TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ ………o0o……..
NGUYỄN NGỌC NAM
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ PGS.TS Nguyễn Văn Nhận. KS Nguyễn Nam.
Nha Trang, 2013
i
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Nam. Lớp: 51CKCD. Chuyên ngành: Công nghệ cơ điện tử. Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi tự động. Số trang:…83…..
Số chương:04
Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot hút bụi, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉT: …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… Kếtluận…………………………………………………………………...................... ............................ .............................................. ................................. ................................. .................................. ............................... ............................... ................ …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………………………………… Nha Trang, ngày…...tháng…...năm 2013. Cán bộ hướng dẫn: ( Ký Ký và ghi rõ họ tên) tên )
ii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ và tên sinh : NGUYỄN NGỌC NAM Lớp : 51CKCD. Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử. Đề tài: Nghiên cứu chế tạo Robot hút bụi. Số trang: .....89.....
Số chương :04
Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 đĩa VCD, 01 robot tự hành, 01 bộ điều khiển. NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN .................... ............................. ................... .................... ................... ................... .................... ................... ................... ................... ................... ................. ....... .................... ............................. ................... .................... ................... ................... .................... ................... ................... ................... ................... ................. ....... .................... ............................. ................... .................... ................... ................... .................... ................... ................... ................... ................... ................. ....... .................... ............................. ................... .................... ................... ................... .................... ................... ................... ................... ................... ................. ....... Kết luận............................ luận..................................... ................... .................... ................... ................... ................... ................... .................... ............... ..... .................... ............................. ................... .................... ................... ................... .................... ................... ................... ................... ................... ................. ....... ........................................................................................................................... Điểm phản biện Bằng số
Bằng chữ
Nha Trang, ngày..... tháng .....năm 2013. CÁN BỘ PHẢN BIỆN ( Ký ghi g hi rõ r õ họ h ọ tên t ên )
Điểm chung Bằng số
Bằng chữ
Nha Trang, ngày..... tháng ......năm 2013. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ( Ký ghi g hi rõ r õ họ h ọ tên t ên )
iii
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ........................... ......................................... ........................... ........................... ............................ ........................... ..................v .....v LỜI NÓI ĐẦU .......................... ....................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ............................1 ..............1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI...................................... BỤI..................................................2 ............2 1.1.Đặt vấn đề ........................... ......................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ............................3 ..............3 1.2.Giới thiệu một một số robot hút bụi hiện nay. .......................... ....................................... ........................... .....................3 .......3 1.2.1 Robot Roomba .......................... ........................................ ........................... ........................... ........................... ........................... ...................3 .....3 1.2.2.Robot LG Hombot................................ Hombot.............................................. ............................ ........................... ........................... .....................6 .......6 1.3 Phạm vi đề tài tài............. ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... ............................ .....................10 .......10 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNGNGHIÊN CỨU.............................11 2.1 Phương pháp nghiên cứu................................... cứu................................................ ........................... ........................... .......................12 ..........12 2.1.1 Cơ sở lý thuyết thu yết về Robot tự hành............ hành ......................... ........................... ........................... ........................... .................12 ...12 2.1.2 Kế thừa sản phẩm có sẵn trên thi trường ........................... ......................................... ........................... ................14 ...14 2.1.3 Thực nghiệm ........................... ........................................ ........................... ............................ ........................... ........................... ...................14 .....14 2.1.4 Các bước tiến hành.............. hành ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .......................14 ..........14 2.2 Yêu Cầu Kĩ Thuật Robot hút bụi .......................... ........................................ ........................... ........................... ...................14 .....14 2.3 Thiết kế phương án cơ khí của Robot hút bụi b ụi............ ......................... ........................... ........................... ............... 15 2.3.1 Phương án 1............................. 1.......................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ...................15 .....15 2.3.2 Phương án 2............................. 2.......................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ...................16 .....16 2.3.3 Phương án 3............................. 3.......................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ...................17 .....17 2.4 Chế tạo phần cơ khí...................................... khí.................................................... ........................... ........................... ........................... ............... 18 2.4.1 Chế tạo thân th ân robot robo t .......................... ....................................... ........................... ........................... ........................... ..........................18 ............18 2.4.2. Chế tạo chổi quét...................................... quét.................................................... ........................... ........................... ........................... ............... 20 2.4.3 Chế tạo hệ thống hút bụi ........................... ......................................... ........................... ........................... ........................... ............... 21 2.4.4 Chế tạo hộp đựng bụi ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ...................24 .....24 2.4.5 Động cơ .......................... ....................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ........................... ............... 25 2.4.6 Chế tạo bánh tự lựa .......................... ........................................ ........................... ........................... ........................... .......................26 ..........26 2.5 Thiết kế các board mạch điều khiển............. khiển ........................... ........................... ........................... ........................... ............... 28 2.5.1 Vi điều khiển AVR............................. AVR........................................... ........................... ........................... ............................ .....................28 .......28
iv
2.5.2 Thiết kế board mạch điều khiển .......................................................................38 2.5.2.1 Mạch vi điều khiển........................................................................................38 2.5.2.2 Mạch công suất và đảo chiều động cơ ..........................................................39 2.5.2.2.1 Linh kiện IRF540 .......................................................................................40 2.5.2.2.2 Relay 12V DPDT .......................................................................................41 2.5.2.3 Mạch công suất động cơ chổi và hút bụi.......................................................42 2.5.2.4 Bộ điều khiển Remote...................................................................................43 2.5.2.4.1 Tìm hiểu về hồng ngoại..............................................................................43 2.5.2.4.2 Thuật toán thu tín hiệu Remote Sony.........................................................47 2.5.2.4.3 Mắt thu hồng ngoại ....................................................................................47 2.5.2.4.4 Bộ điều khiển Remote................................................................................48 2.6.3.2 Lưu đồ giải thuật di chuyển Zigzag ..............................................................53 2.6.3.3 Lưu đồ giải thuật di chuyển Spot ..................................................................54 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ...................................55 3.1 Thông số kỹ thuật Robot hút bụi.........................................................................56 3.2 Kiểm tra trước khi hoạt động ..............................................................................56 3.3 Thử nghiệm khả năng di chuyển và tránh vật cản ..............................................58 3.4 Nhận Xét Kết Quả Thử Nghiệm .........................................................................60 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............................61 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................63
v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Robot hút bụi Roomba .................................................................................4 Hình 1.2 Kết cấu của Robot RoomBa.........................................................................4 Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển của robot RoomBa ........................................................5 Hình1.4 Hệ thống chổi của RoomBa ..........................................................................5 Hình 1.5 RoomBa tự động sạc pin ..............................................................................6 Hình 1.6 Robot LG HomBot.......................................................................................6 Hình 1.7 Hình dáng và bố trí chổi quét góc tường......................................................7 Hình 1.8 Kết cấu trên và bố trí cảm biến của Robot...................................................7 Hình 1.9 Hombot tiếp xúc vật cản ..............................................................................8 Hình 1.10 Bố trí nguồn nuôi và chổi của Robot .........................................................8 Hình 1.11 Robot di chuyển kiểu Zigzag .....................................................................9 Hình 1.2 Robot di chuyển phân ô................................................................................9 Hình 1.13 Robot di chuyển xoáy ốc..........................................................................10 Hình 14 Robot LG Hombot sạc pin ..........................................................................10 Hình 2.1 Phương án thiết kế cơ khí 1........................................................................15 Hình 2.2 Phương án thiết kế cơ khí 2........................................................................16 Hình 2.3 Phương án thiết kế cơ khí 3........................................................................17 Hình 2.4 Thiết kế khung trên Solidwork...................................................................19 Hình 2.5 Hình cắt trên máy gia công CNC..............................................................19 Hình 2.6 Vật liệu mica ..............................................................................................20 Hình 2.8 Chổi quét phụ .............................................................................................20 Hình 2.9 Chổi lớn......................................................................................................21 Hình 2.10 Nguyên lý của máy hút bụi ......................................................................22 Hình 2.11 Bản vẽ 2D hệ thống hút bụi .....................................................................22 Hình 2.12 Bản vẽ 2D của cánh quạt..........................................................................23 Hình 2.13 Bản vẽ 3D hệ thống hút bụi theo thiết kế.................................................23 Hình 2.14 Hệ thống hút bụi được chế tạo .................................................................24 Hình 2.15 Hộp bụi theo thiết kế ................................................................................24
vi
Hình 2.16 Hộp bụi được chế tạo ...............................................................................25 Hình 2.17 Động cơ của robot ....................................................................................25 Hình 2.18 Bánh tự lựa trên thị trường .......................................................................26 Hình 2.19 Bánh tự lựa sau khi chế tạo ......................................................................27 Hình 2.20 Bố trí công tắc hành trình.........................................................................27 Hình 2.21 Cấu trúc bộ nhớ của AVR........................................................................29 Hình 2.22 Thanh ghi 8 bit .........................................................................................29 Hình 2.23 Register file ..............................................................................................30 Hình 2.26 Thanh ghi DDRA .....................................................................................33 Hình 2.27 Thanh ghi PORTA ..................................................................................33 Hình 2.28 Thanh ghi PINA .......................................................................................33 Hình 2.29 Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit ........................................................34 Hình 2.31 Thanh ghi TCNT0 ....................................................................................36 Hình 2.32 Thanh ghi 0CR0 .......................................................................................36 Hình 2.33 Thanh ghi mặt nạ ngắt..............................................................................36 Hình 2.34 Thanh ghi cờ ngắt.....................................................................................36 Hình 2.35 Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh .........................................................37 Hình 2.36 ATmega 16...............................................................................................38 Hình 2.37 Mạch Vi điều khiển..................................................................................38 Hình 2.39 Mạch nguyên lý khối công suất và đảo chiều ..........................................39 Hình 2.40 Sơ đồ mạch in khối công suất và đảo chiều .............................................40 Hình 2.41 Mô tả IRF 540 ..........................................................................................41 Hình 2.42 Mô tả nguyên lý Relay .............................................................................41 Hình 2.43 Relay Ormon sử dụng ..............................................................................42 Hình 2.44 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chổi ....................................................42 Hình 2.45 Sơ đồ mạch in điều khiển chổi .................................................................43 Hình 2.46 Phát tín hiệu hồng ngoại...........................................................................44 Hình 2.47 Thu tín hiệu hồng ngoại ...........................................................................44 Hình 2.48 Giản đồ xung của tín hiệu hồng ngoại .....................................................45
vii
Hình 2.49 Giản đồ xung của hồng ngoại Remote Sony............ Sony ......................... ........................... ...................46 .....46 Hình 2.50 Gói dữ liệu của Remote Control ......................... ....................................... ........................... .......................46 ..........46 Hình 2.51 Gói dữ liệu thu từ mắt thu hồng ngoại ......................... ....................................... ........................... ..............47 .47 Hình 2.52 Sơ đồ mắt thu hồng ngoại .......................... ........................................ ........................... ........................... ...................48 .....48 Hình 2.53 Hình dạng mắt thu JS1838B ........................... ........................................ ........................... ........................... ..............48 .48 Hình 2.54 Hình dạng remote Trinitron Trini tron ......................... ....................................... ........................... ........................... .................48 ...48 Hình 2.55 Sơ đồ giải thuật th uật điều khiển robot .......................... ........................................ ............................ .....................52 .......52 Hình 2.56 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển Zigzag................................................53 Hình 2.57 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển chu yển Spot............. Spot .......................... ........................... ..........................54 ............54 Hình 3.1 Kiểm tra nguồn acquy acqu y ........................... ......................................... ........................... ........................... ..........................56 ............56 Hình 3.2 Kiểm tra khối công suất ........................... ........................................ ........................... ........................... .......................57 ..........57 Hình 3.3 Kiểm tra remote.............................. remote............................................ ............................ ........................... ........................... ...................57 .....57 Hình 3.4 Kiểm tra LCD.................................... LCD................................................. ........................... ............................ ........................... ................58 ...58 Hình 3.5 Vị trí bắt đầu chạy của robot. robot . ............................ ......................................... ........................... ........................... ..............58 .58 Hình 3.6 Robot dừng và lùi.............. lùi. .......................... ........................... ............................ ........................... ........................... ...................59 .....59 Hình 3.7 Robot rẽ hướng sang trái.............. trái. ........................... ........................... ........................... ............................ .....................59 .......59 Hình 3.8 Robot đi thẳng .......................... ....................................... ........................... ........................... ........................... ..........................60 ............60
viii
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Cấu hình các chân của cổng .......................... ........................................ ........................... ........................... .................33 ...33 Bảng 2.2: Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer ......................... ....................................... ..........................35 ............35 Bảng 2.3: Chế độ so sánh không khô ng PWM ........................... ........................................ ........................... ........................... ..............3 .355 Bảng 2.4 mã hóa dữ liệu remote .......................... ........................................ ........................... ........................... ..........................49 ............49
1
LỜI NÓI ĐẦU Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI TỰ ĐỘNG là một đề tài hay, một trong những ứng dụng của kỹ thuật cơ cơ điện tử phục vụ đời sống của con người. Không chỉ giới hạn trong lĩnh vực cuộc sống, ứng dụng của ngành còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như sinh học, y tế, công nghiệp tự động hóa,… Xu hướng hiện nay và cũng là hướng phát triển của ngành cơ điện tử tại Việt Nam là đưa ứng ứ ng dụng vào phục vụ cuộc sống của con người. Không chỉ giải quyết những việc cao siêu mà còn giải quyết những nhỏ nhặt nhưng cấp thiết của cuộc sống như vệ sinh nhà cửa, thời gian, tiền bạc,… Nội dung để tài gồm 4 chương: - Chương I : Tổng quan về robot hút bụi. - Chương II: Phương pháp và nội dung nghiên cứu. - Chương III: Thử nghiệm và đánh giá kết quả. - Chương IV: Kết luận và Hướng phát triển đề tài. Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, tôi đã được sự giúp đỡ của các bạn, các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử - Khoa Cơ Khí - ĐHNT, đặc biệt là: thầy Nguyễn Nam đã nhiệt tình chỉ dẫn trông suốt quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện không khỏi mắc mắc phải những sai sót, mọi lời nhận xét góp ý hoặc bổ sung nhằm hoàn thiện đề tài của các thầy, các bạn là điều vô cùng quý giá đối với tôi. Tôi xin chân thành cám ơn! Sinh viên Nguyễn Ngọc Nam.
2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI
3
1.1.Đặt vấn đề Ngày nay cùng với cuộc sống hiện đại tiện nghi khái niệm robot đã không còn xa lạ với chúng ta. Robot được sử dụng rộng rãi và phổ biến, không những xuất hiện trong sản xuất công nghiệp mà còn phục vụ trong gia đình, giải trí, gọi chung là robot dịch vụ. Bên cạnh đó nhịp sống ngày càng gấp rút và hối hả hơn, chính vì vậy xuất hiện các robot phục vụ tự động trong gia đình trở nên cấp thiết hơn. Sự xuất hiện của robot hút bụi tự động sẽ mang lại cho chúng ta cuộc sống thêm tiện nghi và hiện đại hơn. Đồng hành với đó ta cũng thấy ngày càng nhiều cải tiến, nâng cấp trong lĩnh vực vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển hiện có trên thị trường rất đa dạng, tốc độ xử lý ngày một cao, tính năng hỗ trợ ngày càng mạnh mẽ. Có thể đưa ra tiêu biểu như AVR, PIC, Psoc,…Đó là điều kiện thuận lợi để phát triển các hệ thống nhúng đa dạng hơn, thông minh hơn. Trong xu thế cạnh tranh các hãng phát triển vi mạch cố gắng tăng mật độ tích hợp trên vi mạch ngày càng cao, hạ giá thành đến mức thấp nhất. Người sử dụng có thể dễ dàng sỡ hữu một bộ vi điều khiển tốc độ cao giá rẽ, các công cụ phát triển. Nhiệm vụ của đề tài này là khảo sát tính năng của các robot hút bụi trên thị trường, từ đó hoàn thiện và cùng với tài liệu dễ dàng tìm được.Vì vậy giá thành cho sản phẩm cuối cùng được giảm.phát triển một robot có tính năng tương tự,dựa trên vi điều khiển AVR. 1.2.Giới thiệu một số robot hút bụi hiện nay. 1.2.1 Robot Roomba Robot Roomba của hãng iRobot là một robot hút bụi thông minh. Không giống như các loại máy hút bụi thông thường. Roomba thực hiện công việc hút bụi một cách hoàn toàn tự động theo chương trình đã được lập sẵn. Roomba thích hợp cho các gia đình và văn phòng có nền gỗ, thảm, đá hoa.
4
Hình 1.1 Robot hút bụi Roomba Với kích thước nhỏ gọn robot có thể di chuyển hết các phòng,những nơi mà máy hút bụi thông thường khó vào được như gầm bàn, giường, sofa,…
Hình 1.2 Kết cấu của Robot RoomBa. Các chức năng nổi bật của Roomba là điều khiển từ xa bằng remote control tự cảm nhận tránh vật cản, tự động sạc khi hết nguồn pin. Roomba có khả năng di chuyển linh hoạt như di chuyển hình xoắn ốc, zigzag,…
5
Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển của robot RoomBa Roomba được trang bị 3 chổi quét, trong đó chổi thứ nhất đặt phía trước có chức năng quét bụi ở góc tường. Chổi thứ hai và chổi thứ ba có chiều quay ngược nhau đưa bụi cũng như rác vào hộp đựng bụi. Hộp này không những đựng bụi mà lọc cả không khí.
Hình1.4 Hệ thống chổi của RoomBa Robot Roomba có khả năng báo hết pin và tự động tìm nơi sạc pin.
6
Hình 1.5 RoomBa tự động sạc pin 1.2.2.Robot LG Hombot Hombot là một robot hút bụi thông minh thế hệ mới do hãng LG nghiên cứu chế tạo.
Hình 1.6 Robot LG HomBot
7
Không những vượt trội trong thiết kế mà đột phá về công nghệ trang bị cho robot. Hình dáng của robot là hình vuông được bo các góc tạo sự mượt mà cũng như tăng diện tích làm sạch trong các góc tường.
Hình 1.7 Hình dáng và bố trí chổi quét góc tường Hombot được trang bị hai chổi quét, cảm biến siêu âm, camera,…vì vậy nâng cao hiệu quả làm việc cho robot.
Hình 1.8 Kết cấu trên và bố trí cảm biến của Robot
8
Hệ thống cảm nhận vật cản của robot sử dụng cảm biến siêu âm, cảm này giúp cho robot phát hiện vật cản hiệu quả, đo khoảng cách chuẩn xác. Robot tiếp xúc với vật cản từ khoảng cách rất nhỏ với chỉ 5 mm.
Hình 1.9 Hombot tiếp xúc vật cản
Hình 1.10 Bố trí nguồn nuôi và chổi của Robot Không giống như các robot hút bụi khác, Hombot hoạt động hiệu quả nhờ các chế độ di chuyển hợp lý, như hình xoáy ốc, zigzag, phân ngăn, phân ô.Trang bị camera nhận biết không gian, từ đó đưa ra lịnh trình làm việc hiệu quả cao. Ví dụ
9
như : những nơi mà robot đã đi qua sẽ không lập lại, ưu tiên làm sạch ở những nơi bẩn hơn.
Hình 1.11 Robot di chuyển kiểu Zigzag
Hình 1.2 Robot di chuyển phân ô
10
Hình 1.13 Robot di chuyển xoáy ốc Robot LG Hombot xác định vị trí trong không gian, tự báo khi hết pin cũng như tự động tìm về chỗ sạc pin.
Hình 14 Robot LG Hombot sạc pin 1.3 Phạm vi đề tài Theo yêu cầu của quyết định thực hiện đề tài chỉ dừng lại công việc thiết kế và chế tạo robot hút bụi tự động. Bao gồm hai phần chính là cơ khí và điều khiển, trong đó phần thiết kế cơ khí nhằm mục đích đưa ra các phương án cơ khí, lựa chọn phương án tiến hành chế tạo sản phẩm thực tế. Phần điều khiển có phần thiết kế các bo mạch điều khiển và thiết kế giải thuật, chương trình điều khiển.
11
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNGNGHIÊN CỨU
12
2.1 Phương pháp nghiên cứu Hiện nay, phổ biến có 3 phương pháp nghiên cứu cơ bản là lý thuyết, kế thừa và thực nghiệm. 2.1.1 Cơ sở lý thuyết về Robot tự hành Nguyên gốc của một từ Latinh là robota có nghĩa là người tạp dịch. Như vậy mục đích ra đời của robot là thay thế con người làm những công việc nào đó. Robot hay người máy là một loại máy có thể thực hiện những công việc một cách tự động, robot là một hệ thống cơ khí – điện tử. Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào thì đủ tiêu chuẩn để 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 là tự nhiên, tức là do con người tạo ra.
•
Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh.
•
Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường.
•
Có sự thông 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 lập trình trước. •
Có khả năng điều khiển được 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.
Phân loại robot, có nhiều cách định nghĩa cũng như phân loại robot.
Sau
đây là một số cách phân loại robot như sau : Theo viện Robotics Hoa Kỳ thì có 4 loại robot như sau : •
Robot vận 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 lien tục.
•
Robot có khả năng tự thu nhận thông tin từ môi trường để đưa ra chuyển
động thông minh. Theo Hiệp hội robot Nhật Bản :
13
•
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.
•
Robot thông minh : có thể tự hiểu được môi trường để hành động hoàn
thành tác vụ. Các mô hình điều khiển robot : •
Mô hình kiểu phản xạ Cảm nhận
Chấp hành
Mô hình này không có khối điều khiển. Thông tin từ khối cảm nhận được đưa ra thẳng tới khối chấp hành, từ đó cơ cấu chấp hành hoạt động. Mô hình này có ưu điểm là tốc độ đáp ứng nhanh. •
Mô hình “sensor – plan - action” Cảm nhận
Kế hoạch
Chấp hành
Mô hình này có bộ điều khiển, thông tin của môi trường được cảm nhận và được truyền tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ phân tích và từ đó đưa ra thông tin điều khiển tới bộ chấp hành. Mô hình này có tốc độ đáp ứng chậm. •
Mô hình kiểu lai Kế hoạch Cảm nhận
Chấp hành
Mô hình này là mô hình kết hợp giữa 2 kiểu mô hình trên. Mô hình lai bao gồm nhiều cặp “cảm nhận – chấp hành” hoạt động như mô hình phản xạ, tốc độ đáp ứng khá nhanh. Bên cạnh đó có một khối điều khiển lập kế hoạch cho toàn bộ tác vụ của robot.
14
2.1.2 Kế thừa sản phẩm có sẵn trên thi trường Đồ án tham khảo một số sản phẩm robot hút bụi tự động có trên thị trường hiện nay như LG, iRobot, Samsung, Toshiba, …Tìm hiểu các chức năng của các sản phẩm đó, từ đó đưa ra những chức năng cơ bản của robot hút bụi tự động. Ngoài ra, học hỏi kiểu dáng thiết kế đặc sắc của các sản phẩm đấy, để lựa chọn cũng như sàn lọc các mẫu thiết kế đẹp và hiệu quả. Từ những tìm hiểu trên xây dựng nên các phương án thiết kế, có những phương án đó rồi tiến hành phân tích ưu điểm cũng như nhược điểm để lựa chọn thi công sản phẩm. Đây là bước quan trọng để định hình cơ bản các phương án thiết kế và lựa chọn phương án thi công. 2.1.3 Thực nghiệm Từ những kết quả của thực nghiệm để hoàn thiện sản phẩm sau cùng. Kết quả của thực nghiệm phản ánh chất lượng của sản phẩm, đút kết những kinh nghiệm quý báu để hoàn thiện sản phẩm. Ở phần này sản phẩm được tiến hành thử nghiệm với các quy trình khắc khe, nhiều yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Để đảm bảo sản phẩm hoạt động tốt ở điều kiện ban đầu thiết kế. 2.1.4 Các bước tiến hành 1. Tham khảo sản phẩm robot hút bụi có trên thị trường. 2. Xây dựng các phương án thiết kế. 3. Phân tích và chọn phương án thiết kế. 4. Thi công phương án lựa chọn. 5. Thử nghiệm sản phẩm. 6. Kết luận và hướng phát triển. 2.2 Yêu Cầu Kĩ Thuật Robot hút bụi Robot hút bụi chỉ có nhiệm vụ di chuyển hút bụi và tránh vật cản phía trước. Phần cơ khí của robot hút bụi cứng vững để mang được pin, mạch điều khiển, cảm biến,… Tốc độ di chuyển không quá nhỏ cũng không lớn quá, không gây khó khăn cho việc điều khiển.
15
Cơ cấu cơ khí nhỏ gọn, giúp cho robot di chuyển linh hoạt. Kiểu dáng, màu sắc đẹp. 2.3 Thiết kế phương án cơ khí của Robot hút bụi Công việc thiết kế cơ khí của robot hút bụi bao gồm 2 phần như sau: •
Xây dựng bản vẽ, công việc này được thực hiện trên phần mềm vẽ đồ họa
SolidWork 2005. •
Sau khi có được bản vẽ thiết kế 3D của robot bụi, tiến hành phân tích lựa
chọn phương án thiết kế. Tiếp theo, thi công phương án được chọn. 2.3.1 Phương án 1
Hình 2.1 Phương án thiết kế cơ khí 1 Phương án 1 là mô hình robot tự hành 3 bánh, trong đó 2 bánh sau được gắn liền trục với 2 động cơ điện DC 12V, bánh tự lựa được đặt ở phía trước có tác dụng điều hướng. Mô hình có hình tròn có kích thước (đường kính x chiều cao) là 300 x 110 (mm). Robot được trang bị LCD và nút nhấn để giao tiếp, ngoài ra sử dụng công tắc hành trình và loxo giúp robot tiếp xúc vật cản khi hoạt động. Trang bị một chổi lớn có tác dụng khuấy bụi giúp robot hút bụi tốt hơn. Phương án này sử dụng một nguồn duy nhất từ acquy 12V.
16
Ưu điểm của phương án này là : •
Kiểu dáng thiết kế nhỏ gọn.
•
Khả năng di chuyển linh hoạt.
•
Đảm bảo một số tiêu chí của yêu cầu kỹ thuật.
•
Màu sắc đẹp.
Tuy nhiên, diện tích không gian bên trong robot khiêm tốn, chỉ trang bị có một chổi và kiểu dáng thiết kế như vậy thì hiệu quả làm việc ở những góc tường kém. 2.3.2 Phương án 2
Hình 2.2 Phương án thiết kế cơ khí 2 Phương án thứ 2 là robot tự hành 3 bánh, nó cũng sử dụng một bánh điều hướng, 2 bánh phía sau được gắn liền trục với động cơ, khác với phương án 1, thiết kế tổng thể là khối hình vuông được bo tròn bốn góc có kích thước (cạnh x chiều cao) là 305 x 110 (mm). Các công tắc hành trình được đặt duy nhất ở phía trước. Mô hình cũng có khoảng trống phía trong để mạch điều khiển và pin, trang bị LCD, nút nhấn để giao tiếp. Robot được trang bị hệ thống gồm 3 chổi. Trong đó, hai chổi
17
phía trước có chức năng phụ trợ giúp gom bụi hai bên vào, quét các góc tường. Chổi lớn có tác dụng khuấy bụi giúp robot hút bụi tốt hơn. Ưu điểm của phương án 2 là : •
Diện tích không gian bên trong robot rộng.
•
Hiệu quả làm việc được cải thiện.
•
Màu sắc đẹp và bắt mắt.
Tuy nhiên, nhìn tổng thể thì cồng kềnh, quá góc cạnh tạo cảm giác thô cứng không được mượt mà và đẹp mắt. 2.3.3 Phương án 3
Hình 2.3 Phương án thiết kế cơ khí 3 Phương án 3 được thiết kế dựa trên hình vuông có kích thước chiều dài là 300 (mm) và được bo tròn bốn góc. Robot có 2 bánh chủ động và 1 bánh dẫn hướng được đặt phía trước. Ở phương án này có bố trí hệ thống gồm 3 chổi quét, trong đó 2 chổi nhỏ đặt hai bên góc trước của robot giúp quét bụi ở góc tường nên tăng diện tích làm việc của robot. Bên cạnh đó, chổi lớn được thiết kế đặt trung tâm chếch về phía trước có chức năng khuấy bụi và quét các mảnh vụn có kích thước nhỏ. Hộp bụi được thiết kế bố trí hợp lý, có màn hình LCD và các nút nhấn để giao tiếp. Ở phương án này dùng các công tắc hành trình đặt phía trước để giúp robot cảm nhận
18
vật cản và dùng các loxo để giảm sốc cho robot khi va chạm với vật cản. Các công tắc hành trình được bảo vệ bởi 2 vành ngoài được thiết kế dựa theo hình dạng của thân robot. Tổng thể robot có kích thước là : 320 x 320 x 65 (mm). Ưu điểm : •
Robot có kích thước nhỏ gọn giúp di chuyển linh hoạt.
•
Bo lớn các góc nâng cao hiệu quả làm việc.
•
Diện tích không gian bên trong robot khá rộng.
•
Kiểu dáng và màu sắc đẹp.
•
Các phần cấu thành nên robot được bố trí hợp lý.
Tuy vậy, tồn tại một số nhược điểm như dung tích hộp bụi còn nhỏ. Sử dụng công tắc hành trình chưa được hay lắm. 2.3.4 Lựa chọn phương án Từ những phân tích ưu việt trong 3 phương án thiết kế, cũng như dựa trên yêu cầu kỹ thuật được đưa ra trước đó. Phương án 3 là phương án có nhiều ưu điểm hơn 2 phương án còn lại, phương án 3 được đánh giá cao không chỉ ở thiết kế nhỏ gọn mà còn thẩm mĩ cao. Vì vậy, phương án 3 được lựa chọn để chế tạo thành sản phẩm thực tế. 2.4 Chế tạo phần cơ khí 2.4.1 Chế tạo thân robot Thiết kế phần thân được tiến hành trên phần mềm vẽ 3D Solidwork. Ta có hình dạng tổng thể của phần khung cũng như kích thước tổng quát của khung robot. Khung robot có nhiệm vụ là nâng để cả robot, mặt khác là hình dạng bên ngoài của robot. Theo yêu cầu kỹ thuật của phương án thiết kế thì có kích thước như sau : 320x320x65(mm), bo tròn 4 góc với kích thước bán kính là 45 (mm). Khung robot có yêu cầu về tính thẩm mĩ vì là hình dạng bên ngoài của robot. Vì vậy mà trong quá trình thi công phần khung phải đảm bảo đúng như thiết kế đề ra về kích thước, kiểu dáng. Tránh những lỗi trên là thi công phương án thành công.
19
Hình 2.4 Thiết kế khung trên Solidwork Sau khi đã hoàn chỉnh bản vẽ 3D ta tiến hành chuyển bản vẽ sang 2D bằng các phần mềm như Cad, Solid,…Ở đây chọn phần mềm Corel Draw để vẽ 2D phần khung, được gia công trên máy cắt CNC.
Hình 2.5 Hình cắt trên máy gia công CNC Vật liệu khung robot phải đảm bảo kỹ thuật như độ cứng vững, bền và nhẹ. Qua nhiều lần khảo sát các vật liệu có trên thị trường chọn được vật liệu mica là thích hợp nhất.
20
Hình 2.6 Vật liệu mica Phần khung sau khi chế tạo hoàn thành đảm bảo yêu cầu thiết kế cũng như yêu cầu kỹ thuật đặt ra. 2.4.2. Chế tạo chổi quét Robot được trang bị 3 chổi quét. Trong đó có 2 chổi quét phụ được đặt phía trước có chức năng quét bụi ở những góc tường.
Hình 2.8 Chổi quét phụ
21
Chổi chính có chức năng quét những mảnh vụn cũng như đảo bụi. Chổi lớn có kích thước chiều dài là 220 (mm). Được dẫn động bởi một động cơ 12V qua bánh răng nghiêng.
Hình 2.9 Chổi lớn 2.4.3 Chế tạo hệ thống hút bụi Mỗi robot hút bụi trên thị trường đều được trang bị hệ thống hút bụi riêng. Một hệ thống hút bụi điển hình bao gồm phần hút, phần lọc. Trang bị động cơ và cánh quạt tạo lực hút cho hệ thống. Lực hút mạnh hay yếu tùy thuộc vào công suất của động cơ. Nguyên lý hút bụi rất đơn giản, bên trong có một động cơ điện có tốc độ vòng quay rất cao, trên trục chuyển động của động cơ điện có lắp cánh quạt gió, khi động cơ điện hoạt động với tốc độ cao, cánh quạt gió sẽ quạt cùng với trục chuyển động với tốc độ cao, như vậy không khí bên trong sẽ nhanh chóng thổi ra như một chiếc hộp rỗng. Để bù lại phần không khí đã mất sẽ có một luồng không khí nhanh chóng đi vào theo sự chênh lệch về áp suất. Phần lọc có chức năng lọc sạch không khí đưa vào, giữ lại bụi bẩn cũng như các thành phần không tốt cho sức khỏe của con người có trong không khí như vi
22
khuẩn chẳng hạn. Tùy thuộc vào như cầu lọc mà sử dụng nhiều vật liệu lọc khác nhau như giấy lọc, lưới lọc, vải lọc, …
Hình 2.10 Nguyên lý của máy hút bụi Dựa trên nguyên lý chung của máy hút bụi, hệ thống hút bụi của robot được thiết kế bao gồm : thân, động cơ điện và cánh quạt.
Hình 2.11 Bản vẽ 2D hệ thống hút bụi
23
Hình 2.12 Bản vẽ 2D của cánh quạt
Hình 2.13 Bản vẽ 3D hệ thống hút bụi theo thiết kế
24
Hình 2.14 Hệ thống hút bụi được chế tạo 2.4.4 Chế tạo hộp đựng bụi Hộp đựng bụi có chức năng không những đựng bụi mà còn lọc sạch không khí. Vì vậy, hộp bụi được thiết kế có phần đảm nhiệm lọc bụi.
Hình 2.15 Hộp bụi theo thiết kế
25
Hình 2.16 Hộp bụi được chế tạo 2.4.5 Động cơ Robot được trang bị hai động cơ 12 VDC có momen lớn, kích thước nhỏ gọn, có hộp giảm tốc.
Hình 2.17 Động cơ của robot
26
2.4.6 Chế tạo bánh tự lựa Bánh tự lựa là loại bánh bị động, được phát động bởi hai bánh chủ động. Bánh này có chứ năng dẫn hướng cho robot. Hiện nay có rất nhiều bánh tự lựa trên thị trường với nhiều kích thước,kiểu dáng, mẫu mã khác nhau như : omi, mắt trâu,… Chế tạo bánh tự lựa phải đúng yêu cầu kỹ thuật như : •
Đảm bảo độ cứng vững.
•
Bánh xe di chuyển linh hoạt.
•
Tránh hiện tượng bánh xe bị kẹt cứng.
•
Tránh hiện tượng rung lắc của bánh xe khi di chuyển.
•
Bánh tự lựa đảm bảo 2 bậc tự do là : xoay theo trục z và x.
Hình 2.18 Bánh tự lựa trên thị trường
27
Hình 2.19 Bánh tự lựa sau khi chế tạo 2.4.7 Bố trí công tắc hành trình Robot được bố trí các công tắc hành trình và nhiều loxo để tiếp xúc với vật cản. Ưu điểm dùng công tắc hành trình là dễ dàng nhận biết vật cản, dễ thi công sau này. Nhược điểm qua nhiều lần tiếp xúc với vật cản, công tắc hành trình bị hỏng về mặt cơ khí, giảm độ chính xác về sau.
Hình 2.20 Bố trí công tắc hành trình
28
2.5 Thiết kế các board mạch điều khiển 2.5.1 Vi điều khiển AVR AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, AVR mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, PISOC. Ngoài ra, do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng, so với họ 8051, 89xx thì nó độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và tiện lợi hơn. a.Tính năng của họ AVR - Giao diện SPI đồng bộ. - Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được. - Giao tiếp I2C. - Bộ biến đổi ADC 10 bit. - Các kênh băm xung PWM. - Các chế độ tiết kiệm năng lượng như Sleep, Stand by..vv. - Bộ định thời Watchdog. - 3 bộ Timer/Counter 8 bit. - 1 bộ Timer/Counter 16 bit. - 1 bộ so sánh Analog. - Bộ nhớ EEPROM. - Giao tiếp USART,... b.Cấu trúc bộ nhớ AVR AVR có cấu trúc Harvard, trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (Data memory bus) và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (Program memory bus) được tách riêng. Data memory bus chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết bị ngoại vi, với tệp thanh ghi (Register file). Trong khi đó đường truyền cho bộ nhớ chương trình có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho thanh ghi lệnh (Instruction registers).
29
Hình 2.21 Cấu trúc bộ nhớ của AVR Bộ nhớ chương trình (Program memory): Là bộ nhớ Flash lập trình được, hay còn gọi là Application section. Thực chất, Application section bao gồm 2 phần: phần chứa các mã lệnh cho hoạt động của Chip (Instruction) và phần chứa các Vector ngắt (Interrupt vectors). Các Vector ngắt nằm ở phần đầu của Application section (từ địa chỉ 0x0000) và dài đến bao nhiêu tùy thuộc vào loại chip. Phần chứa instruction nằm liền sau đó, chương trình viết cho chip phải được nạp vào phần này. Bộ nhớ dữ liệu (Data memory): Chứa các thanh ghi quan trọng nhất của chip, việc lập trình cho Chip phần lớn là truy cập bộ nhớ này. Bộ nhớ dữ liệu trên các Chip AVR có độ lớn khác nhau tùy theo mỗi Chip, tuy nhiên về cơ bản phần bộ nhớ này được chia thành 5 phần:
Hình 2.22 Thanh ghi 8 bit + Phần 1: Là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu, phần này bao gồm 32 thanh ghi có tên gọi là Register file, hay đơn giản là các thanh ghi. Tất cả các thanh ghi này đều là các thanh ghi 8 bits .
30
Hình 2.23 Register file Tất cả các Chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register file có địa chỉ tuyệt đối từ 0x0000 đến 0x001F. Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương từ 0 đến 255 hoặc các giá trị có dấu từ -128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký tự nào đó. Các thanh ghi này được đặt tên theo thứ tự là R0 đến R31. Chúng được chia thành 2 phần, phần 1 bao gồm các thanh ghi từ R0 đến R15 và phần 2 là các thanh ghi R16 đến R31. Tất cả 32 thanh ghi Register file đều có đặc điểm chung sau: Được truy cập trực tiếp trong các lệnh. Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần 1 chu kỳ xung Clock. Register file được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm (CPU) của chip. Và chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng là đích chứa kết quả trả lại của phép toán. Tóm lại 32 thanh ghi Register file của AVR được xem là một phần của CPU, vì thế chúng được CPU sử dụng trực tiếp và nhanh chóng, để gọi các thanh ghi này, chúng ta không cần gọi địa chỉ mà chỉ cần gọi trực tiếp tên của chúng. Register file thường được sử dụng như các toán hạng của các phép toán trong lúc lập trình. + Phần 2: RAM tĩnh, nội (Internal SRAM), là vùng không gian cho chứa các biến (tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự các
31
thanh RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ (khoảng vài Kb, tùy thuộc vào loại chip). + Phần 3: RAM ngoại (External SRAM), các Chip AVR cho phép người sử dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉ tồn tại khi nào người sử dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip. + Phần 4: EEPROM (Electrically ereasable programmable ROM) là một phần quan trọng của các Chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ EEPROM được tách riêng và có địa chỉ tính từ 0x0000. c. Cách thức hoạt động của Vi điều khiển AVR Cấu trúc bên trong của một AVR. Ta thấy rằng 32 thanh ghi Register file được nối trực tiếp với ALU bằng 2 line. Vì thế mà ALU có thể truy suất trực tiếp tới 2 thanh ghi Register file trong cùng một chu kỳ xung Clock. Các lệnh được chứa trong bộ nhớ chương trình Flash memory dưới dạng các thanh ghi 16 bit. Bộ nhớ chương trình được truy cập trong mỗi chu kỳ xung clock và mỗi lệnh chứa trong bộ nhớ chương trình được đưa vào trong thanh ghi lệnh Instruction register. Các thanh ghi lệnh tác động và lựa chọn Register file cũng như RAM cho ALU thực thi. Trong lúc thực thi chương trình, địa chỉ của dòng lệnh đang thực thi được quyết định bởi một bộ đếm chương trình PC (Program counter). Đó chính là cách thức hoạt động của AVR. AVR có ưu điểm là hầu hết các lệnh đều được thực thi trong 1 chu kỳ xung Clock, vì vậy có thể nguồn Clock lớn nhất cho AVR có thể nhỏ hơn một số vi điều khiển khác như PIC nhưng thời gian thực thi vẫn nhanh hơn.
32
Hình 2.24 Cấu trúc bên trong của AVR d.Cổng vào ra của Vi điều khiển AVR Cổng vào ra là một trong số các phương tiện để Vi điều khiển giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Mỗi chip có số cổng vào ra khác nhau. Các cổng vào ra của vi điều khiển AVR đều là cổng vào ra hai chiều có thể định hướng được. Tất cả các chân của cổng đều được nối với điện trở kéo lên, ta có thể cho phép hay không cho phép điện trở này hoạt động. Mỗi một cổng vào ra của vi điều khiển được liên kết với ba thanh ghi PORTx, DDRx, PINx. Ba thanh ghi này sẽ được phối hợp với nhau để điều khiển hoạt động của cổng.
Hình 2.25 Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR Thanh ghi DDRx: Đây là thanh ghi 8 bit có thể đọc ghi, có chức năng điều khiển hướng của cổng (là lối ra hay lối vào). Khi một bit của thanh ghi này được set
33
lên 1 thì có nghĩa một chân tương ứng với nó được thiết lập là ngõ ra. Ngược lại nếu 1 bit của thanh ghi DDRx là 0 thì chân tương ứng với nó được thiết lập là ngõ vào.
Hình 2.26 Thanh ghi DDRA Thanh ghi PORTx: Đây là thanh ghi 8 bit có thể đọc ghi, đây là thanh ghi dữ liệu của PORTx. Nếu một bit của thanh ghi này được thiết lập là 1 thì điện trở treo ở chân tương ứng của nó được kích hoạt, ngược lại nếu nếu bit này được thiết lập là 0 thì điện trở treo ở chân tương ứng sẽ không được kích hoạt, cổng ở trạng thái cao trở.
Hình 2.27 Thanh ghi PORTA Thanh ghi PINx: Đây là thanh ghi chỉ đọc chứ không ghi, đây là địa chỉ trong bộ nhớ I/O kết nối trực tiếp các chân của cổng. Khi ta đọc PORTx tức là ta đọc dữ liệu được chốt trong PORTx, còn khi ta đọc PINx thì giá trị logic hiện thời ở chân của cổng tương ứng được đọc.
Hình 2.28 Thanh ghi PINA Bảng 2.1 Cấu hình các chân của cổng
DDRxn là bit thứ n của thanh ghi DDRx.
34
PORTxn là bit thứ n của thanh ghi PORTx. Dấu “x” ở cột thứ 3 là để chỉ giá trị logic là tùy ý. e. Bộ định thời Timer/counter của AVR Trong mỗi chip của họ AVR được tích hợp số bộ định thời khác nhau. Có hai loại bộ định thời là bộ định thời 8 bit và bộ định thời 16 bit.
Hình Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit
Hình 2.29 Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit
35
Các thanh ghi có trong một bộ Timer (ở đây ta chọn bộ Timer 0 làm ví dụ):
Thanh ghi TCCR0: Là thanh ghi điều khiển bộ Timer/Counter0, thanh ghi điều khiển này gồm 8 bit: FOC0, WGM00, COM01, COM00, WGM01, CS02, CS01, CS00 như hình vẽ:
Hình 2.30 Thanh ghi TCCR0 + Bit 3 (WGM01) và bit 6 (WGM00) là các bit chọn chế độ hoạt động của Timer. Bảng 2.2: Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer
+ Bit 4 (COM00) và bit 5 (COM01) là các bít lựa chọn chế độ so sánh kết hợp. Nó điều khiển các ngõ ra so sánh ở pin OC0. Nếu một hoặc cả hai bit COM00 và COM01 bằng 1 thì ngõ ra OC0 thực hiện chức năng nhập dữ liệu từ các pin I/O kết nối với nó. Bảng 2.3: Chế độ so sánh không PWM
+ Bit 2 (CS02) bit 1 (CS01) và bit 0 (CS00) là các bit chọn nguồn xung để sử dụng cho bộ Timer hoạt động.
36
Thanh ghi TCNT0: Giá trị của thanh ghi này tăng giảm một đơn vị sau mỗi chu kỳ xung Clock. Thay đổi giá trị thanh TCNT0 khi đang hoạt động sẽ kéo theo những lỗi khi so sánh giữa hai thanh ghi TCNT0 và OCR0.
Hình 2.31 Thanh ghi TCNT0 Thanh ghi OCR0: Thanh ghi OCR0 chứa một giá trị 8 bit, giá trị này được so sánh liên tục với giá trị của thanh ghi Counter TCNT0. Phép so sánh này có thể được sử dụng để tạo ra hành động ngắt ở ngõ ra hay tạo xung ở ngõ ra tại chân OC0.
Hình 2.32 Thanh ghi 0CR0 Thanh ghi TIMSK (Timer/Counter Interrupt Mask Register): Là thanh ghi mặt nạ ngắt.
Hình 2.33 Thanh ghi mặt nạ ngắt + Bít 1 (OCIE0): Khi bít này được thiết lập lên bằng 1 thì cho phép một ngắt so sánh. + Bít 0 (TOIE0): Khi bít này được thiết lập lên bằng 1 thì cho phép một ngắt tràn. Thanh ghi cờ ngắt TIFR (Timer/Counter interrupt flag register):
Hình 2.34 Thanh ghi cờ ngắt
37
+ Bit 1 (OCF0): Bit này được set lên mức 1 khi xảy ra sự so sánh khớp giữa thanh ghi TCCN0 và thanh ghi 0CR0. Cờ OCF0 sẽ được tự động xóa đi khi ngắt tương ứng được thực thi. + Bit 0 (TOV0): Được set lên mức 1 khi bộ định thời tràn và nó được xóa khi ngắt tương ứng được thực thi. f. Các chế độ hoạt động của bộ Timer Chế độ hoạt động thường: Đây là chế độ hoạt động đơn giản nhất của Timer. Bộ đếm sẽ liên tục đếm tăng lên cho đến khi vượt quá giá trị lớn nhất TOP và sau đó sẽ được khởi động lại tại giá trị BOTTOM. Trong các hoạt động thông thường thì cờ tràn sẽ được thiết lập khi giá trị trong Timer đạt giá trị không và không bị xoá đi. Tuy nhiên nếu mà ngắt tràn được chấp nhận thì cờ ngắt sẽ tự động bị xoá khi ngắt được thực hiện. Giá trị trong Timer có thể được viết vào bất cứ lúc nào. Chế độ so sánh: Đây là chế độ mà giá trị trong Timer luôn được so sánh với giá trị trong thanh ghi ORC. Khi giá trị trong Timer bằng giá trị trong thanh ghi ORC thì giá trị trong Timer sẽ bị xoá đi. Giá trị trong ORC đóng vai trò là giá trị TOP cho bộ đếm. Chế độ này cũng cho phép tạo ra tần số so sánh ở đầu ra. Tuy nhiên trong chế độ này nếu giá trị mới ghi vào thanh ghi ORC mà nhỏ hơn giá trị tức thời của bộ đếm thì thì một so sánh sẽ bị lỡ, khi đó bộ đếm sẽ đếm đến giá trị lớn nhất sau đó rơi xuống giá trị 0 trước khi so sánh tiếp theo xuất hiện.
Hình 2.35 Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh
38
Robot được trang bị vi điều khiển ATmega16.
Hình 2.36 ATmega 16 2.5.2 Thiết kế board mạch điều khiển 2.5.2.1 Mạch vi điều khiển
Hình 2.37 Mạch Vi điều khiển
39
Linh kiện : 1. Vi điều khiển AT16. 2. 2 tụ bi 18p. 3. Thạch anh 11,0592MHz. 4. Nút nhấn. 5. Pin cắm. 6. Tụ hóa 4,7uF. 7. Diode. 8. LM 7805. 9. Tụ hóa 2200uF/50V. 10.Tụ hóa 1100uF/50V.
Hình 2.38 Sơ đồ mạch in Vi điều khiển 2.5.2.2 Mạch công suất và đảo chiều động cơ
Hình 2.39 Mạch nguyên lý khối công suất và đảo chiều
40
Theo mạch thì nguồn 12V từ acquy cấp cho động cơ. Phần công suất để điều khiển động cơ là linh kiện Mosfet IRF540. Theo thiết kế mạch có phần cách ly giữa khối Vi điều khiển và công suất. Sử dụng opto quang để nhận tín hiệu điều khiển từ Atmega, đồng thời kích đóng mở IRF 540. Phần đảo chiều động cơ ta sử dụng relay12 (VDPDT). Các chế độ hoạt động của mạch như sau : 1. Chế độ thuận: tín hiệu điều chế độ rộng xung PWM từ vi điều khiển kích chân 1 của opto, chân 3 và chân 4 của opto thông nhau dẫn kích mở IRF từ chân số 1, chân 2 và chân 3 thông nhau động cơ quay thuận. 2. Chế độ đảo: tín hiệu điện áp từ vi điều khiển kích chân 1 của opto, chân 3 và chân 4 thông nhau dẫn kích mở Transistor C1815
Hình 2.40 Sơ đồ mạch in khối công suất và đảo chiều 2.5.2.2.1 Linh kiện IRF540 Động cơ giúp cho robot di chuyển có dòng tiêu thụ tối đa là 2A, yêu cầu hoạt động chính xác và công suất đủ để robot di chuyển linh hoạt. Sử dụng MOSFET-N là IRF 540 là nhiệm vụ đóng mở động cơ. Mô tả IRF 540
41
Hình 2.41 Mô tả IRF 540 Như vậy, IRF540 có thể tải được dòng lớn 33A đủ để đáp ứng cho động cơ, điện trở giữa cực nguồn (S) và cực máng (D) khi mở rất nhỏ 44 (mΩ) nên sụt áp trên hai cực DS cũng nhỏ cỡ 1V. Thêm vào đó, trong IRF đã có sẵn một diode Schottky để bảo vệ dòng ngược từ S sang D mà có thể làm hỏng MOSFET. IRF540 mở hoàn toàn ở 10V. 2.5.2.2.2 Relay 12V DPDT Trong mạch được thiết kế sử dụng relay 12VDPDT đảm nhiệm đảo chiều động cơ.
Hình 2.42 Mô tả nguyên lý Relay Nguyên lý đóng mở của relay phụ thuộc vào cấp nguồn cho cuộn dây và tiếp điểm. Cuộn dây được cuộn trên một lõi sắt từ. Khi cuộn dây được cấp điện, từ trường xung quanh cuộn và lõi tập trung lại tạo thành nam châm điện hút thanh kim
42
loại tiếp xúc với tiếp điểm. Khi cuộn dây ngắt điện từ trường biến mất và thanh kim loại được loxo phản hồi hỗ trợ, đưa tiếp điểm về vị trí ban đầu.
Hình 2.43 Relay Ormon sử dụng 2.5.2.3 Mạch công suất động cơ chổi và hút bụi
Hình 2.44 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chổi
43
Mạch sử dụng MOSFET IRF540 để kích đóng mở động cơ chổi quét và hút bụi. Nguồn acquy 12V cấp cho động cơ. Tín hiệu điều khiển từ Vi điều khiển qua khối cách ly là opto quang. Khi opto quang được đóng sẽ kích mở IRF540, động cơ được đóng. Trong mạch có mắc diode để bảo vệ IRF540 chống sụt áp mạnh trên chân C của IRF.
Hình 2.45 Sơ đồ mạch in điều khiển chổi 2.5.2.4 Bộ điều khiển Remote 2.5.2.4.1 Tìm hiểu về hồng ngoại Hồng ngoại là sự bức xạ với tần số mắt ta không nhìn thấy được, tuy nhiên ta cũng cảm nhận về nó thông qua sự cảm ứng nhiệt trên da. Hồng ngoại trong điện tử thật thú vị, bởi vì nó tạo ra một cách dễ dàng và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ. Do đó nó được sử dụng rộng rãi và tiện lợi trong thông tin và điều khiển. Nhiều thứ có thể phát ra hồng ngoại, bất kỳ thứ gì có bức xạ nhiệt đều có khả năng đó. Bao gồm cơ thể của chúng ta, lò vi song,…Vì vậy để cho phép sự truyền thông hiệu quả khi sử dụng hồng ngoại và tránh những tín hiệu nhiễu không mong muốn phải sử dụng một khóa để báo cho đầu thu biết đâu là tín hiệu có ích, đâu là nhiễu.
44
Do đó, điều khiển từ xa dung để điều chế hồng ngoại phát đi với một tần số riêng biệt. Khoảng tần số hay sử dụng là 30→60 (KHz ), tốt nhất là khoảng 36→38 (KHz). Hồng ngoại được phát ra theo xung nhịp với tần số 36000 lần một giây phát ra các mức logic “0” và “1”. Để tạo ra tần số 36 (KHz) là việc đơn giản cái khó ở đây là việc thu và nhận dạng nó. Đó là lý do tại sao nhiều công ty sản xuất thiết bị thu hồng ngoại bao gồm những bộ lọc, mạch giải mã và sửa dạng đầu ra. Một xung vuông chu kỳ xấp xỉ 27 µ s đưa vào cực bazơ của tranzitor có thể điều khiển một led hồng ngoại để truyền đi.
Hình 2.46 Phát tín hiệu hồng ngoại Bạn có thể bật hoặc tắt tần số này tại đầu phát, đầu thu xẽ chỉ ra khi nào đầu phát là bật hay tắt.
Hình 2.47 Thu tín hiệu hồng ngoại Những bộ giải điều chế có mức logic đảo tại đầu ra khi có một gói hồng ngoại được gửi, đầu ra ở mức tích cực thấp tương đương với mức logic 1.
45
Để tránh việc một điều khiển từ xa philip có thể thay đổi kênh của một TV Panasonic,…Người ta sử dụng các cách mã hóa khác nhau cho cùng một khoảng tần số đó. Chúng sử dụng các kiểu tổ hợp bit khác nhau để mã hóa việc truyền dữ liệu và tránh nhiễu. Điều khiển hồng ngoại sony Sony sử dụng kiểu mã hóa độ rộng bit, đây là kiểu mã hóa đơn giản cho việc giải mã. Hãy xem xét khoảng thời gian nhỏ 600µs mỗi bit truyền đi là sự kết hợp của -T+T cho bit “0” và –T+2T cho bit “1”.Vì vậy bit “0” có chiều dài 1200µs và bit “1” có chiều dài 1800µs.
Hình 2.48 Giản đồ xung của tín hiệu hồng ngoại Mức lên (+T) có nghĩa là hồng ngoại được truyền đi, mức xuống (-T) có nghĩa là không có. Để tiết kiệm pin, hầu hết các nhà sản xuất rút gắn còn 5/6 thậm chí 3/4 độ rộng xung như lý thuyết. Bằng cách này pin 500 giờ có thể sử dụng được 600 giờ (5/6) hoặc 800 (3/4). Một số nhà sản xuất khác không quan tâm đến vấn đề này, họ tăng cường hiệu quả truyền tin bằng cách mở rộng một chút khoảng thời gian sóng mang 36 (KHz) tích cực và rút ngắn khoảng thời gian kia. Như vậy tín hiệu Remote TV sony có dạng như sau:
46
Hình 2.49 Giản đồ xung của hồng ngoại Remote Sony Bit bắt đầu (start bit), bit có có độ rộng 3T hay 1800 µ s . Tiếp theo phần Header là 12 bit liên tiếp được giải điều chế như sau: •
500 µ s bit im lặng + 700 µ s bit hồng ngoại = bit 0.
•
500 µ s bit im lặng + 1300 µ s bit hồng ngoại = bit 1.
Bit đầu tiên sau bit start là bit LSB ta đặt là bit B 0, bit cuối cùng là B 11: •
B0 – B6: 7 bit mã lệnh.
•
B7 – B11: 5 bit địa chỉ.
Hình 2.50 Gói dữ liệu của Remote Control Trong hình vẽ trên địa chỉ là 02H, mã lệnh là 16H, có 32 khả năng địa chỉ và 128 lệnh. Toàn bộ thời gian truyền đi của khung có thể thay đổi theo thời gian vì độ rộng của bit 1 > độ rộng bit 0. Nếu bạn giữ nút bấm, khung dữ liệu sẽ phát lại sau 25 ms. Nếu bạn sử dụng mắt nhìn hồng ngoại có sẵn trên thị truờng, tất cả dạng sóng trên sẽ bị đảo như sau:
47
Hình 2.51 Gói dữ liệu thu từ mắt thu hồng ngoại Để thu và giải mã được tín hiệu Remote TV sony, thực tế không cần thu toàn bộ 12 bit mã hóa, ta chỉ cần thu 7 bit lệnh và có thể bỏ qua 5 bit địa chỉ. Bởi với cùng điều khiển thì tất cả nút bắm đều phát ra mã địa chỉ như nhau, chỉ khác mã lệnh. Mã địa chỉ để phân biệt giữa các remote khác nhau. 2.5.2.4.2 Thuật toán thu tín hiệu Remote Sony 1.Thiết lập chế độ ngắt ngoài lấy sườn xuống(Failling edge). 2.Chờ tín hiệu đi xuống logic mức “0” đó là bit Start. 3.Đợi tiếp cho tín hiệu lên cao. 4.Sau 3 lần delay kiểm tra nhiễu. 5.Bắt đầu thu tín hiệu. 6.Thu 7 bit mã lệnh. 7.Chờ tín hiệu lên cao. 8.Cho vào vòng lập. 9.7 bit dữ liệu của remote chứa trong 7 bit phải của thanh ghi: A = 0A0A1A2A3A4A5A6 2.5.2.4.3 Mắt thu hồng ngoại Bộ điều khiển sử dụng mắt thu hồng ngoại JS1838B để thu nhận frame dữ liệu từ remote phát ra.
48
Hình 2.52 Sơ đồ mắt thu hồng ngoại
Hình 2.53 Hình dạng mắt thu JS1838B •
Chân đưa ra tín hiệu ra (OUT).
•
Chân nối mass (GND).
•
Chân nối nguồn +5V.
2.5.2.4.4 Bộ điều khiển Remote Sử dụng remote Trinitron của Sony.
Hình 2.54 Hình dạng remote Trinitron
49
Bảng 2.4 mã hóa dữ liệu remote Phím
Mã hex
Power
21
1
0
2
1
3
2
4
3
5
4
6
5
7
6
8
7
9
8
0
9
Vol+
18
Vol-
19
Pro+
16
Pro-
17
Sleep
54
Wake up
60
TV
56
Display
58
Text
43
Video
37
A/B
23
-/…
29
Pic mode
97
50
2.6 Thiết kế chương trình điều khiển robot hút bụi 2.6.1 Lập trình cho hệ thống thời gian thực Khái niệm về điều khiển thời gian thực RTOS (real time operation system) là một hệ điều hành đa nhiệm dành cho các ứng dụng thời gian thực, như trong các hệ thống nhúng, robotics, điều khiển tự động. Một hệ thống real-time được hiểu là một hệ thống làm việc với các sự kiện tức thời (real-time). Tuy nhiên, không phải mọi hệ thống đều có thể thực hiện được những quyết định tức thời hay đáp trả lại các sự kiện một cách tức thời như mong muốn. khi xây dựng các ứng dụng phần mềm chúng ta luôn mong muốn thời gian trễ để đưa ra một lệnh hay một quyết định là nhỏ nhất.Các hệ thống đáp ứng bao giờ cũng có một thời gian trễ nhất định. Khái niệm “hệ thống thời gian thực” ở đây được hiểu ngầm như một hệ thống đáp ứng sự kiện với một thời gian trễ chấp nhận được. Như vậy, sự tin cậy của một hệ thống thời gian thực không chỉ phụ thuộc vào sự chính xác của kết quả, mà còn phụ thuộc vào thời điểm đưa ra kết quả, hệ thống có lỗi khi yêu cầu về thời gian không được thỏa mãn. Một hệ thống thời gian thực có các đặc điểm tiêu biểu sau : •
Tính bị động: Hệ thống phải phản ứng với các sự kiện xuất hiện vào các
thời điểm thường không biết trước. •
Tính nhanh nhạy: Hệ thống phải xử lý thông tin một cách nhanh chóng để
có thể đưa ra kết quả phản ứng một cách kịp thời. •
Tính đồng thời: Hệ thống phải có khả năng phản ứng và xử lý đồng thời
nhiều sự kiện diễn ra. •
Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu, thời
gian phản ứng chậm nhất cũng như trình tự đưa ra các phản ứng. Nếu một bộ điều khiển phải xử lý đồng thời nhiều nhiệm vụ, ta phải tham gia quyết định được về trình tự thực hiện các công việc và đánh giá được thời gian xử lý mỗi công việc. Như vậy, người sử dụng mới có cơ sở để đánh giá về khả năng đáp ứng tính thời gian thực của hệ thống.
51
Xử lý thời gian thực: Trong các hệ thống điều khiển với nhiều đầu vào và đáp ứng ở đầu ra thì số lượng công việc phải xử lý là khá lớn. Vì vậy ta phải chia khối lượng công việc đó thành nhiều tác vụ nhỏ. Mỗi tác vụ xử lý một công việc nhất định, có thể là quét bàn phím, đọc cảm biến, điều khiển động cơ,…Tại một thời điểm vi điều khiển chỉ thực hiện một tác vụ, nhưng với thời gian chuyển đổi rất nhanh giữa các tác vụ ta có thể coi như các tác vụ được thực hiện đồng thời. 2.6.2 Bài toán di chuyển của robot Để điều khiển robot đi theo một quỹ đạo nào đó, ví dụ như di chuyển theo một đường cong nào đó thực chất là ta thay đổi tỉ lệ tốc độ 2 bánh xe của robot. Gọi tỉ lệ tốc độ quay giữa 2 bánh xe là R: •
R=
với Vt là tốc độ bánh xe bên trái, V p là tốc độ bánh xe bên phải.
•
Với R = 1, robot tiến thẳng.
•
Với 0 < R < 1, robot đi theo hình tròn ngược chiều kim đồng hồ.
•
Với R > 1, robot đi theo hình tròn thuận chiều kim đồng hồ.
•
Với R = 0, robot quay tròn tại chỗ với tâm là bánh trái.
•
Với R = ∞, robot quay tròn tại chỗ với tâm là bánh phải.
•
Với R = -1, hai bánh xe quay ngược chiều và đồng tốc, robot quay tròn tại
chỗ, tâm là điểm giữa hai bánh xe. Tổ hợp các quỹ đạo cơ bản ở trên lại với nhau ta có thể cho robot di chuyển theo một hình dạng bất kỳ nào đó.
52
2.6.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển robot 2.6.3.1 Lưu đồ giải thuật chung Begin Remote
Chổi hoạt động Phím Select Phím 1
Đ
Zigzag move
S Phím 2
Đ
Spot move
S Đ
Slee
Hẹn giờ mở
S Wake up
S
Mutting
Đ
Đ
Hẹn giờ tắt
Dừng
End
Hình 2.55 Sơ đồ giải thuật điều khiển robot
53
2.6.3.2 Lưu đồ giải thuật di chuyển Zigzag Begin
Chạy Thẳng
S
Đ
CB1 == 0
Chạy thẳng
Đ
Dừng
Lùi
CB2 == 0 S
Rẽ phải
Chạy thẳng
Rẽ phải
End
Hình 2.56 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển Zigzag
54
2.6.3.3 Lưu đồ giải thuật di chuyển Spot Begin
Spot 1
CB 1 == 0
Đ
Tránh vật cản
S Spot 2
CB 1 == 0
Đ
S Spot 3
CB 1 == 0
Đ
S Spot 4
End
Hình 2.57 Sơ đồ giải thuật chế độ di chuyển Spot
55
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
56
3.1 Thông số kỹ thuật Robot hút bụi - Kích thước (dài x rộng x cao): 320 x 320 x 65 (mm). - Khối lượng: 1,2 (kg). - Thời gian hoạt động liên tục 30 (phút). - Thể tích hộp bụi 0,37 (lít). 3.2 Kiểm tra trước khi hoạt động - Kiểm tra tình trạng ắc quy: Dùng đồng hồ đo ở chế độ đo điện áp, kiểm tra cực dương và cực âm của 2 bình ắc quy còn sử dụng tốt nếu điện áp đạt được từ 12 - 12,76 (V).
Hình 3.1 Kiểm tra nguồn acquy - Kiểm tra nguồn cấp cho vi điều khiển AVR và khối công suất điều khiển động cơ: cắm jack nguồn cung cấp điện cho cả 2 khối, nếu cả 2 LED cùng sáng chứng tỏ phần mạch điều khiển và mạch công suất robot đã được cấp nguồn và sẵn sàng hoạt động.
57
Hình 3.2 Kiểm tra khối công suất - Kiểm tra bộ điều khiển từ xa remote: dùng remote chọn các chế độ hoạt động của robot, từ đó xem khả năng đáp ứng của robot.
Hình 3.3 Kiểm tra remote
58
- Kiểm tra hoạt động của LCD: xem LCD có hiển thị các dữ liệu mong muốn hay không.
Hình 3.4 Kiểm tra LCD 3.3 Thử nghiệm khả năng di chuyển và tránh vật cản Robot di chuyển chế độ Zigzag
Hình 3.5 Vị trí bắt đầu chạy của robot .
59
Sau khi chạy được 1 đoạn đường robot gặp vật cản là bức tường.
Hình 3.6 Robot dừng và lùi. Sau đó robot tiếp tục sang trái.
Hình 3.7 Robot rẽ hướng sang trái.
60
Robot tiếp tục di chuyển.
Hình 3.8 Robot đi thẳng 3.4 Nhận Xét Kết Quả Thử Nghiệm Sau nhiều lần thử nghiệm,robot đã đạt được những kết quả : - Robot làm việc hiệu quả, sàn nhà sạch bụi, mảnh vụn. - Robot di chuyển và tránh vật cản linh hoạt. - Robot hoạt động đúng yêu cầu của 2 chế độ thiết lập là Zigzag và Spot. - Bộ điều khiển remote hoạt động tốt. - Khối mạch vi điều khiển và công suất hoạt động an toàn. - Robot hoạt động tốt khi hẹn giờ, tối đa là 60 phút. - Tuy nhiên, robot chỉ hoạt động tốt ở các sàn gỗ và gạch men, hạn chế hoạt động ở những nơi có độ mấp mô cao, không gian chật hẹp. Tiếng ồn hơi lớn khi robot hoạt động. Khối lượng của robot hơi nặng. 3.4 Giải pháp tăng khả năng hoạt động của Robot - Cải tiến một số bộ phận cơ khí để cải thiện tiếng ồn. - Sử dụng pincell để cải thiện khối lượng robot. Sau khi khắc phục được một số hạn chế robot đã hoạt động tốt hơn.
61
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
62
4.1 Kết luận Đề tài đã nghiên cứu phương pháp điều khiển cũng như thiết kế, chế tạo robot hút bụi dựa trên nhu cầu thực tiễn.Robot hút bụi đã đạt yêu cầu đề ra. Mô hình được hoàn thiện bao gồm cả phần thiết kế cơ khí, mạch điện tử và chương trình điều khiển. Nghiên cứu và ứng dụng vi điều khiển thành công trong việc điều khiển robot hút bụi tự động thành công. 4.1.1 Kết quả đạt được - Hoàn thành việc thiết kế các mạch điều khiển và mạch công suất cho robot. - Sử dụng remote điều khiển từ xa để thiết lập cho robot. - Đã xây dựng một chương trình tối ưu cho robot dựa sử dụng vi điều khiển Atmega. - Kết quả : Robot hút bụi hoạt động tốt theo yêu cầu thiết kế đặt ra. 4.1.2 Kết quả chưa đạt được - Robot hạn chế hoạt động những địa hình nhấp nhô. - Dung lượng acquy hơi khiêm tốn. - Lặp lại những diện tích đã làm việc. - Robot chưa thể tự xạc nguồn. 4.2 Đề xuất Với điều kiện hiện thực tế em xin đề xuất một số hướng phát triển của đề tài như sau : - Robot cần được nâng cấp khả năng tự xạc nguồn khi cạn. - Robot cần phát triển khả năng nhận dạng không gian. - Robot cần trang bị cảm biến tránh vật cản tốt hơn. - Robot nên trang bị cảm biến bụi bẩn để hoạt động tốt hơn.
63
TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu : 1. Trần Văn Hùng, Thiết kế Board giao tiếp, Trường ĐH Nha Trang. 2. Trần Văn Hùng , Ứng dụng vi điều khiển, Trường ĐH Nha Trang. Các website : 1. http://www.google.com.vn/ 2. http://www.irobot.com/forum/ 3. http://www.dientuvietnam.net/forums/ 4. http://www.alldatasheet.com/ 5. http:// www.microchip.com. 6. http://www.dieukhien.net/vn/ 7. http://www.vatgia.com/ 8. http://cdtvn.net/ 9. http://hocavr.com.
64
PHỤ LỤC A Hình ảnh sản phẩm và các board mạch điều khiển A.1 Sản phẩm robot hút bụi tự động
A.2 Board điều khiển Atmega 16
65
A.2 Board Công suất điều khiển động cơ
B Chương trình điều khiển #include #include #include #include #define banhphai OCR1B #define banhtrai OCR2 #define daophai PORTD.5 #define daotrai PORTD.6 #define ct1 PINA.1 #define ct2 PINA.2 #define ct3 PINB.1 #define ct4 PINB.2 #define ct5 PINB.4 #define choinho PORTD.0 #define choilon PORTD.1 #define hut
PORTD.2
#define on 0 #define off 1 #define biff PORTB.1
66
#define nut1 PINA.3 #define nut2 PINA.4 #define nut3 PINA.5 #define signal PINB.2 char data,dem,v,x,m,str1[1],str2[1],str3[1],b,b1,b2,f,h,t,t1,st[10]; bit start,k,k1,k2,k3,k4,s1,s2,kt,kt1,kt2,kt3; char c,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,l,l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7; unsigned char i,dulieu; long ngat,n; // Alphanumeric LCD Module functions #asm .equ __lcd_port=0x15 ;PORTC #endasm #include // External Interrupt 2 service routine interrupt [EXT_INT2] void ext_int2_isr(void) { unsigned char i; dulieu=0; for(i=0;i<3;i++) { delay_us(750); if(signal) return; } while(!signal); for(i=0;i<7;++i) { dulieu>>=1;
67
while(signal); delay_us(750); if(!signal) { dulieu|=0x80; while(!signal); } } dulieu>>=1; if(dulieu==21) //phim power { l=1;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;l5=0;l6=0; l7=0; } if(dulieu==124)//phim select { l1=1; l=0; l3=0; } if(dulieu==0)//phim 1 { l2=1;l1=0;l=0;l3=0;l4=0;m=1; } if(dulieu==1)//phim 2 { l3=1;l2=0;l=0;l1=0;l4=0;m=2; } if(dulieu==2)//phim 3 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=3; }
68
if(dulieu==3)//phim 4 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=4; } if(dulieu==4)//phim 5 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=5; } if(dulieu==5)//phim 6 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=6; } if(dulieu==6)//phim 7 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=7; } if(dulieu==7)//phim 8 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=8; } if(dulieu==8)//phim 9 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=9; } if(dulieu==9)//phim 0 { l=0;l1=0;l2=0;l3=0;l4=0;m=0; } if(dulieu==20)//phim muting
69
{ l3=1;l7=0;l=0;l1=0;l2=0,h=0; daotrai=0;daophai=0;banhtrai=0;banhphai=0, choinho = off,choilon = off,hut = off; } if(dulieu==54)//phim sleep { l4=1;l3=0;l=0;l1=0;l2=0; } if(dulieu==18)//phim vol+ sang trai { l5=1;l6=0;l4=0;l3=0;l2=0;l1=0;l=0;m=0; } if(dulieu==19)//phim vol- sang phai { l6=1;l5=0;l4=0;l3=0;l2=0;l1=0;l=0; } if(dulieu==97)//phim Picmode { l7=1;l6=0;l5=0;l4=0;l3=0;l2=0;l1=0;l=0;ngat=0; } } // Timer 0 overflow interrupt service routine interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { ngat++; TCNT0=0x00; } //=========================================================
70
char Cambien1() { if(ct1==0) return 1; else return 0; } //========================================================== ============= void Zigzag() { Cambien(); s1=Cambien(); Tien(); if(s1==1) { k=1; } while(k) { Dung(); delay_ms(500); k1=1; k=0; } while(k1) { Lui(); delay_ms(500);
71
Dung(); k2=1; k1=0; } while(k2) { Retrai(); delay_ms(500); Dung(); k3=1; k2=0; } while(k3) { Tien(); delay_ms(500); k4=1; k3=0; } while(k4) { Retrai(); delay_ms(500); Dung(); k4=0; } } //========================================================= void Hengio(char b,char b1)
72
{ n=(b*10 + b1)*10200; if(ngat
