Đồ án thiết kế và chế tạo robot tổ chức tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute design manufacture organist robot, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Duy
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Trường Thịnh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Robot Đánh Đàn Organ
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Introduce development of the robot
• 1.2. Object of study
• 1.3. Research tasks
• 1.4. Research area
• 1.5. Research method
• 1.6. Application and practical significance of the subject
• 1.7. Featured Products related
• 1.7.1. Robot playing organ
• 1.7.2. Wabot-2
• 2. CHƯƠNG 2: THEORETICAL BASIS
• 2.1. The actuator
• 2.2. Actual belt selection
• 2.3. The first belt
• 2.4. The second belt
• 2.5. An overview of PID controller
• 3. CHAPTER 3: MECHANICAL DESIGN
• 4. CHAPTER 4: CIRCUIT AND PROGRAMING
• 5. CHAPTER 5: THE RESULT

Tóm tắt

I. Giới thiệu về robot

Robot đã có một lịch sử phát triển dài và với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, robot ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn. Từ những hình thức đơn giản ban đầu, hiện nay, robot đã được phát triển với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Các ứng dụng của robot cũng được mở rộng, từ việc thực hiện các chức năng đơn giản đến những nhiệm vụ phức tạp hơn. Một trong những phát triển nổi bật của robot là mô phỏng các sinh vật trên Trái Đất, giúp robot trở nên gần gũi hơn với con người. Việc lắp đặt cảm biến trên robot đã mở ra cánh cửa cho sản xuất công nghiệp. Robot không chỉ hỗ trợ con người trong các môi trường khắc nghiệt mà còn trở nên phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, từ các nhà máy đến các hộ gia đình.

1.1. Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu về robot tập trung vào việc mô phỏng các hoạt động của con người. Mục tiêu là phát triển robot có khả năng thực hiện các công việc của con người, từ việc đi lại đến việc chơi nhạc cụ. Robot chơi đàn organ là một trong những sản phẩm tiêu biểu, với khả năng thay thế con người trong việc đánh đàn. Nghiên cứu này không chỉ nhằm tạo ra một sản phẩm giải trí mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng robot trong lĩnh vực nghệ thuật.

1.2. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Với khả năng chơi nhạc, robot có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực giải trí như dàn nhạc, tiệc tùng và trung tâm thương mại. Robot chơi đàn organ không chỉ mang lại trải nghiệm âm nhạc mới mẻ mà còn giúp giảm bớt gánh nặng cho các nghệ sĩ. Sự phát triển của robot trong lĩnh vực này không chỉ có ý nghĩa về mặt giải trí mà còn mở ra cơ hội cho việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm robot thông minh hơn trong tương lai.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và chế tạo robot bao gồm các nguyên lý hoạt động của robot và các thành phần cơ khí cần thiết. Việc lựa chọn bộ truyền động là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến khả năng di chuyển và độ chính xác của robot. Các loại bộ truyền động như dây đai, xích và vít bi đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Trong nghiên cứu này, dây đai được chọn vì tính hiệu quả và độ êm ái trong quá trình hoạt động. Việc tính toán và lựa chọn dây đai phù hợp là một phần quan trọng trong thiết kế, đảm bảo rằng robot có thể hoạt động một cách mượt mà và chính xác.

2.1. Lựa chọn bộ truyền động

Việc lựa chọn bộ truyền động cho robot dựa trên nhiều yếu tố như tải trọng, tốc độ và độ chính xác. Dây đai được chọn vì nó có khả năng truyền tải lớn mà không cần bảo trì thường xuyên. Các thông số kỹ thuật của dây đai cũng được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo rằng robot có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Sự lựa chọn này không chỉ dựa trên lý thuyết mà còn dựa trên các thử nghiệm thực tế để đảm bảo tính khả thi của thiết kế.

2.2. Nguyên lý điều khiển PID

Điều khiển PID là một trong những phương pháp phổ biến trong hệ thống điều khiển công nghiệp. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID là tính toán sai số giữa giá trị mong muốn và giá trị thực tế, từ đó điều chỉnh các thông số để đạt được hiệu suất tối ưu. Việc áp dụng điều khiển PID trong thiết kế robot giúp cải thiện độ chính xác và khả năng phản hồi của robot trong quá trình hoạt động. Điều này đặc biệt quan trọng khi robot cần thực hiện các nhiệm vụ phức tạp như chơi nhạc.

III. Thiết kế cơ khí

Thiết kế cơ khí cho robot bao gồm việc tạo ra khung và các bộ phận chuyển động. Khung của robot cần phải đủ chắc chắn để chịu được các lực tác động trong quá trình hoạt động. Việc lựa chọn vật liệu cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến trọng lượng và độ bền của robot. Các bộ phận như tay và ngón tay của robot được thiết kế để có thể di chuyển linh hoạt và chính xác, giúp robot có thể đánh đúng các phím đàn. Quá trình thiết kế này không chỉ dựa trên lý thuyết mà còn cần phải thực hiện các thử nghiệm để đảm bảo tính khả thi của sản phẩm cuối cùng.

3.1. Thiết kế khung của robot

Khung của robot được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lực. Việc lựa chọn hình dạng và kích thước của khung cần phải cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo rằng robot có thể hoạt động hiệu quả. Các yếu tố như trọng lượng, độ bền và khả năng di chuyển cũng cần được xem xét trong quá trình thiết kế. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn trong thiết kế khung sẽ giúp tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh và hiệu quả.

3.2. Thiết kế tay robot

Tay của robot được thiết kế để có thể di chuyển linh hoạt và chính xác. Các ngón tay được chế tạo để có thể nhấn các phím đàn một cách chính xác, giúp robot có thể chơi nhạc một cách tự động. Việc tính toán các thông số kỹ thuật cho tay robot cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của robot. Các thử nghiệm thực tế sẽ giúp xác định được thiết kế tối ưu cho tay robot.

IV. Mạch điện và lập trình

Mạch điện và lập trình là phần quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của robot. Việc thiết kế mạch điện cần phải đảm bảo rằng tất cả các bộ phận của robot có thể hoạt động đồng bộ với nhau. Lập trình cho robot cũng cần phải được thực hiện một cách chính xác để đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các nhiệm vụ được giao. Các thuật toán điều khiển cần phải được tối ưu hóa để đảm bảo rằng robot có thể phản hồi nhanh chóng và chính xác với các tín hiệu đầu vào.

4.1. Thiết kế mạch điện

Mạch điện của robot cần phải được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao. Việc lựa chọn các linh kiện điện tử cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của robot. Các mạch điều khiển cần phải được tối ưu hóa để đảm bảo rằng robot có thể hoạt động một cách hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn trong thiết kế mạch điện sẽ giúp tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh và hiệu quả.

4.2. Lập trình cho robot

Lập trình cho robot là một phần quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của nó. Các thuật toán điều khiển cần phải được thiết kế để đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác. Việc lập trình cũng cần phải được thực hiện một cách linh hoạt để có thể điều chỉnh theo các yêu cầu khác nhau. Các thử nghiệm thực tế sẽ giúp xác định được các thuật toán tối ưu cho việc điều khiển robot.

V. Kết quả

Kết quả của nghiên cứu và chế tạo robot chơi đàn organ đã cho thấy những thành công đáng kể. Robot có khả năng chơi một số bài nhạc không quá phức tạp, có thể đệm hát cũng như độc tấu. Việc cho phép người sử dụng nhập bản nhạc thông qua giao diện trên máy tính đã mở ra nhiều cơ hội cho việc sử dụng robot trong các lĩnh vực giải trí. Sự phát triển của robot không chỉ mang lại những trải nghiệm mới mẻ mà còn góp phần vào việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm robot thông minh hơn trong tương lai.

5.1. Đánh giá kết quả

Kết quả của dự án cho thấy rằng robot có thể hoạt động hiệu quả trong việc chơi nhạc. Các thử nghiệm thực tế đã chứng minh rằng robot có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác và nhanh chóng. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn trong quá trình nghiên cứu đã giúp tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh và hiệu quả. Điều này không chỉ có ý nghĩa về mặt giải trí mà còn mở ra hướng đi mới cho việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm robot trong tương lai.

5.2. Ứng dụng thực tiễn

Sản phẩm robot chơi đàn organ có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dàn nhạc, tiệc tùng và các sự kiện giải trí. Việc sử dụng robot trong các lĩnh vực này không chỉ giúp giảm bớt gánh nặng cho các nghệ sĩ mà còn mang lại những trải nghiệm âm nhạc mới mẻ cho khán giả. Sự phát triển của robot trong lĩnh vực này không chỉ có ý nghĩa về mặt giải trí mà còn mở ra cơ hội cho việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm robot thông minh hơn trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT ĐÁNH ĐÀN ORGAN GVHD: PGS. TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: NGUYỄN THANH DUY MSSV: 11146218 SVTH: TRẦN NGỌC THỦY MSSV: 11146204 SVTH: VÕ ĐỨC HUY MSSV: 11146196 SKL 0 0 3 8 2 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Thanh Duy MSSV: 11146218 Trần Ngọc Thủy MSSV: 11146204 Võ Đức Huy MSSV: 11146196 Lớp: 11146CLC Ngành: Cơ Điện Tử Khoá: 2011-2015 Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT ĐÁNH ĐÀN ORGAN Nhiệm vụ đề tài: - Nguyên lý hoạt động của robot. - Thiết kế, gia công và lắp ráp cơ khí.

- Thiết kế mạch công suất và mạch điều khiển động cơ. - Thiết kế giao diện điều khiển trên máy tính. - Điều khiển cơ cấu với các quĩ đạo lập trình sẵn. Ngày giao đồ án: Ngày tháng năm 2015 Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm 2015 Họ và tên giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh.

Thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2015 Giảng viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn do an Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập- tự do- hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Thanh Duy. MSSV: 11146218 Họ và tên Sinh viên: Trần Ngọc Thủy. MSSV: 11146204 Họ và tên Sinh viên: Võ Đức Huy. MSSV: 11146196 Ngành: Cơ Điện Tử Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT ĐÁNH ĐÀN ORGAN Họ và tên giáo viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH NHẬN XÉT 1.

Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:. Đề nghị cho bảo vệ hay không?. Đánh giá loại: .Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) do an Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập- tự do- hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Nguyễn Thanh Duy. MSSV: 11146218 Họ và tên Sinh viên: Trần Ngọc Thủy.

MSSV: 11146204 Họ và tên Sinh viên: Võ Đức Huy. MSSV: 11146196 Ngành: Cơ Điện Tử Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT ĐÁNH ĐÀN ORGAN Họ và tên giáo viên phản biện: PGS.TS TRƯƠNG NGUYỄN LUÂN VŨ NHẬN XÉT 7. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:. Đề nghị cho bảo vệ hay không?.

Đánh giá loại: .Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) do an LỜI CÁM ƠN Sau 4 năm học tại Khoa Chất lượng cao, trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, chúng em vinh dự được các Thầy, Cô giáo ở Bộ môn Cơ điện tử tận tình dạy bảo. Kiến thức và những thành công bước đầu của chúng em không thể có được nếu thiếu sự hỗ trợ, sự giúp đỡ và sự quan tâm của tất cả quý Thầy, Cô, Gia đình, Bạn bè. Cho phép chúng em được gởi lời tri ân sâu sắc đến tất cả mọi người! Trong thời gian thực hiện nghiên cứu và chế tạo Organist robot, nhóm chúng em đã được sự hướng dẫn tận tình, sự quan tâm chia sẻ, những lời động viên chân tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Trường Thịnh. Sự giúp đỡ của Thầy đã giúp chúng em vượt qua những khó khăn, lúng túng về mặt chuyên môn, kỹ thuật, hoàn thành nội dung đồ án đúng tiến độ.

Chúng em xin được gởi lời cám ơn trân trọng đến với Thầy! Chúng em xin được cám ơn Ba Mẹ, Gia đình, Bạn bè – những người luôn dõi theo từng bước trưởng thành và giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian qua. Những thành công bước đầu của chúng em là kết quả công sức của Thầy,Cô, Gia đình đã tạo những điều kiện tốt nhất cho các em. Các em sẽ luôn ghi nhớ và tri ân sâu sắc! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2015 Nhóm sinh viên thực hiện do an TÓM TẮT ĐỀ TÀI Khoa học kỹ thuật có vai trò rất lớn trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội.

Ngày nay, khoa học kỹ thuật đã có những bước nhảy vọt, không chỉ khẳng định về tốc độ phát triển mà còn thể hiện được vai trò quan trọng đối với cuộc sống. Khoa học kỹ thuật đã được áp dụng rộng rãi vào môi trường sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, đã làm thay đổi không ít đến phong tục, tập quán, thói quen, tâm lý, lối sống thích ứng với nhịp độ và tốc độ của xã hội công nghiệp. Qua đó, cho thấy, sự phát triển của khoa học kỹ thuật thật sự có ý nghĩa đối với cuộc sống. Vì vậy, khi khoa học kỹ thuật phát triển ở tầm cao hơn, việc nghiên cứu robot và cho ra đời những nhân tố có nhiều ứng dụng thực tế, có thể thay thế con người trong một số lĩnh vực là vô cùng cần thiết.

Chắc chắn, những robot thông minh ( Smart robot) hứa hẹn sẽ mang lại cho đời sống con người những bất ngờ thú vị và có chất lượng. Hình ảnh Organist robot đem đến cho cuộc sống chúng ta, về mặt tinh thần, một cái nhìn mới mẻ nhưng gần gũi với đời sống. Với Organist robot , chúng ta có thể thưởng thức những âm thanh du dương mà không cần đến sự có mặt của nghệ sĩ chơi đàn chuyên nghiệp trên các phím đàn organ. Organist robot đã được ra đời trên những ý tưởng như thế.

Và với những ý tưởng này, việc nghiên cứu organist robot thực sự có ý nghĩa về mặt ứng dụng trong lĩnh vực giải trí. Với cơ sở tiếp cận là các tài liệu kỹ thuật, kết hợp tham khảo các robot có tính năng tương tự đã được chế tạo, cùng với quá trình nghiên cứu về bộ truyền cơ khí, động học robot và lập trình điều khiển để có thể thiết kế và chế tạo một robot hoàn chỉnh. Organist robot này có thể đánh được một số bài nhạc không quá phức tạp, có thể đệm hát cũng như độc tấu và cho phép người sử dụng nhập bản nhạc bất kỳ thông qua giao diện trên máy tính để robot có thể phát huy tính năng hoạt động. do an ABSTRACT Since appearing, science and technology has shown a fast and astonishing development.

They are more and more increasingly important for life. In addition to being applied to industrial production, science is applied in everyday life with an extensive range. the robotics was born promising to bring a better life. Organist robot gives us a close look of the robots to daily life more than the robotic arm in the factory or the giant machine on the construction site.

Based on that desire, Organist Robot, a robot playing organ, has been researched and fabricated. Robot is applicate in life, especially in entertainment. The foundation of research is based on technical documents, referring to the similar robots, along with learning about mechanical transmission, kinematic robots and programmable controller to be able to design and fabricate a complete robot. Robot can play the tracks, which are not too complex, with good ability.

It can accompany the song as well as reform in solo and allow users to enter any track through the interface on the computer to robot play. do an INDEX Chapter 1: Introduction .1 Introduce development of the robot .2 Object of study .6 Application and practical significance of the subject .7 Featured Products related .1 Robot playing organ. 3 Chapter 2: Theoretical Basis. Actual belt selection.

The first belt. The second belt .1 The overview of PID controller .2 Structure of PID controller .2 The PD controller .3 The PID controller. 14 Chapter 3: Mechanical design .1 Design the frame of robot. Utility of the frame.

Design the frame. Design and calculate. Select the material. The hand of robot.

Design the finger. Sole of hand. Structure movement of finger. 22 Chapter 4: Circuit and Programing .1 Design and select circuit.

The H – Bridge circuit .2 Controlling and Programing .3 Programing for microcontroller. Communicate between the master and computer. Programing for microcontroller of motor control. Connection diagram of PIC and LM629 .2 Summary of IC LM629.

Programing the PIC 16F887 .4 Communication between master and slave. 40 Chapter 5: The Result. 51 do an CATEGORY IMAGE Figure 1.1 Robot playing organ of Colleges Viettronics.2 Chart of torque belt.3 the specifications of belt Figure 2.4 Overall picture of the system with PID controller Figure 2.5 PID controller Figure 2.6 The system instability Figure 3.1 Bearing frame Figure 3.2 Size of the frame Figure 3.3 Position of the slider Figure 3.4 Position of the actuator Figure 3.5 Position of the motor Figure 3.6 Position of the organ Figure 3.7 Dimension of the frame Figure 3.8 The finger of robot Figure 3.9 The sole of hand Figure 3.10 Dimension of parts of joint Figure 3.11 Joint with finger Figure 3.12 Structure of cylinder Figure 3.13 Structure of finger movement Figure 4.1 The Arduino Figure 4.2 Block Diagram of LM629 Figure 4.3 The relay module Figure 4.4 The simple H - Bridge Figure 4.5 The operation of H – Bridge Figure 4.6 Principle diagram of LMD 18200 do an Figure 4.7 Power supply for actuators Figure 4.8 The interface Figure 4.9 Communication between the master microcontroller and computer Figure 4.10 The window of processing Figure 4.11 The connection between PIC 16F887 and IC LM629 Figure 4.12 Communicate between master and PIC.13 Communicate between master and slave.14 Model of robot do an CATEGORY TABLES Table 2.1 Comparation of transmitters Table 2.2: Load correction factor (K0) Table 2.3: Correction factor when idler is use (Ki) Table 2.4: Correction factor for speed increase (Ks) Table 2.5: Start-stop frequency correction factor (Ka) Table 2.6 The affection of parameters to PID Table 2.7 Some methods to tuning PID Table 4.1 The specifications of Arduino Table 4.2 Comparation between relay and opto/transistor Table 4.3 The operation of H – Bridge Table 4.4 The specifications of H-bridge circuit Table 4.5 The specifications of IC LM2596 Table 4.6 The specifications of power supply do an CHAPTER 1: INTRODUCTION 1. Introduce development of the robot Robot has a history of dozen years and with the developing of science and technology, robots become more and more powerful.

From the original primitive simplicity, nowadays, robot was developed with many shapes, sizes. The applications of robots are also extended. The robots are smaller, performing more functions and smarter. One of the developments of robot is modeled creatures on Earth.

Robot imitates the movement of animals like spiders, insect, reptiles… that makes robot become closer to humans. Mounting the sensor on the robot also opened the door to enter the industrial production. After that, people continually research, develop robots for applications in automatic processing production. Beside, Robots are used to support and replace humans in extreme environments.

Robots become more and more popular in our daily life. From factories, robots take a walk into human’s life, we see robots in houses doing household like cleaning or washing dish. Object of study Robot research is focused on the robot modeled on human as well as human activities. Human try to make robot perform like human, do the work of humans.