CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 13 1. Giới thiệu Nước ta là một nước nông nghiệp, là nước xuất khẩu các sản phẩm nông nghiệp đứng đầu thế giới, góp phần đảm bảo an ninh lương thực trong nước và trên thế giới. Đứng đầu như: gạo, cà phê, điều, ca cao… Song, đa số chúng ta chỉ xuất khẩu thiên về số lượng chứ chưa chú trọng nhiều đến chất lượng. Trong thế kỷ 21, nhu cầu lương thực của con người tăng lên, nhưng cũng đòi hỏi chất lượng phải tốt hơn, có lợi cho sức khỏe và bảo vệ môi trường nhiều hơn.
Vì vậy, nước ta phải cải tiến chất lượng nông sản đề phục vụ cho nhu cầu này của con người. Để tăng chất lượng nông sản từ khâu trồng trọt đến thu hoạch, chế biến và xuất khẩu, chúng ta cần áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào quy trình sản xuất. Cụ thể là để có được sản phẩm sạch, chất lượng tốt, chúng ta cần trồng trong nhà kính, có hệ thống tưới nước, bón phân, phun thuốc và thu hoạch tự động. Vì vậy đề tài này muốn góp phần phát triển trình sản xuất khép kín, hiện đại, chất lượng cao, sạch và bảo vệ môi trường.
Với sự hướng dẫn của thầy TS.Nguyễn Trọng Doanh. Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế chế tạo và ứng dụng mô hình robot cho việc thu hoạnh trái cây trong nhà kính, cụ thể là thu hoạch cà chua được trồng trong nhà kính, và có thể phát triển để phù hợp với các loại trái cây khác. Ứng dụng của Robot trong lĩnh vực nông nghiệp trên thế giới 1. Tổng quan về Robot Robot là một loại máy có thể thực hiện các công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính, hoặc các vi mạch điện tử được lập trình.
Ngày nay, trong cuộc sống đã có nhiều loại robot được tạo ra với mục đích đáp ứng nhiều nhu cầu của con người như: dọn dẹp, y tế, cứu hộ,nông nghiệp,….1: Robot hút bụi Hình 1.2: Robot y tế 15 Hình 1.3: Robot trong công nghiệp 1. Robot trong nông nghiệp Robot thu hoạch cà chua: Hình 1.4: Robot thu hoạch dâu của Nhật Bản Robot thu hoạch dâu có khả năng di chuyển trên đường ray có sẵn trong nhà kính. Robot dùng camera để phát hiện dâu chín và vươn tay máy Robot để thu hoạch dâu. Tốc độ của Robot tuy không bằng con người, nhưng có thể hoạt động 24/24 trong điều kiện nhà kính.
Robot thu hoạch nấm: 16 Hình 1.5: Robot thu hoạch nấm Robot thu hoạch nấm giúp đảm bảo chất lượng đồng đều cho sản phẩm. Như chúng ta đều biết, nấm có tốc độ phát triển rất nhanh, nếu như không kịp thu hoạch nấm sẽ già và không đảm bảo các thành phần dinh dưỡng. Do đó, nhiệm vụ của Robot là sử dụng camera để đo kích thước của nấm, sau đó thu hoạch khi nấm đã đạt tới kích thước quy định. Robot có thể hoạt động liên tục mà không cần người điều khiển.
Robot phun thuốc trong nhà kính: Hình 1.6: Robot phun thuốc trong nhà kính Robot này có khả năng thực hiện việc pha chế liều lượng một cách chính xác và phun thuốc hoàn toàn tự động theo chương trình lập sẵn, giúp con người không phải tiếp xúc trực tiếp với 17 thuốc. Robot có thể phun thuốc ở một số góc cài đặt nhất định, nhằm đảm bảo lượng thuốc được phun đều nhất. Robot có thể hoạt động ở chế độ tự động hoặc được điều khiển bằng tay thông qua bảng điều khiển từ xa. Đặt vấn đề Để tăng chất lượng nông sản từ khâu trồng trọt đến thu hoạch, chế biến và xuất khẩu, chúng ta cần áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào quy trình sản xuất.
Cụ thể là để có được sản phẩm sạch, chất lượng tốt, chúng ta cần trồng trong nhà kính, có hệ thống tưới nước, bón phân, phun thuốc và thu hoạch tự động. Trong thu hoạch tự động để đảm bảo được năng suất,chất lượng cũng như tiết kiệm chi phí vận hành thì nhóm đã nghiên cứu ra robot có các ưu điểm như sau: Hoạt động được 24/24. Tự xác định được quả đã đến kỳ thu hoạch và thu hoạch chúng. Hoạt động độc lập hoặc kết nối được với các thiết bị khác.
Trên thế giới hiện nay robot khám phá môi trường đã trở nên khá phổ biến. Tuy nhiên ở nước ta đây vẫn là đề tài khá mới. Với tính chất nuôi trồng trong nhà kính nhóm nghĩ đây sẽ là chủ đề đáng quan tâm trong vài năm tới. Nhóm mong rằng mình có thể góp một phần nào đó vào công cuộc đổi mới với đề tài của mình.
Đề xuất mô hình 1. Nhiệm vụ của robot Robot được thiết kế để thực hiện các công việc : Phân biệt quả đã đến kỳ thu hoạch Thu hoạch quả chín và đưa về nơi tập kết 1. Đề xuất thiết kế Robot thu hoạch hoa quả nên cần các khâu phải linh hoạt. Kích thước của robot phải phù hợp với luống cà chua được canh tác.
18 Phạm vi hoạt động của robot phù hợp với khoảng cách của cây trồng. Xử lý ảnh phải xác định được quả đã chín hay chưa và đưa ra hướng xử lý. Kích thước nhỏ nhẹ dễ di chuyển. Dễ điều khiển, dễ vận hành.
Cơ cấu tay kẹp gắp được quả mà không làm dập nát.5 Nguyên lý hoạt động Để thu hoạch được cà chua chín. Robot phải thông qua bước xử lý ảnh để xác định được quả chín hay xanh từ đó xác định được vị trí của quả cần hái so với gốc của robot đã cài đặt, sau đó gửi tín hiệu về vi xử lý, từ đó tính toán ra đường đi để các trục của robot thực hiện chuyển động. Sau khi cảm biến đã xác định được đã hái được quả thì robot sẽ đưa quả về vị trí cần và thực hiện tiếp việc hái quả tiếp theo. Tổng Kết Chương 1 đã trình bày tổng quan về khả năng ứng dụng của robot quan trắc môi trường trong thực tế.
Nguyên lý hoạt động của robot đã được trình bày. Trong phần tiếp theo thiết kế mô hình xe sẽ được trình bày chi tiết. 19 nguồn qua S1 qua động cơ qua S4 về mass làm động cơ quay theo chiều thuận. Ngược lại, khi ta đóng S2 và S3, động cơ quay nghịch.
Mô hình mạch cầu H: Hình 3.10: Mô hình mạch cầu H Mô hình mạch cầu H sử dụng transistor: Hình 3.11: Mô hình mạch cầu H sử dụng transistor 50 Thông số kỹ thuật của L298: Điện áp ở đầu vào: dao động từ 5 – 30 V Điện áp tín hiệu điều khiển: 5 – 7V Điện áp logic: Low: từ -0,3V dao động đến 1,5V; High: 2,3V đến Vss. Dòng điện tối đa cho từng động cơ là 2A. Dòng yêu cầu của tín hiệu điều khiển từ 0 – 36 mA. Công suất: 1 cầu tương đương 25W.
Kích thước: 43x43x27mm.12: Module L298 Cấu tạo của module L298 bao gồm các chân sau: Hai chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ là 12V power và 5V power. Ngoài ra bạn cũng có thể cấp nguồn 9 -12V ở 12V. Power GND là GDN của nguồn cấp cho động cơ. 2 Jump A enable và B enable.
4 chân Input gồm có: IN1, IN2, IN3,IN4. 51 Output A sẽ được nối với động cơ A. Khi nối bạn phải chú ý ký hiệu “ +;-” vì khi bạn nối ngược động cơ sẽ chạy theo chiều ngược. Gồm hai phần điều khiển động cơ.
Có thể điều khiển cho động cơ 4 dây và động cơ 6 dây.13: Cấu tạo module L298 3. Khối công tắc hành trình Công tắc hành trình được xem là một thiết bị cơ điện hoạt động bằng lực vật lý do có một vật tác động lên nó. Khi có đối tượng vật lý di chuyển và tiếp xúc tới thiết bị truyền thống, thiết bị sẽ khiến các tiếp điểm tách ra để ngắt kết nối điện. Giải thích theo ứng dụng thực tế thì công tắc hành trình được sử dụng để phát hiện sự xuất hiện hoặc vắng mặt của một đối tượng.
Ngoài ra, thiết bị còn có thể dùng để xác định giới hạn di chuyển của một đối tượng.14: Công tắc hành trình Cấu tạo và nguyên lý công tắc hành trình Cấu tạo công tắc hành trình được thiết kế gồm 2 tiếp điểm thường đóng (NC) và thường mở (NO). Hoặc có thể chỉ có 1 tiếp điểm NO hoặc NC. Công tắc hành trình được lắp đặt tại nơi công tắc chuyển trạng thái từ NO hoặc NC sang trạng thái hoạt động của thiết bị. Tiếp điểm chuyển từ trạng thái hoạt động đến trạng thái bình thường là vị trí nhả.
Khi một đối tượng tiếp xúc với thiết bị truyền động chạm vào cánh tay của công tắc hành trình thì nó sẽ báo tín hiệu on hoặc off. Khối cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận hồng ngoại có công dụng phát hiện vật bằng hồng ngoại thích nghi với điều kiện ánh sáng của môi trường xung quanh. Cảm biến sử dụng 1 đèn led phát ra tia hồng ngoại, 1 đèn led thu lại tia hồng ngoại cùng với IC chính có mã LM358 SMD. Nguồn led báo sáng được sử dụng để cảnh báo khi có vật tới gần.15: Module thu phát hồng ngoại Biến trở của cảm biến tiệm cận hồng ngoại này có khả năng điều chỉnh VR vuông lên 10K, hỗ trợ các mạch có chân AO, DO, GND, VCC.
Cảm biến sử dụng điện áp đầu vào 3-5V cho dòng 1 chiều, tín hiệu đầu ra là 1,0.16: Cấu tạo module thu phát hồng ngoại Thông số kỹ thuật: Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định Điện áp làm việc: 3. 54 Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng. Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt. Kích thước: 3.4cm Các mô-đun đã được so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp, nếu sử dụng ở chế độ thông thường, xin vui lòng không tự ý điều chỉnh chiết áp.
Cổng giao tiếp: VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V và 3.3V) GND: GND ngoài OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1) Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp). Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3. Độ nhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,. Có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật và dò đường.