CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài, giới thiệu về sơ đồ nguyên lý, cấu tạo các linh kiện sử dụng. Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này trình bày về thiết kế sơ đồ khối, tính toán và thiết kế các khối và sơ đồ nguyên lý toàn mạch.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống Chương này nói về quá trình thi công PCB, lắp ráp, test mạch, đóng gói, lập trình hệ thống, giới thiệu phần mền cho vi điều khiển, tài liệu hướng dẫn sử dụng và quy trình thao tác. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu, nhận xét và đánh giá sản phẩm mô hình. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này trình bày kết quả cuối cùng của mô hình, ưu điểm, nhược điểm và hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 QUY TRÌNH THỰC HIỆN ROBOT 2.1 Chuẩn bị Bước đầu tiên để xây dựng một robot là phải xác định được mục đích chế tạo robot của bạn là gì (tức là robot của bạn được dùng ở đâu trong cuộc sống). Robot có thể sử dụng trong nhiều điều kiện và với nhiều mục đích khác nhau. Kiến thức: có kiến thức cơ sở về điện tử, kiến thức lập trình vi điều khiển, có thể lập trình Assemble hoặc C … 2.2 Lựa chọn nền tảng phát triển Các loại robot khá đa dạng nên để thực hiện chúng ta phải xác định được loại robot bạn sẽ phát triển. Các robot thường phổ biến như: Robot di chuyển với bánh xe, theo vết hoặc có chân, thiết bị bay, thiết bị hàng hải, tàu ngầm, robot bơi, lặn, tay máy, robot có tay để thao tác, hay có cấu trúc hỗn hợp.
Dưới đây là một số mô tả về các loại robot thường gặp: Robot di chuyển dùng bánh xe: đây là phương pháp phổ biến nhất, sử dụng với nhiều kích thước và nền tảng robot khác nhau. Kích thước bánh xe dao động khá lớn từ nhỏ vài cm đến lớn hàng mét, thông thường sử dụng cỡ nhỏ, 1 bánh lái, 2 bánh di chuyển. Ưu điểm: chi phí thấp, đơn giản trong thiết kế và chế tạo, lựa chọn phong phú, mở rộng dễ dàng, sự lựa chọn tuyệt vời cho người mới bắt đầu. Nhược điểm: khả năng kéo yếu, diện tích tiếp xúc nhỏ.
Robot di chuyển dùng bánh xích: thường được sử dụng trong những thiết bị như máy kéo, xe tăng… do khả năng thích ứng với địa hình và yêu cầu lực kéo. Ưa điểm: tiếp xúc bề mặt lớn, giảm khả năng trượt, phân bố trọng lượng đều, có thể linh hoạt trong nhiều loại bề mặt khác nhau, tăng đáng kể không gian sử dụng của robot, không cần kết hợp với các bánh xe có ổ đĩa lớn. Nhược điểm: gây tổn hại bề mặt di chuyển, ổ đĩa xích hạn chế đáng kể số động cơ có thể sử dụng, tính phức tạp, cơ khí tăng (số liên kết, khớp nối, cơ cấu lực tăng). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Robot di chuyển dùng chân: là lựa chọn ưa thích cho các robot di chuyển trong địa hình không đồng đều. Các thiết kế phổ biến là monopod (1 chân “nhảy”), bipeds (2 chân), quadrupeds (4 chân), và hexapods (6 chân). Ưu điểm: gần gũi với chuyển động tự nhiên, có thể vượt qua những trở ngại lớn về điều hướng các địa hình thô. Nhược điểm: tính phức tạp cơ khí và điện tử, yêu cầu về năng lượng/pin, chi phí phát triển cao.
Robot bay: các robot bay được biết với tên AUAV (robot bay không người lái). Ưu điểm: máy bay điều khiển từ xa đã được tồn tại trong nhiều thập kỷ do đó có cộng đồng lớn, ít nhất là về mặt cơ khí, tuyệt vời cho việc giám sát, theo dõi. Nhược điểm: toàn bộ những gì bạn đầu tư có thể mất trong một tai nạn, sự hạn chế của cộng đồng phát triển về khả năng tự trị cho robot. Robot lặn/tàu/thuyền: một số sản phẩm này đã có trên thị trường, đi kèm với nhiều mẫu thiết kế miễn phí mà bạn có thể tìm thấy.
Vấn đề chính là năng lượng và khả năng làm việc dưới nước. Ưu điểm: hầu hết hành tinh chúng ta là nước do đó có rất nhiều thứ để tìm hiểu và khám phá, tính duy nhất trong mỗi sản phẩm. Nhược điểm: robot có thể mất theo nhiều cách (chìm, bị rò rỉ, vướng mắc …), hầu hết các linh kiện điện tử không có khả năng hoạt động dưới nước, yêu cầu về đầu tư khi muốn hoạt động với độ sâu > 10m, hạn chế giao tiếp điều khiển không dây. Robot cánh tay và gắp: mặc dù không nằm trong các dạng robot di động nhưng là một phần quan trọng trong thiết kế cơ bản và là các tốt nhất để tương tác, khám phá môi trường.
Số bậc tự do tăng cho phép khả năng ứng dụng và tính linh hoạt của tay máy ngày càng cao. Ưu điểm: thiết kế đơn giản, dễ dàng phát triển với số bậc tự do cao. Nhược điểm: cố định, trừ khi được ghép với một nền tảng di động, chi phí phát triển cao.3 Lựa chọn các linh kiện truyền động Sau khi lựa chọn được nền tản phát triển thì phải xác định được các linh kiện sử dụng cho robot. Thành phần truyền động được xem như là các chi của robot.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Với mỗi mục đích chế tạo robot khác nhau thì lựa chọn các linh kiện cần sử dụng để đáp ứng các chức năng, yêu cầu mục đích khác nhau như lựa chọn cảm biến, các module mở rộng, chọn động cơ … 2.4 Lựa chọn vi điều khiển Một trong những thành phần quan trọng nhất của robot là vi điều khiển. Nếu coi thành phần truyền động là các chi của robot thì vi điều khiển đóng vai trò như bộ não, nơi thực hiện các chức năng xử lý và điều khiển hoạt động của robot. Lựa chọn vi điều khiển, có rất nhiều loại vi điều khiển, với rất nhiều chức năng và phương thức hoạt động, cách lựa chọn như sau: - Loại vi điều khiển nào phổ biến nhất cho ứng dụng của robot - Nó có chức năng riêng biệt mà robot cần có hay không - Các phụ kiện cần thiết cho vi điều khiển có phổ biến hay không 2.5 Kết nối các thuyết bị truyền động với vi điều khiển Sau khi chọn được hết tất cả các thuyết bị truyền động và vi điều khiển phù hợp với yêu cầu của robot thì ta tiến hành lập trình cho vi điều khiển, kết nối thuyết bị truyền động với vi điều khiển, thiết kế mô hình 3D nếu cần thiết.2 CÁC ROBOT HÚT BỤI TRÊN THỊ TRƯỜNG Tham khảo các sản phẩm hiện có trên thị trường thế giới và Việt Nam.
Hiện tại Việt Nam chưa có thương hiệu lớn nào chuyên sản xuất robot hút bụi thông minh. Còn trên thị trường thế giới có rất nhiều sản phẩm lớn như iRobot Roomba 980, Dyson 360 Eye, Xiaomi Mi Robot Vacuum, LG Hom-Bot Square, Toshiba VC-RB7000. Như thiết bị iRobot Roomba 980 có kết nối Wi-Fi, điều khiển từ xa qua ứng dụng trên smartphone và thiết lập lịch trình đi hút tự động các ngày trong tuần. Với mỗi lần sạc pin đầy, máy hoạt động liên tục trong khoảng 2 tiếng và có khả năng tự quay về chỗ sạc khi sắp hết pin hoặc khi hoàn thành công việc.
Máy cũng tích hợp camera để vẽ lại sơ đồ không gian được hút trong nhà và có thể phát hiện tránh ngã cầu thang, va chạm nhờ hàng loạt cảm biến quanh thân [2]. Như robot hút bụi tự động Dyson 360 Eye có thể điều khiển từ xa bằng ứng dụng trên iOS/Android có tên gọi 360 Eye, với khả năng hút chất bẩn và các hạt bụi mịn bằng lực ly tâm, lực hút mạnh nhất trong các loại robot hút bụi hiện nay. 360 Eye được tích BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT hợp hệ thống tầm nhìn 360 độ với camera góc rộng và cảm biến hồng ngoại cho phép robot quan sát liên tục và nhận thức được môi trường xung quanh, 360 Eye có thể quan sát toàn bộ căn phòng cùng lúc thay vì chỉ một hướng hoặc một góc nhìn nhất định.
Ngoài ra, thay vì sử dụng bánh xe, 360 Eye được trang bị bánh xích giúp tăng sức kéo và tránh tình trạng bị mắc kẹt khi vận hành [3]. Hình dạng bên ngoài iRobot Roomba 980. Hình dạng bên ngoài Dyson 360 Eye. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bởi vậy, sau khi tìm hiểu dự kiến hạn chế robot nhóm làm sẽ không tối ưu như những robot cao cấp ngoài thị trường, không có khả năng học map tạo bản đồ, tự quay về sạc khi hết pin. Vậy nên mục tiêu của nhóm em là thiết kế sản phẩm có các chức năng cơ bản của robot hút bụi trên thị trường nhưng giá thành cạnh tranh so với các sản phẩm của các hãng lớn. Sử dụng các linh kiện cảm biến và vi điều khiển thông dụng, phù hợp, biến robot hút bụi trở nên gần gũi, mục đích khám phá tự tay làm cho mọi người.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG Thiết bị đầu vào: 3 module cảm biến siêu âm HC_SR04, 1 module thu phát hồng ngoại, 6 công tắt hành trình, 1 module Bluetooth HC05. Thiết bị đầu ra: 1 Module L298N, 2 động cơ DC servo giảm tốc GA37 V1.
Thiết bị điều khiển trung tâm: Vi điều khiển Arduno Uno R3.1 Cảm biến siêu âm HC_SR04 Tính chất của cảm biến HC_SR04 Điện áp nguồn cung cấp 5V DC. Dòng tính < 2mA. Khoảng cách đo từ 2cm đến 500cm. Hình dạng bên ngoài và tên các tín hiệu Hình dạng bên ngoài và góc phát sóng: Hình 2.
Hình dạng bên ngoài của HC-SR04. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tên các chân tín hiệu Cảm biến HC_SR04 có 4 chân: chân cấp nguồn Vcc, chân kích (trigger), chân nhận tín hiệu dội (echo) và chân GND. Góc phát sóng của HC-SR04.
Giản đồ thời gian các tín hiệu: Hình 2. Giản đồ thời gian của các tín hiệu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm thì hệ thống điều khiển phải kích tín hiệu chân trigger tạo ra một xung có mức logic 1 tối thiểu là 10µs.
Tín hiệu tương thích chuẩn TTL.