Thiết kế robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN DUY UY

THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

S KC 0 0 3 9 5 1

Tp. Hồ Chí Minh, 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

----------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN DUY UY

THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ
SỬ DUN
̣ G NĂNG LƯƠN
̣ G MĂT
̣ TRỜI

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

TP. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

----------

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN DUY UY

THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204
Hướng dẫn khoa học:
TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

TP. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên:

Nguyễn Duy Uy

Ngày, tháng, năm sinh: 06 – 10 – 1985
Quê quán:

Hải Hƣng

Giới tính:

Nam

Nơi sinh:

Hải Hƣng

Dân tộc:

Kinh

Địa chỉ liên lạc: 30/4, Châu Văn Liêm, Tổ 2, KP4, P. Xuân Thanh, Thị xã Long
Khánh, tỉnh Đồng Nai
Điện thoại riêng:

0982.37.65.47

E-mail:



II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo: 10/2005 – 10/2010

Chính quy

Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy
Tên luận văn tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo máy bóc vỏ hạt cà phê
Bảo vệ luận án tốt nghiệp: Năm 2010
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Trần Ngọc Hào

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Nơi công tác

Thời gian
03/2010 – 06/2011
07/2011 – đến nay

Công ty Lilama 45.4 Jsc
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật
Tp.HCM

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

Công việc đảm nhiệm
Kỹ sƣ giám sát
Học viên

HVTH: NGUYỄN DUY UY
i


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực.Ngoài các phần tham khảo từ
tài liệu, các phần bản thân tự nghiên cứu chƣa từng ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.

Tp.Hồ Chí Minh, ngày… tháng 04 năm 2013

NGUYỄN DUY UY

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
ii


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân:
Tiến sĩ HUỲNH NGUYỄN HOÀNG đã tận tình giảng dạy, hƣớng dẫn khoa học
và giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và
hoàn thành luận văn.
Quý Thầy Cô ở Phòng đào tạo và tất cả quý Thầy Cô ở Khoa Cơ Khí Chế Tạo
Máy, Khoa Điện, quý Thầy Cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập tại Trƣờng Đại
học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM.
Gia đình, các anh em, các bạn học viên cùng lớp và những ngƣời thân đã giúp
đỡ, đóng góp ý kiến, động viên tôi trong suốt thời gian học tập.
Trân trọng!

Tp.Hồ Chí Minh, ngày… tháng 04 năm 2013

NGUYỄN DUY UY

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
iii


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn thiết kế robot vệ sinh mặt hồ sử dụng năng lƣợng mặt trời. Robot đƣợc
thiết kế nhằm thực thi công việc vệ sinh mặt hồ bơi, hệ thống chấp hành của robot
gồm guồng gạt thu rác, guồng gạt đẩy nƣớc, bánh xe và chân vịt để chuyển hƣớng
robot, pin Mặt Trời nhƣng đều có chung hệ thống điều khiển. Robot chủ yếuhoạt động
ở các bể bơi gia đình, khách sạn, bể bơi dịch vụ công cộng,…Với kích thƣớc bể bơi
đƣợc sắp xếp và bố trí theo sơ đồ thiết kế. Robot di chuyển trên mặt nƣớc nhờ hai đế
phao, guồng gạt phía trƣớc có tác dụng thu gom rác và kéo robot di chuyển, guồng gạt
phía sau có tác dụng chính là đẩy robot di chuyển nhƣng đồng thời cũng giúp robot
không bị kẹt rác, 4 góc robot đƣợc bố trí 4 bánh xe nhằm chống va đập thân robot vào
thành bể bơi, trong đó 2 bánh trƣớc quay để chuyển hƣớng robot khi đi vào góc của bể
bơi.Phía sau robot đƣợc lắp đặt hệ thống bánh láiđể chuyển hƣớng robot.Phía trƣớc
robot đƣợc đặt cảm biến quang nhằm phát hiện vật có kích thƣớc lớn.Phía trên thân
robot có đặt cảm biến quang trở để robot nhận biết ban ngày - đêm và điều này giúp
robot chọn chế độ hoạt động khi làm việc. Tấm pin Mặt Trời đƣợc đặt trên thân robot
nhằm cung cấp năng nƣợng cho robot hoạt động.Ngoài ra, chúng ta có thể dùng bộ
điều khiển từ xa để điều khiển robot thông qua kết nối không dây bằng sóng RF.
Ứng dụng vi điều khiển PIC 18F4431 làm bộ xử lý trung tâm để điều khiển các
hoạt động của robot. Lập trình điều khiển robot bằng ngô ngữ C với trình biên dịch
PIC C Compiler.Kiểm tra kết quả thực nghiệm robot thực hiện công việc đạt đƣợc các
yêu cầu đặt ra.

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
iv


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

ABSTRACT
Dissertation on designing robotic pool cleaner using the solar power. Robotic is
designed to carry out the work pool cleaning, system of robotic includes front
paddlewheel, rear paddlewheel, bumper wheels, screw propeller, solar panels but
share of control system. Robotic primarily operates in homes, hotels, public pools, etc.
with dimension pool is sorted and arranged according to the diagram designer.
Robotic moves on surface water by float; Front paddlewheel collect leaves, dust,
pollen, etc. and propulsion; Rear paddlewheel of robotic is for propulsion and help the
unit the reverse to back away from the obstacle; 4 corners of robotic is placed 4
bumper wheels, thing is going to follow the edge of the pool, any time the unit
collides with a wall of the pool and they are particularly good at casing the vessle to
do a hard right or a hard left turn each time it encounters a wall of the pool, casing the
vessle to quickly maneuver out of corners and around obstacles.Behind the robotic is
placed a screw propeller to change way of the unit. In front of the robotic is placed an
optical sensor to detect the things large. Top site of the unit is placed a resistance
optical detector to identify light or dark and the thing help it to choose mode when the
unit works. The solar panels are placed on top site of the robotic is feeding source
power to the unit. Also, we can use the remote to control the robotic via wireless
connection using RF waves.
PIC 18F4431 microcontroller applications central processor to control the
operation of the robotic.Robotic controller programming in C language with the PIC C
compiler. The experimental results robots do the work to achieve the requirements set

out.

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
v


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

ii

Lời cảm ơn

iii

Tóm tắt luận văn

iv

Mục lục

vi

Danh sách các hình

x

Danh sách các bảng

xiii

Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài
nƣớc đã công bố ....................................................................................................... 1
1.1.1.Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu ............................................... 1
1.1.2.Phân loại robot........................................................................................ 2
1.1.3.Một số dạng điều khiển .......................................................................... 5
1.1.4.Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố ...................... 5
1.2.Mục tiêu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu của đề tài ................................... 11
1.3.Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 11
1.4.Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 12

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
vi

THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.Điều kiện ổn định của vật nổi trong chất lỏng ................................................... 13
2.1.1.Định luật Archimede .............................................................................. 13
2.1.2.Điều kiễn ổn định của vật rắn ngập trong chất lỏng.............................. 13
2.2 Thiết kế các cơ cấu thu gom rác......................................................................... 14
2.2.1 Các nguyên lý thu gom rác ..................................................................... 14
2.2.2 Lực tác động lên vật ngập trong chất lỏng chuyển động ....................... 17
2.2.3.Mô hình động học................................................................................... 19
2.3. Pin mă ̣t trời ........................................................................................................ 20
2.3.1.Cấ u ta ̣o và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời ................................... 20
2.3.2. Các đặc trƣng của pin Mặt Trời ............................................................. 20
2.4. Vi điều khiển ..................................................................................................... 24
2.4.1.Giới thiệu về vi điều khiển PIC 18F4431............................................... 24
2.4.2 Chức năng của từng chân ....................................................................... 25
2.4.3 Ngắt (interrupts) ..................................................................................... 27
2.5 Lý thuyết về phần mềm – chƣờng trình điều khiển robot .................................. 27
2.5.1 Các khâu chính trong quá trình hoạt động của robot ............................. 27
2.5.2 Phƣơng pháp điều khiển ......................................................................... 28
Chƣơng 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT
3.1 Thiết kế cơ khí.................................................................................................... 31
3.1.1 Đế phao di chuyển .................................................................................. 32
3.1.2 Áp lực thủy tĩnh lên thành phẳng của phao robot và chuyển động ma sát
tấm đế phẳng của thân robot .................................................................................... 33
3.1.3 Cơ cấu thu rác của Robot ....................................................................... 35
3.1.4 Tính toán công suất của guồng cánh gạt ................................................ 36
GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
vii


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

3.1.5 Tính toán lực tác động lên bánh lái và moment của trục bánh lái.......... 41
3.1.6 Phần điều hƣớng bánh lái của robot sử dụng vitme – đai ốc ................. 44
3.1.7 Bộ phận đổi hƣớng và chống va chạm của robot sử dụng bánh xe cao su
.................................................................................................................................. 49
3.2 Thiết kế bộ điều khiển và lập trình cho robot .................................................... 50
3.2.1 phần cứng ............................................................................................... 50
3.2.2 Lập trình điều khiển robot ...................................................................... 61
3.3 Tính toán diện tích pin mặt trời và khả năng tích trữ của acquy ....................... 64
3.3.1 Diện tích pin Mă ̣t Trời ............................................................................ 64
3.3.2 Khả năng tích trữ của Acquy .................................................................. 65
3.3.3 Sơ đồ hệ thống pin Mặt Trời .................................................................. 65
Chƣơng 4: KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
4.1 Kết cấu cơ khí .................................................................................................... 66
4.1.1 Đế phao di chuyển .................................................................................. 66
4.1.2 Guồng cánh gạt thu rác ........................................................................... 66
4.1.3 Guồng cánh gạt đẩy nƣớc ....................................................................... 67
4.1.4 Bánh lái ................................................................................................... 68
4.1.5 Bánh xe chuyển hƣớng ........................................................................... 68
4.1.6 Khay chứa rác ......................................................................................... 69
4.2 Mạch điều khiển sử dụng trong robot ................................................................ 70
4.2.1 Mạch điều khiển robot ............................................................................ 70
4.2.2 Khối cách ly và động lực ........................................................................ 70
4.2.3 Cảm biến IR............................................................................................ 70
4.2.4 Cảm biến quang trở ................................................................................ 71

4.2.5 Bộ điều khiển RF .................................................................................... 72
GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
viii


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

4.3 Các bƣớc tiến hành thực nghiệm........................................................................ 73
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết luận .............................................................................................................. 76
5.2 Hƣớng phát triển cho tƣơng lai .......................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 78
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 79

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
ix


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1 – Robot hình ngƣời và hình dáng động vật

2

Hình 1.2 – Robot trên không

3

Hình 1.3 – Robot dƣới nƣớc

3

Hình 1.4 – Robot di chuyển bằng dạng bánh xích hoặc bánh đa hƣớng

4

Hình 1.5 - Robot làm sạch hồ bơi

5

Hình 1.6 - Mô hình máy dọn rác trên mặt nƣớc

6

Hình 1.7 - iRobot Verro 500 PowerScrub

7

Hình 1.8 - Swimming pool cleaning robots – Surrey

7

Hình 1.9 - Solar Breeze Robot

8

Hình 1.10 - Bể bơi dịch vụ-gia đình

9

Hình 2.1 – Các trạng thái của vật trong chất lỏng

13

Hình 2.2 – Vị trí tâm đẩy Archimede và tâm khối của vật

14

Hình 2.3 - Cơ cấu gom rác theo nguyên lý nhặt rác

15

Hình 2.4 - Cơ cấu gom rác theo nguyên lý cào rác

16

Hình 2.5 - Cơ cấu gom rác theo nguyên lý
sàng cát để tách rác và đƣa vào thùng chứa

17

Hình 2.6 – sơ đồ lực tác dụng lên vật ngập trong chất lỏng

17

Hình 2.7 – Mô hình động học

19

Hình 2.8 – Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của pin Mă ̣t Trời

20

Hình 2.9 - Sơ đồ tƣơng đƣơng của pin Mă ̣t Trời (a)
và đƣờng đặc trƣng sáng của pin Mặt Trời (b)

21

Hình 2.10 - Sơ đồ khố i hê ̣ nguồ n pin Mă ̣t Trời đơn giản

23

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
x


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hình 2.11 - Sơ đồ chức năng chân của PIC 18F4431

25

Hình 2.12 - Sơ đồ cấu trúc hoạt động của robot

28

Hình 2.13 - Điều khiển chu kỳ xung PWM

29

Hình 3.1 – Không gian làm việc của Robot

31

Hình 3.2 - Sơ đồ lực tác dụng lên đế phao robot

32

Hình 3.3 - Sơ đồ lực tác động lên thân trƣớc robot

33

Hình 3.4 – chuyển động masát tấm đế và thành bên robot

34

Hình 3.5- Cơ cấu thu rác của Robot

35

Hình 3.6 – Đế phao của robot

35

Hình 3.7 – Sơ đồ lực tác dụng lên bánh lái

41

Hình 3.8 - Đồ thị xác định các hệ số lực và moment thủy động trên bánh lái

42

Hình 3.9 – Cơ cấu điều hƣớng bánh lái của robot

44

Hình 3.10 – Bánh xe chuyển hƣớng và chống va chạm của robot

48

Hình 3.11 – Khay chứa rác

49

Hình 3.12 – Mô hình thiết kế robot đã đƣợc lắp ráp

49

Hình 3.13 - Sơ đồ khối hoạt động của robot

50

Hình 3.14 – Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển chính PIC18F4431

51

Hình 3.15 – Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển PIC16F887

52

(vi điều khiển phát tín hiệu)
Hình 3.16 – Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển PIC16F887

53

( vi điều khiển nhận tín hiệu)
Hình 3.17 – Sơ đồ nguyên lý mạch kiểm tra dòng áp

54

Hình 3.18 – Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị đèn báo trên bảng điều khiển

54

Hình 3.19 – Sơ đồ nguyên lý mạch đèn báo trạng thái

54

Hình 3.20 - Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của robot

55

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
xi


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hình 3.21 – Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát cảm biến IR loại 1

56

Hình 3.22 – Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát cảm biến IR loại 2

56

Hình 3.23 – Sơ đồ nguyên lý mạch phát hiện vật cản

57

Hình 3.24 – Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến quang trở

57

Hình 3.25 – Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát nRF24L01+

58

Hình 3.26 – Sơ đồ khối của nRF24L01+

59

Hình 3.27 – Sơ đồ chân nRF24L01+

60

Hình 3.28 – Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình chính

61

Hình 3.29 – Sơ đồ khối hệ thống pin Mặt Trời

65

Hình 4.1 – Guồng cánh gạt thu rác

67

Hình 4.2 – guồng cánh gạt đẩy nƣớc

67

Hình 4.3 – Cơ cấu bánh lái

68

Hình 4.4 – Bánh xe chuyển hƣớng

69

Hình 4.5 - Khay chứa rác

69

Hình 4.6 – Mạch điều khiển của robot

70

Hình 4.7 – Cảm biến IR (hồng ngoại)

71

Hình 4.8 – Cảm biến quang trở

71

Hình 4.9 – Bộ thu – phát RF

72

Hình 4.10 – Pin Mặt Trời

72

Hình 4.11 – Các bƣớc thực hiện thu gom rác của robot

74

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
xii


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1 - Bảng tính lực tác động lên bánh lái và moment của trục bánh lái ......... 43

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
xiii


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc đã công bố:
1.1.1.Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu

Robot đã có những bước tiến đáng kể hơn nửa thế kỷ qua. Robot đầu tiên được
ứng dụng trong ngành công nghiệp vào những năm 60 để thay thế con người làm các
công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại. Do nhu cầu cần hòa nhập
ngày càng nhiều với quá trình sản xuất phức tạp nên robot cần có những khả năng
thích ứng linh hoạt và thông minh hơn. Ngày nay, ngoài những ứng dụng trong chế
tạo máy thì các ứng dụng trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây
dựng, an ninh quốc phòng và gia đình có nhu cầu gia tăng là động lực cho các robot
địa hình và robot dịch vụ phát triển.
Hình dạng robot đầu tiên xuất hiện ở Mỹ, là loại robot tay máy chép hình dùng
trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 thế kỷ trước, bên cạnh
các tay máy chép hình cơ khí, các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là
thiếu sự di động. Các tay máy cố định chỉ hoạt động trong một không gian bị giới hạn
quanh vị trí của nó. Ngược lại, mobile robot là loại robot di động có thể di chuyển từ
không gian này tới không gian khác một cách độc lập hay có điều khiển từ xa, do đó
tạo nên không gian hoạt động linh hoạt và lớn hơn.
Mặc dù về cấu trúc của các loại robot có khác nhau nhưng các nghiên cứu hiện
nay đều hướng về các ứng dụng dịch vụ và hoạt động của robot trong các môi trường
tự nhiên. Với sự phát triển của xã hội và quá trình hiện đại hóa ở các nước phát triển
thì nhiều dịch vụ mới được hình thành làm thay đổi quan điểm về robot từ robot phục
vụ công nghiệp sang robot phục vụ cho các nhu cầu xã hội và nhu cầu cá nhân của con
người.

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
1


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

1.1.2.Phân loại robot
Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản nhất của
robot để giúp cho việc phân loại chúng được dễ dàng. Có 4 yếu tố chính để phân loại
robot như sau:
Theo hình dạng hình học của không gian hoạt động, theo thế hệ robot, theo bộ
điều khiển, theo nguồn dẫn động. Tuy nhiên trong giới hạn của đề tài này chỉ đề cập
đến lĩnh vực nghiên cứu là robot di động dùng trong phục vụ. Robot di động là một hệ
robot có khả năng thực hiện các nhiệm vụ ở nhiều vị trí khác nhau với khả năng dịch
chuyển bằng bánh xe, xích hay bằng chân phụ thuộc vào địa hình. Đối với robot di
chuyển trên nước, dưới nước hay trên không ta cần có động cơ cánh quạt, guồng cánh
gạt, chân vịt hay động cơ phản lực để tạo chuyển động cho robot. Khả năng di động
làm robot có nhiều ứng dụng và đòi hỏi phải giải quyết nhiều vấn đề mới. Một trong
những vấn đề chung cần nghiên cứu ở các loại robot di động là khả năng xác định
phương hướng của robot.
Robot di động có thể phân loại bằng các cách:
 Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển:
 Robot ngoài trời và robot trong nhà. Thông thường, chúng được lắp bánh
xe, nhưng cũng có loại robot có chân (gồm 2 hoặc nhiều chân) như robot
hình người, robot hình dạng động vật hoặc côn trùng.

Hình 1.1 – Robot hình người và hình dáng động vật

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
2


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

 Robot trên không thường dùng cho các phương tiện trên không, phương
tiện không người lái.

Hình 1.2 – Robot trên không
 Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoạt động dưới nước, chúng
hoạt động độc lập.

Hình 1.3 – Robot dưới nước
 Phân loại theo phương pháp di chuyển:
 Robot có chân, chân giống người hay chân giống động vật.
- Ưu điểm lớn nhất của loại robot này là có thể thích nghi và di chuyển
trên các địa hình gồ ghề. Hơn nữa chúng còn có thể đí qua những vật cản
như hố, vết nứt sâu một cách dễ dàng.
- Nhược điểm chính của loại robot này chính là chế tạo quá phức tạp.
Chân robot là kết cấu nhiều bậc tự do, đây là nguyên nhân làm tăng trọng
lượng của robot, đồng thời giảm tốc độ di chuyển. Các kỹ năng như cầm,
nắm hay nâng tải cũng là nguyên nhân làm giảm tốc độ cứng vững của
robot. Robot loại này càng linh hoạt thì chi phí chế tạo càng cao.

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
3


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

 Robot di chuyển bằng bánh xe.

Hình 1.4 – Robot di chuyển bằng dạng bánh xích hoặc bánh đa hướng

Bánh xe là cơ cấu chuyển động được sử dụng rộng rãi nhất trong công
nghệ robot tự hành. Các loại bánh xe có bản:
+ Bánh xe tiêu chuẩn: 2 bậc tự do, có thể quay quanh trục bánh xe và
điểm tiếp xúc.
+ Bánh lái: 2 bậc tự do, có thể quay xung quanh khớp lái.
+ Bánh Sweddish: 3 bậc tự do, có thể quay đồng thời xung quanh trục
bánh xe, trục lăn và điểm tiếp xúc.
 Robot di chuyển bằng bánh xe kiểu guồng gạt nước và hệ thống chân vịt.
Loại bánh xe này dùng cho robot di chuyển trên mặt nước và được
điều hướng bằng hệ thống chân vịt, khi di chuyển trên nước thì việc điều
khiển rất khó chính xác do lực quán tính.
 Robot di chuyển bằng bánh xích.
Loại robot này chuyển động bằng các bánh có lắp xích như xe tăng,
rất phù hợp khi di chuyển các địa hình phức tạp. Để đổi hướng nó có thể
thay đổi tốc độ quay của 2 bánh xích chủ động. Tuy nhiên, do chuyển
động bằng xích khi đổi hướng sẽ xảy ra hiện tượng trượt, do đó khó điều
khiển chính xác. Một số vấn đề nữa là loại robot này rất dễ làm hỏng bề
mặt của nền, đặc biệt là khi chuyển hướng.

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
4


THIẾT KẾ ROBOT VỆ SINH MẶT HỒ SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

1.1.3.Một số dạng điều khiển
Robot điều khiển từ xa bằng tay với các bộ phận có cần điều khiển hoặc những
thiết bị điều khiển khác. Thiết bị điều khiển có thể được gắn trực tiếp vào trong robot.

Robot điều khiểu từ xa tự bảo vệ có khả năng phát hiện và tránh những chướng
ngại vật nhưng điều khiển cũng giống như robot điều khiển từ xa bằng tay. Có rất ít
robot chỉ dùng đơn lẻ bộ điều khiển từ xa tự bảo vệ.
Một vài robot tự động đầu tiên là những robot theo lộ trình. Chúng có thể theo
những đường sơn khắc trên sàn, trần nhà,… Đa số robot này hoạt động theo một thuật
toán đơn giản là giữ lộ trình trong bộ xử lý trung tâm, chúng không thể đi vòng qua
các trướng ngại vật, chúng chỉ dừng lại khi có vật nào đó cản đường chúng. Rất nhiều
mẫu của loại robot này vẫn được bày bán bởi FMC, EGEMIN, HK system,…
Robot hoạt động độc lập với những chuyển động ngẫu nhiên, về cơ bản đó là
những chuyển động như nhảy bật lên tường, những bức tường này được cảm nhận do
sự cản trở về mặt vật lý như máy hút bụi Roomba, hoặc với bộ cảm biến điện tử như
máy cắt cỏ Friendly Robotic.
1.1.4.Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố
Trong đề tài chỉ tập trung nghiên cứu robot vệ sinh bể bơi nên trong phần này chỉ
giới thiệu các nghiên cứu có liên quan đến robot vệ sinh bể bơi.
 Một số nghiên cứu ở trong nƣớc:
-Robot vệ sinh đáy hồ:

Hình 1.5 - Robot làm sạch hồ bơi

GVHD: TS. HUỲNH NGUYỄN HOÀNG

HVTH: NGUYỄN DUY UY
5