Đồ Án Truyền động điều khiển, Robot phục vụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỀ TÀI: “ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT PHỤC VỤ”

SVTH : NGUYỄN TRUNG KIỆT
MSSV : 15146062
SVTH : PHAN TRẦN HUY
MSSV : 15146306
SVTH : NGUYỄN QUỐC VIỆT
MSSV : 15146119
GVHD: Ths. TƯỞNG PHƯỚC THỌ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2018


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Tưởng Phước Thọ
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Trung Kiệt MSSV: 15146062
Phan Trần Huy

MSSV: 15146306

Nguyễn Quốc Việt MSSV: 15146119
Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử
1. Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo robot phục vụ.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
2.1. Khích thước sơ bộ 400x400x1000mm.
2.2. Sử dụng cảm biến dò đường định hướng di chuyển.
2.3. Sử dụng bo mạch vi xử lý Arduino Mega 2560.
3. Nội dung thực hiện đề tài:
3.1. Tìm hiểu các mẫu robot tự di chuyển trên thị trường.
3.3. Tính toán, thiết kế, gia công, lắp ráp phần cơ khí.
3.4. Tính toán, lắp ráp phần điện tử.
4. Các sản phẩm dự kiến:
4.1. Mô hình máy hoàn chỉnh.
4.2. Tập bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp, bản thuyết minh đồ án.
TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

a


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Trung Kiệt

MSSV: 15146062

Họ và tên Sinh viên: Phan Trần Huy

MSSV: 15146306

Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt

MSSV: 15146119

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử.
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo robot phục vụ.
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Tưởng Phước Thọ
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
..............................................................................................................................................................

5. Đánh giá loại:
..............................................................................................................................................................

b


6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ................................................................................................... )
..............................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 20…

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

c


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Trung Kiệt

MSSV: 15146062

Họ và tên Sinh viên: Phan Trần Huy

MSSV: 15146306

Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt

MSSV: 15146119

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử.
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo robot phục vụ.
Họ và tên Giáo viên phản biện: PGS.TS. Nguyễn Trường Thịnh
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
..............................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
..............................................................................................................................................................
d

6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ................................................................................................... )
..............................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 20…

Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

e


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án truyền động điện này, nhóm đã nhận được sự hỗ trợ của các tổ chức,
cá nhân. Với tình cảm chân thành, cho xin phép nhóm được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến tất cả các cá nhân và tổ chức đã tạo điều kiện giúp đỡ nhóm trong quá trình nghiên
cứu và thực hiện đồ án. Trước hết nhóm xin được gởi đến các thầy cô trong Khoa Cơ Khí
Chế Tạo Máy trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh lời chúc sức khỏe và
lời cảm ơn. Với sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của Thầy Cô không những truyền đạt cho
nhóm những kiến thức chuyên môn mà còn giáo dục cho tụi em về lý tưởng, đạo đức
trong cuộc sống. Đây là những hành trang không thể thiếu cho cuộc sống và sự nghiệp
của nhóm sau này. Đặc biệt, nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Tưởng
Phước Thọ đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo nhóm trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Và
đồ án này cũng cột mốc quan trọng làm tiền đề phát triển các đồ án sau tốt hơn. Qua đây
nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn động viên và tạo mọi điều
kiện để nhóm hoàn thành đồ án.

f


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1 : robot tránh vật cản.
Hình 2.2 : Một dạng robot bám đối tượng di động.
Hình 2.3 : robot dọn vệ sinh.
Hình 2.4: Peper robot của công ty Softbank.
Hình 2.5: Morta robot của kỹ sư Việt Nam.
Hình 2.6: ‘‘ Cô Ba‘‘ robot của thầy trò tiến sĩ Nguyễn Bá Hải - trưởng khoa sáng tạo và
khởi nghiệp ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.HCM.
Hình 2.7: Robot dò đường.
Hình 3.1: Sắt hộp mạ kẽm 20x20.
Hình 3.2: Bản vẽ khung máy.
Hình 3.3: Ngoại lực tác dụng lên mô hình.
Hình 3.4: Động cơ giảm tốc DCM50-775 24VDC.
Hình 3.5: Cảm biến dò line BFD-1000.
Hình 3.6: Mạch cầu H điều khiển motor PWM.
Hình 3.7: bảng thông số ngõ vào mạch cầu H.
Hình 3.8: Mạch ghi phát âm và loa.
Hình 3.9: Arduino Mega 2560 R3
Hình 3.10: sơ đồ chân của Arduino Mega 2560 R3
Bảng 4.1: Sai số ứng với các trường hợp cảm biến.

g


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ........................... a
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.................................................... b

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ....................................................... d
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... f
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ..................................................................... g
Chương 1: Tổng quang ..................................................................................................... 1
1.1

Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................... 1

1.2

Thị trường robot phục vụ. ...................................................................................... 1

1.4

Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 2

1.5

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................... 2

1.5.1

Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 2

1.5.2

Phạm vi nghiên cứu. ........................................................................................ 2

1.6

Cơ sở phương pháp luận. ....................................................................................... 2

1.7

Phương pháp nghiên cứu. ...................................................................................... 2

Chương 2: Cơ sở lý thuyết ................................................................................................ 2
2.1. Tổng quan về robot phục vụ: .................................................................................... 2
2.2. Phân loại Mobile robot .............................................................................................. 3
2.3. Robot phục vụ sử dụng cảm biến dò đường.............................................................. 6
Chương 3: Thiết kế hệ thống cơ khí ................................................................................ 7
3.1

Thiết kế khung máy. .............................................................................................. 7

3.2. Động cơ DC. ........................................................................................................... 9
3.3. Cảm biến dò đường BFD-1000. ............................................................................. 11
3.4. Mạch cầu H điều khiển motor PWM. .................................................................... 12
3.5. Mạch ghi phát âm thanh. ......................................................................................... 13
3.6. Mạch vi xử lý Arduino Mega 2560 R3 .................................................................. 15
Chương 4: Phần điều khiển ........................................................................................... 17
4.1. LẬP TRÌNH ROBOT DI CHUYỂN THEO PHƯƠNG PHÁP DÒ LINE ............ 17
4.2. Viết code điều khiển và giải thích. ......................................................................... 19
4.2.1. Thiết lập timer ................................................................................................... 19
h


4.2.2. Đọc cảm biến dò line ....................................................................................... 21
4.2.3. Tính giá trị P, I, D: ........................................................................................... 22
4.2.4. Điều khiển động cơ: .......................................................................................... 22

i


Chương 1: Tổng quang
1.1

1.2

1.3

Tính cấp thiết của đề tài
Công nghệ tạo chế tạo robot tự động hóa từ khi ra đời đến nay đã được cải tiến và
phát triển rất nhiều. Các chủng loại robot và đa dạng ứng dụng ra đời, mỗi công
nghệ chế tạo có những ưu điểm riêng.
Hiện nay, một trong những nhu cầu cấp thiết đối với công nghệ chế tạo robot đối
với cuộc sống làrobot có thể giúp đỡ và thay thế con người trong mọi công việc,
không chỉ dừng lại tại các nhiệm vụ đơn giản mà còn thực hiện được những công
việc phức tạp. Ngoài lĩnh vực công nghiệp, robot ngày càng được ứng dụng rộng
rãi tại nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống như là robot có chức năng phụ vụ
có thể thay thế một người bồi bàn với nhiều tính năng ưu việt. Trong môi trường
đông đúc và đầy áp lực những con robot phần nào giúp con người giảm tải công
việc như tiếp khách, nhận đặt món, ghi nhớ chi tiết mọi yêu cầu của khách hàng
mà không sợ quên hay chậm trễ. Ngoài ra với một con robot thay thế người phục
vụ còn thể hiện sự chuyên nghiệp, sáng tạo góp phần tăng năng suất và thị hiếu
của người tiêu dùng.
Thị trường robot phục vụ.
Tính đến thời điểm hiện, tại đã có 20 công ty đã thay thế nhân viên của mình bằng
robot ví dụ: Amazon, DHL, CIG, UBER,… nhưng tất cả đều là robot công nghiệp
phục công việc sản xuất hàng hóa và thực hiện những công việc nặng nhọc.

Hiện tại chỉ mới có chú robot Pepper của tập đoàn Softbank Nhật Bản được sản
xuất và xử dụng trong mục đích phục vụ khách hàng. Robot Pepper sẽ được sử
dụng để chào đón khách, nói chuyện và tư vấn, cung cấp thông tin sản phẩm phù
hợp cho người mua hàng, giúp khách hàng được thoải mái tại cửa hàng. Ở Việt
Nam thì chưa có công ty nào sản xuất và đưa ra thị trường những chú robot phục
vụ tiện ích như vậy. Trong bối cảnh đó cùng với sự nhiệt huyết và năng động của
thanh niên Việt. Đã có nhiều robot phục vụ của Việt Nam ra đời như robot Morta
của nhóm kỹ sư Đỗ Trung Thanh, robot ‘’Cô Ba’’ của thầy trò tiến sĩ Nguyễn Bá
Hải - trưởng khoa sáng tạo và khởi nghiệp ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.HCM….
Nhưng tất cả chỉ dừng lại ở quy mô nhỏ từng cá thể, hoạt động nội bộ chưa mở
rộng và được sử dụng nhiều. Nắm bắt được điều đó ta thấy việc sản xuất hàng loạt
robot phục vụ gần gũi thân thiện với con người, dễ dàng tương tác hỗ trợ giúp đỡ
khách hàng là một hướng đi rất tiềm năng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
- Tự động hóa là một trong sáu ngành ưu tiên của Chính phủ Việt Nam và
robot đóng vai trò quan trọng trong ngành này.
- Tại Việt Nam, ngành robot được giảng dạy trong nhiều trường Đại học.
- Robot góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống con người.
1


-

Ứng dụng robot phục vụ vào cuộc sống thỏa mãn cuộc cách mạng công
nghiệp 4.0.
- Phát triển và nghiên cứu robot phục vụ thân thiện dễ tiếp cận với mọi
người, giá thành sản xuất chi phí rẻ.
1.4
Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài nhằm nghiên cứu thiết kế chế tạo robot phục vụ tự động, thay đổi kiểu dáng
gọn nhẹ của một số dòng robot truyền thống, nâng cao chất lượng và hoạt động ổn
định của robot.
1.5
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot phụ vụ.
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài như sau:
- Nghiên cứu tổng quang về robot phục vụ.
- Nghiên cứu thiết kế kiểu dáng của robot.
- Nghiên cứu tính toán phần điện, điều khiển.
- Nghiên cứu phần giao tiếp, cách chuyển động của robot.
1.6
Cơ sở phương pháp luận.
Từ cơ cở các tài liệu, các nghiên cứu, đề tài đi trước, các mẫu robot có trên thị
trường để phân tích những ưu điểm cũng như những nhược điểm của các dòng
robot đó có trước, từ đó lựa chọn thiết kế được mẫu kiểu dáng robot tốt hơn.
1.7
Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài kết hợp nghiên cứu giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm trên mô
hình. Cụ thể:
Nghiên cứu lý thuyết:
- Tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài.
- Tổng hợp tài liệu tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động đảm bảo độ chính
xác, tối ưu hóa chuyển động.
- Tìm hiểu thuật toán điều khiển chuyển động tối ưu.
Thực nghiệm:
-

Chế tạo mô hình robot phục vụ từ đó áp dụng, kiểm tra lại lý thuyết đẫ
nghiên cứu trước đó.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1. Tổng quan về robot phục vụ:
Robot phục vụ là một loại Mobile Robot tự hành có khả năng di chuyển tự do trong một
môi trường đã được định sẵn, cụ thể trong trường hợp này robot sẽ di chuyển theo line

2


định sẵn. Nó khác với các loại robot công nghiệp như các loại tay máy chỉ có khả năng
đạt tới một vị trí nhất định.
2.2. Phân loại Mobile robot
Robot di động (mobile robot): là các robot mà trong đó nhiệm vụ chủ yếu của nó là di
chuyển, định vị, tìm đường đi tối ưu và vẽ lại bản đồ. Có nhiều mobile robot dạng này
phổ biến:
 Robot tránh vật cản:
Nhóm tác giả xây dựng một mô hình mobile robot hoàn chỉnh có khả năng tìm
đường đến đích và tránh chướng ngại vật trên quãng đường di chuyển. Một điểm mới
được nhấn mạnh là khối thị giác máy tính cho mobile robot, đáp ứng được sự chính xác
cần thiết khi phối hợp với các giải thuật điều khiển truyền thống cho robot.

Hình 2.1 : robot tránh vật cản.
 Robot bám đối tượng:
Nhờ có camera quan sát nên robot có thể phát hiện và bám đối tượng để điều chỉnh
hướng đi.

3

Hình 2.2 : Một dạng robot bám đối tượng di động
 Robot dọn vệ sinh:
Robot vệ sinh sẽ giúp bạn tiết kiệm thời gian làm việc và công sức đổ ra để chăm
sóc phòng ốc, sàn nhà, bể bơi để được như ý muốn. Bên cạnh đó, một số người
hàng tháng còn phải trích một khoản tiền lương cho người làm công tác vệ sinh
hàng tuần, nhưng không phải mọi dịch vụ được cung cấp đều tốt nếu không được
làm thường xuyên và đều đặn, bởi vậy chỉ có robot mới thay người trong công
việc này một cách bài bản, định kỳ hơn.

Hình 2.3 : robot dọn vệ sinh.
 Robot phục vụ:
Robot phục vụ có ứng dụng thiết thực cao. Thay thế và hỗ trợ công việc chăm sóc
khách hàng của các nhân viên trong các cửa hàng, nhà hàng, khách sạn... với nhiều
tính năng ưu việt hiện đại dễ dàng đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Tiếp nhận
thông tin và hỗ trợ người khách hàng giao tiếp với người chủ sử dụng. Ví dụ:
trong một nhà hàng một con robot phục vụ có thể tiếp khách, mời vào bàn, nhận
order và mang thức ăn đến thực khách...

4


Hình 2.4: Peper robot của công ty Softbank

Hình 2.5: Morta robot của kỹ sư Việt Nam.

5


Hình 2.6: ‘‘ Cô Ba‘‘ robot của thầy trò tiến sĩ Nguyễn Bá Hải - trưởng khoa sáng

tạo và khởi nghiệp ĐH Sư phạm kỹ thuật TP.HCM
2.3. Robot phục vụ sử dụng cảm biến dò đường.

Hình 2.7: Robot dò đường.
Robot dò đường là loại robot có thể đi theo 1 đường vẽ hay có thể là băng dính đen.
Robot dò đường có nguyên tắc hoạt động là sử dụng cảm biến quang điện (quang trở
hoặc diode hồng ngoại) để so sánh cường độ sáng từ đó điều chỉnh hướng đi thích hợp.
Ở robot dò đường, cảm biến được bố trí gần mặt đường và nguồn sáng để so sánh lúc này
do chính robot tạo ra. Nhưng do đâu lại có sự sai lệch về cường độ sáng. Câu trả lời nằm
ở đường vẽ, đường vẽ này có tính chất khác với xung quanh, thường thì nó có màu đen
để hấp thụ ánh sáng. Khi robot đi lệch vào vùng có vạch vẽ, ánh sáng phát ra từ robot
không phản xạ lại như bình thường mà bị đường kẻ hấp thụ 1 phần làm sai lệch độ sáng
giữa 2 cảm biến.

6


Nên khi sử dụng cảm biến dò đường cho robot phục vụ, chúng ta dễ dàng cho robot đi
đúng quỹ đạo đường đi và có thể tùy chỉnh điểm xuất phát , điểm dừng và các trạm nghỉ.
Mà khi ứng dụng phục vụ trong nhà hàng thì các vị trí bàn cho khách sẽ là các trạm nghỉ.

Chương 3: Thiết kế hệ thống cơ khí
3.1
Thiết kế khung máy.
Lựa chọn kết cấu khung máy robot phục vụ:
 Phương án 1: kết cấu người máy.
Robot sẽ có đủ 2 tay có thể cầm nắm dễ dàng .
Ưu điểm:
- Bề ngoài thân thiện với con người.
- Linh hoạt khi cầm nắm đồ vật.

Nhược điểm:
- Quá nhiều chuyển động phức tạp.
- Chi phí cao khi gia công.
- Nhiều cơ cấu chuyển động dẫn đến rung lắc, gia công gặp khó khăn.
 Phương án 2: kết cấu dạng khối hộp.
Robot sẽ có dạng hộp khối vuông, bản.
Ưu điểm:
- Hình dáng đa dạng hiện đại.
- Chi phí rẻ, độ cứng vững tương đối cao
- Kết cấu đơn giản dễ thi công, lắp đặt
Nhược điểm:
- To và cồng kềnh hơn
 Dựa vào ưu nhượt điểm của 2 kết cấu trên nhóm quyết định sử dụng
phương án 2.
Đối với kết cấu máy có thể chịu tải trọng từ 5 đến 15kg. Cho nên nhóm chọn
sắt hộp để đảm bảo sự chắc chắn, giá thành rẻ, dễ gia công.
 Vật liệu làm khung máy :
- Sắt hộp mạ kẽm 20x20.
- Dày 1,2 mm.

7


Hình 3.1: sắt hộp mạ kẽm 20x20.
 Bản vẽ thiết kế khung máy :
Vì đảm nhận công việc phục vụ trong nhà hàng, chiều cao tối ưu cho robot là
từ 1 m đến 1,2 m. Sẽ thuận tiện cho khách hàng yêu cầu gọi món khi đang ngồi
tại bàn.
Qua quá trình nghiên cứu tìm hiểu các hình dạng kết cấu của robot. Nhóm
chọn thiết kế kết cấu như hình 2.2:

Hình 3.2: Bản vẽ khung máy.
Thiết kế trên đảm bảo sự nhỏ gọn, dễ dàng cải tiến và nâng cấp tùy thuộc vào
mục đích sử dụng. Và khối lượng nhẹ cũng là một yếu tố quan trọng góp phần
ổn định khi vận hành.

8


 Vỏ bên ngoài của robot.
Vỏ robot có chức năng gắn kết, bảo vệ các phần cứng và mạch điều khiển bên
trong robot. Và một chức năng quang trọng hơn hết là tạo vẻ thẩm mỹ, bắt mắt cho
robot.
Nhận biết được tầm quan trọng của vỏ ngoài robot, nhóm chúng tôi quyết định
sử dụng vật liệu composite. Composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu
khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính chất vượt trội hơn hẳn so với các vật liệu ban
đầu. Ở đây nhóm sử dụng vật liệu tổng hợp từ sợ thủy tinh và hổn hợp nhựa polyester
với đặc tính nhẹ, bền và giá thành rẻ.
Chuẩn bị nguyên liệu:
-

Sợ thủy tinh.
Nhựa polyester.
Nước cứng.
Bình xịt tháo khuôn.
Sơn màu.
Tấm aluminum để làm khuôn vó bề mặt nhẵn bóng.

3.2. Động cơ DC.
Động cơ trong trường hợp này được xem như đôi chân của con người giúp

robot chuyển động từ vị trí này đến vị trí khác. Yêu cầu động cơ phải có công suất phù
hợp, phải chịu được tải nhiều hơn khối lượng của bản thân robot mà vẫn đảm bảo tốc
độ di chuyển và sự ổn định.
Thiết bị được chọn làm việc trong không gian các nhà hàng vì thế tốc độ di
chuyển phải ổn định. Không quá nhanh cũng không quá chậm để đảm bảo an toàn
và vẫn đảm bảo thời gian khi phụ vụ khách hàng. Ta chọn vận tốc di chuyển tối đa
của thiết bị : 0.1 đến 0.2 m/s.
Ta có mô hình tương đương:

Hình 3.3: Ngoại lực tác dụng lên mô hình.
9


< 1. Giả sử

Hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường

= 0.9

Vì robot sau này phải tải thêm các vật khác (nguồn, mạch động cơ, đồ ăn, đũa,
muỗng,…) nên ta chọn khối lượng robot để tính toán
= 2.5
= 12.5
Theo định luật II Newton ta có:
 Phương :
 Phương :

=
=

=
=

×

=

= 0.9 × 12.5 × 9.81 = 110.4

Do thiết kế của mô hình, mỗi bánh xe cần cung cấp lực đẩy

= /2 = 55.2

Ta muốn xe di chuyển với tốc độ vừa phải do còn bưng bê đồ ăn sau này nên tốc độ
0.2m/s là phù hợp.
Bên cạnh đó, nhằm phù hợp thẩm mĩ ta chọn bánh xe có đường kính

= 145

Tốc độ góc quy về trục công tác:
=

/2

=

0.2 × 1000
= 2.76
145/2

≈ 27 / ℎ

Mô-men trên mỗi bánh:
=

× ( /2) = 55.2 ×

145
= 4002 .
2

= 40 .

Công suất trên trục công tác:
=

×

= 4002 × 10

× 2.76 = 11.05

Để tối giản thiết kế, ta chọn động cơ tích hợp sẵn hộp giảm tốc nhằm gắn trực tiếp bánh
xe lên trục ra trên động cơ và ta chọn động cơ thỏa mãn điều kiện:
≥
≥
Dựa trên các động cơ sẵn có trên thị trường và sự hướng dẫn của thầy Thọ, nhóm đã chọn
Động cơ giảm tốc DCM50-775 24VDC (60W - 100RPM) vì trong các đồ án sắp tới sẽ
thêm khá nhiều linh kiện cũng như thiết bị nên động cơ này sẽ đáp ứng tốt yêu cầu mong
muốn.

10


Hình 3.4: Động cơ giảm tốc DCM50-775 24VDC

-

Động cơ điện áp 12-24V.
Công suất 60W.
Hộp số giảm tốc tỉ số truyền 55:1.
Tốc độ quay 100 vòng/phút.
Momen xoắn 490 N.cm.
Encoder 5V 2 kênh A, B và độ phân giải 13 xung/vòng.

3.3. Cảm biến dò đường BFD-1000.
Trong môi trường làm việc, robot cần phải di chuyển một quảng đường từ vị trí
xuất phát đến vị trí khách hàng để phục vụ và ngược lại. Vì thế Robot chuyển động
theo một quỹ đạo được định trước nhờ vạch dẫn, hệ thống hai bánh xe được dẫn động
bởi 2 động cơ điện một chiều thông qua mạch điều khiển. Thường thì các vạch dẫn sẽ
có màu khác với màu nền của quỹ đạo chuyển động. Để Robot chuyển động đúng quỹ
đạo cần có bộ phận cảm biến, bộ phận này có nhiệm vụ phân biệt vạch dẫn và màu nền
của quỹ đạo chuyển động, nó có chức năng giống như đôi mắt của con người giúp cho
robot có thể xác định được đường đi.
11


Hình 3.5: Cảm biến dò line BFD-1000
Thanh cảm biến dò đường BFD-1000 được thiết kế dùng để phát hiện line đen và
line trắng. Trên thanh cảm biến có 5 cảm biến hồng ngoại hướng xuống đất nhằm phát

hiện line, một cảm biến hồng ngoại đặt phía trước và đi cùng với nó là một công tắc
hành trình báo hiệu đã đụng vật. Tín hiệu ngõ ra dạng số dễ dàng cho việc xử lý.
Thông số kỹ thuật:
-

Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5V.
Khoảng cách phát hiện: 0.5 ~ 40mm.
Ngõ ra dạng tín hiệu số dễ dàng cho vi điều khiển.
Có LED hiện thị ngõ ra cho từng cảm biến.
Tích hợp 5 cảm biến dò line, 1 cảm biến tránh vật cản và một công tắc hành
trình báo chạm vật.
- Ngõ ra gồm 7 chân tín hiệu của cảm biến dạng số và 2 ngõ vào cấp nguồn cho
thiết bị.
- Kích thước: 128 x 45 x 12mm.
3.4. Mạch cầu H điều khiển motor PWM.
Để giúp Robot có thể di chuyển tịnh tiến nhanh hay chậm, rẻ trái, rẻ phải và quay
đầu. Ta cần thay đổi tốc độ và chiều quay của hai động cơ để có thể đáp ứng những
yêu cầu trên.

12


Hình 3.6: Mạch cầu H điều khiển motor PWM.
Mạch cầu H điều khiển motor PWM được sử dụng đơn giản với chức năng đảo
chiều động cơ DC. Ngõ vào có thể sử dụng điều khiển xung PWM để điều khiển tốc
độ và chiều quay động cơ.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động từ 5 đến 27 VDC.
- Dòng tải 5A.
- Dòng điện tiêu thụ khi không tải là 3mA.

- Ngõ vào có 4 ngõ PWM (có opto cách ly, hỗ trợ tần số 10KHz)
- Kích thước 61x30 mm
Bảng thông số ngõ vào:

Hình 3.7: bảng thông số ngõ vào mạch cầu H.

3.5. Mạch ghi phát âm thanh.
Trong trường hợp này mạch ghi phát âm thanh dùng để ghi và phát một số câu
thoại khi robot đến vị trí của khách hàng, ví dụ: “ Kính chào quý khách”, “ Quý khách
muốn dùng gì…”, “Chúc quý khách ngon miệng”…
13


Hình 3.8: Mạch ghi phát âm và loa.
Mạch ghi phát âm thanh ISD1820 (20s) được dùng để ghi và phát âm thanh được
người dùng ghi vào. Đoạn ghi âm được lưu vào bộ nhớ của chip, dữ liệu có thể lưu trữ
đến 100 năm và có thể ghi / xóa lên đến 100.000 lần và ghi được trong tối đa 20s.
Thông số kỹ thuật:
-

Điện áp hoạt động từ 2.4 đến 5.5VDC
Ghi âm tối đa được 20s.
Có bộ khuếch đại âm thanh nội bên trong, có thể phát trực tiếp ra loa công suất
nhỏ.
Microphone tích hợp trên board, nhấn nút và ghi âm rất dễ dàng.
Tất cả chân của IC được xuất ra ngoài để dễ dàng điều khiển với vi điều khiển.
Có 3 phím điều khiển trên board REC, PLAYE, PLAYL thuận tiện cho quá trình
sử dụng.
Kích thước 38 x 42.5mm.
Cách sử dụng:

-

Phím REC: Ngõ vào REC được kích hoạt khi chân này được kéo lên mức cao.
Chân này phải được giữ ở mức cao trong quá trình ghi âm. Tín hiệu REC được ưu
tiên hơn so với tín hiệu PLAYE và PLAYL. Nếu chân REC được kéo lên cao
trong quá trình phát lại thì quá trình phát lại sẽ ngừng ngay lập tức và chuyển sang
quá trình ghi âm. Quá trình ghi âm chỉ hoàn tất khi chân REC được kéo xuống
thấp. Chân REC đã được kéo điện trở nội xuống thấp.
14


-

-

Phím PLAYE: Khi chân này nhận được một xung tín hiệu mức cao thì quá trình
phát lại bắt đầu. Đoạn phát lại được tiếp tục cho đến khi kết thúc bộ nhớ của chip
cho dù bạn có kéo chân đó xuống mức thấp thì chu kỳ phát vẫn không dừng lại.
Chân này đã được kéo điện trở nội xuống thấp.
Phím PLAYL: Khi tín hiệu của chân này chuyển từ thấp sang cao thì quá trình
phát lại sẽ bắt đầu. Nó sẽ phát tiếp tục cho đến khi phát hiện được tín hiệu mức
thấp ở chân PLAYL, hoặc kết thúc bộ nhớ hoặc tín hiệu cuối cùng củng đoạn ghi
âm. Chân này đã được kéo điện trở nội xuống thấp.

3.6. Mạch vi xử lý Arduino Mega 2560 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.
Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến

một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới
chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua
các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích
mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động.
Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá
nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn
ngữ C hoặc C++.
Arduino Mega 2560 R3 là phiên bản nâng cấp của Arduino Uno R3 với số chân giao
tiếp, ngoại vi và bộ nhớ nhiều hơn, mạch được thiết kế và sử dụng các linh kiện tương
đương với phiên bản chính hãng trên Arduino.cc, phù hợp cho các ứng dụng cần nhiều bộ
nhớ hoặc nhiều chân, cổng giao tiếp hơn so với Arduino Uno.

15