Thiết kế và thi công robot hút bụi tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT
HÚT BỤI TỰ ĐỘNG

GVHD: Võ Đức Dũng
SVTT1: Nguyễn Minh Long
MSSV: 13141169
SVTT2:Nguyễn Thị Hồng Chung
MSSV: 13141019

SKL 0 0 5 6 6 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2017


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT HÚT
BỤI TỰ ĐỘNG

GVHD: ThS. Võ Đức Dũng
SVTH1: Nguyễn Minh Long
MSSV1: 13141169
SVTH2: Nguyễn Thị Hồng Chung
MSSV2: 13141019

Tp. Hồ Chí Minh - 08/2017


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT HÚT
BỤI TỰ ĐỘNG
GVHD: ThS. Võ Đức Dũng
SVTH1: Nguyễn Minh Long
MSSV1: 13141169
SVTH2: Nguyễn Thị Hồng Chung
MSSV2: 13141019

Tp. Hồ Chí Minh - 08/2017

i


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày 23

tháng 07 năm 2017

BẢNG MƠ TẢ CÔNG VIỆC
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Long

MSSV: 13141169

Lớp: 13141DT3B
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thị Hồng Chung

MSSV: 13141019

Lớp: 13141DT3B
Tên đề tài:

ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG

1. MÔ TẢ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
Robot sẽ tự động hút bụi và các mẫu rác vụn trên sàn nhà theo hình zizac hoặc random
thiết kế nhỏ gọn để hoạt động được ở những nơi con người ít khi tiếp xúc lau dọn như:
gầm giường, ghế, sofa, bàn nhỏ… Đồng thời, robot hút bụi cũng có khả năng phát hiện
và tránh vật cản, chống rơi, ... để thích hợp hoạt động trong nhà. Sản phẩm phát triển theo
hướng vi điều khiển, sử dụng Arduino, cảm biến siêu âm, động cơ bước, cảm biến hồng
ngoại …
2. MÔ TẢ CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CỦA TỪNG SINH VIÊN:
Họ tên Sinh viên 1: Nguyễn Minh Long
Các công việc thực hiện trong đề tài:
STT
1
2

NỘI DUNG CƠNG VIỆC
Mua linh kiện
Tìm hiểu và lập trình cho cảm biến siêu âm SRF-04, cơng tắc hành trình
để phát hiện vật cản cho Robot

3

Thiết kế phần hút bụi

4

Thiết kế và thi cơng phần cơ khí cho Robot

5

Thiết kế 3D cho mơ hình

6

Thi cơng mơ hình


Họ tên Sinh viên 2: Nguyễn Thị Hồng Chung
Các công việc thực hiện trong đề tài:
STT
1

NỘI DUNG CƠNG VIỆC
Tìm hiểu và lập trình cho cảm biến siêu âm SRF-04, cơng tắc hành trình để
phát hiện vật cản cho Robot

2

Lập trình PWM để điều khiển tốc độ động cơ dùng module mạch cầu H L298

3

Thiết kế các thuật toán di chuyển, thuật toán tránh vật cản cho Robot

4

Viết báo cáo

SINH VIÊN 1

SINH VIÊN 2

(Ký ghi rõ họ tên)

(Ký ghi rõ họ tên)

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 27 tháng 03 năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Nguyễn Minh Long
Nguyễn Thị Hồng Chung
CNKT Điện Tử Truyền Thơng
Đại học chính quy
2013

MSSV: 13141169

MSSV: 13141019
Mã ngành: 13141
Mã hệ:
1
Lớp:
13141DT3B

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Tài liệu về vi điều khiển Arduino, cảm biến đo khoảng cách, đồ án tốt nghiệp robot lau bụi,
robot có hình trịn, các robot hút bụi thông minh trên thị trường …
2. Nội dung thực hiện:
Các nội dung nội dung chính đã được thực hiện trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp với
đề tài Robot Hút Bụi Tự Động bao gồm: Thu thập tìm hiểu các robot hút bụi trên thị trường,
các giải pháp thiết kế hệ thống, mơ hình robot hút bụi tự động, thiết kế hệ thống điều khiển,
thiết kế mơ hình, thiết kế mơ hình và kết quả thực hiện.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

27/03/2017

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/07/2017
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Võ Đức Dũng

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

ii

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 27 tháng 03 năm 2017

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Minh Long
Lớp: 13141DT3B
MSSV: 13141169
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thị Hồng Chung
Lớp: 13141DT3B
MSSV: 13141019
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG

Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1

Tìm hiểu các sản phẩm hiện có trên thị trường

(27/03 – 02/04)

Xác nhận

GVHD

Mua sản phẩm mẫu tìm hiểu cơ khí
Mua các linh kiện cần thiết

Tuần 2
(03/04 – 09/04)
Tuần 3
(10/04 – 16/04)
Tuần 4
(17/04 – 23/04)
Tuần 5
(24/04 – 30/04)
Tuần 6
(01/05 – 07/05)
Tuần 7

Thiết kế điều khiển robot di chuyển tránh vật
cản
Thiết kế điều khiển robot di chuyển tránh vật
cản
Thiết kế điều khiển robot di chuyển theo
random và ziczac
Thiết kế điều khiển robot di chuyển theo
random và ziczac
Thiết kế điều khiển robot di chuyển theo
random và ziczac
Thiết kế điều khiển phần hút bụi

(08/05 – 14/05)

Tuần 8

Thiết kế điều khiển phần hút bụi

(15/05 – 21/05)
Tuần 9

Kết hợp các module thành 1 mạch

(22/05 – 28/05)
iii


Tuần 10

Thiết kế phần cơ khí cho robot

(29/05 – 04/06)
Tuần 11

Nguyên cứu nâng cao các chức năng khác

(05/06 – 11/06)
Tuần 12

Viết báo cáo

(12/06 – 18/06)
Tuần 13

Viết báo cáo

(19/06 – 25/06)
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


Hướng dẫn làm đồ án tốt nghiệp – VÕ ĐỨC DŨNG

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng sao chép
từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Minh Long
Nguyễn Thị Hồng Chung

v


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Điện _ Điện Tử, Đại
học Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức trong
suốt thời gian học tập tại trường. Với vốn kiến thức quý báu được tiếp thu, tơi đã có nền
tảng vững chắc để thực hiện tốt đồ án.Và đặc biệt tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Th.S
Võ Đức Dũng đã tận tình hướng dẫn, đồng thời động viên trong thời gian tơi nghiên cứu
và hồn thành đồ án này.
Tơi cũng thầm biết ơn sự ủng hộ của gia đình, bạn bè – những người thân yêu luôn

là chỗ dựa vững chắc cho tôi.
Trong thời gian thực hiện đồ án, mặc dù có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đồ án sẽ
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy tận tình chỉ bảo và góp ý kiến để
đồ án được hồn thiện hơn.
Cuối cùng, tơi xin kính chúc q Thầy, Cơ và gia đình dồi dào sức khỏe, ln thành
cơng trong sự nghiệp cao quý của mình.
Xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Minh Long
Nguyễn Thị Hồng Chung

vi


MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii
Lịch trình .................................................................................................................... iii
Cam đoan ......................................................................................................................v
Lời cảm ơn ................................................................................................................... vi
Mục lục ....................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ ...............................................................................................................x
Liệt kê bảng vẽ .......................................................................................................... xiii
Tóm tắt ...................................................................................................................... xiv

Chương 1 TỔNG QUAN ...................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.......................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU............................................................................................................1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU..................................................................................2

1.4 GIỚI HẠN..............................................................................................................2
1.5 BỐ CỤC ................................................................................................................2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................... 4
2.1 QUY TRÌNH THỰC HIỆN ROBOT ................................................................4
2.1.1 Chuẩn bị .......................................................................................................4
2.1.2 Lựa chọn nền tảng phát triển........................................................................4
2.1.3 Lựa chọn các linh kiện truyền động.............................................................5
2.1.4 Lựa chọn vi điều khiển.................................................................................6
2.1.5 Kết nối các thuyết bị truyền động với vi điều khiển....................................6
2.2 CÁC ROBOT HÚT BỤI TRÊN THỊ TRƯỜNG ..............................................6
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG .............................................................................8
2.3.1 Cảm biến siêu âm HC_SR04 ......................................................................8
2.3.2 Module Thu Phát Hồng Ngoại..................................................................11
2.3.3 Cơng tắt hành trình ...................................................................................13
vii


2.3.4 Module Bluetooth HC05...........................................................................14
2.3.5 Arduino Uno R3........................................................................................15
2.2.6 Động cơ DC Servo giảm tốc GA37 V1 ....................................................19

Chương 3 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ........................................................ 21
3.1 GIỚI THIỆU....................................................................................................21
3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................21
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ....................................................................21
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch........................................................................22
a. Thiết kế khối Bluetooth................................................................................22
b. Thiết kế khối cảm biến.................................................................................24
c. Thiết kế động cơ khối hút bụi ......................................................................28

d. Thiết kế khối động cơ di chuyển..................................................................29
e. Thiết kế khối điều khiển...............................................................................32
f. Thiết kế khối nguồn .....................................................................................33
g. Thiết kế mơ hình 3D các module và sản phẩm bằng Solidworks:...............35
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ................................................................38

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG............................................................... 40
4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG..................................................................................40
4.1.1 Thi công bo mạch .....................................................................................40
4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra ...................................................................................41
a. Module hút bụi .............................................................................................41
b. Module công tắc hành trình..........................................................................42
c. Động cơ và bánh xe......................................................................................43
d. Module chứa bụi và rác................................................................................44
e. Module cảm biến siêu âm HC_SR04 ..........................................................45
f. Module thu phát hồng ngoại ........................................................................46
4.2 ĐÓNG GÓI BỘ ĐIỀU KHIỂN.........................................................................46
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................47
4.3.1 Lưu đồ giải thuật........................................................................................47
4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển .......................................................53
viii


a. Giới thiệu phần mềm lập trình cho vi điều khiển..........................................53
b. Giới thiệu app Inventor ................................................................................60
c. Viết chương trình hệ thống ..........................................................................63
4.4 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC......................................67
4.4.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ......................................................................67
4.4.2 Quy trình thao tác .....................................................................................68
a. Thao tác vận hành .......................................................................................68

b. Thao tác bảo trì............................................................................................68
c. Thao tác vệ sinh ..........................................................................................68

Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ.......................................... 69
5.1 KẾT QUẢ .......................................................................................................69
5.2 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ................................................................................70

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................... 79
6.1 KẾT LUẬN .....................................................................................................79
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................................79

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHU LỤC

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1. Hình dạng bên ngồi iRobot Roomba 980. .................................................... 7
Hình 2.2. Hình dạng bên ngồi Dyson 360 Eye. ............................................................ 7
Hình 2.3. Hình dạng bên ngồi của HC-SR04. .............................................................. 8
Hình 2.4. Góc phát sóng của HC-SR04.......................................................................... 9
Hình 2.5. Giản đồ thời gian của các tín hiệu. ................................................................. 9
Hình 2.6. Nguyên lý Time Of Flight. ........................................................................... 10
Hình 2.7. Tầm quét của cảm biến siêu âm. .................................................................. 11
Hình 2.8. Hình thực tế của Module thu phát hồng ngoại. ............................................ 12

Hình 2.9. Qúa trình thu phát ......................................................................................... 12
Hình 2.10. Hình thực tế cơng tắc hành trình. ............................................................... 13
Hình 2.11. Hình thực tế Module bluetooth HC05. ....................................................... 14
Hình 2.12. Hình thực tế Arduino Uno .......................................................................... 15
Hình 2.13. Hình thực tế Module L298N. ..................................................................... 18
Hình 2.11. Hình ảnh thực tế động cơ giảm tốc. ........................................................... 19
Hình 2.12. Bảng vẽ kỹ thuật. ........................................................................................ 20
Hình 3.1. Sơ đồ khối robot hút bụi tự động .................................................................. 21
Hình 3.2. Sơ đồ chân Module Bluetooth HC05 V1. .................................................... 22
Hình 3.3. Sơ đồ ghép nối giữa VĐK với HC05. .......................................................... 23
Hình 3.4. Sơ đồ kết nối Arduino với module Bluetooth HC05. ................................... 24
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối HC_SR04 với arduino. ........................................................... 27
Hình 3.6. Sơ đồ kết nối module thu phát hồng ngoại với arduino. .............................. 28
Hình 3.7. Hình dạng thực tế quạt ................................................................................. 28
Hình 3.8. Kết nối động cơ với L298N. ......................................................................... 31
Hình 3.9. Hình thực tế pin Wild Scorpion. .................................................................. 34
Hình 3.10. Hình ảnh thiết kế đồ họa mặt dưới robot. ................................................... 35
Hình 3.11. Hình ảnh thiết kế đồ họa mặt trên phần nắp robot. .................................... 35
Hình 3.12. Hình ảnh thiết kế đồ họa khay chứa bụi. .................................................... 36
Hình 3.14. Hình ảnh thiết kế đồ họa robot hồn chỉnh. ............................................... 37
Hình 3.15. Hình ảnh thiết kế đồ họa các module được láp ráp trong thân robot. ........ 37
Hình 3.16. Sơ đồ ngun lý tồn mạch ........................................................................ 38
x


Hình 4.1. Mạch PCB của hệ thống. ............................................................................. 40
Hình 4.2. Module hút bụi v1. ...................................................................................... 41
Hình 4.3. Module hút bụi V2....................................................................................... 42
Hình 4.4. Module cơng tắc hành trình gắn vào thân xe............................................... 42
Hình 4.5. Mặt trong của động cơ, bánh xe và bánh điều hướng. ................................. 43

Hình 4.6. Mặt ngồi của động cơ, bánh xe và bánh điều hướng. ................................. 44
Hình 4.7. Module khay chứa bụi. ................................................................................ 44
Hình 4.8. Mặt trong các vị trí gắn cảm biến siêu âm HC_SR04. ................................. 45
Hình 4.9. Mặt ngồi của module thu phát hồng ngoại. ................................................ 46
Hình 4.10. Đóng gói bộ điều khiển trên thân. ............................................................. 46
Hình 4.11. Giao diện thứ nhất của phần mền điều khiển qua bluetooth. ..................... 47
Hình 4.12. Thiết kế giao diện đầu tiên của phần mền điều khiển qua bluetooth. ........ 47
Hình 4.13. Giao diện thứ hai của phần mền điều khiển qua bluetooth. ....................... 48
Hình 4.14. Các lệnh kết nối, ngắt kết nối. .................................................................... 48
Hình 4.15. Các lệnh chọn thiết bị kết nối. .................................................................... 49
Hình 4.16. Các lệnh điều khiển xe. .............................................................................. 49
Hình 4.17. Lưu đồ chính hệ thống. ............................................................................... 50
Hình 4.18. Lưu đồ setup cảm biến siêu âm. ................................................................. 51
Hình 4.19. Lưu đồ chạy tiến ......................................................................................... 51
Hình 4.20. Lưu đồ rẽ trái. ............................................................................................. 52
Hình 4.21. Lưu đồ rẽ phải. ........................................................................................... 52
Hình 4.22. Lưu đồ rẽ lùi. .............................................................................................. 53
Hình 4.23. Cài đặt Java Runtime Environment (JRE). ................................................ 54
Hình 4.24. Quy trình làm việc của arduino .................................................................. 55
Hình 4.25. Giao diện lập trình arduino. ........................................................................ 56
Hình 4.26. Giao diện menu arduino IDE ...................................................................... 56
Hình 4.27. Giao diện file menu arduino IDE .............................................................. 56
Hình 4.28. Giao diện Examples menu arduino IDE ................................................... 57
Hình 4.29. Giao diện Sketch Menu Arduino IDE ...................................................... 57
Hình 4.30. Giao diện edit menu arduino IDE............................................................... 58
Hình 4.31. Giao diện Tool Menu Arduino IDE ........................................................... 58
Hình 4.32. Board Arduino sử dụng ............................................................................. 59
xi

Hình 4.33. Arduino Toolbar ........................................................................................ 59
Hình 4.34. Giới thiệu app Inventor. ............................................................................. 60
Hình 4.35. Giao diện thiết kế app Inventor. ................................................................. 61
Hình 4.36. Giao diện thiết kế project app Inventor. ..................................................... 62
Hình 4.37. Giao diện thiết kế code app Inventor.......................................................... 62
Hình 5.1. Mơ hình thực tế robot hút bụi tự động. ........................................................ 70
Hình 5.2. Mơ hình phần hút bụi. .................................................................................. 71
Hình 5.3. Mạch điều khiển bên trong của mơ hình. ..................................................... 71
Hình 5.4. Mơ hình robot khi đang hoạt động. .............................................................. 72
Hình 5.5. Mơ hình robot khi hoạt động gặp vật cản chạm cơng tắc hành trình. .......... 73
Hình 5.6. Mơ hình robot khi hoạt động có sự chênh lệch độ cao................................. 74
Hình 5.7. Tình huống robot di chuyển tới sát tường. ................................................... 75
Hình 5.8. Tình huống robot hút những mẫu vụn giấy. ................................................. 76

xii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của Arduino Uno ............................................................ 16
Bảng 3.1. Tên và chức năng các chân Module Bluetooth HC05.................................. 23
Bảng 3.2. Các linh kiện sử dụng trong Board mạch cần cung cấp nguồn .................... 33
Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện ................................................................................ 40

xiii

TÓM TẮT

Trong xã hội hiện đại ngày nay, khoa học kỹ thuật đang phát triển rất mạnh mẽ và đi
cùng với đó là sự phát triển các sản phẩm ứng dụng của nó vào thực tế trong nhiều lĩnh vực
như: y tế, giáo dục, nông nghiệp, sản phẩm dân dụng… Do đó, với mong muốn áp dụng
kiến thức mà mình đã học được trong hơn bốn năm học ở giảng đường đại học, nhóm
chúng tơi đã quyết định làm một sản phẩm mang tính ứng dụng vào đời sống thực tiễn của
mỗi chúng ta. Sản phẩm đó là robot hút bụi tự động.
Robot hút bụi tự động của nhóm được thiết kế để có thể hút bụi nhà trong gia đình,
robot di chuyển theo random, ziczac và có thể điều khiển di chuyển từ xa qua bluetooth.
Đảm bảo robot có thể lau sạch tồn bộ khu vực trong ngơi nhà và tránh được các vật cản
thông thường trong nhà bằng các cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại và cơng tắc hành
trình được gắn trên robot. Với việc sử dụng cơng nghệ hồn tồn khác là sử dụng các cảm
biến giá rẻ nhưng vẫn hiệu quả cao, sản phẩm hy vọng sẽ có đủ sức cạnh tranh cả về mặt
giá lẫn chất lượng so với các sản phẩm robot của các hãng khác trên thị trường.

xiv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong xã hội hiện đại ngày nay, khoa học kỹ thuật đang phát triển rất mạnh và đi

cùng với đó là sự phát triển các sản phẩm ứng dụng của nó vào thực tế trong nhiều lĩnh
vực như: y tế, giáo dục, nơng nghiệp, sản phẩm gia dụng… Trong đó, robot hút bụi là
sản phẩm kết hợp hệ thống hút bụi và lập trình di chuyển để tiến hành hút bụi được sử

dụng ngày càng nhiều trong dân dụng.
Hiện nay, robot hút bụi đã được nhập khẩu và sử dụng ở Việt Nam. Tuy nhiên,
những sản phẩm nhập khẩu có giá thành rất đắt như iRobot Roomba 980 (21 đến 23
triệu đồng) là máy hút bụi thông minh tốt nhất của iRobot và cũng là sản phẩm đang
bán khá chạy tại thị trường Mỹ. Dyson 360 Eye (khoảng 26 triệu đồng) Máy sử dụng
công nghệ hút bụi Radial Root Cycle độc quyền của Dyson với khả năng hút chất bẩn
và các hạt bụi mịn bằng lực ly tâm. Đây là module hút bụi tự động có cơng suất mạnh
nhất hiện nay … [1]. Vì quá đắt nên ở Việt Nam việc sử dụng nó khơng phổ biến.
Hiện nay có rất ít các đề tài nghiên cứu trong nước thực hiện về đề tài này. Vì
vậy, nghiên cứu về robot hút bụi là cần thiết tạo tiền đề chế tạo ra sản phẩm phù hợp
phục vụ nhu cầu trong nước. Do đó, với mong muốn áp dụng kiến thức mà mình đã
học ở trường, ứng dụng vào đời sống, đồng thời qua sản phẩm có thể nghiên cứu
nguyên lý hoạt động của các sản phẩm robot hút bụi hiện có trên thị trường, đó là lí do
nhóm chúng em chọn đề tài robot hút bụi tự động.
Robot hút bụi tự động của nhóm có thể hút bụi, mẫu rác nhỏ nhà trong gia đình
bằng hệ thống hút bụi, giúp làm sạch bụi bẩn, mẫu rác vụn trên sàn nhà. Robot sẽ di
chuyển theo random và ziczac do Ardino Uno R3 xử lý. Robot hoàn thiện sẽ tránh
được vật cản, chống rơi ở những khu vực đặc biệt như cầu thang, bàn ghế…

1.2.

MỤC TIÊU
Robot sẽ tự động hút được bụi và các mẫu rác vụn trên sàn nhà bằng cách di

chuyển ziczac hoặc random, có thiết kế nhỏ gọn để hoạt động được ở những nơi con

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
người ít khi tiếp xúc lau dọn như: gầm giường, ghế, sofa, bàn nhỏ… Đồng thời, robot
hút bụi cũng có khả năng phát hiện và tránh vật cản, chống rơi ... để thích hợp hoạt
động trong nhà. Sản phẩm phát triển theo hướng vi điều khiển, sử dụng Arduino, cảm
biến siêu âm, động cơ servo giảm tốc, cơng tắc hành trình, cảm biến từ trường …
Tìm hiểu nguyên cứu về kit arduino, các module cảm biến hồng ngoại, module
thu phát hồng ngoại, cơng tắc hành trình và tìm hiểu về cách tạo module hút bụi.

1.3.

NỘi DUNG NGHIÊN CỨU
Sau đây là các nội dung nội dung chính đã được thực hiện trong quá trình làm đồ

án tốt nghiệp với đề tài Robot Hút Bụi Tự Động.
 NỘI DUNG 1: Thu thập tìm hiểu các robot hút bụi trên thị trường.
 NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mơ hình robot hút bụi tự động.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế mơ hình.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế điều khiển những chức năng nâng cao.
 NỘI DUNG 6: Kết quả thực hiện.

1.4.

GIỚI HẠN
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:

 Hình dạng và kích thước: hình trịn.
 Kích thước: đường kính 28 cm, chiều cao 10 cm.
 Mơ hình thi cơng sử dụng 3 cảm biến siêu âm HC_SR04.

 Để tránh rơi khi di chuyển dụng 1 cảm biến hồng ngoại.
 Tránh vật cản sử dụng 6 cơng tắc hành trình.
 Điều khiển từ xa qua Bluetooth sử dụng 1 module Bluetooth HC05.
 Được điều khiển bởi vi điều khiển Arduno Uno R3.

1.5.

BỐ CỤC

 Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ
dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài, giới thiệu về sơ đồ nguyên lý, cấu tạo
các linh kiện sử dụng.
 Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn
Chương này trình bày về thiết kế sơ đồ khối, tính tốn và thiết kế các khối và sơ
đồ nguyên lý toàn mạch.
 Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống
Chương này nói về q trình thi cơng PCB, lắp ráp, test mạch, đóng gói, lập trình
hệ thống, giới thiệu phần mền cho vi điều khiển, tài liệu hướng dẫn sử dụng và quy
trình thao tác.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu, nhận xét và đánh giá
sản phẩm mơ hình.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày kết quả cuối cùng của mơ hình, ưu điểm, nhược điểm và
hướng phát triển của đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

QUY TRÌNH THỰC HIỆN ROBOT

2.1.1 Chuẩn bị
Bước đầu tiên để xây dựng một robot là phải xác định được mục đích chế tạo robot
của bạn là gì (tức là robot của bạn được dùng ở đâu trong cuộc sống). Robot có thể sử
dụng trong nhiều điều kiện và với nhiều mục đích khác nhau.
Kiến thức: có kiến thức cơ sở về điện tử, kiến thức lập trình vi điều khiển, có thể
lập trình Assemble hoặc C …

2.1.2 Lựa chọn nền tảng phát triển
Các loại robot khá đa dạng nên để thực hiện chúng ta phải xác định được loại robot
bạn sẽ phát triển. Các robot thường phổ biến như: Robot di chuyển với bánh xe, theo vết
hoặc có chân, thiết bị bay, thiết bị hàng hải, tàu ngầm, robot bơi, lặn, tay máy, robot có
tay để thao tác, hay có cấu trúc hỗn hợp.

Dưới đây là một số mô tả về các loại robot thường gặp:
Robot di chuyển dùng bánh xe: đây là phương pháp phổ biến nhất, sử dụng với
nhiều kích thước và nền tảng robot khác nhau. Kích thước bánh xe dao động khá lớn từ
nhỏ vài cm đến lớn hàng mét, thông thường sử dụng cỡ nhỏ, 1 bánh lái, 2 bánh di chuyển.
Ưu điểm: chi phí thấp, đơn giản trong thiết kế và chế tạo, lựa chọn phong phú, mở
rộng dễ dàng, sự lựa chọn tuyệt vời cho người mới bắt đầu.
Nhược điểm: khả năng kéo yếu, diện tích tiếp xúc nhỏ.
Robot di chuyển dùng bánh xích: thường được sử dụng trong những thiết bị như
máy kéo, xe tăng… do khả năng thích ứng với địa hình và yêu cầu lực kéo.
Ưa điểm: tiếp xúc bề mặt lớn, giảm khả năng trượt, phân bố trọng lượng đều, có
thể linh hoạt trong nhiều loại bề mặt khác nhau, tăng đáng kể không gian sử dụng của
robot, không cần kết hợp với các bánh xe có ổ đĩa lớn.
Nhược điểm: gây tổn hại bề mặt di chuyển, ổ đĩa xích hạn chế đáng kể số động cơ
có thể sử dụng, tính phức tạp, cơ khí tăng (số liên kết, khớp nối, cơ cấu lực tăng).

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Robot di chuyển dùng chân: là lựa chọn ưa thích cho các robot di chuyển trong
địa hình khơng đồng đều. Các thiết kế phổ biến là monopod (1 chân “nhảy”), bipeds (2
chân), quadrupeds (4 chân), và hexapods (6 chân).
Ưu điểm: gần gũi với chuyển động tự nhiên, có thể vượt qua những trở ngại lớn về
điều hướng các địa hình thơ.
Nhược điểm: tính phức tạp cơ khí và điện tử, yêu cầu về năng lượng/pin, chi phí
phát triển cao.
Robot bay: các robot bay được biết với tên AUAV (robot bay không người lái).
Ưu điểm: máy bay điều khiển từ xa đã được tồn tại trong nhiều thập kỷ do đó có

cộng đồng lớn, ít nhất là về mặt cơ khí, tuyệt vời cho việc giám sát, theo dõi.
Nhược điểm: tồn bộ những gì bạn đầu tư có thể mất trong một tai nạn, sự hạn chế
của cộng đồng phát triển về khả năng tự trị cho robot.
Robot lặn/tàu/thuyền: một số sản phẩm này đã có trên thị trường, đi kèm với
nhiều mẫu thiết kế miễn phí mà bạn có thể tìm thấy. Vấn đề chính là năng lượng và khả
năng làm việc dưới nước.
Ưu điểm: hầu hết hành tinh chúng ta là nước do đó có rất nhiều thứ để tìm hiểu và
khám phá, tính duy nhất trong mỗi sản phẩm.
Nhược điểm: robot có thể mất theo nhiều cách (chìm, bị rị rỉ, vướng mắc …), hầu
hết các linh kiện điện tử khơng có khả năng hoạt động dưới nước, yêu cầu về đầu tư khi
muốn hoạt động với độ sâu > 10m, hạn chế giao tiếp điều khiển không dây.
Robot cánh tay và gắp: mặc dù không nằm trong các dạng robot di động nhưng
là một phần quan trọng trong thiết kế cơ bản và là các tốt nhất để tương tác, khám phá
môi trường. Số bậc tự do tăng cho phép khả năng ứng dụng và tính linh hoạt của tay
máy ngày càng cao.
Ưu điểm: thiết kế đơn giản, dễ dàng phát triển với số bậc tự do cao.
Nhược điểm: cố định, trừ khi được ghép với một nền tảng di động, chi phí phát
triển cao.

2.1.3 Lựa chọn các linh kiện truyền động
Sau khi lựa chọn được nền tản phát triển thì phải xác định được các linh kiện sử
dụng cho robot.
Thành phần truyền động được xem như là các chi của robot.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Với mỗi mục đích chế tạo robot khác nhau thì lựa chọn các linh kiện cần sử dụng

để đáp ứng các chức năng, yêu cầu mục đích khác nhau như lựa chọn cảm biến, các
module mở rộng, chọn động cơ …

2.1.4 Lựa chọn vi điều khiển
Một trong những thành phần quan trọng nhất của robot là vi điều khiển. Nếu coi
thành phần truyền động là các chi của robot thì vi điều khiển đóng vai trò như bộ não,
nơi thực hiện các chức năng xử lý và điều khiển hoạt động của robot.
Lựa chọn vi điều khiển, có rất nhiều loại vi điều khiển, với rất nhiều chức năng và
phương thức hoạt động, cách lựa chọn như sau:
-

Loại vi điều khiển nào phổ biến nhất cho ứng dụng của robot

-

Nó có chức năng riêng biệt mà robot cần có hay khơng

-

Các phụ kiện cần thiết cho vi điều khiển có phổ biến hay khơng

2.1.5 Kết nối các thuyết bị truyền động với vi điều khiển
Sau khi chọn được hết tất cả các thuyết bị truyền động và vi điều khiển phù hợp
với yêu cầu của robot thì ta tiến hành lập trình cho vi điều khiển, kết nối thuyết bị truyền
động với vi điều khiển, thiết kế mơ hình 3D nếu cần thiết.

2.2

CÁC ROBOT HÚT BỤI TRÊN THỊ TRƯỜNG
Tham khảo các sản phẩm hiện có trên thị trường thế giới và Việt Nam. Hiện tại

Việt Nam chưa có thương hiệu lớn nào chuyên sản xuất robot hút bụi thơng minh. Cịn
trên thị trường thế giới có rất nhiều sản phẩm lớn như iRobot Roomba 980, Dyson 360
Eye, Xiaomi Mi Robot Vacuum, LG Hom-Bot Square, Toshiba VC-RB7000..
Như thiết bị iRobot Roomba 980 có kết nối Wi-Fi, điều khiển từ xa qua ứng dụng
trên smartphone và thiết lập lịch trình đi hút tự động các ngày trong tuần. Với mỗi lần
sạc pin đầy, máy hoạt động liên tục trong khoảng 2 tiếng và có khả năng tự quay về chỗ
sạc khi sắp hết pin hoặc khi hoàn thành cơng việc. Máy cũng tích hợp camera để vẽ lại
sơ đồ khơng gian được hút trong nhà và có thể phát hiện tránh ngã cầu thang, va chạm
nhờ hàng loạt cảm biến quanh thân [2].
Như robot hút bụi tự động Dyson 360 Eye có thể điều khiển từ xa bằng ứng dụng
trên iOS/Android có tên gọi 360 Eye, với khả năng hút chất bẩn và các hạt bụi mịn bằng
lực ly tâm, lực hút mạnh nhất trong các loại robot hút bụi hiện nay. 360 Eye được tích
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
hợp hệ thống tầm nhìn 360 độ với camera góc rộng và cảm biến hồng ngoại cho phép
robot quan sát liên tục và nhận thức được mơi trường xung quanh, 360 Eye có thể quan
sát tồn bộ căn phịng cùng lúc thay vì chỉ một hướng hoặc một góc nhìn nhất
định. Ngồi ra, thay vì sử dụng bánh xe, 360 Eye được trang bị bánh xích giúp tăng sức
kéo và tránh tình trạng bị mắc kẹt khi vận hành [3].

Hình 2.1. Hình dạng bên ngồi iRobot Roomba 980.

Hình 2.2. Hình dạng bên ngồi Dyson 360 Eye.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7