CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. Mục tiêu đề tài. Giới hạn đề tài. Nội dung đề tài.
7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Động học robot. Giới thiệu chung. Bộ thông số Denavit – Hartenberg (DH).
Bài toán động học thuận robot. Bài toán động học nghịch robot. Phương pháp điều khiển thân giữa của robot. 18 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.
Thiết kế cơ khí robot 4 chân. Giới thiệu phần mềm Solidworks. Vật liệu thiết kế và ý tưởng mô hình. Thiết kế mạch điện tử.
Sơ đồ khối phần cứng. Nguyên lý làm việc. Thông số kỹ thuật của các linh kiện. 36 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ APP ĐIỀU KHIỂN ROBOT.
Thiết kế giao diện điều khiển trên Android Studio. Sơ lược về Android Studio. Cấu trúc dự án Android Studio. Giao diện người dùng.
Thiết kế app điều khiển trên MIT App Inventor. Giao diện người dùng của app. Giao diện lập trình. 55 CHƯƠNG 5: NẠP FIRMWARE CHO ROBOT 4 CHÂN TỪ XA BẰNG WIFI.
Giới thiệu về FOTA (Firmware Over The Air). Thiết lập trên OTA Drive và nạp Firmware từ cho robot 4 chân. Lưu đồ điều khiển robot 4 chân. 65 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.
Những công việc đã thực hiện. Những mặt hạn chế. Hướng phát triển. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
69 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2. Bảng thông số robot 4 chân. Bảng thông số D-H cho từng chân robot. Danh sách các chi tiết thiết kế cho một chân robot trên SolidWorks.
Danh sách linh kiện sử dụng. Mô tả hoạt động chức năng đăng nhập.43 1 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2. Mô hình một chân của Robot. Bài toán động học thuận, động học nghịch.
Góc xoắn và chiều dài của một khâu. Các thông số của khâu: θ, d, a và α. Một chân của robot. Hệ tọa độ cho 4 chân robot.
Hệ tọa độ cho 1 chân robot. Phép chiếu trên mặt phẳng Oxy. Phép chiếu trên hệ tọa độ. Chuyển động xoay theo trục.
Phép xoay thân giữa robot. Phép tịnh tiến cho thân giữa robot. Gỗ ván ép Plywood. Thiết kế một chân của robot trên SolidWorks.
Thiết kế bốn chân của robot trên SolidWorks. Thiết kế phần thân của robot trên SolidWorks. Danh sách các chi tiết thiết kế cho thân robot 4 chân. Thiết kế robot 4 chân trên SolidWorks.
Mô hình robot 4 chân thực tế. Sơ đồ khối phần cứng. Sơ đồ chân ESP32-WROOM-32E. Sơ đồ chân IC XL4015.
Sơ đồ chân IC AMS1117-3. Kích thước Servo MG90S. Sơ đồ mạch điều khiển của robot 4 chân. Sơ đồ mạch hạ áp DC-DC XL4015.
Sơ đồ mạch hạ áp DC-DC AMS1117-3. Sơ đồ mạch MCU sử dụng chip ESP32-WROOM-32S. Sơ đồ mạch Servo và Led báo nguồn. Layout PCB mặt Top.
Layout PCB mặt Bottom. Lắp và hàn linh kiện lên mạch và thử nghiệm, kiểm tra mạch. Giao diện chính của Android Studio. Màn hình giới thiệu thứ 1.
Màn hình giới thiệu thứ 2. Màn hình giới thiệu thứ 3. Màn hình đăng nhập. Màn hình đăng nhập thành công nếu nhập đúng tài khoản, mật khẩu.
Màn hình điều hướng. Màn hình Home. Màn hình chính Control Quadruped Robot. Màn hình yêu cầu cấp phép và bật Bluetooth.
Màn hình sau khi kết nối Bluetooth của Quadruped Robot. Màn hình điều khiển các động tác Quadruped Robot. Màn hình yêu cầu cấp phép và bật Bluetooth. Màn hình kết nối Bluetooth của Quadruped Robot, truyền hình ảnh trực tuyến.
Màn hình điều khiển Quadruped Robot, có truyền hình ảnh trực tuyến. Giao diện người dùng. Danh sách các thiết bị Bluetooth có thể kết nối. Khối thiết lập kết nối với thiết bị Bluetooth đã chọn.
Khối ngắt kết nối với thiết bị Bluetooth đã chọn. Khối hiển thị trạng thái Bluetooth. Khối câu lệnh điều khiển robot 4 chân qua Bluetooth. Quy trình FOTA của Esp32.
Thêm thiết bị trên OTA Drive. Đặt tên, model và mô tả thiết bị. Truy cập vào Folder thiết bị vừa tạo. API Key để truy cập.
Thêm Firmware mới vào Folder. Chọn và lưu Firmware cần sử dụng. Lưu đồ điều khiển robot 4 chân. 65 4 TÓM TẮT Đề tài “Thiết kế, thi công và lập trình robot 4 chân điều khiển qua ứng dụng trên điện thoại kết hợp nạp Firmware từ xa bằng WiFi” được thực hiện từ tháng 2/2022 đến tháng 7/2022 tại Viện Sư phạm Kỹ thuật TP.
Hồ Chí Minh. Mục tiêu của nhóm là thiết kế và chế tạo một robot di chuyển bằng bốn chân một cách linh hoạt, được điều khiển thông qua ứng dụng có kết nối Bluetooth được thiết kế trên điện thoại di động, đồng thời có thể nạp Firmware qua mạng Wifi mà không cần đến dây kết nối với robot. Robot được lập trình và điều khiển bằng MCU ESP32, 12 động cơ RC servo để truyền động. Các chân robot được điều khiển và hoạt động độc lập, nhưng chúng phối hợp cùng với nhau để tạo ra chuyển động cho robot.
Robot được điều khiển qua Bluetooth của điện thoại. Robot được lập trình để di chuyển tiến, lùi, sang trái, sang phải, dừng,. Tiềm năng ứng dụng của robot trong nhiều lĩnh vực như giải trí, dạy học STEM,… Sơ lược quá trình thực hiện đề tài bao gồm: Đầu tiên, nhóm thiết kế mô hình robot 4 chân trên phần mềm SolidWorks. Kết hợp với vật liệu phù hợp để tiến hành thi công mô hình Robot 4 chân.
Sau khi hoàn tất việc thi công mô hình robot 4 chân, nhóm sử dụng phần mềm Eagle để thiết kế vẽ mạch điện tử, điều khiển 12 Servo của robot. Tiếp theo, nhóm tính toán động học thuận và động học nghịch cho robot, áp dụng và xử lý các thuật toán di chuyển để phù hợp với dáng đi thực tế. Đồng thời, nhóm viết ứng dụng điều khiển robot thông qua kết nối Bluetooth trên điện thoại. Bên cạnh đó, nhóm sử dụng khả năng truy cập vào trao đổi dữ liệu qua Wifi của ESP32 để tiến hành nạp firmware từ xa cho mạch điện tử của robot 4 chân mà không cần đến dây kết nối.
5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Đặt vấn đề Trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xu thế phát triển hội nhập, đồng hành với sự phát triển toàn diện của con người trên mọi lĩnh vực. Lịch sử khoa học và công nghệ đã diễn ra những bước phát triển quan trọng, những phát minh công nghệ đã tạo ra một tầm cao mới. Trong số đó, khái niệm và ứng dụng của robot chiếm vị trí lớn hơn qua từng năm.
Tốc độ, lợi thế kinh tế trong cuộc sống hàng ngày và các ứng dụng công nghiệp đang làm tăng việc sử dụng robot. Giáo dục Stem không còn là khái niệm xa lạ với nhiều người, đặc biệt là đối tượng học sinh, sinh viên. Chính vì thế việc ứng dụng robot giáo dục vào Stem ngày càng phổ biến. Nó đóng vai trò truyền tải khoa học, kỹ thuật, toán học và một chút nghệ thuật một cách sinh động nhất.
Phương pháp này áp dụng theo cách tiếp cận liên môn, có thể áp dụng để giải các quyết vấn đề khác nhau trong cuộc sống hàng ngày. Bên cạnh đó, robot đã và đang khơi dậy không ít những niềm đam mê lập trình, khả năng sáng tạo của các học sinh, sinh viên. Vì thế nên nhóm đã nghiên cứu và chọn đề tài: “Thiết kế, thi công và lập trình robot 4 chân điều khiển qua ứng dụng trên điện thoại kết hợp nạp Firmware từ xa bằng WiFi”. Mục tiêu đề tài Robot 4 chân là 1 hệ thống cần có sự phối hợp hài hòa và hợp lý giữa 3 phần: cơ khí, mạch điện và điều khiển, do đó đề tài gồm có các nội dung chính sau: • Thiết kế mô hình robot 4 chân trên phần mềm Solidworks.
• Thiết kế mạch điện điều khiển 12 Servo của robot 4 chân trên phần mềm Eagle. • Nghiên cứu phương pháp tính động học thuận, động học nghịch của robot 4 chân. • Xây dựng các vị trí đặt chân, dáng di chuyển của robot 4 chân. • Thiết kế app điện thoại điều khiển robot 4 chân qua Bluetooth.
• Lập trình nạp Firmware qua WiFi cho mạch điều khiển của robot 4 chân mà không cần dây kết nối. Giới hạn đề tài Đề tài có những giới hạn như sau: • Robot 4 chân với mỗi chân sử dụng 3 động cơ RC servo. Vì động cơ chỉ quay được 180○ nên ta chỉ xét các dáng đi mà robot bốn chân có khả năng di chuyển được. • Robot chỉ di chuyển không ràng buộc với mặt phẳng nằm ngang.
• Robot không sử dụng cảm biến gia tốc đặt tại thân và các cảm biến lực ở mỗi bàn chân của robot. • Điều khiển robot 4 chân qua app trên điện thoại khi có kết nối Bluetooth. • Chỉ nạp được Fimware không dây khi có Wifi. Nội dung đề tài Đề tài “Thiết kế, thi công và lập trình robot 4 chân điều khiển qua ứng dụng trên điện thoại kết hợp nạp Firmware từ xa bằng WiFi” sẽ được trình bày theo từng phần từ lý thuyết đến ứng dụng.
Mỗi vấn đề trong bài sẽ được trình bày qua từng chương sau: Chương 1: Tổng quan: Trình bày tổng quan sơ bộ về các yêu cầu của cuốn báo cáo như đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Trình bày phương pháp tính động học thuận, động học nghịch, điều khiển thân giữa robot. Chương 3: Thiết kế phần cứng: Trình bày về thiết kế cơ khí robot 4 chân trên SolidWorks và thiết kế mạch điện điều khiển 12 Servo của robot 4 chân trên Eagle. Chương 4: Thiết kế app điều khiển robot: Trình bày thiết kế app điều khiển robot 4 chân qua Bluetooth trên Android Studio và Mit App Inventor.
Chương 5: Nạp Firmware cho robot 4 chân từ xa bằng WiFi: Trình bày quá trình setup và tiến hành nạp Firmware cho robot 4 chân từ bằng WiFi. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển: Trình bày kết quả mà nhóm đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, những hạn chế và đưa ra hướng phát triển cho đề tài. 7 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Động học robot 2.
Giới thiệu chung Động học của robot rất cần thiết để mô tả vị trí, hướng cũng như chuyển động của tất cả khớp nối, cùng với mô hình động lực học là yếu tố quan trọng để phân tích và tổng hợp các hành động của robot. Nghiên cứu về động học của robot là bước quan trọng để điều khiển sự chuyển động của robot. Bất kỳ một robot nào cũng có thể coi là một tập hợp các khâu (links) gắn liền với các khớp (joints). Mô hình một chân của Robot.
Ta đặt trên mỗi khâu của robot một hệ tọa độ.