chuyên đề tốt nghiệp đề tài thiết kế chế tạo bộ ổn định nguồn 5vdc cho bộ vi điều khiển robot
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.25 MB, 37 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI</b>
<b>Khóa : K14</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">(Ký và ghi rõ họ tên)
<b> Phạm Văn Pháp</b>
<b>LỜI NÓI ĐẦU</b>
Để hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin cảm ơn chân
<b>thành đến Thầy Phạm Văn Pháp người đã tận hình hướng dẫn, trực tiếp </b>
chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình làm chuyên đềtốt nghiệp. Sự kiên nhẫn và sự tận tâm của thầy đã giúp em vượt qua nhữngkhó khăn và đạt được kết quả tốt trong nghiên cứu của mình.
Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tồn thể thầy cơ trong trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội nói chung và các thầy cơ trong khoa điện nói riêng, những người đã tận tình hướng dẫn, dạy dỗ và trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong ba năm vừa qua. Nhờ sự chỉ dạy của quý thầy cơ, em đã có được sự tiếp cận đầy đủ và sâu sắc với lĩnh vực chuyên ngành của mình, từ đó phát triển kỹ năng và nắm vững kiến thức cần thiết để hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp.
Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, cổ vũ và đóng góp ý kiến trong q trình học tập, nghiên cứu cũng như quá trình làm chuyên đề. Sự ủng hộ và động viên của các bạn đã truyền thêm động lực cho em vượt qua khó khăn và hồn thành chuyên đề một cách thành công.
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">Em xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã đồng hành cùng em tronghành trình học tập và nghiên cứu này. Chuyên đề tốt nghiệp không chỉ là thành quả cá nhân mà còn là kết quả của sự hỗ trợ và đóng góp của tất cả mọi người. Em rất biết ơn và tự hào vì đã có cơ hội được học tập và phát triển trong môi trường tuyệt vời như trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội.Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn!
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b>LỜI CAM ĐOAN</b>
Tôi cam đoan chuyên đề Tốt Nghiệp là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi
<b>dưới sự hướng dẫn của Thầy Phạm Văn Pháp</b>
Các kết quả công bố trong chuyên đề Tốt Nghiệp là trung thực.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong đồ án đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2023
<b> Sinh viên</b>
<b> Nguyễn Đăng Tùng</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7"><b>MỤC LỤC</b>
<b>TÓM TẮT ĐỒ ÁN...5</b>
<b>CHƯƠNG1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT DI ĐỘNG...8</b>
1.1 Khái niệm robot di động...8
1.2 Cấu tạo chung của robot di động...8
1.3 Phân loại robot di động...10
1.3.1 Robot di chuyển dùng bánh xe...10
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8"><b>CHƯƠNG 3. TỔNG KẾT...42</b>
3.1 Lời kết...423.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN...42
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9"><b>DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10"><b>CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT DI ĐỘNG 1.1. Khái niệm robot di động.</b>
Robot là một loại thiết bị có thể thực hiện những cơng việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot có một số đặc điểm sau đây: Do con người sang tạo ra, tùy theo công nghệ trang bị trên mà robot có khả năng nhận biết được mơi trường xung quanh và tương tác với những vật thể trong mơi trường, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình, có thể điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng, có thể di chuyển quay hoặc tính tiến theo một hay nhiều chiều và khéo léo trong vận động.
Robot di động là loại robot có khả năng tự di chuyển trong môi trường của chúng, không cố định vào một vị trí thực. Robot di động có thể là “tự trị” (Robotdi động tự động) có nghĩa là chúng có khả năng điều hướng một mơi trường khơng kiểm sốt được mà khơng cần các thiết bị hướng dẫn vật lý hoặc cơ điện. Ngoài ra. Robot di động có thể dựa vào các thiết bị hướng dẫn cho phép nó di chuyển tuyến đường định hướng được xác định trước trong khơng gian tương đối được kiểm sốt (Robot tự điều khiển). Nó khác với robot cơng nghiệp thường đặt gần cố định và hoạt động bằng các cánh tay.
<b>1.2. Cấu tạo chung của robot di động.</b>
<b> Cảm biến</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">Cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng lại với những kích thích và các tín hiệu. Đây là thiết bị vô cùng qun trọng để robot có thể nhận biết được chính mình và thế giới bên ngoài. Cảm biến cũng là một bộ phận được ví như mắt của robot, có nhiều loại cảm biến như là cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm, cảm biến hình ảnh, cảm biến gia tốc góc,…
<b>HÌNH 1.1 : Các loại cảm biến Cơ cấu vận hành</b>
Cơ cấu vận hành là một bộ phận dùng để thực hiện mọi cử động của Robot như là động cơ, tay máy,…
<b>HÌNH 1.2 : Các cơ cấu vận hành</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12"><b>Bộ xử lý</b>
Bộ não điều khiển mọi hoạt động tương tác của robot, bộ xử lý có thể dùng nhiều loại chip vi xử lý khác nhau, điển hình hiện nay thường là các loại chip họ 89MC, PIC, AVR,…
<b>HÌNH 1.3 : Các loại chip vi xử lý1.3 Phân loại robot di động. </b>
1.3.1 Robot di chuyển dùng bánh xe.
Bánh xe là phương pháp phổ biến nhất cung cấp khả năng di chuyển cho một robot, được sử dụng với nhiều kích thước và nền tảng robot khác nhau.Kích thước của bánh xe dao động khá rộng, từ nhỏ cỡ vài chục cm đến lớn hàng mét. Thông thường, xu hướng phát triển tập trung vào các bánh xe cỡ nhỏ, cỡ 5 cm trở lại với 3 bánh xe/robot, một bánh lái và hai bánh di chuyển. Loại phức tạp hơn có thể sử dụng con quay hồi chuyển.
Về vật liệu, vật liệu làm bánh xe khơng có u cầu đặc biệt, nhưng một số trường hợp cụ thể có yêu cầu khá chặt. Ví dụ bánh xe robot qn sự cần có khả năng chống trượt. Điều này cũng có thể đạt được thông qua cấu trúc bánh xe, một robot với 4 bánh hoặc 6 bánh sẽ có ưu thế chống trượt tốt hơntrường hợp 2 bánh. Ngoài ra, cơ cấu bánh xe cũng cần được chú ý khi thiết kế chuyển động cho robot. Một quan niệm sai lầm phổ biến là xây dựng
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">những robot có bánh xe lớn, nguồn năng lượng sử dụng không cung cấp đủ nhu cầu của robot.
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">2.4.2 Nếu Robot ở trong Khu vực màu đỏ, Khu vực màu xanh hoặc Cây cầu thìphải khởi động lại Robot tại Khu vực xuất phát.
2.4.3 Nếu tất cả các bộ phận tiếp xúc với sàn thi đấu của RR đều ở trong Khuvực Angkor Wat, thì Robot được phép khởi động lại tại Khu vực khởi động lại.Tuy nhiên, nếu có robot khác ở gần đó và trọng tài xác định rằng nó sẽ gây nguyhiểm thì khơng được di chuyển robot.
2.4.4 Trong quá trình khởi động lại, các thành viên trong đội không được phépđiều chỉnh (các) vòng do robot đang giữ. Các vòng này phải được đưa trở lạikhu vực để vịng.
2.4.5 Khơng giới hạn về số lần khởi động lại.
3.3 Thành viên trong đội chạm vào robot trong các tình huống khơng được phépđã quy định trong luật này.
3.4 Robot chạm vào khu vực hoặc các cấu kiện bị cấm chạm vào3.5 Robot chạm vào robot của đội đối phương.
4. Truất quyền thi đấu Trong suốt quá trình trận đấu diễn ra, một đội sẽ bị loạivới bất kỳ hành động nào sau đây:
4.1 Thiết kế và chế tạo của robot không theo đúng yêu cầu của luật thi. 4.2 Đội cố tình làm hỏng sân thi đấu, các vật thể và cấu kiện trong cuộc thi. 4.3 Đội thực hiện bất kỳ hành động nào không theo tinh thần fair play. 4.4 Đội không tuân thủ các hướng dẫn hoặc cảnh báo của các trọng tài.
<b>5. Robots</b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">5.1 Các robot không được phép hút hoặc dính vào mặt sân thi đấu.
5.2 Các robot trong cuộc thi phải được chế tạo bởi các thành viên trong nhómđến từ cùng một trường đại học/cao đẳng/trung cấp nghề.
5.3 Các đội không được phép mang theo hoặc thiết lập bất kỳ thiết bị nào xungquanh sân thi đấu, ngoại trừ robot và phụ tùng thay thế được sử dụng trong trậnđấu và một số công cụ/thiết bị được sử dụng trong thời gian cài đặt.
<b>5.4. Kích thướt Robot </b>
5.4.1 Khi bắt đầu trận đấu, RR phải đặt vừa một khối hộp với chiều dài 500 mm,chiều rộng 500 mm và chiều cao 500 mm. Khi trận đấu diễn ra, Trong q trìnhthi đấu, kích thước tối đa của RR không vượt quá chiều dài 700 mm, chiều rộng700 mm và chiều cao 800 mm. Các vòng trên robot mang theo sẽ khơng tính vàokích thước của RR.
5.4.2 Khi bắt đầu trận đấu, ER phải đặt vừa một khối hộp với chiều dài 1000mm, chiều rộng 1000 mm và chiều cao 1000 mm. Trong quá trình thi đấu, kíchthước tối đa của ER khơng vượt q chiều dài 1400 mm, chiều rộng 1400 mmvà chiều cao 1300 mm. Các vịng trên robot mang theo sẽ khơng tính vào kíchthước của ER.
5.4.3 RR phải được điều khiển không dây. Khi điều khiển ER bằng bộ điềukhiển có dây, chiều dài cáp là khơng giới hạn. Tuy nhiên, hãy cẩn thận không đểdây cáp quấn vào các cấu kiện và đối tượng trên khu vực Sân đấu.
5.4.4 Các thành viên trong đội không được phép vào khu vực Sân thi đấu ngoạitrừ khi khởi động lại. 5.4.5 Vật thể bay không được phép sử dụng làm robot.
<b>5.5 Trọng lượng của robot </b>
Tổng trọng lượng của hai robot, bộ điều khiển, bộ pin chính được sử dụng trongkhi thi đấu không được vượt quá 50 kg. Bất kỳ thiết bị nào khác mà đội mangtheo cho mục đích thiết lập, cơng cụ, bình chứa khí và pin dự phòng (cùng loại
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">với loại ban đầu được lắp đặt trong Robot) đều khơng tính vào trọng lượngrobot.
<b>5.6 Nguồn năng lượng của robot </b>
5.6.1 Các đội phải tự trang bị nguồn điện cho robot của mình
5.6.2 Các đội chỉ có thể sử dụng pin, khí nén và/hoặc lực đàn hồi làm nguồnnăng lượng. 5.6.3 Tất cả ắc qui hoặc pin sử dụng trên robot, bộ điều khiển và bấtkỳ thiết bị nào khác được sử dụng trong thi đấu không được vượt quá 24V. 5.6.4 Điện áp lớn nhất bên trong các mạch điện không vượt quá 42V.
5.6.5 Các đội có sử dụng khí nén phải dùng loại bình chứa khí nén hoặc loạibình nhựa phù hợp. Áp suất khí nén không được vượt quá 600kPa.
5.6.6 Các nguồn năng lượng có nguy cơ gây nguy hiểm sẽ bị cấm. sử dụng.
<b>5.7 Giao tiếp </b>
5.7.1 Hai robot trong một đội có thể phối hợp và liên lạc với nhau để hoàn thànhnhiệm vụ. 5.7.2 Để giao tiếp với nhau qua sóng vơ tuyến, các đội chỉ được phépsử dụng Wi-Fi (IEEE 802.11), Zigbee (IEEE 802.15) và Bluetooth để liên lạcgiữa bộ điều khiển và Robot và giữa hai Robot. Ban tổ chức sẽ khơng kiểm sốtmơi trường wifi, Zigbee hoặc Bluetooth. 5.8 Kiểm tra robot
5.8.1 Trong quá trình thử sân trước cuộc thi, trọng tài sẽ kiểm tra các robot.Robot không đáp ứng được các yêu cầu trên không được tham gia cuộc thi.
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">6.3 Các thành viên trong đội phải mang giày, mũ bảo hiểm và kính bảo hộ trongcác trận thi đấu và khi thử sân.
6.4 Không được sử dụng nguồn năng lượng cháy nổ và nhiệt độ cao, những thứlàm hư hỏng sân thi đấu, hư hại robot và/hoặc cản trở cuộc thi.
6.5 Không được phép sử dụng ắc quy axit-chì.
6.6 Trong việc thiết kế và sử dụng tia laser hoặc hồng ngoại, phải chú ý tránhgây nguy hiểm đến mắt của tất cả những người có mặt tại cuộc thi.
6.7 Khi sử dụng laser, nó phải là class 2 trở xuống. Class 1M và Class 2M khôngđược chấp nhận. * Tuân thủ tiêu chuẩn IEC60825.
6.8 Đội nên thiết kế các hệ thống an tồn dự phịng.
6.9 Khi các đội có nhiều hệ thống cung cấp điện, các đội phải thiết kế các mạchvà cơ chế khơng vượt q tầm kiểm sốt hoặc di chuyển nguy hiểm cho dùnguồn điện nào bị mất hoặc bất kể thứ tự bật nguồn.
6.10 Để tránh bắt lửa hoặc khói do quá tải của động cơ, v.v., các thiết bị giớihạn dịng điện thích hợp như CB phải được lắp đặt vào mạch cấp điện. 6.11 Sử dụng dây, đầu nối, thiết bị đầu cuối, v.v., với dòng điện định mức bằnghoặc cao hơn dòng điện tối đa dự tính.
<b>7. Đội thi đấu </b>
7.1 Một đội sẽ bao gồm 3 thành viên thi đấu là các bạn sinh viên và một chỉ đạoviên của cùng một trường đại học/ cao đẳng/ trung cấp nghề.
7.2 Ngoài 3 thành viên thi đấu, mỗi đội có thể đăng ký thêm 3 thành viên hỗ trợ.Các thành viên hỗ trợ là sinh viên của cùng một trường đại học/cao đẳng/trungcấp nghề. Những thành viên này có thể hỗ trợ tại khu vực kỹ thuật, vận chuyểnrobot từ khu vực kỹ thuật đến sân thi đấu.
7.3 Sinh viên đã tốt nghiệp không được tham gia cuộc thi.
<b>8. Điều khoản khác </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">8.1 Các tình huống khơng được đề cập trong Luật thi đấu này, các đội phải tuântheo quyết định của Ban tổ chức và trọng tài.
8.2 Kích thước, khối lượng… của sân thi đấu được mơ tả trong Luật thi đấu nàycó sai số trong khoảng ± 5% trừ khi có quy định khác. Tuy nhiên, kích thước vàtrọng lượng của các robot trong luật thi là tối đa và không được vượt quá. 8.3 Tất cả các câu hỏi xin gửi về địa chỉ email chính thức của cuộc thi RoboconViệt Nam 2023 Phần FAQ và những thay đổi về luật thi đấutrong nước sẽ được cung cấp trên website .
<small>1.1 </small><b>Các bài toán cơ bản của robot di động.</b>
Các robot di động kiểu bánh xe được trang bị các phần tử chấp hành, các cảm biến, một máy tính on-board, … để nó có khả năng di chuyển tự động thơng minh mà không cần sự tác động từ con người. Nghiên cứu về robot di động được chia ra làm 4 bài tốn chính: thiết kế quỹ đạo, điều khiển chuyển động, định vị, và truyền thơng. Chúng có thể được mơ tả như Hình 1.14.
<b>HÌNH 1.14: Các bài tốn nghiên cứu trong lĩnh vực robot di động</b>
Bài toán định vị là bài toán phối kết hợp các cảm biến để ước lượng vị trí, hướng, vận tốc, và gia tốc của robot di động trong thời gian thực.
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">Bài tốn truyền thơng là bài tốn thiết lập kênh giao tiếp giữa robot di động này với Robot di động khác hoặc giữa robot di động với các thiết bị khác trong môi trường hoạt động.
Thiết kế quỹ đạo là một bài toán quan trọng trong lĩnh vực robot di động, đặc biệt trong mơi trường có nhiều vật cản. Trong bài tốn này, bộ điều khiển cần tìm ra một quỹ đạo tối ưu để robot di động đi từ điểm xuất phát đến điểm đích mà khơng có va chạm với bất kỳ vật cản nào. Hơn nữa, khi một robot di động chạy theo các quỹ đạo được xây dựng từ trước một cách lặp đi lặp lại, tìm kiếm quỹ đạo phù hợp nhất cũng ảnh hưởng tới tính hiệu quả và chi phí năng lượng của nó, đặc biệt là các xe nông nghiệp. Bởi vậy, thiết kế quỹ đạo có thể được xem như một dạng của bài tốn tối ưu trong điều kiện có các ràng buộc nhất định như tránh vật cản... Bài toán thiết kế quỹ đạo có thể được chia làm hai lớp: thiết kế quỹ đạo toàn cục và thiết kế quỹ đạo cục bộ. Trong thiết kế quỹ đạo toàncục, toàn bộ thông tin về môi trường hoạt động của robot di động đều được biết, bởi vậy quỹ đạo được thiết kế tĩnh từ trước và mơi trường khơng có sự thay đổi theo thời gian. Trong khi đó, trong thiết kế quỹ đạo cục bộ, chỉ một phần thông tin về mơi trường được biết hoặc khơng có chút thơng tin nào về môi trường. Trong phương pháp thiết kế quỹ đạo cục bộ, quỹ đạo luôn được thiết kế động dựa theo thông tin cảm biến về các vật cản được thu thập online. Bởi vậy, phương pháp thiết kế quỹ đạo cục bộ là phù hợp hơn và có ý nghĩa thực tiễn hơnphương pháp tồn cục, bởi vì mơi trường thường thay đổi theo thời gian và rất khó để được mơ tả chính xác từ trước.
Sau khi quỹ đạo được thiết kế, bài toán điều khiển chuyển động được chú ý đến để làm sao cho robot phải bám theo quỹ đạo vừa được thiết kế. Bài toán thiết kế quỹ đạo kết hợp với bài toán điều khiển chuyển động được gọi là bài toán navigation.
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">Bài toán điều khiển chuyển động cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực robot di động, bởi vì hiệu năng của các luật điều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của các ứng dụng rô bốt di động trong sản xuất và đời sống.
<small>1.2 </small><b>Kết luận chương 1.</b>
Nhận thấy xu hướng phát triển ngày càng mạnh của robot di động, với nhiều ứng dụng trong thực tiễn và việc nghiên cứu phát triển robot di động trở nên rất phổ biến. Đối với robot di động cần phải giải quyết nhiều bài toán và bài toán điều khiển chuyển động cho robot di động có ý nghĩa cả trong thực tiễn ứng dụng lẫn trong lý thuyết điều khiển học. Mục tiêu chuyên đề là điều khiển cơ cấu robot di chuyển đến vị trí đích bằng các phương pháp điều khiển được thiết kế như điều khiển phản hồi tuyến tính, điều khiển logic mờ, điều khiển PID và điều khiển thích nghi. Sau đó, áp dụng vào mơ hình thực tế là robot di động, bảođảm robot di động có thể di chuyển chính xác và đáng tin cậy đến vị trí đích.
</div>
