Đặt vấn đề Ngày nay, robot học không chỉ đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất công nghiệp như : những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác và liên tục làm năng suất tăng hơn rất nhiều lần so với trước đây mà còn được ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Một trong những sản phẩm robot đầu tiên được ứng dụng trong đời sống đó là robot hút bụi tự động. Robot này sẽ giúp bạn tránh được việc phải đi cùng, tiếp xúc trực tiếp với bụi bặm, tiếng ồn - những yếu tố gây tác động xấu lên sức khỏe. Với mục tiêu hoạt động trong nhà, robot hút bụi được 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.Tuy nhiên, phải di chuyển khi hoạt động nên nguồn nuôi của robot là pin hoặc acquy nên thời gian hoạt động và công suất hút bụi của robot bị bạn chế. Để khắc phục bất tiện do nguồn nuôi và tăng khả năng tương tác với người dùng, hiện nay các sản phẩm robot hút bụi được nghiên cứu, chế tạo theo hướng thông minh như: tự động sạc nguồn điện khi yếu nguồn, chức năng hẹn giờ, lưu bản đồ đường đi. Hiện nay ,robot thút bụi đã được nhập khẩu và sử dụng ở Việt Nam.Tuy nhiên ,chưa có nghiên cứu trong nước nào 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.
Page 1 do an II. Giới thiệu một số loại Robot hút bụi hiện nay : II.1 Robot Roomba Robot Roomba của hãng iRobot là một robot hút bụi thông minh. Không giống nhƣ các loại máy hút bụi thông thƣờng. Roomba thực hiện công việc hút bụi một cách hoàn toàn tự động theo chƣơng trình đã đƣợc lập sẵn.
Roomba thích hợp cho các gia đình và văn phòng có nền gỗ, thảm, đá hoa.1 Robot hút bụi Roomba Với kích thƣớc nhỏ gọn robot có thể di chuyển hết các phòng ,những nơi mà máy hút bụi thông thƣờng khó vào đƣợc nhƣ gầm bàn, giƣờng ,sofa,… Page 2 do an 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 nhƣ di chuyển hình xoắn ốc,zigzag,… Hình 1.3 Quỹ đạo di chuyển của robot RoomBa Roomba đƣợc trang bị 3 chổi quét, trong đó chổi thứ nhất đặt phía trƣớc có chức năng quét bụi ở góc tƣờng. Chổi thứ hai và chổi thứ ba có chiều quay ngƣợc nhau đƣa bụi cũng nhƣ rác vào hộp đựng bụi.
Hộp này không những đựng bụi mà lọc cả không khí. Page 3 do an Hình 1.4 Hệ thống chổi của RoomBa Robot Roomba có khả năng báo hết pin và tự động tìm nơi sạc pin.5 RoomBa tự động sạc pin Với giá thành tầm khoảng gần 11 triệu vnd so với thị trƣờng tiêu thụ ở Việt Nam thì hơi cao. Page 4 do an II.Robot LG Hombot Hombot là một robot hút bụi thông minh thế hệ mới do hãng LG nghiên cứu chế tạo.6 Robot LG HomBot Không những vƣợt trội trong thiết kế mà đột phá về công nghệ trang bị cho robot. Hình dáng của robot là hình vuông đƣợc bo các góc tạo sự mƣợt mà cũng nhƣ tăng diện tích làm sạch trong các góc tƣờng.
Page 5 do an Hình 1.7 Hình dáng và bố trí chổi quét góc tường Hombot đƣợc trang bị hai chổi quét, cảm biến siêu âm, camera,…vì vậy nâng cao hiệu quả làm việc cho robot.8 Kết cấu trên và bố trí cảm biến của Robot 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 5mm. Page 6 do an Hình 1.9 Hombot tiếp xúc vật cản Hình 1.10 Bố trí nguồn nuôi và chổi của Robot Không giống nhƣ các robot hút bụi khác, Hombot hoạt động hiệu quả nhờ các chế độ di chuyển hợp lý, nhƣ hình xoáy ốc, zigzag, phân ngăn, phân ô. Trang bị camera nhận biết không gian,từ đó đƣa ra lịnh trình làm việc hiệu quả cao.Ví dụ nhƣ : Page 7 do an những nơi mà robot đã đi qua sẽ không lập lại, ƣu tiên làm sạch ở những nơi bẩn hơn.
Nhƣng với giá thành khoảng 16 triệu vnd thì nó càng khó hơn để ngƣời tiêu dùng tiếp cận đƣợc với nó. Kế thừa và hướng nghiên cứu Sau khi khảo sát một số loại Robot hút bụi trên thị trƣờng hiện nay, đa số các loại này đều có chung những ƣu điểm : di chuyển tự động linh hoạt nhƣ di chuyển hình xoắn ốc,zigzag,…và sử dụng cảm biến siêu âm để tránh vật cản và điều khiển từ xa bằng remote control. Các kiểu di chuyển của robot: Hình 1.11 Robot di chuyển kiểu Zigzag Page 8 do an Hình 1.12 Robot di chuyển phân ô Hình 1.13 Robot di chuyển xoáy ốc Khi mà công nghệ ngày một phát triển thì chiếc smart phone ngày càng gần gũi hơn với con ngƣời,nó không chỉ đƣợc sử dụng với mục đích nghe ,gọi hay nhắn tin mà còn có nhiều tính năng khác, kế thừa những thành quả có sẵn và cùng với những ý tƣởng của mình, tôi đã quyết định phát triển robot hút bụi dùng bluetooth điện thoại android để điều khiển thay vì dùng remote control,vì khá phù hợp với trình Page 9 do an độ, điều kiện tài chính và gần gũi với sinh viên, thích hợp làm một đề tài nghiên cứu tốt nghiệp bậc đại học.Mục đích nhằm cải thiện độ ổn định, tốc độ hoạt động , thực hiện các tác vụ chính xác và ổn định hơn trong việc di chuyển và không phải mất thời gian vào nghiên cứu phần cứng quá nhiều nhƣng để tập trung vào phần điều khiển. Điểm mới của đề tài Robot không chỉ chạy bằng chế độ tự động mà còn có thể đƣợc điều khiển tốc độ và vị trí một cách chính xác hơn thông qua điện thoại Android.
Trong đề tài “Nghiên cứu, chế tạo robot hút bụi điều khiển qua Bluetooth điện thoại”. Tôi đã đi sâu vào việc thiết kế và gia công cơ khí cho robot ,phân tích xác định độ chính xác lắp ghép, vấn đề chuẩn lắp ghép, gia công và độ chính xác của robot. Nay tôi gia công lại robot dựa trên những điều chỉnh theo thiết kế đã có. Về phần thiết kế bộ điều khiển, tôi sử dụng công nghệ Bluetooth trên giao diện điện thoại android để đƣa ra lệnh điều khiển cho module Bluetooth thông qua giao tiếp không dây Bluetooth, rồi từ đó truyền tín hiệu vào board Arduino Uno để điều khiển các động cơ Dc servo của từng bánh quay theo ý muốn.
Ƣu điểm của việc sử dụng thiết bị Bluetooth so với các thiết bị khác : -Có khả năng xuyên qua các vật thể rắn và phi kim. -Bluetooth sử dụng một chuẩn giao thức nên mọi thiết bị Bluetooth đều có thể cùng làm việc với nhau. - Sử dụng ít năng lƣợng phù hợp với các thiết bị di động có dung lƣợng pin ít. -Sử dụng “frequency hopping” giúp giảm đụng độ tối đa.
-Có khả năng sử dụng 3 kênh thoại và 1 kênh dữ liệu. -Có khả năng bảo mật từ 8-128 bit. -Thiết bị nhỏ gọn, số lƣợng hỗ trợ thiết bị Bluetooth ngày càng nhiều và đa dạng. -Giá thành thiết bị rẻ, truyền dữ liệu miễn phí.
Page 10 do an V. Giới hạn đề tài Hạn chế về tốc độ và khoảng cách truyền nhận của module bluetooth ( < 10m) với các trang thiết bị khác, dễ bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác. Với đề tài này, ngƣời nghiên cứu thực hiện với các mục đích sau: -Hoàn thiện một lƣợng kiến thức khá lớn thiết kế chế tạo, điều khiển tự động,truyền nhận tín hiệu,lập trình trên điện thoại Android. -Giới thiệu về việc ứng dụng công nghệ mobile robot vào đời sống hàng ngày khi mà công nghệ ngày càng phát triển.
-Góp phần vào việc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng tự động hóa trong giải trí, dịch vụ và chăm sóc sức khỏe. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu một số đề tài nghiên cứu khoa học có liên quan, nghiên cứu các tài liệu trên các trang web cũng nhƣ một số sách liên quan đến đề tài đƣợc trình bày ở phần “Tài Liệu Tham Khảo”.Từ đó có đƣợc các nhận xét khái quát về việc lựa chọn cấu hình cho robot , phƣơng án thiết lập thuật toán.Từ mô hình robot đó sẽ nghiên cứu tìm hiểu phƣơng pháp thiết kế mạch điện và lập trình cho robot có thể chuyển động tốt nhất. Sau khi hoàn thành đề tài, việc chạy thử nghiệm robot sẽ đƣợc thực hiện để có đƣợc những nhận xét và đánh giá những gì đã đạt đƣợc và chƣa đạt đƣợc so với mục tiêu nhiệm vụ đã đặt ra từ lúc ban đầu của đề tài. Kết thúc chƣơng 1, phần giới thiệu tổng quan về robot.
Hƣớng nghiên cứu, nhiệm vụ của đề tài và phƣơng pháp nghiên cứu đã đƣợc trình bày cụ thể.Trong chƣơng kế tiếp, tôi sẽ đề cập đến vấn đề lựa chọn phƣơng án thiết kế và các bƣớc thực hiện. Page 11 do an CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC Ở chƣơng 1 đã trình bày về mục tiêu cũng nhƣ yêu cầu của đề tài nên ở chƣơng này sẽ trình bày thiết kế và cách chế tạo các chi tiết của robot, bài toán di chuyển đa hƣớng của Robot. Vì đồ án mang tính chất kế thừa thiết kế cơ khí, nên tôi sẽ đƣa ra những kết quả đã đƣợc thành lập từ tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu và chế tạo robot hút bụi tự động”. Thiết kế cấu trúc của robot I.1 Yêu cầu kĩ thuật của robot: Robot hút bụi chỉ có nhiệm vụ di chuyển hút bụi và tránh vật cản phía trƣớc.
Phần cơ khí của robot hút bụi cứng vững để mang đƣợc 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. Cơ cấu cơ khí nhỏ gọn, giúp cho robot di chuyển linh hoạt. Kiểu dáng, màu sắc đẹp.2 Phƣơng án thiết kế: Vì sự kế thừa của những sản phẩm có sẵn cũng nhƣ của đồ án đã tham khảo nên phần thiết kế cơ khí chỉ đƣợc cải tiến thêm vài chi tiết mà quan trọng chủ yếu là phần điều khiển. Thiết kế phần thân đƣợc tiến hành trên phần mềm vẽ 3D Solidwork.Ta có hình dạng tổng thể của phần khung cũng nhƣ kích thƣớc tổng quát của khung robot.