BÁO cáo đồ án NHẬP môn k62 ktdk và tdh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KĨ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
============

ĐỒ ÁN NHẬP MÔN NGÀNH KĨ THUẬT
NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

LẮP RÁP ROBOT ĐA HƯỚNG OMNI
Người hướng dẫn :TS.Mai Thế Anh
Sinh viên thực hiện:

Lớp: K62-Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa
Khóa: 2021-2025


NGHỆ AN ,2021

MỤC LỤC
Trang
LỜI NĨI ĐẦU..................................................................................................1
PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ...............................................................................3
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ROBOT OMNI........................4
1.1.Giới thiệu chung về robot........................................................................4
1.2. Giới thiệu chung về robot omni.............................................................5
1.3 Một số nghiên cứu về robot omni trên thế giới và Việt Nam..................6
1.4: Một số dạng điều khiển..........................................................................7
1.4.1: Điều khiển từ xa bằng tay...............................................................7
1.4.2: Thực thi theo lộ trình......................................................................8
1.4.3:Ngẫu nhiên hoạt động độc lập.........................................................8
1.5:Ưu và nhược điểm của robot...................................................................8
1.5.1:Ưu điểm............................................................................................8

1.5.2:Nhược điểm......................................................................................8
CHƯƠNG 2:MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI..........9
2.1: Lý do chọn đề tài....................................................................................9
2.2:Mục tiêu của đề tài..................................................................................9
2.3:Phương pháp thực hiện đề tài................................................................10
CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................11
3.1:Nguyên lí hoạt động..............................................................................11


3.1.1:Bánh xe Omni.................................................................................11
3.1.2: Mơ hình động học robot bốn bánh đa hướng................................12
3.1.3: Mơ hình động lực học robot bốn bánh đa hướng:........................13
3.2:Tổng quan về Arduino...........................................................................14
3.2.1. Giới thiệu Arduino.........................................................................14
3.2.2: Lập trình Arduino..........................................................................15
CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN VÀ LẮP RAP.................17
4.1:Các linh kiện.............................................................................................17
4.1.1: Arduino Uno R3............................................................................17
4.1.2: Module điều khiển động cơ L293D...............................................20
4.1.3: Module Bluetooth HC05...............................................................21
4.1.4: Bộ pin Lion Lipo 2S, 7.4V.............................................................22
4.1.5: Bộ khung xe robot 4 bánh Omni Mecanum..................................23
4.1.6: Dây kết nối mạch và động cơ........................................................23
4.1.7: Phần mềm điều khiển Bluetooth Arduino......................................24
4.2:Tiến hành lắp rap...................................................................................24
4.3:Kết quả thực hiện..................................................................................28
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỀN................................29
5.1: Kết luận................................................................................................29
5.2: Hướng phát triển..................................................................................29
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................31

PHỤ LỤC........................................................................................................32



DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1: Robot Sojourner................................................................................5
Hình 1.2: Robot Pioneer và Robot MBARI’s ALTEX AUV...............................5
Hình 1.3:Wow Wee Rovio Robot........................................................................6
Hình 1.4:Robot omni do đại học bách khoa Hồ Chí Minh thiết kế...................7
Hình 1.5:Robot omni sử dụng hồng ngoại tránh vật cản..................................7
Hình 1.6: iRobot’s PackBot...............................................................................7
Hình 3.1: Các hướng di chuyển của robot.......................................................11
Hình 3.2: Hệ trục tọa độ của robot bốn bánh đa hướng.................................13
Hình 3.3: Các loại Arduino.............................................................................15
Hình 3.4:Giao diện phần mềm arduino...........................................................16
Hình 4.1:Arduino Uno R3...............................................................................17
Hình 4.2: Sơ đồ chân Arduino Uno R3.........................................................18
Hình 4.3: Module điều khiển động cơ L293D.................................................20
Hình 4.4: Module Bluetooth HC05.................................................................21
Hình 4.5: Pin Lion Lipo 2S, 7.4V....................................................................22
Hình 4.6:Pin Li-ion CGR18650CE.................................................................22
Hình 4.7:Bộ khung xe robot omni mecanum...................................................23
Hình 4.8: Dây nối 40P 7 màu..........................................................................24
Hình 4.9: Giao diện App điều khiển................................................................24
Hình 4.10: Lắp 4 động cơ vào khung xe.........................................................25
Hình 4.11: Nối dây..........................................................................................25
Hình 4.12: Lắp mạch Arduino.........................................................................26

Hình 4.13: Lắp Arduino Motor Shield và cắm dây.........................................26
Hình 4.14: Kết nối nạp chương trình cho Arduino.........................................27
Hình 4.15: Kết quả sau khi lắp rap.................................................................28


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 3.1: Thơng số phương trình động học…………………………………13
Bảng 4.1: Thông số kĩ thuật Arduino Uno R3……………………………..18
Bảng 4.2: Thông số các chân năng lượng…………………………………19
Bảng 4.3: Thông số Bộ pin Lion Lipo 2S, 7.4V……………………………...22


LỜI NĨI ĐẦU
Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa là ngành học nghiên cứu, thiết kế,
vận hành các hệ thống tự động, các dây chuyền sản xuất tự động tại các nhà
máy (xi măng, sắt thép, nước giải khát, dược phẩm,…); thiết kế, điều khiển và
chế tạo robot; quản lý sản phẩm tại các cơng ty trong và ngồi nước kinh
doanh về các thiết bị điện tử tự động…
Trên con đường tiến tới cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì vấn
đề phát triển khoa học kĩ thuật là mấu chốt hàng đầu.Với xu hướng giảm tối
thiểu sức người và tăng năng suất lao động đòi hỏi phải có nhiều trang thiết
bị,nhiều dây chuyền tự động hóa, lấy sức máy móc thay thế sức người ,…Để
đáp ứng nhu cầu này, chắc chắn phải nghiên cứu các thiết bị tự động để phục
vụ cho nhà máy, xí nghiệp hay sản xuất nơng nghiệp…Trong đó robot là lĩnh
vực mới mà ở nước ta đang nghiên cứu và từng bước chế tạo để ứng dụng vào
q trình sản xuất để góp phần nâng cao năng suất sao động.Việc nghiên cứu
và chế tạo robot nhằm đáp ứng vào nhu cầu thực tế của các dây chuyền sản
xuất là rất cần thiết.
Việc xây dựng các chương trình hoạt động cho robot là điều thiết yếu

đặc biệt đối với các robot di động.Bài toán robot di động bằng bánh
xe(ominidirectional mobie robot-OMR) được sự quan tâm lớn của nhiều
người trong những năm gần đây, vì chúng được ứng dụng rộng rãi trong các
ngành khác nhau như cơng nghiệp,nơng-lâm nghiệp,y tế, dịch vụ…do có khả
năng di chuyển linh hoạt.
Khác với robot di động sử dụng bánh truyền thống, robot di động sử
dụng bánh đa hướng(gọi tắt là robot di động đa hướng) có nhứng ưu điểm
vượt trội như:khả năng thay đổi vị trí và định hướng linh hoạt,độ chính xác
cao…bởi vì chúng có khả năng di chuyển và quay đồng thời hồn tồn độc
lập,vì vậy robot di động đa hướng đã thu hút được nhiều sự chú ý hơn.
Robot omni là robot đa hướng kiểu four-wheeled ominidirectional
mobie robot(FWOMR) có khả năng di chuyển theo bất kì hướng nào mà
1


khơng cần phải thay đổi vị trí và tư thế.Với cấu trúc bánh khác biệt và khả
năng di chuyển vượt trội, khả năng tiết kiệm năng lượng so với robot sử dụng
bánh xe thông thường,robot omni ngày càng được ứng dụng rộng rãi.Các vấn
đề kiểm sốt quỹ đạo,xử lí tác động nhiễu ngoại sinh,thay đổi các thành phần
bất định như khối lượng,momen,ma sát…đang là các nội dụng được quan tâm
trong lĩnh vực điều khiển robot Omni.
Sau đây là bài báo cáo đồ án học phần Nhập môn ngành kĩ thuật và
cơng nghệ của nhóm sinh viên chúng em: Chế tạo robot đa hướng omni.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Mai Thế Anh đã tận tình giúp đỡ
chúng em hồn thành học phần.Trong q trình thiết kế và trình bày chúng em
khơng tránh khỏi những khó khăn sai sót vì vậy mong thầy chỉ bảo, giúp đỡ
chúng em để có kết quả tốt hơn trong học phần này.
Chúng em xin cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện.

2


PHÂN CƠNG NHIỆM VỤ
Người thực hiện
Trần Phương
Nam
Nguyễn Tiến
Nam
Cao Hồng
Quốc Cường
Ngơ Xn Mạnh

MSSV
21575202161007
6
21575202161010
5
21575202161009
7
21575202161005
3

Cơng việc
Làm báo cáo

Nguyễn Văn
Mạnh

215752021610011

Làm slide và
thuyết trình

Trần Ngọc Sang

21575202161000
9

Làm slide và
thuyết trình

Hồng Anh
Sáng

21575202161003
4

Mua linh kiện,
lắp ráp robot

Làm báo cáo
Làm báo cáo
Làm slide và
thuyết trình

Yêu cầu
Báo cáo đầy đủ,
rõ ràng chi tiết
Báo cáo đầy đủ,

rõ ràng chi tiết
Báo cáo đầy đủ,
rõ ràng chi tiết
Slide ngắn
gọn,thuyết trình
dễ hiểu
Slide ngắn
gọn,thuyết trình
dễ hiểu
Slide ngắn
gọn,thuyết trình
dễ hiểu
Mua đúng, đủ các
linh kiện cần
thiết, đảm bảo
các linh kiện đều
chạy được

3


CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ROBOT OMNI
1.1.Giới thiệu chung về robot
Robot là một từ chỉ người lao động trong hệ ngơn ngữ Sla-vơ. Cho đến
nay có rất nhiều định nghĩa khác nhau về robot. Những định nghĩa đó có nội
dung tương tự nhau.Robot hay người máy là một loại máy có thể thực hiện
những cơng việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các
vi mạnh điện tử được lâp trình.
Ngày nay người ta vẫn còn tranh cãi về vấn đề “ Một loại máy như thế
nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot ?” Một cách gần chính xác

robot phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ các đặc điểm sau đây):
 Không phải tự nhiên tức do con người sáng tạo ra.
 Có khả năng nhận biết mơi trường xung quanh.
 Có thể tương tác với những vật thể trong mơi trường.
 Có sự thơng minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi
trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã
được lập trình trước.
 Có khả năng điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo
yêu cầu của người sử dụng.
 Có thể quay tịnh tiến theo một hay nhiều chiều.
 Có sự khéo léo trong vận động.
Robot được dùng phổ biến trong những môi trường độc hại, những nơi
con người không thể đi tới hay đi tới một cách khó khăn và nguy hiểm,Robot
cũng được dùng trong lĩnh vực giải trí và phục vụ đời sống.Các nơi con người
khơng có khả năng đến được như sao Hỏa, đáy biển, núi lửa,…người ta phải
sử dụng Robot tự hành với cấu trúc phù hợp với môi trường. Ví dụ như:
4


Robot Sojourner trong nhiệm vụ tìm kiếm sự sống trên sao hỏa năm
1997.

Hình 1.1: Robot Sojourner
Robot MBARI’s ALTEX AUV là robot hoạt động dưới đáy biển với nhiêm vụ
thằm dò độ phóng xạ, áp suất, độ sâu,…và Robot Pioneer được thiết kế để dị
tìm và kiểm tra nồng độ trong thảm họa Chernobyl.

Hình 1.2: Robot Pioneer và Robot MBARI’s ALTEX AUV
Robot sử dụng trong quân sự như: Military-Robot ….
Robot sử dụng trong sinh hoạt như: Robot lau nhà Robotking…

5


1.2. Giới thiệu chung về robot omni
Robot omni là một loại mobile robot di chuyển bằng những bánh xe đã
được ứng dụng nhiều trong thực tế do quỹ đạo chuyển động của nó rất đa
dạng.
Robot omni thuộc hệ robot di động tự hành, tự định hướng và tự tránh
được vật cản.Ứng dụng của nó là phục vụ trong cơng tác dịnh vụ chăm sóc y
tế, đặc biệt là trong mơi trường lây nhiễm cao hay mơi trường có cường dộ
phóng xạ cao thay con người…
Robot omni có đặc điểm là kết cấu đơn giản, có quỹ đạo di chuyển khá
linh hoạt nên được thay thế phát triển cho các loại mobile robot truyền thống.
1.3 Một số nghiên cứu về robot omni trên thế giới và Việt Nam
Trên thế giới, robot omni đã được phát triển từ lâu và ngày càng có
nhiều ứng dụng đa dạng do được tích hợp các cơng nghệ mới nhất.

Hình 1.3:Wow Wee Rovio Robot
Đặc điểm:
 Cho phép điều khiển qua wifi
 Có thể điều khiển qua mạng internet
 Có thể tự di chuyển xung quanh nhà do có nguồn dữ trự
Những nghiên cứu về robot omni ở Việt Nam đã được thực hiện trong
thời gian gần đây bởi các sinh viên và giảng viên của các trường đại học.
6


Những nghiên cứu này đã đạt được những kết quả bước đầu, tạo ra sản phẩm
thực nghiệm

Robot omni do khoa cơ khí đại học bách khoa Hồ Chí Minh chế tạo.

Hình 1.4:Robot omni do đại học bách khoa Hồ Chí Minh thiết kế
Robot omni tránh vật cản sử dụng 3 cảm biến hồng ngoại do sinh viên đại học
bách khoa Hà Nội chế tạo.

Hình 1.5:Robot omni sử dụng hồng ngoại tránh vật cản
1.4: Một số dạng điều khiển
1.4.1: Điều khiển từ xa bằng tay
Robot điều khiển từ xa bằng tay thơng qua sóng RF,wifi,hồng ngoại
hay bluetooth…Robot điều khiển từ xa giúp con người tránh khỏi những nguy
hiểm. Ví dụ Robot điều khiển từ xa bằng tay gồm có: Military-Robot và
iRobot’s PackBot,…

7


Hình 1.6: iRobot’s PackBot
1.4.2: Thực thi theo lộ trình
Là những con robot theo lộ trình sẵn. Chúng có thể theo những đường
được sơn khắc trên sàn, trên trần nhà hay một dây điện.Đa số những robot này
hoạt động theo một thuật tốn đơn giản là giữ lộ trình trong bộ cảm biến trung
tâm,chúng khơng thể vịng qua các chướng ngại vật,chúng chỉ dừng lại khi có
vật nào đó cản đường chúng.
1.4.3:Ngẫu nhiên hoạt động độc lập
Robot hoạt động độc lập với những chuyển động ngẫu nhiên,về cơ bản
đó là những chuyển động nhảy bật lên tường,những bức tường được cảm
nhận do sự cản trợ về mặt vật lý như máy hút bui Roomba hoặc với bộ cảm
biến điện tử của máy cắt cỏ Friendly Robotics.
1.5:Ưu và nhược điểm của robot

1.5.1:Ưu điểm:
 Di chuyển linh hoạt
 Dễ điều khiển
 Thiết kế đơn giản
 Có khả năng ứng dụng ngay vào đời sống
1.5.2:Nhược điểm:
 Di chuyển trong một số môi trường và địa hình nhất định
 Sai lệch vị trí khi định vị trên hệ thống GPS.
8


 Hướng di chuyển còn sai lệch

CHƯƠNG 2:MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
2.1: Lý do chọn đề tài
Ở nước ta cũng đã có rất nhiều đề tài nói về Robot di động như là
Robot tránh vật cản, Robot leo tường, Robot leo cầu thang… Nhưng chúng
em chưa tìm thấy đề tài nào nói về Robot di chuyển linh hoạt đa hướng cũng
như là áp dụng những kỹ thuật tiên tiến như GPS, La bàn, Bluetooth... Nếu có
về tài liệu thì cũng chỉ có một số ít tài liệu khái quát, chưa có tài liệu kỹ thuật
chi tiết về Robot trên. Hiện tại, Robot chỉ được định hướng bằng công nghệ
xử lý ảnh,đường dẫn(line), bằng la bàn, GPS, Bluetooth. Cơng nghệ xử lý ảnh
cũng cịn khá mới mẻ và công nghệ này chỉ là để phát hiện đối tượng chứ
chưa phải là cách để định vị và định hướng cho robot. Dùng line thì Robot chỉ
hoạt động trong một phạm vi nhỏ hẹp và chỉ thích hợp trong các cuộc thi
Robot. La bàn điện tử là thiết bị dùng để định hướng cho Robot thông qua
cảm biến từ trường Trái Đất,cịn GPS thì chưa phổ biến.
Để góp phần vào sự phát triển khoa học nước nhà,nhóm em đã chọn
Robot di chuyển đa hướng bằng 4 bánh xe omni với hệ thống điều khiển bằng
bluetooth để làm đề tài nghiên cứu.Vì tính tốn đơn giản hơn omni 3 bánh,

tận dụng được hiệu suất động cơ do bố trí vng góc. Từ những suy nghĩ đó
chúng em đã sử dụng kiến thức cịn hạn chế của mình để nghiên cứu chế tạo
Robot omni 4 bánh đa hướng di động.Robot này được áp dụng vào giám sát
những khu vực và những nơi con người không tới được.

9


2.2:Mục tiêu của đề tài
Về mặt thiết kế cơ khí: Mobile robot có thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, đảm
bảo độ cứng vững và đủ không gian lắp ráp các linh kiện. Các bánh được lắp
đặt theo góc đều nhau và đảm bảo trọng tâm của mơ hình trong q trình di
chuyển.
Hệ thống điều khiển: Sử dụng các linh kiện điện tử phổ biến trên thị
trường, dễ dàng trong quá trình thiết kế hệ thống điều khiển, lập trình. Các
linh kiện, đường đi dây được bố trí hợp lí, gọn gàng, khơng bị lỏng lẻo, ngắt
kết nối trong q trình hoạt động.
Mục tiêu hoạt động của mơ hình: Mobile robot có khả năng di chuyển
đa hướng, di chuyển theo quỹ đạo đơn giản được thiết kế trên giao diện điện
thoại. Mơ hình có thể sử dụng chế độ điều khiển bằng tay và chế độ điều
khiển tự động được kết nối thơng qua modul bluetooth với độ chính xác trên
95%.
Về phần lập trình: tính tốn giải thuật điều khiển cho robot di chuyển
các hướng. Ở phần này cần phải biết được sử dụng ngơn ngữ lập trình nào,
dùng phần mềm nào để lập trình và học cách sử dụng phần mềm đó.
2.3:Phương pháp thực hiện đề tài
-Tham khảo tài liệu và đánh giá
 Đọc tài liệu về Robot, Robot đa hướng, tìm hiểu về ngun lí điều
khiển, bộ điều khiển PID vận dụng kiến thức các môn học đưa vào thực
tế.

 Tìm hiểu tài liệu vi điều khiển, cụ thể là Arduino để tạo ra chương trình
điều khiển cho Robot, các tài liệu về kĩ thuật điện tử, vi mạch, để hiểu
hơn về nguyên lí các linh kiện.

10


 Sử dụng các phần mềm hỗ trợ thiết kế như Solidworks để tạo ra các
mẫu thử, từ đó đánh giá mơ hình thích hợp nhất. Phần mềm Proteus
dùng để vẽ sơ đồ mạch điện, đường đi dây.
- Quan sát: Hoạt động Robot đa hướng trong các video hay các cuộc thi
Robocon xem khả năng hoạt động của Mobile robot và đưa ra các u cầu
cho mơ hình.

11


CHƯƠNG 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Xây dựng hệ phương trình động học, động lực học cho OMR là bài
toán đầu tiên cần thiết phục vụ cho việc nghiên cứu.Trong đồ án này đối
tượng nghiên cứu được xét đến là robot 4 bánh sử dụng bánh xe
Omni(FWOMR), chuyển động trên mặt phẳng chịu lực ma sát.
3.1: Nguyên lí hoạt động
3.1.1:Bánh xe Omni
Bánh xe Omni được bố trí vng góc theo trục của động cơ, các bánh
được đặt cách nhau một góc 360°/n. Bánh xe Omni được ứng dụng nhiều
trong robot tự hành vì nó cho phép robot di chuyển ngay đến một vị trí trên
mặt phẳng mà khơng phải quay trước.Hơn nữa, chuyển động tịnh tiến dọc
theo một quỹ đạo thẳng có thể kết hợp với chuyển động quay làm cho robot di
chuyển tới vị trí mong muốn với góc định hướng chính xác.

Phương thức di chuyển của robot:

Hình 3.1: Các hướng di chuyển của robot
Ta quy định động cơ và bánh xe quay theo chiều mũi tên là chiều thuận
kim đồng hồ:
 Đi thẳng về trước: Bánh 1 và 4 quay theo chiều mũi tên, bánh 2 và 3
quay ngược chiều mũi tên;
 Đi thẳng về sau: Bánh 2 và 3 quay theo chiều mũi tên, bánh 1 và 4 quay
ngược chiều mũi tên;
 Sàng qua bên trái: Bánh 2 và 4 quay theo chiều mũi tên, bánh 1 và 3
quay ngược chiều mũi tên;
12


 Sàng qua bên phải: Bánh 1 và 3 quay theo chiều mũi tên, bánh 2 và 4
quay ngược chiều mũi tên;
 Sàng chéo tới theo trục động cơ bánh số 1: Bánh 1 và 2 ghì (dừng),
bánh 4 theo chiều mũi tên, bánh 4 ngược chiều mũi tên;
 Sàng chéo tới theo trục động cơ bánh số 2: Bánh 1 và 2 ghì (dừng),
bánh 3 theo chiều mùi tên, bánh 4 ngược chiều mũi tên;
 Sàng chéo tới theo trục động cơ bánh số 3: Bánh 3 và 4 ghì (dừng),
bánh 1 theo chiều mùi tên, bánh 2 ngược chiều mũi tên;
 Sàng chéo tới theo trục động cơ bánh số 4: Bánh 3 và 4 ghì (dừng),
bánh 2 theo chiều mùi tên, bánh 1 ngược chiều mũi tên;
 Xoay vòng tròn tại chỗ: qua phải (bánh 1, 2, 3, 4 quay theo chiều mũi
tên), qua trái (bánh 1, 2, 3, 4 quay ngược chiều mũi tên).
3.1.2: Mơ hình động học robot bốn bánh đa hướng
Mơ hình động học và động lực học cho FWOMR được xây dựng dựa
trên mơ hình với bánh xe Omni được bố trí lệch so với tọa độ động một góc
45°, các bánh được đặt cách nhau một góc 90°.

Gọi q= là véc tơ tọa độ của robot trong hệ tọa độ đề các
Oxy,v= là véc tơ vận tốc của robot trong hệ trục tọa độ gắn vào tâm robot.
Phương trình biểu diễn mối quan hệ này cũng là phương trình
động học của robot:
q.v

(3.1)

Trong đó: H= là ma trận chuyển hệ trục toạ độ.
=
Từ phương trình động học (3.1), ta tính được phương trình thể hiện mối
quan hệ giữa vị trí của robot và vận tốc quay của các bánh xe:
=g(. với g(=H.
(3.2)
Hình 3.2: Hệ trục tọa độ của robot bốn bánh đa hướng
Ký hiệu
x

Ý nghĩa
Toạ độ robot theo phương x

Đơn vị
m
13


y

d

Toạ độ robot theo phương y
Góc lệch của robot so hệ tọa độ gốc
Vận tốc mỗi bánh
Vận tốc góc mỗi bánh
Khoảng cách tâm robot tới mỗi bánh

m
rad
m/s
rad/s
m

Bảng 3.1: Thông số phương trình động học
3.1.3: Mơ hình động lực học robot bốn bánh đa hướng
Từ đó ta có phương trình động lực học của robot có dạng như sau:
M(q)v + Cv + Gsgn(v) + =Bτ

(3.3)

Với :v = là vecto vận tốc của robot
B = là ma trận hệ số điều khiển

M(q) = là ma trận với m là khối lượng và J là momen quán tính của robot
C = và G = lần lượt là ma trận hệ số ma sát nhớt và ma sát Coulomb.
3.2:Tổng quan về Arduino
3.2.1. Giới thiệu Arduino
Arduino là một nền tảng nguyên mẫu dựa trên phần mềm và phần cứng
dễ sử dụng. Nó bao gồm bo mạch – thứ mà có thể được lập trình và một phần
mềm hổ trợ gọi là Arduino IDE (Môi trường phát triển tích hợp cho Arduino),
được sử dụng để viết và nạp từ mã máy tính sang bo mạch vật lý.

Arduino không yêu cầu một phần cứng riêng để lập trình mã mới lên
board mà bạn chỉ cần sử dụng cáp USB. Đồng thời, phần mềm Arduino IDE
sử dụng phiên bản cơ bản của C ++, giúp việc học chương trình trở nên đơn
giản hơn. Chúng ta có thể tổng hợp một số loại Arduino phổ biến như sau:
14


Arduino Uno; Arduino Micro; Arduino Nano; Arduino Pro; Arduino Mega;
Arduino Leonardo; Arduino LiliPad; Arduino RedBoard.

Hình 3.3: Các loại Arduino
Arduino có nhiều ứng dụng trong đời sống, trong việc chế tạo các thiết
bị điện tử chất lượng cao. Một số ứng dụng có thể kể đến như:


Lập trình robot: Arduino chính là một phần quan trọng trong trung
tâm xử lí giúp điều khiển được hoạt động của robot.



Game tương tác: chúng ta có thể dùng Arduino để tương tác với
Joystick, màn hình,… để chơi các trị như Tetrix, phá gạch, Mario…
và nhiều game rất sáng tạo nữa.



Arduino điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến tốt. Là một trong
những bộ phần quan trọng trong cây đèn giao thông, các hiệu ứng
đèn nháy được cài đặt làm nổi bật các biển quảng cáo.



Arduino cũng được ứng dụng trong máy in 3D và nhiều ứng dụng
khác tùy thuộc vào khả năng sáng tạo của người sử dụng.

15


3.2.2: Lập trình Arduino
Các mạch Arduino hay các mạch dựa trên nền tảng Arduino được lập
trình bằng ngơn riêng. Ngơn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho
phần cứng nói chung và khi ta xem, ta thấy nó rất giống lập trình C đơn giản,
do vậy việc tiếp cận sẽ khơng mấy khó khăn.Để lập trình cũng như gửi lệnh
và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, ta sử dụng một mơi trường lập trình
Arduino được gọi là Arduino IDE.
Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để
viết và biên dịch mã vào module Arduino. Nó có các phiên bản cho các hệ
điều hành như MAC, Windows, Linux và chạy trên nền tảng Java đi kèm với
các chức năng và lệnh có sẵn đóng vai trị quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa và
biên dịch mã trong mơi trường.Có rất nhiều các module Arduino như Arduino
Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro và nhiều module
khác, mỗi module chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và
chấp nhận thơng tin dưới dạng mã. Mã chính, cịn được gọi là sketch, được
tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra một file Hex, sau đó được chuyển và tải lên
trong bộ điều khiển trên bo. Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần cơ bản:
Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã được yêu
cầu và phần sau được sử dụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino.
Môi trường này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++ .

16

Hình 3.4:Giao diện phần mềm arduino

CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN VÀ LẮP RAP
4.1:Các linh kiện
4.1.1: Arduino Uno R3
Arduino Uno là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi
Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều
khiển AVR Atmega328P. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3.

Hình 4.1:Arduino Uno R3

17


Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như
điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm
một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những
ứng dụng khác.
Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với máy tính thơng qua USB
để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC
hoặc Linux Systems, tuy nhiên, Windows thích hợp hơn để sử dụng. Các
ngơn ngữ lập trình như C và C ++ được sử dụng trong IDE.

Vi điều khiển
Điện áp hoạt động

ATmega328 họ 8bit

5V DC (chỉ được cấp qua cổng

Tần số hoạt động
Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash

USB)
16 MHz
khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC
14 (6 chân hardware PWM)
6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB

SRAM
EEPROM
Kích thước
Khối lượng

dùng bởi bootloader
2 KB (ATmega328)
1 KB (ATmega328)
68.6×53.4mm
25 gram

Bảng 4.1: Thông số kĩ thuật Arduino Uno R3
18