THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MOBILE ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MOBILE ROBOT
ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI

Họ và tên sinh viên: TRẦN QUỐC BỬU
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2012-2016

Tháng 06 năm 2016



THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM MOBILE ROBOT
ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NÓI

TÁC GIẢ
TRẦN QUỐC BỬU

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Tháng 06 năm 2016

i

LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ
Chí Minh và quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã trang bị cho em những
kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ - Điện Tử đã giúp đỡ
chúng em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Tấn Phúc đã tận
tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận xét
và góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã
động viên, ủng hộ và luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình
hoàn thành luận văn.
TPHCM, tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

TRẦN QUỐC BỬU

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mô hình Mobile Robot điều
khiển bằng giọng nói” được thực hiện tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ
Chí Minh, thời gian từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2016.
Đề tài đã thực hiện thành công và đạt được kết quả khả quan như: xây dựng được
một mô hình mobile robot hoàn chỉnh. Với code được lập trình bằng phần mềm
Arduino.

Xây dựng được một báo cáo hoàn chỉnh về các bước để thiết kế phần cứng lẫn
phần mềm của một mobile robot điều khiển bằng giọng nói. Để làm tiền đề cho các
khóa sau tìm hiểu phát triển để ứng dụng cao hơn trong thực tiễn.
Nội dung báo cáo được trình bày theo bố cục sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Kết quả và khảo nghiệm
Chương 5: Kết luận và đề nghị
Do thời gian thực hiện còn hạn chế, trình độ và kinh nghiệm có giới hạn nên đề
tài còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý
thầy cô và các bạn để đề tài của em càng được hoàn thiện hơn.

iii


MỤC LỤC

iv


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PWM: Pulse Width Modulation.
DC:

Direct Current.

VR3: Voice Recongnition Module V3.
VĐK: Vi điều khiển.
LCD: Liquid Crystal Display.

UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter.
GPIO: General Purpose Input Output.
Wifi: Wireless Fidelity.

v


MỤC LỤC HÌNH

Hình 2.1: Board Arduino Uno R3.......................Error: Reference source not found
Hình 2.2: IC L298........................................................................................................6
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý module L298....................................................................7
Hình 2.4: Module Bluetooth HC-05....................Error: Reference source not found
Hình 2.5: Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05........................................................9
Hình 2.6: Một số động cơ DC sử dụng trong robot.....Error: Reference source not
found
Hình 2.7: Nguyên lí hoạt động của động cơ DC.......................................................11
Hình 2.8: Đồ thị dạng xung điều chỉnh PWM.......Error: Reference source not found
Hình 2.9: Nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung............................................................12
Hình 2.10: Nguyên lý truyền động của hộp giảm tốc...................................................14
Hình 2.11: Tai nghe Bluedio I4 dùng để truyền tín hiệu âm thanh...............................15
Hình 2.12: Nút POWER trên tai nghe Bluetooth........Error: Reference source not
found
Hình 2.13: Giao diện khi khỏi động phần mềm EpocCam View.. Error: Reference
source not found
Hình 2.14: Voice Recongnition Module V3........Error: Reference source not found
Hình 2.15 : Phân tích và nhận dạng của một nhóm trong VR3....Error: Reference
source not found
Hình 2.16: Giao diện Serial Monitor........................................................................ 20
Hình 2.17: Giao diện Serial Monitor sau khi huấn luyện thành công...........Error:

Reference source not found
vi


Hình 3.1: Mô hình Mobile Robot trên phần mềm SolidWorks.. . .Error: Reference
source not found
Hình 3.2: Sơ đồ khối trong robot........................Error: Reference source not found
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn chuyển đổi 5V DC..........Error: Reference
source not found
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý.................Error: Reference source not found
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối công suất động cơ......Error: Reference source not
found
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển từ xa.........Error: Reference source not
found
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối nhận dạng giọng nói. Error: Reference source not
found
Hình 3.8: Sơ đồ nối dây cho toàn hệ thống mobile robot.. Error: Reference source
not found
Hình 3.9: Lưu đồ giải thuật chương trình chính.....................................................31
Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật điều khiển bằng giọng nói........................................33
Hình 3.11: Lưu đồ giải thuật điều khiển bằng tay trên giao diện matlab..............34
Hình 3.12: Lưu đồ giải thuật chương trình xử lý ảnh chụp về.....Error: Reference
source not found
Hình 4.1: Board Arduino Uno R3 trong Mobile Robot.....Error: Reference source
not found
Hình 4.2: Mạch cầu H.......................................... Error: Reference source not found
Hình 4.3: Module HC-05.....................................Error: Reference source not found
Hình 4.4: Module giọng nói VR3 và tai nghe Bluetooth....Error: Reference source
not found
Hình 4.5: Mô hình Mobile Robot thực tế...........Error: Reference source not found

Hình 4.6: Nút nhấn phía sau robot.....................Error: Reference source not found
vii


Hình 4.7: Giao diện matlab điều khiển trên máy tính. Error: Reference source not
found
Hình 4.8: Giao diện chương trình con xử lý hình ảnh chụp về.....Error: Reference
source not found

viii


MỤC LỤC BẢNG

ix


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài.
Dưới dự phát triển không ngừng về khoa học – công nghệ. Đặc biệt là trong các
thiết bị tự động hoá phát triển mạnh mẽ. Trước nhu cầu đó đòi hỏi ở kỹ sư Cơ điện tử
phải liên tục nghiên cứu phát triển các thiết bị trong các lĩnh vực: đời sống hằng ngày,
công nghiệp, y tế, quân sự,…Nhờ đó mà các kỹ sư đã sáng tạo ra các thiết bị, robot
giúp đỡ hoặc thay thế con người trong công việc nặng nhọc, nguy hiểm.
Hằng ngày, con người giao tiếp với nhau thông qua hình thức phổ biến đó là
giọng nói, giọng nói hầu như ai cũng có. Đặt câu hỏi: “tại sao ta không dùng giọng nói
để giao tiếp và điều khiển một Robot theo ý mình?”. Để trả lời, các kỹ sư đã nghiên
cứu và chế tạo nên module Voice Recognition Module V3 (module VR3) có thể giao
tiếp được với Robot bằng sóng giọng nói. Hiện nay module VR3 đã được sử dụng

rộng rãi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực như quân sự, y học và trong các hệ thống tự
động thông minh để hạn chế công sức con người trong công việc.
Đặc biệt trong quân sự, cần có một Mobile Robot có thể điều khiển được bằng
giọng nói dùng để dò thám, thu thập thông tin ở những nơi nguy hiểm, gỡ bỏ bom
mìn… nhằm đảm bảo tính an toàn cho các chiến sĩ, tính mạng con người. Ngoài ra,
nhờ vào tính nhỏ gọn, mô hình mobile robot có khả năng quan sát các đường nước thải
lớn để tìm ra lỗi kỹ thuật, giúp con người có thể tránh những mối nguy hiểm khi vào
kiểm tra.
Mặt khác, nhằm nghiên cứu đóng góp một phần nhỏ trong sự phát triển của khoa
học - kỹ thuật, nâng cao trình độ kỹ thuật ở Việt Nam sánh đôi cùng với các nước phát
triển khác trên thế giới. Đây là những lý do để em chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế
tạo và khảo nghiệm mô hình Mobile Robot – điều khiển bằng giọng nói” với các tính
năng điều khiển không dây bằng giọng nói, điều khiển từ xa bằng sóng Bluetooth, thu
nhận hình ảnh từ camera truyền về máy tính hiển thị qua giao diện matlab.

1


1.2 Mục tiêu đề tài.
Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu và chế tạo ra một sản phẩm công nghệ cao
có thể làm học cụ trong ngành Cơ điện tử - một robot điều khiển không dây thông qua
giọng nói, có ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống.
Tìm hiểu cách sử dụng module điều khiển giọng nói VR3.
Tìm hiểu, nghiên cứu lập trình vi điều khiển trên board Arduino Uno R3, một
board mạch vi xử lý khá mới ở Việt Nam, qua đó kết hợp với module giọng nói VR3
để xây dựng và điều khiển mô hình Mobile Robot. Từ đó khảo nghiệm tính chính xác
của module VR3. Cho thấy được thế mạnh của nó trong việc sử dụng giọng nói để
điều khiển thiết bị.
Nghiên cứu áp dụng công nghệ Bluetooth để điều khiển không dây cho mô hình
Mobile Robot, phát triển hơn về mặt điều khiển trong chuyên ngành Cơ điện tử.

Áp dụng những lý thuyết đã học vào thực tế, phát huy thế mạnh của vi điều khiển
Arduino vào trong thực tế để tạo ra sản phẩm.
Cuối cùng thiết kế, chế tạo và hoàn thiện Mobile Robot có chức năng điều khiển
từ xa bằng giao diện matlab thông qua sóng Bluetooth với tính năng: đi tới, đi lùi, rẽ
trái, rẽ phải và điều khiển không dây bằng giọng nói để có thể đáp ứng được nhu cầu
cho người sử dụng.
1.3 Nội dung đề tài.
Tên đề tài thực hiện ”Thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mô hình Mobile Robot điều
khiển bằng giọng nói”.
Để thiết kế, chế tạo nên một mô hình Mobile Robot, điều khiển khiển bằng giọng
nói thông qua sóng Bluetooth và máy tính là rất phức tạp và tốn kém. Để đáp ứng
được yêu cầu đó cần phải có một lượng thời gian và kiến thức nhất định, bên cạnh đó
vấn đề tài chính cũng là một yếu tố không kém phần quan trọng khi thực hiện.
Với kiến thức nắm được trong những năm học tại trường, thời gian thực hiện còn
hạn hẹp, tài chính hạn chế nên em chỉ hoàn thành Mobile Robot với một số tính năng
cơ bản. Cụ thể công việc như sau:
Thiết kế, chế tạo mô hình Mobile Robot.
Điều khiển Mobile Robot di chuyển tới, lùi, rẽ trái,rẽ phải bằng giọng nói thông
qua micro máy tính và truyền bằng sóng Bluetooth.
Điều khiển Mobile Robot bằng tay trên giao diện matlab thông qua sóng
2


Bluetooth.
Từ Mobile Robot gắn camera truyền hình ảnh về máy tính thông qua sóng wifi
để quan sát điều khiển và thu nhận hình ảnh về máy tính.
Thiết kế giao diện matlab điều khiển Mobile Robot.
 Một số chỉ tiêu kỹ thuật cho mô hình Mobile Robot:
Môi trường điều khiển:
Mô hình có khả năng làm việc tốt ở nhiều môi trường nhưng đòi hỏi người điều

khiển phải ở trong khu vực hạn chế tiếng ồn giúp mô hình có thể nhận được tín hiệu
điều khiển đúng với tín hiệu lập trình trước.
Độ chính xác trong quá trình điều khiển:
Mô hình sẽ hoạt động tốt nhất đối với người điều khiển là người đã huấn luyện
cho nó. Khi người khác ra lệnh thì tỉ lệ đáp ứng sẽ thấp hơn hoặc không đáp ứng.
1.4 Vật dụng cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài.
1.4.1

Phần cứng.

Phần cứng bao gồm:
Vi điều khiển board Arduino Uno R3.
Module giọng nói VR3
Module Bluetooth HC-05.
Module điều khiển động cơ L298.
Tai nghe Bluetooth.
Motor DC 12V.
Cáp truyền âm thanh có 2 đầu là jack 3.5.
Linh kiện điện tử khác như: dây cắm, jack 3.5, cáp UART, pin cell 4.2V.
Khung xe: mica 3mm cắt theo bản vẽ (xem phụ lục), 2 bánh xe, 1 bánh đa hướng
ốc vít (5cm x 4, 3cm x 4, 1cm x 14, 0.5cm x 4) và đệm ốc.
Dụng cụ hỗ trợ: mỏ hàn điện, chì hàn, nhựa thông, đồng hồ VOM, tua vít…

3


1.4.2 Phần mềm.
Để thực hiện đề tài, ngoài phần cúng cần sử dụng một số phần mềm lập trình và
giao tiếp để điều khiển Mobile Robot sau đây:
Arduino 1.0.6 - Viết chương trình cho vi điều khiển Arduino Uno R3.

SolidWorks 2015- Thiết kế mô hình Mobile Robot.
Matlab R2014b – Thiết kế giao diện điều khiển và hiển thị camera.
1.5 Ý nghĩa khoa học.
Mô hình Mobile Robot điều khiển bằng giọng nói và bluetooth thông qua
bluetooth giúp cho người dân Việt Nam nói riêng và trên toàn thế giới nói chung ứng
dụng được khoa học kỹ thuật – công nghệ vào thực tiễn, hạn chế công sức con người,
quan trọng hơn là đề cao trí tuệ con người ngày càng nâng cao, các thiết bị, máy móc
ngày càng được tân tiến, tối ưu hóa và tự động hóa hơn.
Đề tài thiết kế, chế tạo Mobile Robot được điều khiển không dây bằng giọng nói
và điều khiển từ xa thông qua sóng Bluetooth thích hợp với công việc giám sát các hệ
thống, khu vực mà con người không thể vào hoặc nguy hiểm để thu nhận thông tin,
hình ảnh.
Nhằm đánh giá cao sự phát triển khoa học – kỹ thuật của Việt Nam không thua gì
các nước phát triển trên thế giới. Riêng tại trường Đại học Nông Lâm TPHCM mặc dù
Mobile Robot điều khiển bằng giọng nói không còn xa lạ đối với các thầy cô trong
khoa cơ khí – công nghệ nhưng nó còn mới mẻ đối với các bạn sinh viện đang học tại
trường. Chính vì thế đây là cơ hội mà nhà trường đã tạo điều kiện cho em nghiên cứu
đề tài này để tạo nền tảng cho những bạn khoá sau thuộc chuyên ngành cơ - điện tử, và
các ngành khác có cơ sở nghiên cứu sâu và phát triển hơn nhằm tạo ra sản phẩm có
ứng dụng vào thực tiễn cao, nâng cao trình độ khoa học kỹ thuật của Việt Nam nói
chung và của trường Đại học Nông Lâm nói riêng.

4


Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Vi điều khiển - Arduino.

(a)

(b)

a: Mạch nguyên lý IC Atmega 328
b: Aruino Uno R3
Hình 2.1: Board Arduino Uno R3
∗ Các thông số kỹ thuật của Aruino Uno R3:
Điện áp hoạt động:
Số chân vào/ra (I/O) dạng digital:
Số chân vào dạng tương tự:
Dòng điện mỗi chân I/O:
Bộ nhớ trong:
SRAM:
EEPROM:
Xung nhịp:
∗ Các chân Digital và chân Analog:

5V – 12V
14 (6 chân là đầu ra PWM)
6
30 mA
32 KB
2 KB
1 KB
20 MHz

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Có 2 mức điện
áp là 0V và 5V với dòng vào và ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có
các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328.
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive
5


– RX) dữ liệu TTL Serial.
- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM (giá trị 0 –
255 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) ngoài các chức
năng thông thường ra còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết
bị khác.
- LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm
nút (Reset) sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi
chân này được sử dụng, LED sẽ sáng.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) để đọc giá trị điện áp trong khoảng
0V → 5V. Ngoài ra, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
2.2 Module điều khiển động cơ L298.
2.2.1

IC L298N.

(a)

(b)

a: Sơ đồ chân IC L298N
b: IC L298N
Hình 2.2: IC L298N
IC L298 là mạch tích hợp đơn chíp có kiểu vỏ công suất 15 chân, là IC mạch cầu
đôi có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dòng cao. Nó được thiết kế tương thích với

chuẩn TLL và tải cảm kháng như relay, cuộn solenoid, động cơ DC và động cơ bước.
Nó có 2 chân enable (cho phép) để cho phép hoặc không cho phép IC hoạt động, độc
lập với các chân tín hiệu vào. Cực phát (emitter) của transistor dưới của mỗi mạch cầu
được nối với nhau và nối ra chân ngoài để nối với điện trở cảm ứng dòng khi cần. Nó
có thêm một chân cấp nguồn giúp mạch logic có thể hoạt động điện thế thấp hơn.
6


2.2.2

Module điều khiển động cơ L298.

 Giới thiệu
Module điều khiển motor L298N loại 1 có sẵn ốc gắn sử dụng IC điều khiển
L298N có thể điều khiển 2 động cơ một chiều hoặc 1 động cơ bước 4 pha.
Module L298:
Được thiết kế chắc chắn, có sẵn chỗ bắt ốc vào mô hình. Có gắn tản nhiệt chống
nóng cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dòng đỉnh đạt 2A.
IC L298N được gắn với các diode trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại các
dòng điện cảm ứng từ việc khởi động hoặc tắt động cơ.
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)

(b)

a: mạch nguyên lý module l298
b: Sơ đồ chân

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý module L298.
 Đặc điểm kỹ thuật.
∗ Thông số kỹ thuật.
Driver: L298 tích hợp hai mạch cầu H.
Điện áp điều khiển: +5 V ~ +35 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 oC)
Nhiệt độ bảo quản: -25oC ~ +130oC.
Các chân (1), (2), (13), (14) tương ứng với các chân ra (Out1), (Out2), (Out3),
(Out4) được nối với động cơ DC hoặc động cơ stepper. Cấp nguồn 12V cho chân (4),
7


5V cho chân (6). Chân (7), (12) lần lượt là chân Enable A và Enable B của module.
Chân (8), (9), (10), (11) lần lượt là chân IN1, IN2, IN3, IN4 của module. Nối GND
cho chân (5).
 Ứng dụng.
Module L298 được sử dụng rộng rãi trong các mô hình điều khiển, các mô hình
giảng dạy, xe điều khiển, đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp,… vì kích thước nhỏ gọn, sử
dụng điện thế ~48V, 2A, có thể đảo chiều động cơ áp dụng trong mô hình xe điều
khiển,…
2.3 Module bluetooth HC-05.
Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách
ngắn. Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn(UHF radio) trong dải tần số
ISM (2.4 tới 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module này vào khoảng 12m trở lại.

Hình 2.4: Module Bluetooth HC-05.
 Đặc điểm kỹ thuật.

* Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động của UART 3.3V đến 5V.
Dòng điện khi hoạt động: khi đang thực hiện kết nối với thiết bị khác là 30mA,
sau khi đã kết nối với thiết bị khác và hoạt động truyền nhận bình thường là 8mA.
Chuẩn kết nối UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400,
57600, 115200.
Kích thước của module chính: 28 mm x 13 mm x 2.25 mm.
Dải tần sóng hoạt động: 2.4 GHz
Chuẩn truyền Bluetooth: Bluetooth specification v2.0+EDRo
∗ Thiết lập mặc định:
Baud rate: 9600, 8,1
8


Mật khẩu kết nối: 1234
(a)

(

b
)
(a)

M
ạ
c
h

nguyên lý module HC-05
(b) Chân của Module HC-05

Hình 2.5: Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05.
Module Bluetooth HC-05 có tổng cộng 6 chân và được kết nối với vi điều khiển
(Board Arduino Uno R3) theo bảng 2.1.
Bảng 2.1: Nối dây giữa module Bluetooth với Arduino Uno:
Bluetooth module
VCC
GND
TX
RX
EN

Vi điều khiển
5V
GND
RX
TX
3.3V

 Ứng dụng:
Module HC-05 nhỏ gọn, có nhiều chuẩn UART nên được sử dụng nhiều trong
các thiết kế mà cần phải kết nối tín hiệu bluetooth với thiết bị khác. Cũng vì thế mà
module HC-05 có ứng dụng rất lớn trong đời sống và các nghiên cứu khoa học.

9


2.4 Động cơ DC.
Động cơ điện có tác dụng biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ để tạo
động lực cho một số chi tiết khác.

Hình 2.6: Một số động cơ DC sử dụng trong robot.
2.4.1

Cấu tạo.
Động cơ DC gồm có roto, starto, hệ thống chổi quét, các vành khuyên. Starto

(đối với loại động cơ nhỏ) được cấu tạo là nam châm vĩnh cửu, có hai cực nam và cực
bắc được đặt đối diện nhau nhằm để tạo ra từ trường. Roto được cấu tạo từ các lá thép
kĩ thuật có các rãnh để đặt các phần tử cuộn dây vào, điện áp DC được cung cấp vào
cuộn dây nhờ vào hệ thống chổi quét và vành khuyên.
Việc lựa chọn động cơ căn cứ vào các tiêu chí tốc độ, khả năng chịu tải, độ hãm,
dòng, áp.
2.4.2

Nguyên lý hoạt động.

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,
hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều,
một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm
vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông
thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
10


(a)
(b)
(a) Pha 1
(b) Pha 2
(c) Pha 3

(c)

Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động động cơ DC
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động
quay
Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng
dấu, trở lại pha 1.
2.4.3 Phương pháp điều khiển động cơ.
∗ Phương pháp điều chỉnh PWM:
Phương pháp điều chỉnh PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra động cơ DC
hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi
xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.

Hình 2.8: Đồ thị dạng xung điều chỉnh PWM.
Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM. Với độ rộng xung đầu ra
11


tương ứng và được tính bằng %. Tùy thích do chúng ta điều khiển.
Nguyên lý của PWM:
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải và
một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng ngắt. Phần tử thực hiện nhiệm
vụ đó trong mạch các van bán dẫn.
(a)
(a)
(a)
(a)
(a)
(b)

a: Giảng đồ xung.
b: Mạch nguyên lý điều chỉnh xung.
Hình 2.9: Nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung.
Mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển
và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.
Nguyên lý :
Trong khoảng thời gian 0 – t0 ta kích mức cao cho U1 mở toàn bộ điện áp nguồn
Ud được đưa ra động cơ DC. Còn trong khoảng thời gian to - T ngưng kích mức cao
cho U1, ngắt nguồn cung cấp cho động cơ DC. Với t 0 thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ
cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.
Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :
Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở) còn T là thời gian của cả sườn
âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.

U d = U max *

t1
T

(V ) hay U d = U max * D
12


với là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM.
Như vậy trên hình đồ thị dạng điều chế xung.
Điện áp trùng bình trên tải sẽ là :
Ud = 12.30 % = 3.6 V (Với D = 30%)
Ud = 12.60 % = 7.2 V (Với D = 60%)
Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)
Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ qua hộp giảm tốc:

A: Bánh răng bị động
B: Bánh răng chủ động
Hình 2.10: Nguyên lý truyền động của hộp giảm tốc.
Hộp giảm tốc có chức năng hãm tốc độ của vòng quay. Thiết bị này là cơ cấu
truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được Sử dụng để kìm
hãm vận tốc góc và tăng mômen xoắn. Hộp giảm tốc được xem là bộ phận trung gian
ở giữa động cơ và bộ phận làm việc của máy.
Cấu tạo hộp giảm tốc gồm các cặp bánh răng lớn nhỏ ăn khớp với nhau. Thông
qua động tác truyền chuyển động giữa các cặp bánh răng, tốc độ cuối cùng mà hộp
giảm tốc cấp cho bộ phận làm việc của máy khác biệt so với tốc độ ban đầu của động
cơ khi đưa vào hộp giảm tốc. Sự khác biệt đó phụ thuộc vào tỉ số truyền giữa các cặp
bánh răng ăn khớp với nhau được chứa bên trong hộp giảm tốc. Công thức tính tỉ số
truyền:

i = n1/n2 = z2/z1
Trong đó:
i: tỉ số truyền giữa 2 bánh răng.
13


n1 : Số vòng quay trục chủ động.
n2 :Số vòng quay trục bị động.
z1 : Số răng bánh răng chủ động.
z2 : Số răng bánh răng bị động.
Kết luận: Cả hai phương pháp trên đều được sử dụng trong đề tài vì luôn cần hiệu
chỉnh tốc độ động cơ liên tục bằng PWM và sử dụng hộp số để khả năng chịu tải của
động cơ cao hơn.
2.4.4

Ứng dụng.

Động cơ DC có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực và được ứng dụng rất
rộng rãi. Động cơ DC được ứng dụng để điều khiển các cơ cấu chấp hành, được sử
dụng nhiều trong các robot máy công cụ, các thiết bị y khoa, các thiết bị ôtô, các máy
bán hàng nhỏ, và các máy quét…
2.5 Bộ truyền tín hiệu âm thanh.
Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông tin giữa các thiết bị với nhau
mà không cần cáp và dây dẫn. Bluetooth là một chuẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các
hãng sản xuất muốn có đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu
của chuẩn này đối cho sản phẩm của mình.
Những chỉ tiêu kỹ thuật này giúp bảo đảm cho các thiết bị có thể nhận ra và
tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth.
Trong các sản phẩm Bluetooth, tai nghe Bluetooth là một sản phẩm công nghệ
hiện đại, giúp truyền và nhận tín hiệu giọng trực tiếp giữa các thiết bị khác nhau.
Trong đề tài này, tôi sử dụng tai nghe Buetooth Bluedio I4 để truyền tín hiệu âm
thanh từ máy tính đến Mobile Robot.

14