Nghiên cứu thiết kế mô hình robot tự hành agv ứng dụng vận chuyển hàng hóa trong nhà xưởng

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

Nghiên cứu thiết kế mô hình robot tự hành AGV
ứng dụng vận chuyển trong nhà xưởng

Trần Anh Tuấn

Tự động hóa 3-K10

Đinh Văn Toàn

Tự động hóa 3-K11

Nguyễn Văn Huy

Tự động hóa 3-K11

Nguyễn Văn Quân

Tự động hóa 3-K11

Lê Xuân Tiến Lộc

Tự động hóa 3-K11

Khoa: Điện
Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Quang

Hà Nội, ngày 10 tháng 4 năm 2019


Nghiên cứu KHCN
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT TỰ HÀNH AGV....................................9
1.1 Khái quát chung........................................................................................9
1.2 Phân loại.................................................................................................10
1.2.1 Phân loại theo chức năng.................................................................10
1.2.2 Phân loại theo dạng đường đi...........................................................12
1.3 Thành phần cấu tạo của xe AGV.............................................................13
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ..................................14
2.1 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống.........................................................14
2.2 Chức năng từng khối...............................................................................15
2.3 Acquy Và Khối Nguồn 5V.....................................................................21
2.4 Khối cảm biến.........................................................................................22
2.5 Khối động cơ...........................................................................................25
2.5.1 Chọn động cơ...................................................................................25
2.5.2 Khối Driver Điều Khiển Động Cơ...................................................26
2.5.3 Phương pháp điều chỉnh:..................................................................26
2.6 Khối hiển thị...........................................................................................27
2.7 Khối cảnh báo.........................................................................................27
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM................................28
3.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán.....................................................................28
3.1.1 Đặc điểm công nghệ.........................................................................28
3.1.2 Bảng địa chỉ.....................................................................................28
3.1.3 Các lưu đồ thuật toán.......................................................................29
3.2 Mô hình thực nghiệm..............................................................................35

Page 2


Nghiên cứu KHCN
3.2.1 Khung robot AGV............................................................................36
3.2.2 Bánh xe............................................................................................36
3.2.3 Thiết kế cơ cấu nâng hạ hàng..........................................................36
3.2.4 Cảm biên..........................................................................................36
3.2.5 Mạch cầu Đôi (kết hợp từ 2 cầu H)..................................................37

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Page 3


Nghiên cứu KHCN
Hình 1.1 Robot AGV chở hàng trong nhà xưởng................................................9
Hình 1.2 Robot AGV kéo hàng.........................................................................11
Hình 1.3 Robot AGV chở hàng.........................................................................11
Hình 1.4 Robot AGV đẩy hàng.........................................................................11
Hình 1.5 Robot AGV nâng hàng......................................................................12
Hình 1.6 Loại chạy không theo đường..............................................................12
Hình 1.7 Loại chạy theo đường dẫn..............................................................12
Hình 2.1 Mạch Arduino...................................................................................15
Hình 2.2 Giao diện vào Ports (COM&LPT).....................................................17
Hình 2.3 Giao diện Arduino..............................................................................18
Hình 2.4 Giao diện Arduino-hướng dẫn nạp chương trình................................18
Hình 2.5 Mega 2560.........................................................................................20
Hình 2.6 Ac quy 12V /6A.................................................................................22
Hình 2.7 Pin cell 18650....................................................................................22
Hình 2.8 Mạch dò line......................................................................................22

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý.................................................................................23
Hình 2.11 Các chân HC_SRF04.......................................................................23
Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động........................................................................23
Hình 2.12 Động cơ Planet.................................................................................25
Hình 2.13 Cấu trúc bộ điều khiển tốc độ động cơ.............................................26
Hình 2.14 LCD 20x4A......................................................................................27
Hình 2.16 LED cảnh báo..................................................................................27
Hình 2.16 Còi....................................................................................................27
Hình 3.1 Mô hình thực nghiệm.........................................................................35
Hình 3.2 Mạch dò line......................................................................................36
Page 4


Nghiên cứu KHCN
Hình 3.3 Cách kết nối chân SRF04..................................................................37
Hình 3.4 Mạch cầu Đôi.....................................................................................37
Hình 3.5 Mô hình Robot AGV........................................................................38

LỜI CẢM ƠN
Được sự đồng ý và ủng hộ của bộ môn Thiết Bị Điện, Khoa Điện, Trường Đại
Học Công Nghiệp Hà Nội và dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo TS. Phạm Văn Cường,
Page 5


Nghiên cứu KHCN
chúng em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mô hình Robot tự hành AGV
ứng dụng vận chuyển trong nhà xưởng”.
Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này chúng em xin xin chân thành cảm ơn thầy
giáo hướng dẫn TS. Phạm Văn Cường đã hướng dẫn tận tình, chu đáo từ những ngày
mới bắt đầu. Thầy luôn nhiệt huyết và theo dỗi mỗi bước đi của chúng em.

Cuối cùng chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện đã luôn
giúp đỡ, góp ý, ủng hộ và động viên để chúng em hoàn thành tốt nghiên cứu này.
Trong qua trình nghiên cứu chúng em đã vấp phải nhiều khó khăn, do hạn chế
về kiến thức và non kém về kinh nghiệm nên chúng em không thể tránh khỏi những
thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được.
Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để đề tài này của
chúng em được hoàn chỉnh hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2019
Nhóm sinh viên.

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Để tiến kịp
các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp cận các
Page 6


Nghiên cứu KHCN
công nghệ và thiết bị hiện đại. Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các kiến thức
mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất nước.
Kĩ thuật robot đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiều
nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong quốc phòng, y
tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ. Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot trong sản xuất của
chúng ta còn hiếm hoi. Việc ứng dụng robot công nghiệp hiện vẫn còn là lĩnh vực mới
mẻ đối với nền công nghiệp nước nhà. Trong xu hướng phát triển chung việc nghiên
cứu khoa học và sử dụng robot ở Việt nam chắc chắn sẽ phát triển. Hiện nay, hầu hết
các ngành công nghiệp ở nước ta đều có quy mô lớn nhưng chất lượng chưa cao do
những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị còn thô sơ nên năng suất lao

động chỉ đạt ở mức trung bình, lợi nhuận thấp do phải sử dụng một lượng công nhân
rất lớn. Automated Guided Vehicle (AGV) là một loại robot được sử dụng tại nước
ngoài trong các ngành công nghiệp dùng để chuyên chở tự động. Tuy nhiên đối với
Việt Nam thì công nghệ này vẫn chưa được áp dụng nhiều trong thực tế. Nắm bắt tình
hình , tiếp thu kiến thức giáo dục của nhà trường và mong muốn nâng cao năng suất
lao động cho ngành công nghiệp nước nhà chúng tôi đã thực hiện và nghiên cứu chế
tạo Robot AGV với chi phí chế tạo thấp nhất và kết cấu đơn giản nhất nhưng mang lại
hiệu quả cao nhất. Từ những ưu điểm của robot AGV, nhóm đã quyết định thực hiện đề
tài:“Nghiên cứu thiết kế mô hình Robot tự hành AGV ứng dụng vận chuyển trong
nhà xưởng”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Làm quen với việc nghiên cứu khoa học
- Thiết kế, chế tạo và lắp ráp mô hình robot AGV
- Nâng cao khả năng nghiên cứu khoa học
- Dần tiếp cận với thực tiến
- Giúp chúng em hiểu được nguyên lý, ứng dụng robot AGV
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng: Robot AGV
4. Giả thuyết nghiên cứu
Sau quá trình nghiên cứu và thực nghiệm nhằm hướng tới ứng dụng
Robot AGV vào lĩnh vực vận chuyển hàng hóa thay thế sức lao động của con
người .
Page 7


Nghiên cứu KHCN
5. Phương pháp nghiên cứu
 Nắm bắt quy trình vận hành robot AGV , từ đó làm nền tảng cho nhóm
và phát triển nghiên cứu AGV.
 Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thiết kế, chế tạo thử nghiệm, thử

nghiệm hoạt động và hoàn chỉnh mô hình.
 Kế thừa và phát huy những thành tựu về khoa học công nghệ tiên tiến và
hiện đại, nhóm nghiên cứu đã đưa ra nhiều ý tưởng cũng như công nghệ
phù hợp với giải pháp của đề tài.
6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Tự động hóa trong quá trình vận chuy ển hàng hóa giúp nâng cao năng
suất lao động, mang lại lợi nhuận trực tiếp cho các công ty Việt Nam. Góp
phần rút ngắn khoảng cách giữa các công ty trong n ước và các doanh nghi ệp
nước ngoài về việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất , bắt kịp th ời đại công
nghiệp 4.0. Bên cạnh đó nó còn thể hiện bản lĩnh cũng như tầm hiểu biết ngày
càng được nâng cao của sinh viên khi có thể nắm bắt những kiến thức về khoa học
kỹ thuật và vận dụng một cách sáng tạo, có hiệu quả vào thực tiễn cuộc sống.

Page 8


Nghiên cứu KHCN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT TỰ HÀNH AGV
1.1 Khái quát chung
Robot AGV đã tồn tại từ năm 1953 bởi Barrett Electronics Of Northbrook, bang
Illinois – USA, nay là Savant Automation of Walker, bang Michigan – USA. Một nhà
phát minh với một giấc mơ sáng chế ra một phương pháp tự động hóa con người trên
chiếc xe tải kéo mà đã được sử dụng trong các nhà máy trong nhiều năm. Lúc đầu chỉ
là một chiếc xe kéo nhỏ chạy theo một đường dẫn. Hệ thống hướng dẫn đầu tiên được
tạo ra khi xuất hiện các cảm biến dò theo một từ trường. AGV tồn tại ở mức này cho
đến giữa những năm 70. Công nghệ lúc này đã điều khiển các hệ thống để mở rộng
khả năng và tính linh hoạt. Xe không chỉ còn được dùng để kéo rơ moóc trong kho, mà
còn được sử dụng trong quá trình sản xuất, làm việc, và các hệ thống lắp ráp ô tô. Qua
nhiều năm, khi công nghệ trở nên tinh vi hơn, thì ngày nay các AGV chủ yếu được
định vị bởi hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle). Trong quá trình tự hành,

LGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm được
chuyển qua các trạm, kho nơi mà sau đó chúng được giữa lại hoặc chuyển đến một vị
trí khác. Ngày nay, LGV đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các nhà máy và nhà
kho, đưa hàng hóa đến đúng địa điểm một cách an toàn.
Khái niệm cơ bản
Robot AGV

là một

khái niệm chung chỉ tất cả
các hệ thống có khả năng vận
chuyển mà không cần người
lái. Trong công nghiệp AGV
được hiểu là các xe chuyên
chở tự động được áp dụng
trong các lĩnh vực. (Hình 1.1)
Hình . Robot AGV chở hàng trong nhà xưởng
- Cung cấp sắp xếp linh kiện tại khu vực kho và sản xuất.

Page 9


Nghiên cứu KHCN
- Chuyển hàng giữa các trạm sản
xuất.
- Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc
biệt trong bán buôn.
- Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh
vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị, văn
phòng …

Hình . Robot AGV kéo hàng

Qua tất cả các ứng dụng trên, AGV thể hiện rất rõ hiệu quả của mình như: Giúp
giảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân
lực, những công việc được lặp đi lặp lại v.v… AGV còn giúp giảm chi phí chế tạo,
tăng hiệu quả sản xuất. Robot AGV là hệ thống an toàn, bền bỉ mang lại lợi ích cho
công ty có thời gian hoạt động sản xuất lâu dài.
Chúng có thể được chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hàng cấp phát cho
một số vị trí làm việc nhất định.
1.2 Phân loại
Robot AGV được phân loại theo 2 dạng:
Theo chức năng:





Robot kéo
Robot chở
Robot đẩy
Robot nâng

Theo đường đi:
 Loại chạy không chạy theo đường dẫn
 Loại chạy theo đường dẫn

1.2.1 Phân loại theo chức năng
• Robot kéo (Towing Vehicle). (Hình 1.2)
Robot kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn còn thịnh hành. Loại này có thể

kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 60000 pounds.
Ưu điểm của hệ thống Robot kéo:
Page 10


Nghiên cứu KHCN
– Khả năng chuyên chở lớn.
– Có thể dự đoán và lên kế hoạch về
tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng như
đảm bảo an toàn.
– Tăng tính an toàn.
• Robot chở (Unit Load Vehicle)
Robot chở (Hình 1.3) được

Hình . Robot AGV nâng hàng

trang bị các tầng khay chứa có thể
là các nâng, hạ chuyền động bằng
băng tải, đai hoặc xích.
Loại này có ưu điểm:
– Tải trọng được phân phối
và di chuyển theo yêu cầu.
– Thời gian đáp ứng nhanh
gọn.

Hình . Robot AGV chở hàng
– Giảm hư hại tài sản.
– Đường đi linh hoạt.
– Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.
– Lập kế hoạch hiệu quả.

• Robot đẩy (Cart Vehicle). (Hình
1.4)
Robot đẩy được cho là có tính linh
hoạt cao và rẻ tiền. Chúng được sử
dụng để chuyên chở vật liệu và các
hệ thống lắp ráp.
• Robot nâng (Fork Vehicle). (Hình
1.5)
Hình . Robot AGV đẩy hàng
Page 11


Nghiên cứu KHCN
Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các khối hàng
đặt trên giá.

1.2.2 Phân loại theo dạng đường đi
• Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free path navigation) (Hình 1.6)
Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không gian hoạt động. Đây là loại
robot AGV có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con quay hồi
chuyển (Gyroscop sensor) để xác định
hướng di chuyển, cảm biến laser để xác
định vị trí các vật thể xung quanh trong
quá trình di chuyển, hệ thống định vị
cục bộ (Local navigation Location) để
xác định tọa độ tức thời,…Việc thiết kế
loại xe này đòi hỏi công nghệ cao và
phức tạp hơn so với các loại AGV khác.

Hình . Loại chạy không theo đường

• Loại chạy theo đường dẫn (Fixed path navigation). (Hình 1.7)
Robot AGV thuộc loại này được
thiết kế chạy theo các đường dẫn định
sẵn gồm các loại đường dẫn như sau:
Đường dẫn từ: Là loại đường
dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic
wire) chôn ngầm dưới nền sàn. Khi di

Hình . Loại chạy theo đường dẫn

chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà xe có thể di chuyển theo đường dây dẫn.
Loại đường dẫn này không nằm bên trên mặt sàn nên có mỹ quan tốt, không ảnh
hưởng đến các công việc vận hành khác. Tuy nhiên khi sử dụng phải tiêu tốn năng
lượng cho việc tạo từ tính trong dây, đồng thời đường dẫn là cố định và không thể thay
đổi được.
Đường băng kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn trên
sàn nhờ các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ. Loại này có tính linh hoạt cao vì trong
Page 12


Nghiên cứu KHCN
quá trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng nhờ kẻ lại các
vạch dẫn. Tuy nhiên khi sử dụng, các vạch dẫn có thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăn
cho việc điều khiển chính xác xe.
1.3 Thành phần cấu tạo của xe AGV
Các bộ phận chính của AGV bao gồm: Các bộ phận dẫn động: Động cơ, cơ cấu
nâng hạ và giảm tốc, phanh hãm…
Bộ phận điều khiển: mạch điều khiển, cảm biến, đèn báo tín hiệu.

Bộ phận kết nối tải: Được thiết kế tùy theo loại AGV và yêu cầu sử dụng.
Nguồn năng lượng : Ắc quy, nguồn điện một chiều.
Kết luận :
Sau khi tìm hiểu về robot AGV dựa vào các đặc tính phân loại chức năng nhóm
chúng em đã lựa chọn thiết bị và thiết kế hệ thống.

Page 13


Nghiên cứu KHCN
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
2.1 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống
Thành phần từng khối:

Khối Cảm
Biến

Khối
Nguồn

Khối
Động cơ

Khối Xử Lý
Trung Tâm

Khối Hiển
Thị

Khối cảnh

báo

 Bộ nguồn gồm có acquy 12v-6A cung cấp cho động cơ và sử dụng
nguồn riêng 7.4V cho vi điều khiển,cảm biến, khối hiển thị.
 Khối cảm biến: Sử dụng cảm biến siêu âm và cảm biến đường line giúp





nhận biết đường line chạy tránh vật cản trên đường di chuyển của xe.
Khối động cơ: Bao gồm động cơ Planet, xi lanh điện.
Khối hiển thị: LCD 20x4 A.
Khối cảnh báo: Còi báo, đèn báo.
Khối xử lý trung tâm: Mega 2560

2.2 Chức năng từng khối
Khối xử lý trung tâm
-

Nhận tín hiệu từ khối cảm biến
Page 14


Nghiên cứu KHCN
-

Xử lý tín hiệu điều khiển
Gửi tín hiệu điều khiển qua khối hiển thị
Truyền tín hiệu điều khiển đầu ra

Giao tiếp với bộ điều khiển thông qua bộ truyền / thu nhận tín hiệu (tín hiệu

điều khiển bằng điều khiển từ xa)
Điều khiển thông minh thông qua chế độ tự động.
Thiết bị chính: Arduino Mega2560. (Hình 2.1)

Hình . Mạch Arduino
a, Giới thiệu về Arduino.
Ardruino
Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết
bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn và các thiết bị khác.
Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử
dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người
ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức
giá rất thấp và tính chất mã nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm.
Khả năng của bo mạch Arduino
Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip
phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560. Các dòng vi xử lý này cho phép lập
trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ
nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả
năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng
như UART, SPI, TWI (I2C).

Page 15


Nghiên cứu KHCN






Xung nhịp: 16MHz
EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)
SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)
Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)

Người dùng có thể linh hoạt số lượng ngõ vào và ngõ ra.
Digital: Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và
trên Atmega2560 là 54.
Analog: Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với độ phân
giải 10-bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp chuẩn là 5V thì độ phân giải khoảng
0.5mV). Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối với
Atmega2560. Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến
như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, gyro, accelerometer…
- PWM: Độ phân giải các chân này là 8-bit. Số lượng cổng PWM đối với các
bo dùng Atmega328 là 6, và đối với các bo dùng Atmega2560 là 14. PWM có nhiều
ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ mà phổ biến nhất
là động cơ DC trong các máy bay mô hình.
Môi trường lập trình bo mạch Arduino: Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều
tính năng thông dụng mang lại nhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự
của Arduino nằm ở phần mềm. Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ
lập trình Wiring dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ
thuật. Quan trọng là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng.
 Giao diện IDE của Arduino
Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất
hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux.
Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và
có thể mở rộng.
Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++. Và do

ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn
toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR C vào chương trình.
 Kết nối với Arduino
Page 16


Nghiên cứu KHCN
Kết nối phần cứng Arduino với phần mềm Arduino trên máy tính là việc đầu
tiên các bạn thực hiện để có thể tiến hành lập trình, các bước đơn giản như sau:
Bước 1: Tải và cài đặt phần mềm
Bước 2: Các bạn kết nối phần cứng là Board mạch Arduino vào máy tính qua
cổng USB, giúp Arduino giao tiếp với máy tính (truyền nhận dữ liệu) cũng như cấp
nguồn 5VDC qua cổng USB cho board hoạt động. Khi kết nối board mạch với máy
tính, board sẽ tự động cài Driver, nếu không cần thực hiện thêm các bước sau (thực
hiện trên hệ điều hành Windows, Linux hoặc Mac):
Nhấp chuột phải vào My Computer > Device Manager > Other Devices sẽ thấy
1 mục xuất hiện khi cắm board vào là Unknow devices hoặc Arduino. ( Hình 2.2)
Nhấn chuột phải vào mục vừa
xuất hiện trong Other Devices >
Update Driver Software > Browse
my computer for Driver software,
sau đó chọn đường dẫn là thư mục
Arduino vừa cài đặt vào máy tính
(thường nằm trong Program Files),
sau đó nhấn OK và chờ đợi cho đến
khi cài đặt thành công.

Hình . Giao diện vào Ports (COM&LPT)

Sau khi cài đặt thành công, trong Device Manager sẽ hiện tên board tương ứng

kèm thứ tự cổng Comport như sau:
* Thông tin thêm: Ở bước 2 khi các bạn cài đặt thành công, việc hiện Arduino
như một thiết bị kết nối cổng COM trên máy tính chứng tỏ giao tiếp thực tế giữa
Arduino và máy tính không phải là giao tiếp USB mà thông qua 1 IC chuyển giao tiếp
từ USB sang COM, so với USB thì COM là 1 giao tiếp có độ đơn giản và dễ dàng sử
dụng hơn rất nhiều khi lập trình.

Page 17


Nghiên cứu KHCN
Bước 3: Mở phần mềm Arduino
vừa cài đặt > Tools > Board, chọn
board Arduino tương ứng đang sử
dụng, sau đó chọn Tools > Serial Port,
chọn cổng COM theo thứ tự tương ứng
của Board trong Device Manager, nếu
có thêm mục Tools > Processor thì
chọn vi điều khiển tương tứng trên
board (trên IC trung tâm thường có in
tên), nếu không thì không cần chọn. Hình . Giao diện Arduino (Hình 2.3)
Bước 4: Chọn 1 ví dụ đơn giản trong File > Examples > Basic > Blink, sau đó nhấn
Ctrl + U để tiến hành nạp thử, khi nạp bạn sẽ thấy 2 đèn báo TX, RX trên board chớp
báo hiệu đang nạp chương trình, sau khi hoàn tất hai đèn này sẽ ngừng chớp và
chương trình bắt đầu hoạt động. (Hình 2.4)

Lưu ý:
Khi chương trình đã được nạp, nó sẽ được lưu giữ cho đến khi nạp chương trình
mới, khi nạp chương trình mới đồng nghĩa với 2 việc là bạn xóa chương trình cũ và
chương trình mới được nạp, để

thấy rõ tất cả tiến trình nạp
chương trình xin chọn File >
Preferences

>

Show

verbose

output during, tick vào hai mục là
compilation và upload để theo dõi
toàn bộ quá trình này.
Các loại bo mạch Arduino:
Hình . Giao diện Arduino-hướng dẫn nạp
chương trình
Page 18


Nghiên cứu KHCN
Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bo mạch
chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính (thường
được gọi là shield).
Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu
hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khác nhau. Một số bo
có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth.
Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính ví
dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ v.v…
b, Arduino Mega 2560
Giới thiệu:

Arduino Mega 2560 là phiên bản nâng cấp của Arduino Mega hay còn gọi là
Arduino Mega 1280. Sự khác biệt lớn nhất với Arduino Mega 1280 là chip nhân.
Ở Arduino Mega 1280 sử dụng chip ATmega1280 với flash memory 128KB,
SRAM 8KB và EEPROM 4 KB
Arduino Mega 2560 là phiên bản hiện đang được sử dụng rộng rãi và ứng dụng
nhiều hơn. Với chip ATmega2560 có bộ nhớ flash memory 256 KB, 8KB cho bộ nhớ
SRAM, 4 KB cho bộ nhớ EEPROM. Giúp cho người dùng thêm khả năng viết những
chương trình phức tạp và điều khiển các thiết bị lớn hơn như máy in 3D, điều khiển
robot.

Hình 2.1 Mega 2560
Ngoài ra có những phiên bản khác như Arduino Mega ADK, hay Arduino DUE
với những tính năng cao cấp hơn.(Hình 2.5)

Page 19


Nghiên cứu KHCN
Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip ATmega2560.
Bao gồm:
 54 chân digital (trong đó có 15 chân có thể được sủ dụng như những
chân PWM là từ chân số 2 → 13 và chân 44 45 46).
 6 ngắt ngoài: chân 2 (interrupt 0), chân 3 (interrupt 1), chân 18 (interrupt








5), chân 19 (interrupt 4), chân 20 (interrupt 3), and chân 21 (interrupt 2).
16 chân vào analog (từ A0 đến A15).
1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz.
1 cổng kết nối USB.
1 jack cắm điện.
1 đầu ICSP.
1 nút reset.
4 cổng Serial giao tiếp với phần cứng:

CỔNG SERIAL

CHÂN RX

CHÂN TX

Cổng 0

0

1

Cổng 1

19

18

Cổng 2

17

16

Cổng 3

15

14

Bảng Thông số kĩ thuật
Chip xử lý

ATmega2560

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp vào (đề nghị)

7V-15V

Điện áp vào (giới hạn)

6V-20V

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin

50 mA

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin

20 mA

Flash Memory

256 KB

SRAM

8 KB

EEPROM

4 KB

Clock Speed

16 MHz

Ưu điểm của thiết bị:
- Mạnh mẽ với bộ nhớ flash lớn, số chân nhiều hơn và cùng số lượng shield hỗ
trợ không nhỏ, Arduino Mega được đưa vào các dự án lớn hơn như xử lý thông

Page 20


Nghiên cứu KHCN
tin nhiều luồng, điều khiền nhiều động cơ, xe điều khiển từ xa, LED cube hay

còn mở rộng cánh cửa với thế giới IoT.
- Giá thành không cao, dễ tìm mua và lắp đặt.
2.3 Acquy Và Khối Nguồn 5V

- Chọn acquy (Hình 2.6): Để đảm bảo yêu cầu chạy trong công ty xe AGV phải
đáp ứng được quá trình sử dụng bình ắc quy trong thời gian 4h làm việc. Công
thức tính thời lượng dùng ắc quy được tính như sau:

Trong đó:
T –thời gian cần có điện trong hệ thống, giờ;
Ah –dung lượng bình ắc quy, Ah;
U – hiệu điện thế của ắc quy, V;
pt – hiệu suất của hệ thống: 0,8
P – công suất tiêu thụ của tải, W;
Vậy đối với loại bình ắc quy 12VDC để đáp

Hình . Ac quy 12V /6A
ứng được yêu cầu làm việc 8h thì dung lượng ắc quy cần thiết sẽ là:
Ah==
Nguồn 7.4V chúng em sử dụng nguồn riêng từ 2 quả Cell pin   samsung Lion
IRC18650-5R-2600mAh. (Hình 2.7)
2.4 Khối cảm biến
Khối dò line (Hình 2.8)
Nguyên lí cảm biến hồng ngoại:
-

Gồm một mắt phát và thu hồng

-

ngoại.
Khi nhân được tín hiệu hồng

Hình . Pin cell 18650

ngoại từ đèn phát thì đèn thu sẽ
hoạt động.
Hình . Mạch dò line
Page 21


Nghiên cứu KHCN
-

Khi có ánh sáng hồng ngoại từ led phát, nếu có một vật cản, ánh sáng sẽ được

-

phản xạ lại led thu.
Ứng dụng: dùng trong các ứng dụng phát hiện vật cản, xe dò đường,....
Cảm biến dò line làm việc dựa trên nguyên lí giống cảm biến hồng ngoại.
Về mặt cơ bản 1 led phát hồng ngoại 1 led thu hồng ngoại . Khi nhận được tín

hiệu hồng ngoại từ đèn phát thì đèn thu sẽ hoạt động. Khi có ánh sáng hồng ngoại từ
led phát, nếu có một vật cản, ánh sáng sẽ được phản xạ lại led thu. Vậy nên nhóm
chúng em đã chọn loại cảm biến dò line MTE-L021.
Thông số kỹ thuật:
-

Điện áp hoạt động: 5V (DC)

Vi xử lí tích hợp: Stm8s003F3P6
Số mắt line số: 5 mắt
Tín hiệu trả về: Digital (0/1)
Kích thước: Rộng: 27mm, Dài: 107mm, Cao 190mm.

Sơ đồ nguyên lý mạch : (Hình 2.9)

Hình . Sơ đồ nguyên lý

Cảm biến siêu âm HC-SRF04

Hình . Nguyên lý hoạt
động

Hình . Các chân HC_SRF04

Page 22


Nghiên cứu KHCN
Cảm biến siêu âm HC-SRF04 (Hình 2.10+2.11)
- Nguồn làm việc: 5V (một số mạch điện tử có thể cấp nguồn 3.3V vẫn hoạt động
-

bình thường nhưng cảm biến siêu âm cần hoạt động ở mức 5V)
Dòng tiêu thụ: nhỏ hơn 2mA
Tín hiệu đầu ra: xung HIGH (5V) và LOW (0V)
Khoảng cách đo: 2cm – 300cm (3 mét)
Độ chính xác: 0.5cm

Cảm biến siêu âm có 4 chân:
- Vcc --> nguồn 5V
- Trig --> nối vi điều khiển (ngõ phát) (có thể sử dụng mức áp 3.3V để kích cảm
biến mà không ảnh hưởng đến kết quả)
- Echo --> nối vi điều khiển (ngõ thu)
- Gnd --> nối âm
Cảm biến siêu âm HC SR04 sử dụng 2 thành phần phát – nhận siêu âm.
Cảm biến siêu âm SR04 hoạt động bằng cách phát 1 tín hiệu siêu âm (tần số
40Khz) và bắt đầu đếm thời gian nhận được tín hiệu phản hồi.
Khoảng cách do cảm biến siêu âm SR-04 được tính từ tốc độ và thời gian phản
hồi.
Độ chính xác về khoảng cách của cảm biến siêu âm HC-SR04 phụ thuộc lớn
vào cách bạn lập trình phát – thu tín hiệu.
Cảm biến siêu âm hoạt động bằng cách phát đi 1 xung tín hiệu và đo thời gian
nhận được tín hiệu trở vể. Sau khi đo được tín hiệu trở về trên cảm biến siêu âm, ta
tính được thời gian từ lúc phát đến lúc nhận được tín hiệu. Từ thời gian này có thể tính
ra được khoảng cách.
Nếu đo được chính xác thời gian và không có nhiễu, mạch cảm biến siêu âm trả
về kết quả cực kì chính xác. Điều này phụ thuộc vào cách viết chương trình không sử
dụng các hàm delay.

Page 23


Nghiên cứu KHCN
2.5 Khối động cơ

2.5.1 Chọn động cơ
Động cơ Planet RS775 12V/24V-60W 200RPM (Hình 2.12) là động cơ servo
nam châm vĩnh cửu có chổi than. Động cơ được dùng cho các ứng dụng đòi hỏi sự

chính xác. Động cơ được gắn một encoder kèm theo để phản hồi vị trí cho bộ điều
khiển.
Các ưu điểm:
* Nhiễu tạp nhỏ.
* Kèm theo encoder (13ppr).
* Một vị trí có thể được giới hạn
đến một xung.
* Chi phí thấp.
* Tính năng kỹ thuật cao.
Thông số kỹ thuật:
* Hộp giảm tốc Planet 2 cấp bánh
răng.
* Đầu trục 8mm.
* Tốc độ đầu trục: 200RPM tại
điện áp 12V (350-400RPM tại
*
*
*
*
*
*

Hình . Động cơ Planet
điện áp 24V).
Công suất: 60W.
Dòng không tải: 0.3A.
Dòng tải nhẹ: 0.8-1A.
Dòng tải nặng: 1.5-3A.
Dòng tải làm động cơ kẹt trục: 10-15A.
Momen xoắn: 20-25kgfcm.

2.5.2 Khối Driver Điều Khiển Động Cơ
-

Diver nhận tín hiệu từ bộ vi xử lý trung tâm, xuất tín hiệu điều khiển tốc độ
chạy của động cơ. Diver cho phép hãm dừng động cơ một cách nhanh chóng.
Page 24


Nghiên cứu KHCN
-

Qua tìm tìm tòi nghiên cứu tài liệu cẩn thận kĩ lưỡng, nhóm sử bộ driver điều
khiển tốc độ động cơ theo phương pháp PID vận tốc.

2.5.3 Phương pháp điều chỉnh:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ robot AGV (Hình 2.13): Thực hiện điều chỉnh tốc

Hình . Cấu trúc bộ điều khiển tốc độ động cơ
độ robot thông qua điều chỉnh tốc độ của động cơ truyền động cho hai bánh phía sau.
Cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ cũng là một hệ kín. Tốc độ của xe AGV được đo
nhờ bộ Encoder. Đầu ra của Encoder là lượng xung phát ra tỷ lệ với số vòng quay hay
vận tốc đầu vào.
Giá trị tốc độ phản hồi mà encoder đo được đưa tới bộ điều khiển. Bộ điều
chỉnh này sẽ tính toán và cho giá trị đầu ra được gán vào bộ điều xung. Xung từ bộ
điều khiển sẽ thực hiện đóng cắt van bán dẫn tạo ra giá trị điện áp đầu ra U thay đổi
cấp cho động cơ. Như vậy đối với hệ thống điều chỉnh tốc độ phản hồi mạch kín thì
giá trị vận tốc luôn ổn định và bám theo giá trị lượng đặt.
Việc nghiên cứu và thiết kế driver điều khiển động cơ là một quá trình quan
trọng, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc của xe AGV.

 Nhóm em sử dụng vi điều khiển mega 2560 làm chíp xử lí tín hiệu phản hồi
từ ecoder của động cơ, từ đó truyền dữ liệu làm thay đổi tốc độ động cơ (xem phần
đính kèm code driver động cơ).

Page 25