sinh viên nghiên cứu khoa học. đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT THĂM DÒ ĐỊA HÌNH VÀ VẼ BẢN ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH

Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT THĂM DÒ ĐỊA HÌNH
VÀ VẼ BẢN ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH
MANUFACTURING RESEARCH TERRAIN EXPLORATION ROBOT
AND MAPPING ON COMPUTER
SVTH: Võ Văn Phi, Võ Thị Mẫn, Lê Anh Tiến
Lớp 08DT2, 08DT2, 10DT2 Khoa Điện Tử Viễn Thông,
Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

GVHD: Phạm Xuân Trung
Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Nghiên cứu chế tạo một loại robot, di chuyển được trên địa hình bằng phẳng hoặc gồ ghề
do có cấu tạo phần di chuyển bằng đai xích, có khả năng phát hiện vật cản phía trước, tính toán
đường đi tự động, sau đó gửi dữ liệu về máy tính vẽ quãng đường di chuyển được. Đây là một loại
robot chạy bằng Pin, loại có khả năng nạp điện nhiều lần. Robot dùng sóng siêu âm để tránh vật
cản, được gắn trên một servo điều khiển được góc quay, như vậy sẽ tăng độ linh hoạt. Dữ liệu sẽ
được gửi về máy tính xử lý, vẽ bản đồ robot di chuyển. CPU của robot sử dụng chip TI là
MSP430G2553, là một dòng chip tiếp kiệm năng lượng, dùng nguồn 3.3v và thiết bị dùng để thu
phát tín hiệu là KIT EZ430, giao tiếp với chip chủ và máy tính qua UART.
Từ khóa: Đai Xích; Sóng Siêu Âm; Servo; Chip; Tiếp Kiệm Năng Lượng; UART
ABSTRACT
The research to create a robot, moving on flat or rough terrain due to the moving belt chain,
capable of detecting obstacles ahead, automatically calculates the path, then send data on
computer draw distance move. Power of robot using battery which recharging multiple times. Robot
using ultrasonic to avoid obstacles, are mounted on a servo control angle, thus increasing flexibility.
Data will be sent to the processing computer, mobile robot mapping. CPU chip uses
MSP430G2553, produce of Texas Instruments, is an energy family chips, devices using 3.3v and
KIT EZ430 transmit and reciver signal, communicating with master Chip and computer by UART.
Key words: Chain Belt; ultrasound; Servo; Chip; save energy; UART

1. Đặt vấn đề
Hiện nay trên thế giới, các mẫu robot ra đời ngày càng nhiều và mang lại nhiều lợi
ích to lớn, ví dụ như Robot xử lý sự cố tràn dầu, Máy bay vận chuyển không người lái của,
Xe ôtô tự lái, ROBOT chữa cháy… Sự phát triển nhanh về kỹ thuật đòi hỏi chúng ta phải
nghiên cứu ra nhiều sản phẩm hơn nữa để theo kịp công nghệ thế giới.
Ở Việt Nam, các ROBOT phục vụ chủ yếu cho ngành công nghiệp. Các nơi như
Viện Cơ Khí chế tạo, nghiên cứu trường Đại Học, khối Quân Sự… cũng đã phát triển một
số ROBOT (ROBOT dò mìn, ROBOT vượt địa hình, ROBOT vượt sông, ROBOT chuyên
chở…) như hiệu quả mang lại chưa được nhiều và kết cấu cơ khí còn quá lớn.
Trong nghiên cứu khoa học này nhóm chúng em chế tạo mô hình ROBOT mini
thăm dò địa hình để khảo sát một số địa điểm mà con người chưa thể tiếp cận được như các
hang tối, nhỏ, các khe hẹp trong các vụ sập nhà…

1


Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013

2. Giải quyết vấn đề
Việc chế tạo một loại robot thăm dò địa hình thì cần phải đi sâu vào các yếu tố sau:
2.1. Thiết kế phần cứng gọn, nhẹ, sử dụng tiếp kiệm năng lượng, cơ cấu di chuyển phải
đảm bảo vượt được địa hình.
2.2. Robot tự động, tìm đường đi đến mục tiêu, phát hiện vật cản trước mặt.
2.3. Dữ liệu robot đưa về sẽ được hiển thị trên máy tính, xử lý rồi đưa ra cho người sử dụng
theo dõi.
2.4. Có thể lắp camera theo dõi gắn trên robot, sử dụng công nghệ định vị (GPS, cảm biến
gia tốc, la bàn số, con quay hồi chuyển…)
3. Kết quả nghiên cứu và Bình Luận
3.1. Thiết kế phần cứng và phần mềm

3.1.1. Phần Cứng
 Khung Robot

Hình 1. Mẫu robot thăm dò địa hình
Bảng 1. Xác Định Chiều Di Chuyển Robot

Khung làm bằng nhôm, các
bánh xe làm bằng nhựa, chạy bằng
đai xích có 2 động cơ 2 bên, nguồn
điều khiển 12v, tốc độ 180 vòng/phút
đi được trên sàn nhà, đât, cát, đá mịn..
chưa đi được trên đất bùn, đất đá kích
thước lớn(đường kính đá > 4cm)
 Phần Mạch Điều Khiển

Hình 2. Sơ đồ kết nối phần cứng trên Robot

Hình 3. Sơ đồ kết nối với máy tính

2


Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013

 Kit Launch Pad MSP430G2553
Chíp Sử dụng là G2553 có 20port, trong đó 14port là I/O,
Port1 (P1.0  P1.7), Port2 (P2.0  P2.5).
Các chân này sẽ điều khiển mọi hoạt động của Robot.
Trên Kit có 1 cổng giao tiếp USB, Phần mềm biên dịch
CODE chip là IAR, nạp chương trình thông qua USB,

Hình 4. Kit Launch Pad
Chân Vcc trên kit có điện áp 3.3v
 Kit EZ430_RF2500
Trên Kit có 1 con chip MSP430F2274 và 1 con chip
C2500 dùng để phát sóng RF, tần số sử dụng là 2.4 GHz.
Kit Launch Pad giao tiếp với Kit EZ430 thông qua
UART, tốc độ Baud 9600, nội dung sẽ được mã hóa thành
sóng vô tuyến gửi ra môi trường.
1 Chip khác nhận được tín hiệu, giải mã rồi truyền
lên máy tính, chuyển từ UART (RS232) sang chuẩn USB,
trên máy tính sẽ xử lý tín hiệu nhận được.

Hình 5. Kit EZ430_RF2500

 HY_SRF05
Đây là module thu phát sóng siêu âm.
Nguồn sử dụng là 3.3v lấy trên Kit Launch Pad
Hình 6. HY_SRF05
Nhiệm vụ : Đo khoảng cách từ Robot đến vật cản
Khoảng cách đo được giới hạn 5cm  50cm
Dùng chức năng Capture trên chip
MSP430G2553 đo thời gian xung tại chân
ECHO. Biết thời gian tạo xung tại chân
ECHO (t) áp dụng công thức (1)
sẽ tính được khoảng cách(S) vật cản với robot:
∗
( / )
Hình 7. Giãn đồ xung điều khiển
340m/s :vận tốc âm thanh (1)
S=

 Servo SG90
Là động cơ có góc quay được điều khiển bởi độ rộng xung,nguồn cung cấp 5v
Nhiệm vụ: Điều khiển hướng HY_SRF05 lấy khoảng cách

Hình 8. SG90_Vcc 5V

Hình 9. Giãn đồ xung điều khiển góc quay SERVO

3


Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013

 Khối Nguồn
Sử dụng Pin LIPO dòng 2200mAh,
3cell, nguồn tạo ra 11.1v.Bên cạnh đó
còn sử dụng thêm IC7805 nhằm cung cấp
điện áp 5V cho các khối khác.

Hình 10. Pin 11.1v

Hình 11. ic 7805

 Khối hiển thị
Sử dụng 2 IC dịch 74LS595 và 2 LED 7
đoạn 3 chân CPU điều khiển sẽ hiển thị khoảng
cách Robot tới vật cản.
Hình 12. Sơ đồ Mạch Hiển thị khoảng cách

 Khối điều khiển động cơ (2 khối 2 động cơ)

Dùng cặp bjt bổ phụ TIP41 và TIP42 làm
mạch cầu H, Các tín hiệu điều khiển được lấy từ
MSP430G2553 qua BJT C1815 trung gian sẽ đủ
điện áp điều khiển chiều quay động cơ.
Nguồn chạy động cơ lấy từ pin 11.1V.
Hình 13. Mạch Điều khiển Động Cơ

3.1.2. Phần mềm
 Lưu đồ thuật toán chương trình cho chip
Lưu đồ 1. MSP430G2553

Lưu đồ 2. EZ430_RF2500 trên Robot

Lưu đồ 3. EZ430_RF2500 nối PC

4


Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013

Khi cấp nguồn, chip sẽ được cài đặt các thông số hoạt động, cấu hình các chân I/O,
bộ Timer, dừng WATCHDOG TIME. Sóng siêu âm hoạt động lấy khoảng cách phía trước,
hiển thị lên 2 led 7 đoạn. Cài đặt khoảng cách nhỏ nhất giữa robot và vật cản là 15cm.
Nếu Khoảng cách lớn hơn 15cm, robot sẽ tiến tới, tiếp tục lấy khoảng cách, bộ đếm
quãng đường đi được hoạt động.Khi phát hiện vật cản, bộ đếm quãng đường đi được ngừng
hoạt động, gửi dữ liệu đó về máy tính, robot sẽ lấy khoảng cách vật cản 2 bên trái phải nó.
Bên nào có khoảng cách vật cản lớn, robot sẽ chọn đi hướng đó,gửi dữ liệu lên máy tính
báo hướng đi robot. Khi khoảng cách vật cản 2 bên robot quá bé so với thông số cài đặt,
robot sẽ đi lùi.Rồi tiếp tục lấy khoảng cách vật cản 2 bên cho đến khi tìm được đường đi
phù hợp. Dữ liệu từ hướng đi và quãng đường đi được được gửi về máy tính vẽ bản đồ.

 Chương trình giao tiếp với máy tính

Hình 14. Cài đặt các thông số

Hình 15. Kết Nối Với Cổng COM thành công

 Chương trình vẽ bản đồ trên máy tính

Hình 16. Chương trình vẽ bản đồ trên PC

Hình 17. Chương trình vẽ bản đồ trên Mobile

3.2. Đánh giá hoạt động của Robot trên một số địa hình
Bảng 2. Đánh Giá hoạt động của Robot trên các địa hình khác nhau

Đất bằng
Tốc độ trung bình
(có giảm theo dung lượng pin)
Thời gian Pin
Đo khoảng cách chính xác
Mang vật nặng tối đa
(mức an toàn)

0.4 m/s

Cát
(độ nhấp nhô <35 0)
0.25 m/s

Đất đá mịn

(đường kính đá < 2cm)
0.36 m/s

27~33 phút
90%
<400g

15~20 phút
55%
<350g

22~30 phút
65%
<300g

5


Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013

4. Kết Luận Đề Tài
4.1. Ưu Điểm
_Thiết kế được mẫu robot vượt được địa hình.
_Robot hoạt động tránh được vật cản và tính toán được đường đi.
_Robot gửi được dữ liệu về máy tính.
_Phần mềm thu nhận được dữ liệu thu được từ Robot.
4.2. Nhược Điểm
_Dễ bị nhiễu tác động làm cho đo khoảng cách sai, đường đi gửi về không chính xác.
_Giao diện bản đồ chưa được thân thiện.
_Hoạt động robot cần linh hoạt hơn nữa trong vùng không gian rộng.

_Bánh xích làm bằng nhựa nên đi trên đường đá hiệu suất chưa cao, dễ bị đứt.
4.3. Hướng phát triển
_Có camera gắn trên robot để quang sát được đường đi.
_Sử dụng công nghệ định vị GPS, la bàn số, động cơ dùng encoder để tăng độ chính xác
khi vẽ bản đồ.
_Robot mắc thêm Pin mặt trời để tận dụng được nguồn năng lượng có sẵn, các mạch điện
được bao bọc che chắn để không bị điều khiện môi trường như mưa, cát… phá hỏng mạch.
_Sử dụng xích và bánh xe bằng kim loại để tăng độ bền vững.
5. Các thông tin khác
Họ và tên : Võ Văn Phi ; Địa chỉ : 198 Nguyễn Sinh Cung – Thành Phố Huế
Số Điện Thoại: 01683750542
Email :
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] David Cook (Jan 6, 2010), Robot Building for Beginners, Technology in Action
Address: Springer-Verlag NewYork, In, 233 Spring Street, 6th Floor, NewYork
Phone 1-800-SPRINGER, Fax: 201-348-4505, Email:
[2] Michael Margolis (Oct 23, 2012), Make an Arduino-Controlled Robot,
Make Projects. />[3] Anders Hejlsberg , Mads Torgersen, Scott Wiltamuth, Peter Golde (12-2010)
The C# Programming Language (Covering C# 4.0) (4th Edition)
Microsoft Windows Development Series U.S Corporate and Government Sales
(800) 382-3419
[4] Charles Platt (11, 2009)Make: Electronics (Learning by Discovery)
Make Media 1005 Gravenstein Highway North, Sebastopol, CA 95472, USA
Phone: 800-998-9938 Email:
[5] John H. Davies (September 4, 2008 ) MSP430 Microcontroller Basics
Permissions may be sought directly from Elsevier’s Science & Technology
Rights Department in Oxford UK: phone: (+44) 1865 843830, fax: (+44) 1865 853333,
E-mail:
[6] Texas Instruments (2010) TI Educational Products - MSP-EXP430G2 LaunchPad

6