ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN

Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử ngày nay, vi điều khiển đang dần
chiếm ưu thế về số lượng các ứng dụng của nó trên nhiều thiết bị dân dụng cũng như
chuyên dụng. Ngoài ra, vi điều khiển cũng được phổ biến trong lĩnh vực đo lường điều
khiển, .. vv
Trên cơ sở những kiến thức đã học. Chúng em quyết định chọn, thiết kế và thi công
đề tài: “ Thiết kế và thi công Robot tự hành tránh vật cản ” dùng arduino để hiểu rõ hơn
cũng như các ứng dụng thực tiễn của nó trong tương lai. Do kiến thức còn hạn hẹp và lần
đầu thiết kế. Mặc dù đã cố gắng khắc phục những khuyết điểm, nhưng chúng em không
thể tránh khỏi sai sót và nhiều hạn chế. Tập thể nhóm chúng em mong nhận được sự góp
ý từ các thầy cô để chúng em khắc phục sai sót mắc phải trong đồ án tốt nghiệp sau này.
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cám ơn thầy Ths.Vũ Đức Vương và các thầy cô
bộ môn cơ điện tử đã giúp chúng em thiết kế và hoàn thành đề tài.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN........................1
1.1 Tổng quan về Robot tự hành tránh vật cản................................................................1
1.1.1 Tình hình phát triển.............................................................................................1
1.1.2 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế................................................................2
1.1.3 Ưu, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản.................................................2
1.1.4 Ứng dụng của robot tự hành................................................................................3
1.2 Thông số kỹ thuật cần đạt được.................................................................................5
1.3 Thông số kỹ thuật và mô hình chức năng..................................................................5
1.4 Kết luận..................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ..................................................................7
2.1 Thiết kế sơ bộ hệ thống cơ khí và lựa chọn các bộ truyền cơ khí..............................7
2.1.1 Tính toán động cơ................................................................................................7
2.1.2 Mô hình đơn giản của xe tự hành........................................................................7
2.1.3 Tính chọn công suất động cơ...............................................................................7

2.1.4 Chọn các thiết bị đi kèm......................................................................................9
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

2.2 Thiết kế các chi tiết cơ khí.......................................................................................10
2.3 Kết Luận.................................................................................................................. 14
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ.................................................15
3.1. Chọn phương án thiết kế.........................................................................................15
3.2. Lựa chọn linh kiện..................................................................................................15
3.3 Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................................21
3.4 Kết luận................................................................................................................... 21
CHƯƠNG 4 THI CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM..................................................22
4.1 Thi công sản phẩm..................................................................................................22
4.2 Sản phẩm hoàn chỉnh...............................................................................................22
ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM.................................................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................24
PHỤ LỤC...................................................................................................................... 25

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật khách hàng đưa ra.
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật đặt ra.
Bảng 2.1 Tổng hợp nguyên vật liệu cơ khí
Bảng 3.1 Tổng hợp nguyên vật liệu điện, điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Robot tự hành trong nhà máy
Hình 1.2 Robot tự hành trong siêu thị
Hình 1.3 Robot tự hành Gita tự chạy theo chủ nhân
Hình 1.4 Robot mang theo các thiết bị trong lĩnh vực khoa học vũ trụ
Hình 1.5 Hình ảnh minh họa robot đưa thức ăn
Hình 2.1 Mô hình xe tự hành
Hình 2.2 Động cơ giảm tốc GA 37
Hình 2.3 Bánh xe V7
Hình 2.4 Bánh xe dẫn hướng
Hình 2.5 Tấm thân xe
Hình 2.6 Sơ bộ tổng thể hệ thống cơ khí
Hình 2.7 Hình ảnh bóc tách các chi tiết
Hình 3.1 Sơ đồ khối
Hình 3.2 Hình ảnh về mạch vi xử lý Arduino uno R3
Hình 3.3 Cảm biến siêu âm SRF05
Hình 3.4 Mạch cầu L298N
Hình 3.5 Mạch giảm áp LM2596
Hình 3.6 Sơ đồ chân LM2596
Hình 3.7 Pin 9v
Hình 3.8 Ắc quy 12v
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý
Hình 4.1 Hình ảnh tổng hợp các chi tiết linh kiện
Hình 4.2 Hình sản phẩm hoàn chỉnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
1.1 Tổng quan về Robot tự hành tránh vật cản
1.1.1 Tình hình phát triển
Ngày nay, Robot học đã đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất công
nghiệp. Những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác và liên tục
làm năng suất lao động tăng nhiều lần. Chúng có thể làm việc trong các môi trường độc
hại như hàn, phun sơn, các nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp các linh kiện điện tử tạo ra điện
thoại, máy tính…một công việc đòi hỏi sự tỉ mỉ, chính xác cao. Tuy nhiên những robot
này có một hạn chế chung đó là hạn chế về không gian làm việc. Không gian làm việc của
chúng bị giới hạn bởi số bậc tự do tay máy và vị trí gắn chúng. Ngược lại, các Robot tự
hành lại có khả năng hoạt động một cách linh hoạt trong các môi trường khác nhau.
Robot tự hành tránh vật cản có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà không
cần sự can thiệp của con người. Với những cảm biến, chúng có khả năng nhận biết về môi
trường xung quanh. Robot tự hành tránh vật cản ngày càng có nhiều ý nghĩa trong các
ngành công nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học và phục vụ đời sống của con
người. Với sự phát triển của ngành Robot học, robot tự hành tránh vật cản ngày càng có
khả năng hoạt động trong các môi trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh vực áp dụng mà chúng
có nhiều loại khác nhau như robot sơn, robot hàn, robot cắt cỏ, robot thám hiểm đại
dương, robot làm việc ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của yêu cầu trong thực tế,
robot tự hành tránh vật cản tiếp tục đưa ra những thách thức mới cho các nhà nghiên cứu.
Vấn đề của robot tự hành tránh vật cản là làm thế nào để robot tự hành tránh vật
cản có thể hoạt động, nhận biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn đề đầu
tiên là di chuyển, Robot tự hành tránh vật cản nên di chuyển như thế nào và cơ cấu di
chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất. Điều hướng là vấn đề cơ bản trong nghiên cứu và chế
tạo Robot tự hành tránh vật cản. Trong hiệp hội nghiên cứu về Robot tự hành tránh vật
cản có 2 hướng nghiên cứu khác nhau:
- Hướng thứ nhất là nghiên cứu về Robot tự hành tránh vật cản có khả năng điều hướng ở
tốc độ cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại robot có khả năng hoạt động ở

mối trường trong phòng cũng như môi trường bên ngoài. Loại robot này yêu cầu khả năng
tính toán đồ sộ và được trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều khiển
robot di chuyển ở tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp.
- Hướng thứ hai: nhằm giải quyết các vấn đề về các loại robot tự hành tránh vật cản chỉ
dùng để hoạt động trong môi trường trong phòng. Loại robot tự hành tránh vật cản này có
kết cấu đơn giản hơn loại trên, thực hiện những nhiệm vụ đơn giản.
Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành tránh vật cản được chia làm 2 loại: bài toán
toàn cục (global) và bài toán cục bộ (local). Ở bài toàn cục, môi trường làm việc của robot
hoàn toàn xác định, đường đi và vật cản là hoàn toàn biết trước. Ở bài toán cục bộ, môi
trường hoạt động của robot là chưa biết trước hoặc chỉ biết một phần. Các cảm biến và
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

1


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

thiết bị định vị cho phép robot xác định được vật cản, vị trí của nó trong môi trường giúp
nó đi tới được mục tiêu.
Các vấn đề gặp phải khi điều hướng cho Robot tự hành tránh vật cản thường không
giống như các loại robot khác. Để có thể điều hướng cho Robot tránh vật cản , quyết định
theo thời gian thực phải dựa vào thông tin liên tục về môi trường thông qua các cảm biến,
hoặc ở môi trường trong phòng hoặc ngoài trời, đây là điểm khác biệt lớn nhất so với kỹ
thuật lập kế hoạch ngoại tuyến. Robot tự hành tránh vật cản phải có khả năng tự quyết
định về phương thức điều hướng, định hướng chuyển động để có thể tới đích thực hiện
nhiệm vụ nhất định.
Điều hướng cho robot tự hành tránh vật cản là công việc đòi hỏi phải thực hiện
được một số khả năng khác nhau, bao gồm : khả năng di chuyển ở mức cơ bản, ví dụ như
hoạt động đi tới vị trí cho trước; khả năng phản ứng các sự kiện theo thời gian thực, ví dụ
như khi có sự xuất hiện đột ngột của vật cản; khả năng xây dựng, sử dụng và duy trì bản

đồ môi trường hoạt động; khả năng xác định vị trí của robot trong bản đồ đó; khả năng
thiết lập kế hoạch để đi tới đích hoặc tránh các tình huống không mong muốn và khả năng
thích nghi với các thay đổi của môi trường hoạt động
1.1.2 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế
Trong các nhà xưởng, người công nhân bị gò bó bởi năng suất lao động, vì vậy
robot tự hành tránh vật cản là một giải pháp nhằm cung cấp nguyên liệu từ nhà kho đến
tay người công nhân, giúp giảm nhân công, tăng năng suất. Tùy theo loại nguyên liệu có
đặc thù, khối lượng, kích thước khác nhau mà khi thiết kế người ta căn cứ vào đó và đưa
ra các yêu cầu về :
-

Kích thước

-

Khối lượng

-

Công suất

-

Tốc độ di chuyển

Trong đồ án này chúng em chủ yếu tập trung nghiên cứu và thiết kế modul chuyển
động và điều khiển robot chở nguyên liệu trong dây chuyền sản xuất, cùng với kích thước
và các thông số đều nhỏ hơn thực tế.
Kết quả của nhóm là một robot tự động có khả năng di chuyển tự do trong môi
trường có vật cản.

Đề tài thiết kế và chế tạo robot tự hành tránh vật cản chủ yếu giúp cho sinh viên
làm quen với việc sử dụng vi điều khiển, kĩ năng lập trình, phương pháp tự thập dữ liệu từ
các cảm biến sensor, điều khiển động cơ, hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống và các
mạch phụ trợ khác.
1.1.3 Ưu, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản
 Ưu điểm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

2


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

-

Không gây ô nhiễm, sử dụng bình điện, và có thể sạc

-

Sử dụng không gian hiệu quả, đa năng trong các nhà máy xí nghiệp.

-

Giá thành không quá đắt.

 Nhược điểm
-

Không thể leo bậc thang có chiều cao quá 1/2 bán kính bánh xe.

-

Thiếu tính linh hoạt và thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau.
1.1.4 Ứng dụng của robot tự hành.

-

Robot có thể làm việc trong môi trường độc hại

-

Ứng dụng của robot tự hành trong các nhà máy.

Hình 1.1 Robot tự hành trong nhà máy

-

Ứng dụng của robot tự hành trong các siêu thị.

Hình 1.2 Robot tự hành trong siêu thị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

3


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

-

Ứng dụng của robot tự hành trong lĩnh vực cuộc sống.

Hình 1.3 Robot tự hành Gita tự chạy theo chủ nhân

-

Ứng dụng của robot tự hành trong lĩnh vực khoa học vũ trụ

Hình 1.4 Robot mang theo các thiết bị trong lĩnh vực khoa học vũ trụ

-

Robot được di chuyển theo các theo vạch mầu đã được thiết kế sẵn dưới nền nhà xưởng
đển các vị trí yêu cầu thực hiện các thao tác tiếp theo

Hình 1.5 Hình ảnh minh họa robot đưa thức ăn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

4


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

1.2 Thông số kỹ thuật cần đạt được
 Yêu cầu kỹ thuật của khách hàng:
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật khách hàng đưa ra.

ST
Nội dung yêu cầu của khách hàng

Ghi chú
T
1
Tải trọng
15kg
2
Tốc độ nhỏ nhất của xe
0 m/s
3
Tốc độ lớn nhất của xe
0,5 m/s
 Yêu cầu kỹ thuật chung tự đặt ra để giải quyết các yêu cầu khách hàng đưa ra.
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật đặt ra.

ST
T
1

2
3
4
5

Nội dung đặt ra
Xác định tải trọng chính xác của xe khi có các thiết bị đi
kèm: Hình dạng xe cần thiết kế.

Ghi chú
>15kg

Đưa ra công suất cho động cơ
Thời lượng pin cho sản phẩm
Vật liệu sử dụng làm khung
Chiều dài tối thiểu của xe để lắp được các thiết bị

1.3 Thông số kỹ thuật và mô hình chức năng
Cấu trúc robot tự hành tránh vật cản:
Cấu trúc của xe gồm:
 Hai bánh xe sau được nối với hai motor truyền động cho xe.
 Hai bánh xe dẫn hướng.
 Bo mạch chủ dùng arduino để tiếp nhận tín hiệu từ sensor và phát lệnh.
 Hệ thống tránh vật dùng 3 cảm biến siêu âm.
Yêu cầu:
 Hệ thống gồm 2 khối nguồn 9v và 12v được cung cấp ổn định để có thế hoạt động trong
một khoảng thời gian cho phép tối đa là 2h đồng hồ. Khi phải thay nguồn mới hoặc nạp
năng lượng cho robot phải được thay thế nhanh chóng và dễ dàng.
 Sử dụng động cơ DC giảm tốc 12v.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

5


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

 Bộ điều khiển được gắn trực tiếp trên xe.
1.4 Kết luận
Từ sơ đồ kết nối và các thông số dự kiến ta đi xây dựng giải thuật điều khiển và
thiết kế từng module theo kết cấu đã hoạch định.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

6


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
2.1 Thiết kế sơ bộ hệ thống cơ khí và lựa chọn các bộ truyền cơ khí
2.1.1 Tính toán động cơ
 Bài toán
Thiết kế 1 xe tự hành tránh vật cản.
Xe gồm có 4 bánh trong đó có 2 bánh dẫn hướng và 2 bánh đẩy, động cơ được nối
với bánh đẩy thông qua bộ truyền bánh răng có N=50. Tổng khối lượng của xe bao gồm
m  10kg
cả động cơ, bánh xe là 1
; đường kính bánh xe là d1  100mm , đường kính trục
m  15kg .
bánh xe d 2  8mm ; xe mang theo 1 tải có khối lượng 2
1. Mô hình hóa về dạng sơ đồ đơn giản ?

k  0.0015 , hệ số ma sát của
2. Tính công suất động cơ? biết hệ số ma sát trục 1
k  0.012 , xe có thể tăng tốc từ 0 => 0.5(m/s) trong 2(s), hệ số an toàn
bánh xe với nền 2
SF=1.5, hiệu suất EF=0.8
2.1.2 Mô hình đơn giản của xe tự hành

Hình 2.1 Mô hình xe tự hành

2.1.3 Tính chọn công suất động cơ
Momen do ma sát với ổ gây ra:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

7


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

�m1  m2 � d 2
t
M ms
.g .
1  8.k1 . �
�
� 8 � 2
10  15 �
8 �10 3
�
t
M ms

8
�
0.0015
�
�
9.81
�

 1.4715 �10 3  N .m 
1
�
�
8
2
�
�
Momen do ma sát với ổ quy về trục động cơ:
dc
M ms
1 

t
M ms
1.4715 �103
1

 2.943 �105  N .m 
N
50

Momen do ma sát với nền gây ra:
�m1  m2 � d1
t
M ms
.g .
2  4.k 2 . �
�
� 4 � 2

M

t
ms 2

10  15 �
100 �10 3
�
 4 �0.012 ��
�9.81�
 0.147  N .m 
�
2
� 4 �

Momen do ma sát với nền quy về trục động cơ:
dc
M ms
2 

t
M ms
0.147
2

 2.94 �103  N .m 
N
50

Momen quán tính tải:

2

1
�d �
J t  .  m1  m2  . � 1 �
2
�2 �
2

�
1
100 �103 �
2
J t  � 10  15 ��
� 0.03125(kg.m )
2
� 2
�

Momen quán tính tải quy về trục động cơ:
J dc 

J t 0.03125

 1.25 �10 5  kg.m 2 
N2
502

Momen duy trì roto:
Chọn :

J roto  J dc  1.25 �105  kg .m 2 

Momen cần để tăng tốc:
M qt   J dc  J roto  .
w t 

Với

w dc
t

vmax
0.5

 10(rad / s )
rb / xe (100 �10 3 )
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

8


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

� w dc  w t .N  10 �50  500(rad / s )
Vậy:

M qt   1.25 �105  1.25 �105  .

500
 6.25 �10 3 ( N .m)
2

Tổng momen trên trục động cơ:
M  M ms1  M ms 2  M qt

M  2.943 �105  2.94 �103  6.25 �103  9.22 �103  N .m 

Vậy công suất cần thiết của xe là:
P  M .w dc .SF .

1
EF

1
P  9.22 �103 �500 �1.5 �  8.64  W 
0.8

Do xe có 2 động cơ gắn vào 2 bánh đẩy, nên công suất của động cơ trên mỗi bánh là:
P1banh 

8.64
 4.32  W 
2

Chọn động cơ có công suất cho mỗi bánh là: P>5(W)
 Chọn động cơ:

Hình 2.2 Động cơ giảm tốc GA 37

2.1.4 Chọn các thiết bị đi kèm
 Chọn bánh xe
Đây là loại bánh xe chuyên dụng cho những ứng dụng như xe điều khiển, robot xe,
robot leo núi hoặc các robot di động. Nó được chế tạo từ vật liệu chất lượng nên đảm bảo
độ bền cao. Dễ lắp ráp phần cơ khí và có thể chịu được trọng lượng lớn. Lốp chất lượng
cao mềm được làm bằng cao su tốt, không bị trượt nên đạt hiệu quả cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

9


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

- Đường kính bánh xe: 95mm.
- Cỡ trục: 6mm.
- Bề rộng: 14mm.
- Chất liệu: Viền cao su ma sát tốt .
- Khối lượng tải : 25kg.

.
Hình 2.3 Bánh xe V7

 Chọn bánh dẫn hướng

Hình 2.4 Bánh xe dẫn hướng

2.2 Thiết kế các chi tiết cơ khí
Vật liệu làm xe là nhựa mika dày 5mm.
Các chi tiết chính:

-

Tấm thân xe

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

10


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Hình 2.5 Tấm thân xe
 Thiết kế sơ bộ phần cơ khí gồm: Thân xe, 2 bánh dẫn hướng, 2 bánh chính, 2 động cơ.

`

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

11


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Hình 2.6 Sơ bộ tổng thể hệ thống cơ khí

 Tổng hợp các chi tiết phần cứng cần khi thiết kế.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

12

Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Hình 2.7 Hình ảnh bóc tách các chi tiết
Bảng 2.1 Tổng hợp nguyên vật liệu cơ khí

STT
1

Tên chi tiết
Động cơ
giảm tốc
GA-37

Ký hiệu

Thông số
- Điện áp cấp:
12VDC.
- Tốc độ: 125
Vòng/phút
- Công suất: 20W

Số
lượng

Mua /
Chế tạo

2

Mua

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

13


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

2

Bánh xe V7

- Đường kính bánh
xe: 95mm.
- Cỡ trục: 6mm.
- Bề rộng: 14mm.
- Chất liệu: Viền
cao su ma sát tốt .
- Khối lượng tải :
25kg.
- Chiều cao: 70mm
- Đường kính bánh
xe: 50mm
- Chịu tải: 40kg

2

Mua

3

Bánh xe dẫn
hướng

2

Mua

4

Tấm thân xe

- Đường kính:
300mm
- Chất liệu: Mika
5mm

2

Chế tạo

5

Bu lông

- M8x120
- M4x30

- M7x50
- M1,5x7

6

Mua

6

Đai ốc

- M8: 18 cái.
- M4: 32 cái.
- M7: 24 cái.

26

Mua

2.3 Kết Luận
Các chi tiết và cơ cấu cơ khí được thiết kế theo đúng hình dạng và kích thước, phù
hợp với yêu cầu kỹ thuật.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

14


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Sau khi hoàn thành phần thiết kế cơ khí ta chuyển sang thiết kế hệ thống điện, điện
tử.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

15


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
3.1. Chọn phương án thiết kế
Bo mạch chủ dùng arduino để tiếp nhận tín hiệu từ sensor và phát lệnh điều khiển
hoạt động của xe.

Hình 3.1 Sơ đồ khối
 Chức năng của từng khối:
 Cảm biến (sensor) cảm nhận những đại lượng điện và không điện, chuyển đổi
chúng trở thành những tín hiệu điện Phù hợp với thiết bị thu nhận tín hiệu.
 Bộ xử lý ( processor) nhận tín hiệu từ cảm biến, sau đó xử lý chuyển đổi tín hiệu
đưa đến modul kích chuyển động.
3.2. Lựa chọn linh kiện
 Mạch arduino uno R3
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với
nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn
mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.
Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào
analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

16


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử
Hình 3.2 Hình ảnh về mạch vi xử lý Arduino uno R3

Thông số kỹ thuật:
Microcontroller(Chip sử dụng) : ATmega328
Operating Voltage: 5V
Input Voltage (recommended): 7-12V
Input Voltage (limits): 6-20V
Digital I/O Pins: 14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins: 6
DC Current per I/O Pin: 40 mA
DC Current for 3.3V Pin : 50 mA
Flash Memory: 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader
SRAM: 2 KB (ATmega328)
EEPROM: 1 KB (ATmega328)
Clock Speed: 16 MHzXung nhịp: 16MHz
 Module Cảm Biến Siêu Âm SRF05
- 5 chân: VCC / Trige / Echo / OUT / GND
- Điện áp hoạt động : +5V DC
- Khoảng cách: 2cm - 450cm
- Không nên đo dưới khoảng cách 0,3 cm

Hình 3.3 Cảm biến siêu âm SRF05

 Mạch cầu H

- Nhiệm vụ: Điều khiển tốc độ quay, hướng quay của 2 động cơ.
Thông số kỹ thuật:
 Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

17


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

 Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)
 Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
 Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA (Arduino có thể chơi đến 40mA nên khỏe
re nhé các bạn)
 Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
 Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃

Hình 3.4 Mạch cầu L298N

L298N gồm các chân:
 12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ.
o

Bạn có thể cấp nguồn 9-12V ở 12V.

o

Bên cạnh đó có jumper 5V, nếu bạn để như hình ở trên thì sẽ có nguồn 5V
ra ở cổng 5V power, ngược lại thì không. Bạn để như hình thì ta chỉ cần cấp

nguồn 12V vô ở 12V power là có 5V ở 5V power, từ đó cấp cho Arduino

 Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ.
o

Nếu chơi Arduino thì nhớ nối với GND của Arduino

 2 Jump A enable và B enable, để như hình, đừng rút ra bạn nhé!
 Gồm có 4 chân Input. IN1, IN2, IN3, IN4. Chức năng các chân này tôi sẽ giải thích
ở bước sau.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

18


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

 Output A: nối với động cơ A. bạn chú ý chân +, -. Nếu bạn nối ngược thì động cơ
sẽ chạy ngược. Và chú ý nếu bạn nối động cơ bước, bạn phải đấu nối các pha cho
phù hợp.
 LM 2596
- Nhiệm vụ: Mạch Giảm Áp LM2596 là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được
dòng ra đến 3A. LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong. Tức là khi cấp nguồn 9v
vào module, sau khi giảm áp ta có thể lấp được nguồn 3A < 9v...như 5V hay 3.3V.

Hình 3.5 Mạch giảm áp LM2596

Thông số kỹ thuật:
 Module nguồn không sử dụng cách ly
 Nguồn đầu vào từ 4V - 35V.

 Nguồn đầu ra: 1V - 30V.
 Dòng ra Max: 3A
 Kích thước mạch: 53mm x 26mm
 Đầu vào: INPUT +, INPUT Đầu ra: OUTPUT+, OUTPUT-

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

19


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Hình 3.6 Sơ đồ chân LM2596

Cách sử dụng LM256: Chỉ cần cấp nguồn vào chân INPUT+, INPUT- rồi nhận
nguồn ra từ chân OUTPUT+, OUTPUT Nguồn 9v

Hình 3.7 Pin 9v

 Ắc quy 12v - 3,5 Ah
Thông tin sản phẩm:


Bền



An toàn và giá cả tiết kiệm hơn.



Có thể nạp được.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

20


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

Hình 3.8 Ắc quy 12v

Dung lượng & Kích thước:
-

Dung lượng: 12V - 3.5Ah (10HR)

-

Kích thước (mm): 112 x 70 x 85 (dài x rộng x cao)

Bảng 3.1 Tổng hợp nguyên vật liệu điện, điện tử.

STT

Tên linh
kiện

Ký hiệu

Thông số

Số
lượng

Mua /
Chế
tạo

1

Arduino

Arduino uno R3

1

Mua

2

Module
Cảm Biến
Siêu Âm

SRF05

3

Mua

3

Mạch cầu
H

L298N

1

Mua

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

21


Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử

4

Modul
LM2596

LM2596

3

Mua

5

Nguồn 9v

Pin 9v

2

Mua

6

Nguồn
12v

Ắc quy 12v

1

Mua

3.3 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý

3.4 Kết luận
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

22