I. Thiết kế Robot Hút Bụi Tự Động
Phần này tập trung vào khía cạnh thiết kế robot hút bụi của đồ án tốt nghiệp tại HCMUTE. Sinh viên đã thực hiện thiết kế cơ khí robot hút bụi, bao gồm hình dạng (hình tròn, đường kính 28cm, cao 10cm), và thiết kế điện tử, lựa chọn các linh kiện như vi điều khiển Arduino, cảm biến siêu âm HC-SR04, cảm biến hồng ngoại, công tắc hành trình, và module Bluetooth HC05. Thiết kế phần mềm điều khiển robot cũng được chú trọng, sử dụng phần mềm lập trình Arduino IDE và app Inventor để tạo giao diện điều khiển từ xa. Thiết kế 3D bằng phần mềm Solidworks hỗ trợ quá trình chế tạo. Mục tiêu thiết kế robot hút bụi tự động là tạo ra sản phẩm nhỏ gọn, hiệu quả, có khả năng di chuyển tự động (random, ziczac), tránh vật cản và chống rơi. Sinh viên đã nghiên cứu kỹ các robot hút bụi hiện có trên thị trường như iRobot Roomba 980 và Dyson 360 Eye để làm cơ sở cho thiết kế. Thiết kế hệ thống điều khiển bao gồm các thuật toán di chuyển, tránh vật cản, và quản lý pin. Nhóm nghiên cứu đã phải xem xét kỹ lưỡng các yếu tố như cảm biến robot hút bụi, phần mềm điều khiển robot hút bụi, cấu hình phần cứng robot hút bụi để tối ưu hóa hiệu suất và chi phí.
1.1. Lựa chọn Linh kiện và Cảm biến
Việc lựa chọn linh kiện là yếu tố then chốt. Đồ án sử dụng vi điều khiển Arduino Uno R3 như nền tảng chính. Cảm biến siêu âm HC-SR04 đảm nhiệm vai trò phát hiện vật cản. Cảm biến hồng ngoại hỗ trợ chức năng chống rơi. Công tắc hành trình được dùng để phát hiện va chạm. Module Bluetooth HC05 cho phép điều khiển từ xa. Sự lựa chọn này dựa trên tính khả dụng, giá thành hợp lý và hiệu quả hoạt động. Các cảm biến robot hút bụi cần được bố trí hợp lý trên thân robot để đảm bảo phạm vi quét tối ưu. Cảm biến siêu âm cần có góc quét rộng để phát hiện vật cản hiệu quả. Công tắc hành trình cần được đặt ở các vị trí dễ va chạm để bảo vệ robot. Module Bluetooth cần được đặt ở vị trí dễ dàng kết nối với điện thoại. Việc lựa chọn linh kiện này đã được tính toán kỹ lưỡng để cân bằng giữa chi phí và hiệu quả. Thiết kế mạch điện đảm bảo sự kết nối ổn định và an toàn giữa các linh kiện.
1.2. Thiết kế Phần Mềm và Thuật Toán
Phần mềm đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của robot. Đồ án sử dụng Arduino IDE để lập trình cho vi điều khiển, điều khiển động cơ, xử lý dữ liệu từ các cảm biến robot hút bụi. App Inventor được dùng để tạo giao diện điều khiển thân thiện trên điện thoại. Thuật toán di chuyển (random, ziczac) được lập trình để đảm bảo robot phủ khắp diện tích cần làm sạch. Thuật toán tránh vật cản dựa trên dữ liệu từ cảm biến siêu âm và công tắc hành trình. Thuật toán chống rơi sử dụng dữ liệu từ cảm biến hồng ngoại. Việc lập trình cần tính đến sự tối ưu hóa thời gian xử lý và tiêu thụ năng lượng. Phần mềm điều khiển cần có giao diện trực quan, dễ sử dụng. Các thuật toán cần được kiểm thử kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác. Lập trình robot hút bụi đòi hỏi kiến thức vững chắc về lập trình nhúng và xử lý tín hiệu.
II. Thi Công và Kiểm Thử Robot Hút Bụi
Phần này mô tả quá trình thi công robot hút bụi, từ việc chế tạo PCB, lắp ráp các linh kiện, đến việc kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống. Sinh viên đã thực hiện thi công bo mạch điện tử, lắp ráp động cơ, bánh xe, hệ thống hút bụi, và các cảm biến. Quá trình kiểm thử bao gồm kiểm tra chức năng của từng module riêng lẻ, và sau đó là kiểm tra toàn bộ hệ thống. Lắp ráp robot hút bụi cần sự cẩn thận và chính xác cao để đảm bảo hoạt động ổn định. Việc kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống giúp phát hiện và khắc phục các lỗi. Quá trình thi công robot hút bụi được ghi lại chi tiết, bao gồm hình ảnh, video. Kết quả thi công được đánh giá dựa trên khả năng hoạt động, hiệu quả làm sạch và độ bền của robot. Việc bảo trì robot hút bụi cũng được đề cập đến. Đồ án này đã cung cấp các hướng dẫn sửa chữa robot hút bụi, nếu có hư hỏng.
2.1. Quá Trình Lắp Ráp và Kiểm Tra
Sau khi hoàn thành thiết kế robot hút bụi, bước tiếp theo là lắp ráp. Quá trình này yêu cầu sự tỉ mỉ và chính xác. Các linh kiện được lắp đặt theo sơ đồ mạch đã được thiết kế. Module cảm biến siêu âm HC-SR04, cảm biến hồng ngoại, và công tắc hành trình được gắn cố định vào vị trí đã xác định trên thân robot. Động cơ và bánh xe được lắp ráp chắc chắn để đảm bảo khả năng di chuyển ổn định. Hệ thống hút bụi được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả. Sau khi hoàn tất lắp ráp robot hút bụi, bước tiếp theo là kiểm tra chức năng. Kiểm tra từng module riêng biệt trước, sau đó kiểm tra hoạt động tổng thể của robot. Kiểm tra khả năng di chuyển, tránh vật cản, chống rơi của robot. Kiểm tra hiệu quả hút bụi. Ghi chép kết quả kiểm tra và tiến hành hiệu chỉnh nếu cần thiết.
2.2. Đánh Giá Hiệu Quả và Hướng Phát Triển
Sau khi hoàn tất quá trình thi công robot hút bụi, cần đánh giá hiệu quả hoạt động. Đánh giá dựa trên các tiêu chí như hiệu quả làm sạch, khả năng tránh vật cản, độ bền, thời lượng pin, và dễ sử dụng. Kết quả kiểm tra cho thấy robot hoạt động tốt, đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Tuy nhiên, còn một số hạn chế cần được khắc phục. Robot hút bụi vẫn gặp khó khăn với một số loại địa hình phức tạp. Thời lượng pin cần được cải thiện. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm cải tiến thuật toán điều khiển, nâng cấp hệ thống hút bụi, tích hợp thêm các tính năng thông minh như lập bản đồ, tự sạc pin. So sánh robot hút bụi này với các sản phẩm thương mại giúp đánh giá chất lượng. Thị trường robot hút bụi đang phát triển mạnh mẽ. Việc nghiên cứu robot hút bụi này đóng góp vào sự phát triển công nghệ trong nước.
