Thiết kế chế tạo robot hút bụi thông minh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI
THÔNG MINH

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Số thẻ sinh viên :
Lớp:

PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY
TRẦN HỒNG THẮNG
101130214

13CDT2

Đà Nẵng, 05/2018


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thơng tin chung:
1. Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Thắng
2. Lớp: 13CDT2

Số thẻ SV: 101130214

3. Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh
4. Người hướng dẫn: Trần Xuân Tùy

Học hàm/ học vị: PGS.TS

II. Nhận xét đồ án tốt nghiệp:
1. Về tính cấp thiết, sáng tạo và ứng dụng của đồ án: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là 4đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa là 2đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

4. NCKH: (nếu có bài báo khoa học hoặc ĐATN là đề tài NCKH: cộng thêm 1đ)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
III.

Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ)

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá:
2. Đề nghị:

/10

Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2018

Người hướng dẫn

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 1

Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
V. Thơng tin chung:
5. Họ tên sinh viên: Trần Hồng Thắng

Lớp: 13CDT2

6. Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh
VI.Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
Điểm Điểm Điểm
tối đa trừ cịn lại

TT Các tiêu chí đánh giá
1

Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp,
giải quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao

- Hiểu và vận dụng được kiến thức Toán và khoa học tự
nhiên trong vấn đề nghiên cứu
1b - Hiểu và vận dụng được kiến thức cơ sở và chuyên
ngành trong vấn đề nghiên cứu
1c - Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm mơ
phỏng, tính tốn trong vấn đề nghiên cứu
1d - Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài
ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu
1e - Có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giải quyết vấn đề
1a

1f
2
2a

2b

- Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn:
Kỹ năng viết :
- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc
tích
- Thuyết minh đồ án khơng có lỗi chính tả, in ấn, định

80
15
25

10
10
10
10
20
15

5

dạng
3

Tổng điểm đánh giá: theo thang 100
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

3. Ý kiến khác:
……………………………………………………………………………………….
Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2018

Họ tên & Chữ kí người chấm

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 2

Đồ án Tốt nghiệp
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

PHIẾU NHẬN XÉT BẢO VỆ & CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
VII.

Thông tin chung:

7. Họ tên sinh viên: Trần Hồng Thắng

Lớp: 13CDT2

8. Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thơng minh
VIII. Nhận xét về tình hình bảo vệ và chấm đồ án tốt nghiệp:
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….

Đà Nẵng, ngày
Chủ tịch HĐ

SVTH: Trần Hồng Thắng

tháng

năm 201

Thư ký HĐ

Trang 3


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI THÔNG MINH
Họ và tên SV : Trần Hồng Thắng
Mã SV

: 101130214

Lớp

: 13CDT2

GV hướng dẫn : PGS.TS. Trần Xuân Tùy
GV duyệt

: GV.TS. Nguyễn Danh Ngọc

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:
1. Nhu cầu thực tế của đề tài.
Sau 5 năm được rèn học tập, lĩnh hội kiến thức từ lý thuyết đến các buổi thực
hành, các đồ án cùng với thực tập thì đồ án tốt nghiệp chính là sản phẩm đúc kết tất
cả những gì em đã linh hội được. Từ những kiến thức đó cùng với khả năng và nhu
cầu thực tế hiện nay , em đã tự chọn ra cho mình đề tài “ Thiết kế, chế tạo Robot hút
bụi thông minh” dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy.
Với xã hội càng ngày càng hiện đại, và con người ngày càng dành thời gian nhiều
hơn cho cơng việc và nghỉ ngơi thì làm việc nhà đã cần đến sự có mặt của các Robot
tự động. Hiện nay trên thực tế đã có một số loại máy hút bụi cũng như Robot hút bụi,
nhưng bản thân em muốn ứng dụng những kiến thức mình đã học và tiếp thu để tổng
hợp tự thiết kế và chế tạo ra Robot cho riêng mình . Kết hợp cả quét rác và hút hụi , sẽ
thuận tiện và sạch sẽ hơn nhiều. Ngoài ra hiện nay việc sử dụng Robot cho các nhà có
tầng , cầu thang mang đến nguy cơ Robot sẽ bị rơt rớt cầu thang nếu không có sự che
chắn cẩn thận. Nhưng với sợ cải tiến ở Robot hút bụi thơng minh này thì nguy cơ đó
sẽ bị loại bỏ hồn tồn với khả năng nhận biết được địa hình có thể bị rơi rớt. Khiến
người dung có thể yên tâm để chú Robot dọn nhà sạch sẽ mà không lo ngại bị rơi rớt,
hư hỏng.

2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:
Trong đề tài này chúng em thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiều các phương pháp
điều khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản và
đưa ra giải pháp phù hợp để đảm bảo khả năng hoạt động của Robot cao nhất và ít
khả năng hư hỏng nhất
- Tính tốn thiết kế các bộ phận với tỉ lệ thật nhằm đưa sản phẩm vào sử
dụng thực tế
-

Thiết kế và thi công Robot

3. Nội dung đề tài đã thực hiện :

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 4


Đồ án Tốt nghiệp
-

Số trang thuyết minh: 75

-

Số bản vẽ: 4A0

-

Mơ hình: 1 Robot hút bụi hồn thiện

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

4. Kết quả đã đạt được:
* Phần lý thuyết đã tìm hiểu:
- Tổng quan Robot hút bụi, tính thiết thực và cấp thiết của đề tài.
- Các sản phẩm Robot hút bụi trên thế giới
- Đứa ra các phương án truyền động, quét, hút bụi để lựa chọn phương án tối ưu
nhất cho đề tài
- Tính tốn lựa chọn các thành phần, động cơ, bộ truyền sử dụng trong Robot
hút bụi.
- Thiết kế các bộ phận, khung gá đặt của robot.
- Giới thiệu thành phần và các module chức năng điều khiển động cơ.
* Đã lựa chọn và thiết kế phần:
- Lựạ chọn và đưa ra các phương án tối ưu nhất.
- Lựa chọn các cơ cấu truyền động cho robot.
- Chọn các loại động cơ sử dụng.
- Chọn cách di chuyển hợp lí, hồn tồn tự động.
* Kèm Robot hút bụi hoàn thiện

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 5


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa : Cơ Khí

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Thắng
Lớp: 13CDT2

Số thẻ sinh viên: 101130214

Khoa: Cơ Khí

Ngành: Cơ Điện Tử

1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi thông minh
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
-

Tìm hiểu một số Robot hút bụi khác để phân tích ưu nhược điểm đưa ra ý
tưởng thiết kế
Đưa ra ngun lí, tính tốn lựa chọn cơ cấu phù hợp để thiết kế
Thiết kế Robot bằng Solidworks, tìm hiểu code điều khiển

Thi cơng , lắp ráp Robot
Hoàn thành Robot , thuyết minh bản vẽ

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
- Bản vẽ tổng thể chế tạo : 1A0
- Bản vẽ sơ đồ động
: 1A0
- Bản vẽ sơ đồ mạch điện : 1A0
- Bản vẽ sơ đồ thuật toán : 1A0
5. Họ và tên người hướng dẫn : PGS.TS. Trần Xuân Tùy
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
5/2/2018
7.Ngày hồn thành đồ án: 25/5/2018
Đà Nẵng, ngày
Trưởng Bộ mơn kỹ thuật

tháng

năm 201

Người hướng dẫn

Cơ điện tử

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 6


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, Robot khơng cịn là cái gì đó quá xa lạ với mọi người, chúng là sự kết
tinh những thành tựu to lớn về khoa học kỹ thuật của nhân loại. Robot được ứng
dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, y tế, nghiên cứu khoa học, giải trí, phục
vụ đời sống con người. Kéo theo đó là những yêu cầu về những thế hệ robot thông
minh, linh hoạt có kỹ năng lao động như con người. Cùng với sự phát triển của
kinh tế - xã hội ở Việt Nam việc đưa robot vào trong các hoạt động sản xuất công
nghiệp ngày càng nhiều. Tuy nhiên đối với các robot phục vụ trong gia đình, robot
giải trí – gọi chung là các robot dịch vụ còn là một lĩnh vực khá mới mẻ và ít được
quan tâm.
Từ đó, em chọn đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI THƠNG
MINH” cho đồ án tốt nghiệp của mình. Robot thực hiện việc hút bụi hoàn toàn tự
động chỉ cần một nút nhấn trên ROBOT.
Trong q trình tìm tịi, nghiên cứu và sử dụng các kiến thức bản thân nhưng do
sự hạn chế về mặt kiến thức, mà khoa học về Robot lại rộng lớn nên chúng em
không thể tránh được những thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự chỉ
bảo tận tình của các thầy trong khoa giúp chúng em bổ sung và nắm vững vốn kiến
thức của mình.
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã được sự giúp đỡ hướng dẫn
tận tình của thầy PGS.TS Trần Xuân Tùy và GV.TS Nguyễn Danh Ngọc cùng các
thầy trong khoa Cơ khí đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này.

Sinh viên thực hiện.

Trần Hồng Thắng

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 7


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

CAM ĐOAN

Kính gửi: - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
- Khoa Cơ Khí
Em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay
công trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được
cảm ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được
phép công bố.

Sinh viên thực hiện:
Trần Hồng Thắng

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 8


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................1
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ROBOT................................................. 11
1.1. Khái niệm về Robot : .................................................................................. 11
1.2.Phân loại Robot:........................................................................................... 12
1.3. Các bộ phận của robot di động thông minh : ............................................... 13
1.4. Các mơ hình điều khiển robot: .................................................................... 14
1.4.1. Mơ hình kiểu phản xạ : ......................................................................... 14
1.4.2. Mơ hình “sens – plan – act “ :............................................................... 14
1.4.3. Mơ hình kiểu lai : ................................................................................. 14
1.5. Tổng quan về Robot hút bụi : ...................................................................... 15
1.5.1. Robot hút bụi M388 ............................................................................. 15
1.5.2. Robot hút bụi NaviBot S Robotic Cleaner : .......................................... 16
1.5.3. Robot hút bụi thông minh Cocorobo với model RX-V60: .................... 17
1.6. Tính năng chung của robot hút bụi: ............................................................. 18
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ................................... 19
2.1. Phân tích phương án và chọn kết cấu cơ khí: ............................................... 20
2.1.1. Lựa chon động cơ cho robot: ................................................................ 21
2.1.2. Lựa chọn bánh xe cho robot: ................................................................ 23
2.1.3. Lựa chọn cơ cấu hút quét bụi:............................................................... 23
2.2. Phân tích phương án và chọn hệ thống điều khiển: ...................................... 24
2.3. Phân tích động học cho robot: ..................................................................... 25
2.3.1. Các hướng điều khiển chuyển động cho robot: ..................................... 25
2.3.1.1. Chuyển động tịnh tiến: .................................................................. 26
2.3.1.2. Chuyển động xoay: ........................................................................ 27
2.3.1.3 Phương trình động học cho robot: .................................................. 27
2.4. Tính tốn các thơng số động học cho robot: ................................................ 30
2.4.1. Tính chọn thơng số động cơ và đường kính bánh xe: ............................ 31
2.4.2. Tính chọn thơng số động cơ chổi qt: ................................................. 31
2.4.3. Tính chọn thơng số động cơ bộ phận qt rác bụi: ................................ 32
2.5. Một số hình ảnh robot khi thiết kế và thực tế ............................................... 33

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 9


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN............................................. 37
3.1. Sơ đố khối: ................................................................................................. 37
3.2. Mạch vi điều khiển:..................................................................................... 41
3.3. Mạch điều khiển động cơ: ........................................................................... 43
3.4. Mạch cảm biến siêu âm: .............................................................................. 45
3.5. Thuật tốn đọc SRF05:................................................................................ 46
3.6. Chạy tự đơng đi thẳng: ................................................................................ 47
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .............................. 47
Đánh giá kết quả: .......................................................................................... 47
Một số vấn đề đạt được: ............................................................................... 48
Các hạn chế:................................................................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 54

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 10


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ROBOT
1.1 Khái niệm về Robot :
Nguyên gốc của một từ La Tinh là robota có nghĩa là người tạp dịch. Như vậy
mục đích ra đời của robot là thay thế con người làm 1 số cơng việc nào đó.
Robot hay người máy là một loại máy có thể thực hiện những cơng việc một
cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính.
Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, ảo, thường là một hệ thống cơ khí-điện
tử. Với sự xuất hiện và chuyển động của mình, robot gây cho người ta cảm giác
rằng nó giác quan giống như con người. Từ "robot" (người máy) thường được hiểu
với hai nghĩa: robot cơ khí và phần mềm tự hoạt động.
Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào
thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot?” Một cách gần chính xác, robot phải có
một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:
▪ Không phải tự nhiên,tức là do con người sáng tạo ra.
▪ Có khả năng nhận biết mơi trường xung quanh.
▪ Có thể tương tác với những vật thể trong mơi trường.
▪ Có sự thơng minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và
được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước.
▪ Có khả năng điều khiển đuợc bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu
của người sử dụng.
▪ Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều.
▪ Có sự khéo léo trong vận động.
Sau đây là một số định nghĩa về robot :
❖ Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373 định nghĩa robot như sau: “Đó là một loại máy
móc được điều khiển tự động, được lập trình sẵn, sử dụng vào nhiều mục đích khác
nhau, có khả năng vận động theo nhiều hơn 3 trục, có thể cố định hoặc di động tùy
theo những ứng dụng của nó trong công nghiệp tự động.”

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 11


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

❖ Joseph Engelberger, một người tiên phong trong lĩnh vực robot công nghiệp
nhận xét rằng: “Tôi không thể định nghĩa robot, nhưng tơi biết loại máy móc nào là
robot khi tơi nhìn thấy nó!”.
❖ Từ điển Cambridge trực tuyến định nghĩa robot rằng rằng: “Đó là một loại máy
có thể thực hiện những công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy
tính”.
❖ Người máy hay Robot là cơng cụ cơ điện tử, thủy lực, nhân tạo, ảo,... thay thế
con người trong công nghiệp hay môi trường nguy hiểm. Robot cịn là cơng cụ để
giúp con người giải trí, tìm hiểu khoa học.
Ta có thể thấy định nghĩa về robot là 1 định nghĩa “mở”, nghành công nghiệp
robot ngày càng phát triển, con người sẽ được chứng kiến sự ra của nhiều loại robot
hơn nữa.

1.2.Phân loại Robot:
Có rất nhiều định nghĩa cũng như cách phận loại robot. Sau đây là một số cách
phân loại robot.
Theo Viện Robotics Hoa Kỳ(Robotics Institute of America - RIA) thì có 4 loại
robot như sau:
• Robot vân hành với sự điều khiển của con người.
• Tự vận hành với chu trình được định trước.

• Robot khả trình, điều khiển được với quỹ đạo liên tục.
• Robot có khả năng tự thu nhận thơng tin từ môi trường để đưa ra chuyển động
thông minh.
Theo Hiệp Hội Robot Nhật Bản:
• Robot vận hành với sự điều khiển của con người
• Robot vận hành với trình tự cố định.
• Robot vận hành với trình tự được điều khiển đơn giản.
• Playback Robot, Robot được lập trình sẵn nhiều cách chuyển động.
• Robot điều khiển bằng số với các tác vụ được lập sẵn.
SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 12


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

• Robot thơng minh : có thể tự hiểu được mơi trường để hành động hồn thành
tác vụ
Ngồi ra cịn các cách phân loại robot theo hình dáng và chức năng của robot ví
dụ như: robot cơng nghiệp,tay máy,robot giống người,robot mô phỏng động vật…

1.3 Các bộ phận của robot di động thơng minh :
Một robot thường bao gồm có 3 bộ phận: bộ phận cảm nhận, bộ phận điều
khiển và bộ phận chấp hành.
• Bộ phận cảm nhận: thu nhận thông tin từ môi trường. Bao gồm các sensor nội
và sensor ngoại.
• Bộ phận điều khiển: nhận thơng tin từ khối cảm biến, đưa ra quyết định dựa
trên thuật toán điều khiển và các lệnh tới khối cơ cấu chấp hành.

• Bộ phận chấp hành: thực hiện hành động của robot. Nhận thông tin điều khiển
từ bộ phận điều khiển. Trong nhiều trường hợp bộ phận chấp hành nhận thông tin
thẳng từ bộ phận cảm nhận.

Robot
Môi
Trường

Cảm
nhận

Điều khiển
(gồm vi xử lý và bộ nhớ)

Chấp
hành
Hình 1.1: Ba bộ phận của robot

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 13


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

1.4. Các mơ hình điều khiển robot:
1.4.1. Mơ hình kiểu phản xạ:
Chấp Hành

Cảm Nhận

Hình 1.2 : Mơ hình kiểu phản xạ
Mơ hình này khơng có khối điều khiển. Thơng tin từ khối cảm nhận được đưa
thẳng tới khối chấp hành, từ đó cơ cấu chấp hành hoạt động. Mơ hình này có ưu
điểm là tốc độ đáp ứng nhanh.

1.4.2. Mơ hình “sens – plan – act“:
Lên kế hoạch

Cảm nhận

Chấp hành

Hình 1.3 : Mơ hình tuần tự
Ở mơ hình này, thơng tin của môi trường được cảm nhận. Thông tin này được
truyền tới bộ phận điều khiển, bộ phận điều khiển sẽ phân tích và từ đó đưa ra thơng
tin điều khiển tới bộ phận chấp hành. Mơ hình này có tốc độ đáp ứng chậm.

1.4.3. Mơ hình kiểu lai:

Lập kế hoạch

Cảm Nhận

Chấp hành
Hình 1.4 : Mơ hình lai

Mơ hình này là mơ hình kết hợp giữa 2 kiểu mơ hình trên.Mơ hình lai bao gồm

nhiều cặp “cảm nhận – châp hành” hoạt động như mơ hình phản xạ, tốc độ đáp ứng
khá nhanh. Bên cạnh đó có 1 khối điều khiển lập kế hoạch cho toàn bộ tác vụ của
robot.

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 14


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

1.5. Tổng quan về Robot hút bụi
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, đời sống người dân tăng cao, giờ đây
các loại máy giặt, máy rửa bát, máy hút bụi xuất hiện ngày càng nhiều trong các
gia đình, giúp giải phóng bớt gánh nặng của người phụ nữ. Tuy nhiên với nhịp
sống ngày càng nhanh như hiện nay thì việc xuất hiện các robot phục vụ tự động
trong gia đình đang trở nên cần thiết hơn.
Sự xuất hiện của một số robot hút bụi thông minh tại Việt Nam trong những
năm gần đây, cho thấy nhu cầu cầu sử dụng robot thơng minh trong gia đình
khơng phải là nhỏ, và cho thấy thị trường tiềm năng trong lĩnh vực cịn mới mẻ
này.
Có thể nói, Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu
điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều
khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, cơng nghệ
lập trình và các phát triển của trí khơn nhân tạo...
Một robot hút bụi thông minh không giống như các loại máy hút bụi thơng
thường, Nó có thể thực hiện cơng việc hút bụi một cách hồn tồn tự động theo
chương trình đã được lập sẵn. Rất thích hợp cho các gia đình và văn phịng có nền

nhà gỗ , thảm, đá hoa. Với kích thước nhỏ gọn một số robot hút bụi có thể di
chuyển hết cả phịng, những nơi mà máy hút bụi thông thường không với vào được
như gầm giường, gầm ghế…
Được mệnh danh là máy hút bụi thơng minh, một số robot hút bụi có thiết kế
nhỏ gọn bao gồm một cổng hút dài và hệ thống chổi qt lơ trịn và chổi qt cạnh,
khi di chuyển nó sẽ xới bụi và cổng hút sẽ hút hết bụi bẩn. Chính vì vậy mà động
cơ hút bụi khơng cần có cơng suất lớn như máy hút bụi thơng thường. Robot có
thể hút bụi mạnh mẽ và quét sạch theo cách dùng chổi xoay,quay tròn lấy đi các
bụi bẩn trên thảm,bánh dẫn hướng linh hoạt tự điều chỉnh độ cao giúp robot có thể
di chuyển lên hoặc xuống thảm một cách đơn giản. Phát hiện vật cản ,tự động
chuyển hướng để tránh rơi xuống cầu thang. Thu gom rác và bụi bẩn vào hai khu
vực riêng biệt.
Dưới đây là một số mẫu robot của một số công ty:
SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 15


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

1.5.1. Robot hút bụi M388: của hãng Jinke (China)
Robot hút bụi thơng minh M388 khi tích hợp chức năng 5 trong 1: qt, hút
bụi, diệt khuẩn, làm sạch khơng khí và lau sàn nhà. Robot dễ dàng đi vào tất cà các
ngóc ngách trong phịng, hút sạch bụi. Khi gặp chướng ngại như chân bàn, chân
ghế với hệ thống cảm ứng điện tử thông minh robot sẽ tự tránh hoặc đi vịng quanh
hút bụi. Robot được tích hợp hệ thống bánh xe giúp robot có thể tự chạy quanh
nhà hút bụi. Với hệ thống chổi quét ven Robot sẽ quét dọn từng ngóc ngách trong
nhà bạn, nhất là chân tường và các góc khuất. Robot thơng minh sẽ giúp tránh

được việc phải đi cùng, tiếp xúc trực tiếp với bụi bặm, tiếng ồn - những yếu tố gây
tác động xấu lên sức khỏe.

Hình 1.5 : Robot hút bụi M388

1.5.2. Robot hút bụi NaviBot S Robotic Cleaner :
Là sản phẩm của Công ty Samsung. Hình dánh trịn, dẹp, cao gần 90 mm nên có thể
chui xuống các gầm bàn, gầm tủ nhà bạn để hút bụi và quét sạch các loại rác nhỏ. Phía
trước của robot có 2 cái chổi xoay nhỏ sẽ liên tục xoay để cuốn bụi và rác vào bên
trong thân máy.Đặc biệt, phía trên của con robot được tích hợp camera có khả năng
quan sát khơng gian căn phịng phía trước mặt để biết chỗ nào có rác chỗ nào không,

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 16


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

đồng thời nó sẽ ưu tiên chạy đến những chỗ có nhiều bụi hay rác bẩn để làm sạch chỗ
đó trước.

Hình 1.6 : Robot hút bụi NaviBot S Robotic Cleaner

1.5.3. Robot hút bụi thông minh Cocorobo với model RX-V60:
Đây là sản phẩm của cơng ty Sharp (Nhật Bản) với nhiều tính năng vượt trội có
có thiết kế dạng trịn với đường kính 29,9cm,đồng thời cho phép người dùng điều
khiển máy ngay cả khi đang không ở trong nhà. Cocorobo Navi là một ứng dụng

chạy trên Android và iOS, nó sẽ giúp chúng ta tạo một "bản đồ ảo" bằng cách sắp
đặt các vật dụng lên một mặt sàn phỏng theo cách bố trí đồ đạc của một tầng nào
đó trong nhà (ứng dụng này cũng có phép tùy chỉnh kích thước sàn). Dựa vào đây,
người dùng có thể thiết lập đường đi cho RX-V60, và bản thân chú robot này cũng
sẽ biết được ở đâu đang có vật cản để mà tránh né.

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 17


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

Hình 1.7 : Robot hút bụi thông minh Cocorobo với model RX-V60

1.6. Tính năng chung của robot hút bụi:
- Robot tự động lau sạch sàn nhà của bạn,hoạt động hiệu quả trên mọi bề mặt
chất liệu như sàn thảm, gỗ, vải sơn lót sàn, gạch lát... đơn giản chỉ cẩn bấm nút.
- Vách ngăn gắm cảm biến giúp cho robot không bị rơi xuống bậc thang.
- Có các mức cài đặt thời gian hoạt động.
- Bộ phận chứa bụi bẩn và rác dể dàng tháo lắp làm vệ sinh.
- Bộ điều khiển từ xa giúp ta có thể điều khiển robot hoạt động theo ý muốn và
có thể bấm dừng robot bất cứ lúc nào khi robot đang hoạt động.
- Bộ chổi quét có thể thay thế dễ dàng khi bị hư hỏng.
- Robot hoạt động theo chương trình cài đặt sẵn: ngẫu nhiênđường xoắn ốc-dọc
theo chân tường-xoắn ốc-chữ Z-xoắn ốc-ngẫu nhiên.
- Robot chỉ dừng lại khi căn phòng đã sạch hồn tồn, và nó sẽ phát tiếng kêu
“tite”, nháy đèn báo hiệu hoàn thành nhiệm vụ và "đứng chờ" ở nơi bạn dễ nhận

thấy nhất.

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 18


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

CHƯƠNG 2

TÍNH TỐN THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ
2.1. Phân tích phương án và chọn kết cấu cơ khí:
Robot hút bụi có thể di chuyển bằng nhiều phương án và có nhiều kiểu hút
khác nhau:
- Cách di chuyển:
+ Robot có thể sử dụng phương án gồm 3 bánh trong đó có 1 bánh dẫn hướng
và 2 bánh xe phát động.
+ Robot có thể được sử dụng phương án gồm 4 bánh để hoạt động.
- Cách hút bụi :
+ Robot có thể sử dụng phương án gồm 3 bước là thu bụi vào ống,đẩy vào bên
trong,đưa bụi vào khu chứa.
+ Robot có thể sử dụng phương án gồm 2 chổi quét bụi và cơ cấu hút.
+ Robot có thể sử dụng phương án cơ cấu tạo dòng chuyển động cho bụi và cơ
cấu hút.
Chọn phương án thích hợp:
- Về phương án di chuyển:
+ Phương án gồm 4 bánh xe làm cho robot có kích thước lớn hơn, mặt khác

robot di chuyển rất khó khăn thực hiện được chức năng chạy mọi vị trí trong
nhà.Nếu ta sử dụng 4 bánh xe đa hướng và dùng 4 động cơ điều khiển thì khắc
phục được việc chạy theo nhiều hướng nhưng sẽ khó khăn cho điều khiển.
+ Về phương án di chuyển khi sử dụng 3 bánh xe gồm 1 bánh dẫn hướng và 2
bánh phát động có thể làm cho robot nhỏ gọn hơn di chuyển được những góc cua
điều khiển đơn giản.
Vì vậy ta chọn được phương án sử dụng 3 bánh xe
- Về phương án hút bụi :
SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 19


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

+ Nếu dùng phương án qua ba bước thì rất phức tạp vì miệng hút khi hút sẽ
nhỏ, cơ cấu đẩy bụi vào trong chỉ có 1 trục xoay nên lực đẩy yếu, nên không hiệu
quả nhiều.
+ Nếu sử dụng phương án gồm 2 chổi quét đưa rác vào khu vực hút thì việc
qt sẽ nhanh chóng hơn, tạo điều kiện rác tập trung cho cơ cấu hút làm việc, làm
tăng hiệu quả hút rác.
+ Khi ta chọn phương án sử dụng 1 cơ cấu tạo lực hút gồm 2 trục xoay để tạo
thành dòng chuyển động của bụi bẩn lên trên và có 1 cơ cấu hút để thu tồn bộ bụi
vào bộ phận chứa thì khá hiệu quả nhưng sẽ khó khăn khi bố trí vảo các robot và
việc lắp đặt các bộ phận khác sẽ khó khăn hơn, robot sẽ có kích thước lớn
hơn,nặng nề hơn.
Chọn phương án 2 vì những ưu điểm trên.

2.1.1. Lựa chon động cơ cho robot:
- Hiện tại trên thị trường Đà Nẵng có các loại động cơ thơng dụng đó là: Động
cơ DC, động cơ đề , động cơ bước, động cơ servo..
+ Động cơ đề : Có cơng suất lớn, thường có kích thước lớn khơng phù hợp cho
việc truyền động chính cho robot.
+ Động cơ bước : Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác nhưng cũng thường khá
lớn về kích thước và khối lượng nên không phù hợp.
+ Động cơ servo : Điều khiển một cách chính xác về vị trí và tốc độ,nhưng
mạch điều khiển phức tạp hơn nên khơng được chọn lựa.
+ Động cơ DC bình thường : Nhỏ gọn,dễ gá đặt ,cơng suất thấp.Phù hợp cho
robot vì yêu cầu nhỏ gọn đồng thời cũng không cần cho robot chạy với tốc độ cao
khi làm việc,mạch điều khiển gọn .
Đồng thời việc lựa chọn động cơ DC để điều khiển cơ cấu xoay vòng tạo lực
hút sẽ phù hợp với yêu cầu nhỏ gọn và đủ khả năng của robot.

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 20


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

2.1.2. Lựa chọn bánh xe cho robot:
- Về bánh xe tự lựa thì có nhiều loại:
+ Bánh bi cầu ( Bánh xe mắt trâu )
Loại bánh xe này có thể dùng làm bánh lái cho robot,tải trọng 70kg,
Toàn bộ bánh xe làm bằng sắt và bi thép nên rất bền.
Đơn giản ,gọn gàng và rất dễ lắp đặt.

Nhược điểm : bánh xe chạy trên mặt nền có cát rất dễ bị kẹt bánh.

Hình 2.1. Bánh bi cầu
+ Bánh xe tự lựa loại xe đẩy, ghế xoay:

.
Hình 2.2. Bánh tự lựa
Bánh xe kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt
Độ linh hoạt không cao như bánh xe cầu nhưng có ưu điểm giá rẻ, hoạt động khá
tốt khơng lo bị kẹt cát…
Do đó chọn phương án bánh xe ghế xoay với các ưu điểm trên.
SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 21


Đồ án Tốt nghiệp
-

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

Về bánh xe phát động:

+ Bánh xe nhựa
Loại bánh xe này có thể dùng kết hợp với encoder , động cơ cơng suất nhỏ trục 6mm
.Có thể lắp trực tiếp vào bằng keo hoặc lắp bằng vít xun tâm
Đường kính ngồi 60mm. Trục 6mm. Độ rộng 17mm. khối lượng 10g
Tải trọng 5kg

Hình 2.3. Bánh xe nhựa

+ Bánh xe nhơm:
Loại bánh xe này có thể dùng làm bánh chủ động cho robot
Khối lượng 180g ,tải trọng 50kg. Đường kính ngồi 100mm, bề rộng 35mm
Trục bánh có thể lắp trực tiếp với các loại động cơ giảm tốc có đường kính trục từ 4
đến 24mm. Ngồi ra có thể gắn bạc đạn (ổ bi) để làm bánh xe thụ động.
Bánh xe được đúc bằng nhơm có độ bền cao ,vỏ được bọc silicon mềm và có nhiều
rảnh nên có độ bám cao.

Hình 2.4. Bánh xe nhôm
SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 22


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

Bánh xe nhựa thấy có độ bám khơng cao nhất là hoạt động trên sàn nhà khá trơn,
chịu tải trọng nhỏ. Trong khi đó bánh xe nhơm có độ bám cao hơn, chịu được tải trọng
lớn hơn, kích thước lớn phù hợp với thiết kế robot hơn. Nên chọn phương án bánh xe
nhôm.

2.1.3. Lựa chọn cơ cấu hút quét bụi:
Hiện tại trên thị trường các hãng cho ra rất nhiều cơ cấu hút bụi hay, như đã đề cập ở
phần giới thiệu:

Hình 2.5. Cơ cấu quét rác bằng 2 trục ngược chiều có kết hợp hút bụi
Cơ cấu này hút bụi bằng 3 bước:
-

Bước 1: Quét bụi bằng chổi quét tròn đưa vào khu vực hút.

-

Bước 2: Hai trục xoay ngược chiều với tốc độ cao đưa bụi vào buồng trong.

-

Bước 3: Với sự trợ giúp quạt hút, bụi được đưa tiếp vào thùng rác

Cơ cấu này rất hay, hút bụi rác hiệu quả nhưng thiết kế chế tạo có độ phức tạp cao,
cần quạt hút tốc độ cao.

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 23


Đồ án Tốt nghiệp

Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

Hình 2.6. Cơ cấu quét hút bụi kết hợp chùi rửa sàn nhà
Cơ cấu này sử dụng một quạt hút công suất lớn hút bụi vào buồng. Tiếp đến,
phun nước ra sàn nhà, đồng thời có trục cuộn trịn để chùi sàn. Cuối cùng, có giẻ lau
thấm hút nước thừa. Đây là 1 cơ cấu quét, lau nhà kết hợp cho hiệu quả tốt đối với sàn
nhà bám bụi nhiều, bề mặt gồ ghề nhưng việc phun nước và hút nước sao cho khơng
tràn ra nhà lại khá khó khăn, địi hỏi nghiên cứu tính tốn nhiều.
Do đó, trong điều kiện thời gian làm đồ án không nhiều nên chúng em đi theo

hướng nghiên cứu tìm hiểu cơ cấu là chính. Dưới đây là cơ cấu đã được thương mại
hoá, khá đơn giản nhưng hiệu quả cao.

Hình 2.7. Cơ cấu quét bụi rác đơn giản
Một động cơ sẽ được truyền động tới 5 thanh chổi quét, các thanh chổi quét này quay
với tốc độ rất cao tạo lực hút mạnh đưa bụi rác vào buồng chứa rác nhanh chóng.

SVTH: Trần Hồng Thắng

Trang 24