Đồ án nghiên cứu ứng dụng xe omni 4 bánh tại HCMUTE

• Tác giả: Vũ Trung Hoan
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Hà Đức
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu, Ứng Dụng Xe Omni 4 Bánh
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Tính cấp thiết của tài
• 1.2. Lý do chọn tài
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Giới hạn tài nghiên cứu
• 1.5. Bố cục luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái niệm về xe tự hành AGV
• 2.2. Ứng dụng xe AGV trong nước và ngoài nước
• 2.3. Cơ cấu truyền động cho xe AGV
• 2.3.1. Bộ truyền động đai - truyền động gián tiếp
• 2.3.2. Bộ truyền động xích - truyền động gián tiếp
• 2.3.3. Truyền động trực tiếp
• 2.4. Bánh xe đa hướng
• 2.4.1. Khái niệm bánh xe đa hướng
• 2.4.2. Các loại bánh xe đa hướng
• 2.4.2.1. Bánh xe Omni
• 2.4.2.2. Bánh xe Mecanum
• 2.4.2.3. Bánh xe PU
• 2.4.3. Mô hình động học bánh xe đa hướng
• 2.4.3.1. Mô hình động học bánh xe Omni
• 2.4.3.2. Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của xe Omni 4 bánh
• 2.4.3.3. Mô hình động học và các ràng buộc
• 2.5. Giới thiệu thuật toán tìm kiếm theo chiều rộng (Breadth First Search)
• 2.6. Ứng dụng vào mô hình trạm vận chuyển
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
• 3.1. Yêu cầu kỹ thuật
• 3.2. Phương án thiết kế
• 3.2.1. Phương án thiết kế xe Omni 3 bánh
• 3.2.2. Phương án thiết kế xe Omni 4 bánh
• 3.3. Khay chứa phôi
• 3.4. Cơ cấu truyền động
• 3.5. Tính toán thiết kế
• 3.5.1. Thông số PID
• 3.5.2. Phương pháp hiệu chỉnh thông số bộ PID Ziegler-Nichols
• 3.5.3. Tính toán động cơ
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
• 4.1. Hệ thống điện
• 4.2. Mối quan hệ giữa hệ thống điện và phần cứng
• 4.3. Giao thức giao tiếp các Module trong hệ thống điện
• 4.3.1. Giao thức giao tiếp SPI
• 4.3.2. Giao thức giao tiếp UART
• 4.3.3. Giao thức giao tiếp I2C
• 4.4. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống điện
• 4.4.1. Module đọc mã thẻ RFID RC522
• 4.4.2. Cảm biến dò line
• 4.5. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điện
• 4.6. Sơ đồ kết nối phần cứng
• 4.6.1. Sơ đồ kết nối giữa Arduino với động cơ
• 4.6.2. Sơ đồ kết nối giữa Arduino với RFID RC522
• 4.6.3. Sơ đồ kết nối giữa Arduino với cảm biến dò line
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN WEB SERVER VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN
• 5.1. Giới thiệu về giao diện điều khiển Web Server
• 5.1.1. Phần giới thiệu
• 5.1.2. Phần thông tin liên hệ
• 5.2. Điều khiển theo chế độ Manual
• 5.3. Điều khiển theo chế độ Auto
• 5.4. Sơ đồ khối điều khiển tổng quát
• 5.4.1. Khối Web Server
• 5.4.2. Sơ đồ khối Web Server gửi dữ liệu
• 5.4.3. Sơ đồ khối nhận dữ liệu từ Web Server và vẽ đồ thị
• 5.4.4. Sơ đồ khối nhận dữ liệu từ Web Server và hiển thị vị trí Robot
• 5.5. Khối Arduino II
• 5.6. Khối Arduino III
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 6.1. Kết quả thực nghiệm
• 6.2. Kết quả thực nghiệm khi cho Robot di chuyển đường thẳng
• 6.2.1. Robot di chuyển thẳng góc 90°
• 6.2.2. Robot di chuyển thẳng góc 180°
• 6.2.3. Robot di chuyển thẳng góc 0°
• 6.2.4. Robot di chuyển thẳng góc 270°
• 6.3. Kết quả thực nghiệm khi Robot di chuyển theo đường tròn và biên dạng cho trước
• 6.3.1. Robot di chuyển hình tròn
• 6.3.2. Robot di chuyển hình vuông
• 6.4. Kết quả thực nghiệm và thuật toán tìm đường
• 6.5. Nhận xét kết quả thực nghiệm
• 6.6. Các hướng án khắc phục
• 6.7. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nghiên cứu tổng quan về xe omni 4 bánh

Phần này tập trung vào khái niệm xe omni 4 bánh, ứng dụng xe omni, và xu hướng xe omni. Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, ứng dụng xe omni 4 bánh” tại HCMUTE đã khảo sát ứng dụng của xe omni trong và ngoài nước. Các tác giả đã phân tích các loại bánh xe omni, so sánh ưu nhược điểm của xe omni 4 bánh với các loại xe khác. Đặc biệt, tài liệu nhấn mạnh vào tính kinh tế xe omni và hiệu quả xe omni trong các ứng dụng công nghiệp. Báo cáo cũng đề cập đến thực trạng xe omni tại Việt Nam, cho thấy tiềm năng phát triển loại phương tiện này. Nghiên cứu này góp phần làm rõ bối cảnh xe omni trong bối cảnh phát triển công nghệ hiện nay.

1.1 Khái niệm và phân loại xe omni 4 bánh

Đồ án đã định nghĩa xe omni 4 bánh là một loại phương tiện giao thông điện có khả năng di chuyển đa hướng nhờ vào thiết kế đặc biệt của bánh xe omni. Tài liệu phân tích chi tiết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bánh xe omni, so sánh với các loại bánh xe khác như bánh xe Mecanum và bánh xe PU. Mô hình xe omni được mô tả, làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động. Nghiên cứu cũng đề cập đến cấu trúc xe omni 4 bánh, bao gồm hệ thống truyền động, khung gầm và các thành phần khác. Một trong những khía cạnh quan trọng được xem xét là an toàn xe omni, đảm bảo an toàn vận hành và hiệu quả hoạt động. Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế nhằm tối ưu hóa hiệu quả xe omni cũng được đề cập.

1.2 Ứng dụng và tiềm năng của xe omni 4 bánh

Đồ án nhấn mạnh vào ứng dụng xe omni trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp. Các tác giả đã phân tích các trường hợp ứng dụng cụ thể, bao gồm vận chuyển hàng hóa trong nhà máy, hỗ trợ sản xuất và các ứng dụng khác. Tài liệu khảo sát ứng dụng phương tiện giao thông điện nói chung và xe omni nói riêng. Các tác giả phân tích tiềm năng phát triển xe omni tại Việt Nam, dựa trên cơ sở đánh giá thực trạng xe omni tại Việt Nam. Ứng dụng công nghệ trong xe omni cũng được đề cập, với các công nghệ hiện đại như điều khiển tự động, cảm biến và hệ thống thông minh. Cuối cùng, báo cáo trình bày tương lai của xe omni, dự báo sự phát triển và ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai.

II. Thiết kế và phát triển xe omni 4 bánh tại HCMUTE

Phần này tập trung vào quá trình thiết kế xe omni 4 bánh, bao gồm thiết kế phần cứng, thiết kế hệ thống điện, và giải thuật điều khiển. Đồ án trình bày chi tiết các bước phát triển xe omni, từ khâu lập kế hoạch đến xây dựng mô hình thực tế. Các tác giả đã sử dụng các phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế. Bài toán kỹ thuật xe omni được giải quyết thông qua việc lựa chọn các linh kiện phù hợp và thiết kế hệ thống điều khiển hiệu quả. Quá trình thực nghiệm xe omni được mô tả, cho thấy kết quả đạt được và những hạn chế cần khắc phục. Nghiên cứu đã góp phần tích lũy kinh nghiệm thực tiễn cho sinh viên ngành điện tử HCMUTE.

2.1 Thiết kế phần cứng và cơ khí xe omni 4 bánh

Phần này mô tả chi tiết thiết kế xe omni 4 bánh, bao gồm lựa chọn vật liệu, thiết kế khung gầm, hệ thống truyền động và các thành phần cơ khí khác. Các tác giả đã tính toán các thông số kỹ thuật, đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động. Mô hình động học xe omni được xây dựng để phân tích và tối ưu hóa thiết kế. Yêu cầu kỹ thuật xe omni được nêu rõ, làm cơ sở cho quá trình thiết kế. Quá trình thi công xe omni được mô tả, bao gồm các bước chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm. Các hình ảnh và bản vẽ kỹ thuật minh họa cho quá trình này. An toàn xe omni được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế.

2.2 Thiết kế hệ thống điện và điều khiển xe omni 4 bánh

Phần này trình bày thiết kế hệ thống điện cho xe omni 4 bánh, bao gồm các thành phần điện tử, mạch điều khiển và nguồn điện. Các tác giả đã lựa chọn các linh kiện phù hợp, đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất hoạt động. Giao thức giao tiếp các module được mô tả rõ ràng. Giải thuật điều khiển xe omni được xây dựng, bao gồm các thuật toán điều khiển động cơ, cảm biến và hệ thống điều khiển. Tài liệu mô tả chi tiết khối điều khiển xe omni, bao gồm phần cứng và phần mềm. Việc thiết kế hệ thống nhằm mục tiêu đảm bảo an toàn giao thông xe omni. Ứng dụng của các công nghệ hiện đại được thể hiện qua việc tích hợp các module cảm biến, module điều khiển thông minh.

2.3 Kết quả thực nghiệm và đánh giá xe omni 4 bánh

Phần này trình bày kết quả thực nghiệm xe omni 4 bánh, bao gồm các phép thử nghiệm về khả năng di chuyển, độ chính xác và hiệu suất. Các tác giả đã phân tích dữ liệu thu được, đánh giá hiệu quả của thiết kế và hệ thống điều khiển. Nhận xét kết quả thực nghiệm được trình bày, nêu bật những thành công và hạn chế của nghiên cứu. Các hướng phát triển xe omni trong tương lai cũng được đề xuất. So sánh xe omni với các loại xe khác được thực hiện, để đánh giá ưu điểm và nhược điểm. Đồ án đã phân tích kỹ lưỡng các ưu điểm và nhược điểm xe omni, dựa trên kết quả thực nghiệm và nghiên cứu lý thuyết.

III. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa lớn đối với sinh viên ngành cơ khí HCMUTE, ngành điện tử HCMUTE, và khoa học công nghệ HCMUTE. Đồ án đóng góp vào kho tàng kiến thức về xe omni 4 bánh, cung cấp thông tin hữu ích cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa. Quy định pháp luật về xe omni cần được xem xét để đảm bảo an toàn và phát triển bền vững. Đề tài nghiên cứu HCMUTE này chứng minh năng lực nghiên cứu và sáng tạo của sinh viên.

3.1 Giá trị nghiên cứu

Nghiên cứu này đóng góp vào việc hiểu biết sâu rộng hơn về xe omni 4 bánh, từ khía cạnh lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn. Đề tài nghiên cứu sinh HCMUTE này cung cấp một mô hình thiết kế và phát triển xe omni cụ thể, có thể làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tương tự. Việc so sánh xe omni với các loại xe khác giúp làm rõ ưu điểm và hạn chế của loại xe này. Tài liệu này đặc biệt hữu ích cho các sinh viên ngành điện tử HCMUTE và các chuyên gia trong lĩnh vực tự động hóa. Nghiên cứu ứng dụng xe omni này mang lại giá trị cả về mặt lý thuyết và thực tiễn.

3.2 Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trực tiếp trong các nhà máy, xí nghiệp, giúp tự động hóa quá trình vận chuyển hàng hóa, tăng năng suất và hiệu quả sản xuất. Xe điện 4 bánh đa năng này có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại trong thiết kế giúp nâng cao tính năng và hiệu quả hoạt động. Xe điện 4 bánh nhỏ gọn có thể ứng dụng trong nhiều môi trường khác nhau. Xe điện 4 bánh giá rẻ cũng có tiềm năng lớn ở Việt Nam. Việc nghiên cứu này góp phần thúc đẩy phát triển xe omni tại Việt Nam.