Đang tải... (xem toàn văn)
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA
i ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG --------------oOo------------- LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA GVHD : KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC SVTH : VŨ MINH HOÀNG LỚP : DD08KSTD MSSV : 40800732 TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh -----o0o----- KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Chú ý: Sinh viên phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết minh HỌ VÀ TÊN: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732 NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỚP: DD08KSTD 1-Đầu đề luận án XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT TỰ ĐỘNG VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA 2-Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu) 3-Ngày giao nhiệm vụ luận án: 4-Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 5-Họ và tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn 1. 2. 3. Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn. Ngày……tháng…….năm 200… Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (Chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: . Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ của luận án: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG *** Ngày___tháng____năm_______ PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN (Dành cho người hướng dẫn) 1. Họ và tên SV: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732 Chuyên ngành: Điều khiển tự động 2. Đề tài: Xây dựng mô hình mạng không dây điều khiển hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa 3. Họ và tên người hướng dẫn: KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC 4. Tổng quát về bản thuyết minh: . Số trang: . Số chương: . Số bảng số liệu: . Số hình vẽ: . Số tài liệu tham khảo: . Phần mềm tính toán: Sản phẩm: . 5. Tổng quát các bản vẽ: Số bản vẽ: bản A1 bản A2 khổ khác: . Số bản vẽ tay: Số bản vẽ máy tính: . 6. Những ưu điểm chính của luận án tốt nghiệp: . . . . 7. Những khuyết điểm chính của luận án tốt nghiệp . . . . 8. Đề nghị: Được bảo vệ º Bổ sung thêm để bảo vệ º Không được bảo vệ º 9. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng: a) . b) . c) . 10. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình)……………….Điểm: ……./10 Kí tên (ghi rõ họ tên) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG *** Ngày___tháng____năm_______ PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN (Dành cho người phản biện) 1. Họ và tên SV: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732 Chuyên ngành: Điều khiển tự động 2. Đề tài: Xây dựng mô hình mạng không dây điều khiển hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa 3. Họ và tên người hướng dẫn: KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC 4. Tổng quát về bản thuyết minh: . Số trang: . Số chương: . Số bảng số liệu: . Số hình vẽ: . Số tài liệu tham khảo: . Phần mềm tính toán: Sản phẩm: . 5. Tổng quát các bản vẽ: Số bản vẽ: bản A1 bản A2 khổ khác: . Số bản vẽ tay: Số bản vẽ máy tính: . 6. Những ưu điểm chính của luận án tốt nghiệp: . . . . 7. Những khuyết điểm chính của luận án tốt nghiệp . . . . 8. Đề nghị: Được bảo vệ º Bổ sung thêm để bảo vệ º Không được bảo vệ º 9. 3 câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng: a) . b) . c) . 10. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình)……………….Điểm: ……./10 Kí tên (ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ii Lời cảm ơn Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thầy tận tuỵ trên giảng đường. Những tấm gương đã dạy cho em nhiều điều hơn kiến thức, đó là nhân cách và tấm lòng. Xin được cảm ơn những tháng ngày học tập và hoạt động dưới mái trường Bách Khoa thân yêu. Hành trang vào đời không chỉ có những điều thầy đã dạy, mà còn mang theo cả bản lĩnh và nhiệt huyết của tuổi trẻ ta có được sau hơn 4 năm rèn luyện tại trường. Xin cảm ơn những người bạn chân thành tôi đã có, những người cùng tôi vượt qua nhiều thử thách, cùng chia sẻ thành công, thất bại, niềm vui, nỗi buồn những ngày qua. Cảm ơn gia đình. Điểm tựa vững chắc nhất cho tất cả những thành công trong cuộc sống. Xin được chân thành cảm ơn thầy Phan Nguyễn Phục Quốc đã tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Xin cảm ơn câu lạc bộ nghiên cứu khoa học khoa Điện – Điện tử và những người bạn ở phòng TT-Lab đã giúp đỡ, ủng hộ tôi về mặt ý tưởng luận văn cũng như về mặt tinh thần để tôi có đủ bản lĩnh và ý chí hoàn thành quãng đường học tập tại đại học Bách Khoa. Vũ Minh Hoàng Hồ Chí Minh, Ngày 17 tháng 12 năm 2012 iii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Luận văn này nhằm mục tiêu thiết kế và xây dựng một hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa có một trạm điều khiển trung tâm làm nhiệm vụ phân phối đường chạy, cập nhật vị trí các robot slave và xử lý các trường hợp xung đột làn đường. Việc lựa chọn đề tài này nhằm các mục đích sau: Mục đích thứ nhất là ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế. Mục đích thứ hai là đáp ứng nhu cầu từ thực tế cần một hệ thống robot vận chuyển hàng hóa tự động trong các kho hàng nhằm giải phóng sức lao động của con người. Trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp đại học, ở đây ta chỉ xây dựng một mô hình hệ thống thử nghiệm, nghĩa là giải thuật chương trình trên mô hình có thể áp dụng trực tiếp vào hệ thống vận hành thật sự với một số các ràng buộc về phần điện. Mô hình trong luận văn được thiết kế gồm hai robot slave di chuyển trên sàn làm việc theo phương pháp dò line được điều khiển bởi vi điều khiển ARM Cortex M3 LM3S5R31 và một master làm trạm điều hành trung tâm sử dụng vi điều khiển ARM Cortex M4 LM4F232 của hãng Texas Instrument. Master và các robot slave sẽ giao tiếp với nhau thông qua sóng RF sử dụng module eZ430-RF2500 theo giao thức được quy định. Luận văn đã thực hiện được mô hình hệ thống khá ổn định. Trong đó các robot slave đã vận chuyển các gói hàng đúng theo mong muốn của người vận hành và có khả năng tránh va chạm ở các giao lộ. Chương trình trên máy tính thể hiện chính xác vị trí robot ở lần cập nhật vị trí cuối cùng trên sàn làm việc. Giao thức mạng được thiết lập cho phép master có thể kiểm soát sự tồn tại của các slave trong mạng, từ đó sẽ có các quyết định phân phối làn đường hợp lý. Giao thức mạng tạo ra các địa chỉ ứng với từng đối tượng trong mạng cho phép master và slave giao tiếp với nhau nhanh chóng và chính xác. Tuy còn một số hạn chế nhưng đề tài đã tạo được một mô hình hệ thống vận chuyển hàng hóa tự động khá ổn định và có nhiều khả năng ứng dụng nếu được tiếp tục phát triển. iv MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp Lời cảm ơn ii Tóm tắt Luận văn iii Mục lục iv Danh sách hình ảnh vii Danh sách bảng biểu x CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Sơ lược về robot: 1 1.2 Robot tự hành: 2 1.2.1 Robot tự hành theo đường lập trình sẵn: 3 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới: . 3 1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam: . 4 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN . 5 2.1 Các vấn đề cần giải quyết . 5 2.2 Hướng giải quyết đề nghị . 5 2.3 Phạm vi của luận văn 6 2.4 Sơ đồ tổng quát mô tả các module sử dụng trong luận văn 6 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 3.1 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 8 3.1.1 Giới thiệu về Module RF Transceiver CC2500: 8 3.1.2 Một vài thông số nổi bật của Module RF Transceiver CC2500: . 9 3.1.3 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 9 3.1.4 Giới thiệu về MCU TI MSP430F2274: . 10 3.2 Giới thiệu PIF 5R31 Development Kit: 11 3.2.1 Giới thiệu MCU TI Stellaris LM3S5R31: . 12 3.2.2 Module System Timer: . 13 3.2.3 Module General Timer: 14 3.2.4 Module Pulse Width Modulator (PWM): 15 v 3.2.5 Module Quadrature Encoder Interface (QEI): . 16 3.2.6 Module Universal Asynchronous Receivers/Transmitters (UARTs): . 17 3.2.7 Module Analog-to-Digital Converter (ADC): . 18 3.3 Giới thiệu TI EKS-LM4F232 Evaluation Kit: 19 3.3.1 Giới thiệu MCU TI Stellaris LM4F232: 21 3.3.2 Module General Timer (GPTM): . 23 3.3.3 Module Universal Asynchronous Receivers/Transmitters (UARTs): . 24 3.4 Giới thiệu Module RFID: . 25 3.4.1 Khái niệm RFID: 25 3.4.2 Các phương thức truyền thông của công nghệ RFID: . 25 3.4.3 Các thành phần của một hệ thống RFID: . 26 3.4.4 Giới thiệu các thành phần RFID sử dụng trong luận văn: . 26 3.5 Động cơ DC Servo: 27 3.5.1 Giới thiệu: 27 3.5.2 Điều khiển động cơ DC servo: . 28 3.5.3 Thuật toán PID: 28 3.5.4 Mạch cầu H: . 32 3.6 Điều khiển robot bám theo line: . 35 3.6.1 Nguyên tắc phân biệt line đen và trắng: . 35 3.6.2 Nguyên tắc điều khiển robot bám theo line: 37 3.6.3 Áp dụng thuật toán PID vào dò line: 39 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG . 40 4.1 Mạch điện tử: 40 4.1.1 Mạch dò line: . 40 4.1.2 Mạch cầu H: . 42 4.1.3 Mạch Stamp slave: . 44 4.2 Thiết kế và thi công cơ khí: 46 4.2.1 Thiết kế và thi công sàn làm việc của robot: 46 4.2.2 Thi công mô hình robot: . 50 4.3 Xây dựng giải thuật giao tiếp trong mạng không dây: . 51 4.3.1 Các quy tắc giao tiếp trong mạng: . 51 [...]... hệ thống vận chuyển hàng hóa tự động là rất lớn Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng thành công hệ thống vận chuyển này ở Việt Nam có ý nghĩa rất lớn trong việc áp dụng khoa học kỹ thuật giải phóng sức lao động của con người và nâng cao năng suất lao động 4 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Luận văn nhằm xây dựng một hệ thống các robot tự động vận chuyển hàng hóa từ một... tính cho phép người sử dụng có thể cấu hình vị trí kho hàng cho các gói hàng dễ dàng 2.3 Phạm vi của luận văn Xây dựng mô hình robot slave có khả năng di chuyển theo line một cách hoàn chỉnh Xây dựng mô hình trạm điều khiển master Xây dựng cấu trúc mạng không dây dùng giao tiếp giữa các slave với master mà sẽ ứng dụng cấu trúc đó vào mạng RF trong luận văn này Lập trình phần mềm cho phép tương... chỉ có hệ thống robot Kiva do công ty Kiva Systems phát triển và sản xuất là gây được tiếng vang trên thế giới Hiện hệ thống này đã được sử dụng trong kho hàng của một số công ty lớn trên thế giới như hệ thống cửa hàng Amazon 3 TỔNG QUAN Hình 1.3 Một số hình ảnh về hệ thống robot Kiva 1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam: Ở Việt Nam hiện nay hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa trong... giản Hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa có khả năng ứng dụng vào bất cứ ngành nào có nhu cầu vận chuyển số lượng lớn hàng hóa đến nhiều điểm khác nhau như trong ngành hàng không chuyển các valy hành lý của hành khách về máy bay, trong các nhà máy cần vận chuyển nguyên liệu đến các máy khác nhau hoặc vận chuyển thành phẩm đến chứa ở nhiều kho riêng biệt Nói tóm lại ngày nay nhu cầu ứng dụng hệ thống. .. yêu cầu robot có các thiết kế, cấu trúc và chức năng khác nhau Từ đó robot có thể được phân loại thành các dạng chính như: robot tự hành (robot di động, mobile robot) , robot công nghiệp, robot cộng tác (collaborative robot) , robot quân sự Hình 1.1 Hình ảnh một số robot 1 TỔNG QUAN 1.2 Robot tự hành: Trong các loại robot trên thì robot tự hành được ứng dụng rộng rãi nhất trong mọi lĩnh vực, mọi môi trường... Hình 1.1 Hình ảnh một số robot 1 Hình 1.2 Hình ảnh một số robot tự hành 2 Hình 1.3 Một số hình ảnh về hệ thống robot Kiva 4 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống 6 Hình 3.1 Module CC2500 8 Hình 3.2 Sơ đồ khối bên trong module CC2500 9 Hình 3.3 Module eZ430-RF2500 10 Hình 3.4 Sơ đồ khối bên trong MSP430F2274 11 Hình 3.5 Kit... cho robot Lớp này có thể chia làm 3 loại robot: Loại chuyển động bằng bánh xe (phổ biến), loại chuyển động bằng vòng xích (khi cần mô men phát động lớn hay khi cần di chuyển trên vùng đầm lầy, cát và băng tuyết), và loại hỗn hợp bánh xe và xích (ít gặp) Hình 1.2 Hình ảnh một số robot tự hành 2 TỔNG QUAN Tiềm năng ứng dụng của robot tự hành hết sức rộng lớn Có thể kể đến robot vận chuyển vật liệu, hàng. .. thuyết, môi trường hoạt động của robot tự hành có thể là đất, nước, không khí, không gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm Theo bộ phận thực hiện chuyển động, ta có thể chia robot tự hành làm 2 lớp: chuyển động bằng chân (legged) và bằng bánh (wheeled) Trong lớp đầu tiên, chuyển động có được nhờ các chân cơ khí bắt chước chuyển. .. việc dẫn đường cho robot Thông thường nếu nhà máy chỉ có một robot tự hành thì việc robot di chuyển theo tuyến đường cố định khá đơn giản Tuy nhiên khi nhà máy có nhiều robot tự hành di chuyển trùng tuyến đường với nhau thì việc dẫn đường cho từng robot di chuyển lại khó khăn hơn rất nhiều 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới: Việc phát triển hệ thống robot tự hành tự định vị và dẫn... chọn một hệ thống truyền nhận không dây để ứng dụng vào luận văn này, em lựa chọn mạng RF sử dụng module eZ430-RF2500 của hãng Texas Instrument do tính dễ sử dụng và ổn định của sản phẩm này Khi cần mở rộng hệ thống có thể chọn mạng WiFi giao thức TCP/IP để có khoảng cách và tốc độ truyền nhận cao hơn Trong khuôn khổ luận văn này, do hệ thống nhỏ và thời gian phát triển ngắn nên chỉ dừng lại ở hệ thống . động, mobile robot) , robot công nghiệp, robot cộng tác (collaborative robot) , robot quân sự. Hình 1.1 Hình ảnh một số robot 2 TỔNG QUAN 1.2 Robot tự hành:. hiểm; robot canh gác, do thám; robot khám phá không gian, di chuyển trên hành tinh; robot hàn, sơn trong nhà máy; robot xe lăn phục vụ người khuyết tật; robot