảm biến gia tốc cảm biến góc Tìm hiểu thuật tốn cân Xây dựng mơ hình viết chương trình điều khiển 1.3 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Đối tượng Board Arduino Mega 2560 R3 Cảm biến gia tốc MPU 6050 Module điều khiển động L298 Mini Module Bluetooth HC-06 - Phạm vi nghiên cứu Code chạy chương trình Ứng dụng vào thực tiễn - 1.4 - Mơ hình xe hai bánh tự cân điều khiển blutooth Đôi nét lịch sử hình thành mơ hình xe hai bánh tự cân Xe hai bánh tự cân đặt chân vào thị trường Việt Nam vào khoảng năm 2007 năm gần thực trở nên phổ biến Những hệ loại xe điện bánh tự cân sản xuất cơng ty Segway Inc có trụ sở Hoa Kỳ Segway PT (viết tắt Segway Personal Transporter - Xe cá nhân Segway), thường gọi tắt Segway phương tiện giao thông cá nhân có hai bánh, hoạt động chế tự cân Dean Kamen phát minh Loại xe sản xuất công ty Segway Inc bang New Hampshire, Hoa Kỳ Từ "Segway" phát âm gần giống với "segue" (một từ gốc tiếng Ý có nghĩa "di chuyển nhẹ nhàng") Đặc điểm bật Segway chế tự cân nhờ hệ thống máy tính, động quay hồi chuyển đặt bên xe, giúp cho xe dù có trục chuyển động với hai bánh trạng thái cân bằng, người sử dụng việc ngả đằng trước đằng sau để điều khiển xe tiến lùi Với điều khiển sang phải sang trái, Segway có cần lái gọi "Lean Steer" - muốn điều khiển sang phải sang trái cần nghiêng cần lái phía Động Segway PT đạt tốc độ 5,6 m/s (hay 20 km/h) Do có giá thành cao thích hợp địa điểm phẳng nên Segway PT chủ yếu sử dụng sở cảnh sát, quân sự, sở sản xuất khu công nghiệp Thông tin loại xe mang tính cách mạng giao thơng cá nhân đầu năm 2001, ban đầu loại xe gọi tên Ginger IT phát triển từ dự án xe lăn tự leo cầu thang iBOT Dean Kamen Bình luận giá trị dự án này, Steve Jobs cho "có ý nghĩa lớn đời PC" ông chê bai thiết kế Ginger cho xe trông không lịch không thân thiện với người dùng Công nghệ cân cho hai bánh Ginger báo chí dự đoán dựa động Stirling chế phản hấp dẫn if (Serial1.available() > 0) { cha=Serial1.read(); } if(cha=='F') { digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,HIGH); digitalWrite(11,LOW); setpoint= 175; } if(cha=='B') { digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,HIGH); setpoint= 185; } if(cha=='L') { digitalWrite(8,HIGH); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,HIGH); } if(cha=='R') 38 { digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,HIGH); digitalWrite(10,HIGH); digitalWrite(11,LOW); } if(cha=='0') { digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(11,LOW); } } // đặt lại cờ ngắt nhận byte INT_STATUS mpuInterrupt = false; mpuIntStatus = mpu.getIntStatus(); // nhận số FIFO fifoCount = mpu.getFIFOCount(); // kiểm tra tràn if ((mpuIntStatus & 0x10) || fifoCount == 1024) { // đặt lại để chúng tơi tiếp tục mpu.resetFIFO(); Serial.println(F("FIFO overflow!")); // không, kiểm tra liệu DMP sẵn sàng gián đoạn (điều xảy thường xuyên) } 39 else if (mpuIntStatus & 0x02) { // chờ cho độ dài liệu có sẵn xác, phải chờ đợi ngắn while (fifoCount < packetSize) fifoCount = mpu.getFIFOCount(); // đọc gói từ FIFO mpu.getFIFOBytes(fifoBuffer, packetSize); // theo dõi FIFO đếm trường hợp có sẵn> gói // (điều cho phép đọc thêm mà chờ gián đoạn) fifoCount -= packetSize; mpu.dmpGetQuaternion(&q, fifoBuffer); // lấy giá trị cho q mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q); // lấy giá trị cho lực hấp dẫn mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity); // nhận giá trị cho ypr input = ypr[1] * 180/M_PI + 180; } void Forward() //Code xoay bánh xe phía trước { analogWrite(8,output); analogWrite(9,0); analogWrite(10,output); analogWrite(11,0); Serial.print("F"); // Thông tin gỡ lỗi } void Reverse() //Code xoay bánh xe lùi { analogWrite(8,0); analogWrite(9,output*-1); analogWrite(10,0); 40 analogWrite(11,output*-1); Serial.print("R"); } void Stop() //Code dừng hai bánh xe { analogWrite(8,0); analogWrite(9,0); analogWrite(10,0); analogWrite(11,0); Serial.print("S"); } 41 Sản phẩm đầu tiên: Sản phẩm hồn thiện: Hình 4 Sản phẩm Hình Sản phẩm xe hai bánh tự cân 42 CHƯƠNG 5.1 KẾT LUẬN ĐỒ ÁN Ưu điểm Đề tài giúp em hiểu rõ cấu trúc đặc tính kỹ thuật Arduino Mega 2560 R3, cách Arduino giao tiếp với thiết bị cảm biến thiết bị điều khiển động Có thể thực nhiều ứng dụng từ arduino Đồng thời tìm hiểu thêm điều chưa học nâng cao khả thực hành Mơ hình robot xây dựng từ module cảm biến hai động nên giá thành rẻ nhỏ gọn dễ dàng sử dụng Bộ điều khiển sử module L298 mini cho phép điều khiển động giảm tốc cách xác, cho phép robot cân di chuyển dễ dàng Module MPU6050 cảm biến góc nghiêng gửi tín hiệu nhanh chóng cho Arduino Mega 2560 R3 xử lí điều khiển cân cho robot 5.2 Nhược điểm Do khả đọc hiểu tiếng anh cịn hạn chế chun mơn, thời gian nghiên cứu không nhiều nên việc nghiên cứu tránh khỏi thiếu xót như: Hệ thống khung tạo thành từ mica, cọc đồng công suất động cịn nhỏ dẫn đến khơng thể tải vật nặng Do số thông số kỹ thuật không xác nên mặt sàn khơng phẳng robot khơng thể đứng n vị trí Việc di chuyển tiến lùi hạn chế, chưa tối ưu 5.3 Hướng phát triển Đề tài xem mơ hình xe hai bánh tự cân ứng dụng nhiều số lĩnh vực như: Các ứng dụng điều khiển số Được ứng dụng việc sử lí cân bằng: - Xe hai bánh tự cân - Máy bay tự cân Ứng dụng điều khiển thiết bị từ android qua kết nối bluetooth Lớn áp dụng việc thiết kế xe tự hành, phương tiện tham gia giao thơng vận chuyển hàng hóa, lưu hành mặt người tương lại CHƯƠNG BẢN VẼ HÌNH CHIẾU SỬ DỤNG SOLIDWORKS 43 Bản vẽ chi tiết mơ hình xe hai bánh tự cân bằng: Hình Mơ hình hình chiếu xe tự cân 44 Động cơ, vẽ 3D, vẽ chi tiết động NF5475: Hình 6.2 Động NF5475 vẽ chi tiết 45 Bánh xe không giảm tốc: Hình 6.3 Bánh xe khơng giảm tốc vẽ chi tiết 46 Gá đỡ động cơ: Hình 6.4 Gá đỡ động vẽ chi tiết 47 Trụ đồng M3: Hình Trụ đồng cái vẽ chi tiết 48 Mica suốt: Hình 6.6 Hình ảnh khung mica vẽ chi tiết 49 Mica suốt: Hình 6.7 Hình ảnh khung mica vẽ chi tiết 50 Pin Lipo 2200Mha: Hình 6.8 Hình ảnh vẽ pin lipo 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đình Phú Vi xử lý Trường Đại học sư phạm kĩ thuật TP.HCM, 2007 [2] Phạm Quang Huy Lê Cảnh Trung Lập trình điều khiển với arduino Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2014 [3] Nguyễn Thị Phương Hà Huỳnh Thái Hoàng Lý thuyết điều khiển tự động Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2016 [4] Phạm Quang Huy Nguyễn Trọng Hiếu Vi điều khiển ứng dụng arduino Nhà xuất bách khoa Hà Nội, 2013 [5] Trương Minh Trí Phạm Minh Huy Hướng dẫn sử dụng Solidworks Nhà xuất Hà Nội [6] PGS TS Trần Thu Hà KS Trần Quang Huy Tự Học Proteus hình ảnh Nhà xuất Thanh Niên [7] http://codientu.org/ [8] http://vi.wikipedia.org/wiki/Segway_PT [9] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-xe-hai-banh-tu-can-bang-di-chuyen-tren-diahinh- phang-799/ [10] http://arduino.vn/bai-viet/893 [11]http://www.invensense.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/ [12] http://components101.com/sensors/mpu6050-module [13] http://fr.slideshare.net/ThanhTngNg/cm-bin-gia-tc [14] http://mcuoneclipse.com [14] http://create.arduino.cc/projecthub/twob/self-balancing-robot-using-blubug8894c6 [15] http://www.instructables.com/id/2-Wheel-Self-Balancing-Robot-by-usingArduino-a 52 ... đồ kết nối xe bánh tự cân .31 Hình Sơ đồ kết nối xe bánh tự cân bằng phần mềm 31 Hình 4.4 Giao diện ứng dụng điều khiển xe bánh tự cân bằng bluetooth 32 Hình Lưu đồ giải thuật điều khiển. .. tài xem mơ hình xe hai bánh tự cân ứng dụng nhiều số lĩnh vực như: Các ứng dụng điều khiển số Được ứng dụng việc sử lí cân bằng: - Xe hai bánh tự cân - Máy bay tự cân Ứng dụng điều khiển thiết. .. trúc điều khiển PID cho robot hai bánh tự cân Ba PID sử dụng để điều khiển robot hai bánh tự cân bằng, bao gồm: Bộ PID điều khiển góc nghiêng ( ) Bộ PID điều khiển vị trí ( ) Bộ PID điều