Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy

Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy Nghiên cứu, thiết kế mobile robot dạng bốn bánh vận chuyển phôi trong nhà máy

TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Hình 2 1: Hệ tọa độ của Robot

Hệ tọa độ tuyệt đối ( hệ tọa độ gốc) là hệ tọa độ cố định được đặt trong môi trường và được biểu diễn bằng (X,Y).

Hệ tọa độ tương đối ( hệ tạo độ robot) là hệ tọa độ gắn liền với robot và được biểu thị bằng (Xr,Yr).

Gốc của hệ tọa độ robot là P.

Vị trí robot so với hệ tọa độ robot được xác định bằng ma trận vị trí

Để chuyển đổi vị trí của robot từ hệ tọa độ tương đối (PxrYr) sang hệ tọa độ tuyệt đối (OXY), chúng ta sử dụng ma trận chuyển đổi R, được xác định theo công thức T = q(x, y, θ).

(2-2)Trong đó R(θ) là ma trận quay của robot quanh trục thẳng đứng

MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC MOBILE ROBOT 4 BÁNH

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC

Hình 2 1: Hệ tọa độ của Robot

Hệ tọa độ tuyệt đối ( hệ tọa độ gốc) là hệ tọa độ cố định được đặt trong môi trường và được biểu diễn bằng (X,Y).

Hệ tọa độ tương đối ( hệ tạo độ robot) là hệ tọa độ gắn liền với robot và được biểu thị bằng (Xr,Yr).

Gốc của hệ tọa độ robot là P.

Vị trí robot so với hệ tọa độ robot được xác định bằng ma trận vị trí

Để chuyển đổi vị trí của robot từ hệ tọa độ tương đối (PxrYr) sang hệ tọa độ tuyệt đối (OXY), chúng ta sử dụng ma trận chuyển đổi R được xác định theo công thức T q = x y θ.

(2-2)Trong đó R(θ) là ma trận quay của robot quanh trục thẳng đứng

Vận tốc tuyến tính của robot trong hệ tọa độ bằng trung bình vận tốc tuyến tính của hai bánh xe theo hệ tọa độ robot

(2-4) Vận tốc góc của robot là:

Các vận tốc của robot trong hệ tọa độ giờ có thể biểu diễn dưới dạng các vận tốc của điểm trung tâm P trong khung robot như sau:

(2-7) Với R=0.15 là bán kính bánh xe của robot

L=0.3 : là khoảng cách giữa 2 bánh xe ´ φ R ,´φ L =0.4 : là vận tốc của bánh phải, trái của robot

Ma trận vận tốc theo hệ tuyệt đối được thể hiện như sau:

(2-8) Với R=0.15 là bán kính bánh xe của robot

L=0.3 : là khoảng cách giữa 2 bánh xe ´ φ R ,´φ L =0.4 : là vận tốc của bánh phải, trái của robot θ =0: là góc quay của bánh xe

Ma trận ´q l còn được thể hiện theo vận tốc dài và vận tốc theo công thức v ω sau: cos 0 sin 0

TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC

Phương pháp tiếp cận động năng Lagrange, do Lagrange phát minh, là một kỹ thuật phổ biến trong việc xây dựng phương trình chuyển động cho các động cơ.

Phương trình Lagrange được viết dưới dạng như sau: i i i i d K K P dt q q q Q

K: là động năng của hệ

P: là thế năng của hệ

Cấu trúc chuyển động của hệ thống robot bao gồm hai bánh sau dẫn động và hai bánh omni phía trước để dẫn hướng Do đó, mọi chuyển động của robot phụ thuộc vào việc điều khiển vận tốc của hai bánh sau, cụ thể là v wR và v wL.

Ta có tổng động năng của robot:

Hình 2 2: Mô hình phân tích lực bánh sau của robot [6] tt b

KK  K (2-11) Động năng tịnh tiến của thân xe:

K tt : là động năng tịnh tiến của thân xe m t : là khối lượng thânxe v t : là vận tốc dài của xe

(2-13) Động năng của bánh xe:

K b : là động năng của bánh xe

J wR , J wL : là momen quán tính của từng bánh xe

Coi bánh xe là đĩa tròn mỏng thì:

R: là bán kính bánh xe m b : là khối lượng bánh xe v wR , v wL : là vận tốc dài của 2 bánh xe

Thay vào công thức (2-12),(2-13), (2-14),(2-15) ta được:

Suy ra: Tổng động năng của robot là:

Xét robot chạy trên mặt phẳng nên thế năng bằng 0

1 i dc mst msl dc dc 4 t b

M dc : là momen do động cơ sinh ra

M mst : là momen hao tổn trên trục

M msl : là momen ma sát lăn

R: là bán kính bánh xe

G: là gia tốc trọng trường

K: là hệ số ma sát bánh xe với mặt đường m t : là khối lượng thân xe m b : là khối lượng bánh xe u: là hệ số tổn thất trên trục động cơ

Thay vào phương trình Lagrange

Với φ ´ wR = ´φ wL = ´φ w ta được:

Trong đó ´ φ w : là gia tốc góc của bánh xe (rad/ s 2 ) a: là gia tốc dài (m/ s 2 )

V b ,V a : là vận tốc tại điểm A,B (m/s) t: là thời gian di chuyển từ A đến B (s)

Thay số vào ta tính được :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ARDUINO MEGA 2560

Arduino Mega 2560 là sản phẩm nổi bật trong dòng mạch Mega, với nhiều cải tiến vượt trội so với Arduino Uno Bộ nhớ Flash của Mega được nâng cấp gấp 4 lần so với phiên bản Uno R3 cũ, cho phép lưu trữ nhiều dữ liệu hơn Bên cạnh đó, việc trang bị 3 timer và 6 cổng interrupt giúp bo mạch Mega xử lý hiệu quả nhiều bài toán phức tạp, điều khiển nhiều động cơ và xử lý song song các luồng dữ liệu số cũng như tương tự.

Các tính năng nổi bật của Arduino Mega 2560:

Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip ATmega2560. Bao gồm:

54 chân digital (trong đó có 15 chân có thể được sủ dụng như những chân PWM là từ chân số 2 → 13 và chân 44 45 46)

6 ngắt ngoài: chân 2 (interrupt 0), chân 3 (interrupt 1), chân 18 (interrupt 5), chân 19 (interrupt 4), chân 20 (interrupt 3), and chân 21 (interrupt 2)

16 chân vào analog (từ A0 đến A15)

4 cổng Serial giao tiếp với phần cứng:

Cổng Serial Chân RX Chân TX

Bảng 3.2 Các cổng Serial của Arduino Mega 2560

1 thạch anh với tần số dao động 16 MHz

Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560

Chip xử lý ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào ( đề nghị) 7V-15V Điện áp ra (giới hạn) 6V-20V

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA

Một số lưu ý khi sử dụng Arduino Mega 2560

Khi bắt đầu với Arduino Mega 2560, hãy chắc chắn chọn đúng board bằng cách vào Tool → Board → Arduino Mega 2560 Điều này giúp tránh tình trạng lỗi khi build do cổng vẫn nhận diện board cũ nếu bạn đã sử dụng loại Arduino khác trước đó.

Khi sử dụng chân RX và TX của Arduino, hãy nhớ rút dây cắm khỏi hai chân này trước khi bắt đầu quá trình upload Sau khi hoàn tất, bạn có thể cắm lại bình thường để sử dụng, điều này giúp tránh gặp phải lỗi trong quá trình làm việc.

Không được phép cắm trực tiếp chân GND vào chân nguồn 5V, có thể dẫn tới hỏng mạch.

MẠCH CẦU H ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

Hình 3 2: Mạch cầu H dung IR2184 Đặc tính kỹ thuật:

Driver công suất sử dụng 4 MOSFET IRF540 cho dòng đỉnh tối đa 22A. Điện áp cấp từ +24V.

Sử dụng IC kich FET chuyên dụng IR2184 bảo đảm FET dẫn tốt và chống hiện tượng trùng dẫn.

Driver cách ly tần công suất dùng OPTO xung P900V của SHARP làm cho Driver đáp ứng được với tín hiệu PWM có tần số cao.

Driver có biến trở dùng chỉnh dòng giới hạn qua động cơ giúp bảo vệ thiết bị.

Tín hiệu vào điều khiển bao gồm DIR+, DIR-, PWM+ và PWM-, cho phép người dùng linh hoạt lựa chọn mức điều khiển cao hoặc thấp Bảng mạch cũng được trang bị 2 đèn LED SMD để hiển thị trạng thái nguồn và hướng quay của động cơ.

Board được thiết kế nhỏ gọn.

Board mạch 2 lớp, chất lượng cao, phủ màu đỏ ,rất thích hợp cho Robocon.

MODULE LM 2596

Là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được dòng ra đến 3A LM2596 là

IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong Tức là khi cấp nguồn 9v vào module, sau khi giảm áp ta có thể lấp được nguồn 3A < 9v như 5V hay 3.3V

Module nguồn không sử dụng cách ly

BỘ NGUỒN

 Nguồn cấp cho động cơ

Với đề tài này, nhóm đồ án sử dụng 2 ác quy 12V nối tiếp với nhau tạo thành bộ

Thông số kỹ thuật: Điện thế ra: 12V

 Nguồn cấp cho Arduino Để arduino hoạt động ổn định thì cần bộ nguồn riêng phù hợp với arduino Nên nhóm đồ án quyết định sử dụng pin Lipo.

Module dò line là một thành phần quan trọng trong các cuộc thi robot như Robocon, đua xe dò line và Robo Sumo Nó được sử dụng cho cả robot tự động và bán tự động, giúp cải thiện khả năng điều hướng Ngoài ra, tính năng dò line cũng được áp dụng trong ngành công nghiệp, phục vụ cho các robot tự hành trong các quy trình sản xuất và vận chuyển.

Hình 3 6: Cảm biến dò line 8 LED

Bộ sản phẩm dò line gồm có :

 Module dò line 8 kênh sử dụng quang trở với công nghệ led đôi 2 hàng đảm bảo

Lưu ý: khi sử dụng module cần setup khoảng cách từ mặt quang trở đến mặt sàn là 5mm-10mm để tối ưu độ chính xác của quang trở

Module đọc ADC chuyển đổi 8 kênh ADC thành tín hiệu số với tốc độ nhanh, giúp người dùng dễ dàng đọc và xử lý tín hiệu Trên module có 8 đèn LED hiển thị kết quả chuyển đổi ADC tương ứng với 8 kênh và nút nhấn để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến.

Hình 3 8: Module đọc ADC Hướng dẫn sử dụng:

 Đấu Bus bo quang trở và led vào bo main có kí hiệu ADC sensor.

 Đấu bus bo main có ki hiệu là OUT vđk về bo master.

 Cấp nguồn vào thì thấy 8 led đơn chớp 4 lần (dấu hiệu bo tốt).

Sau khi gắn thiết bị vào robot, tiến hành canh chỉnh thông số trên sân bằng cách đưa phần bo quang trở tới vùng sáng nhất, thường là màu đỏ hoặc xanh lá, tránh các vạch trắng Nhấn nút mode để thấy 8 đèn LED đơn chạy từ ngoài vào trong Bạn có thể điều chỉnh độ nhạy bằng cách nhấn nút từ 0 đến 6, với nút 0 là nhạy nhất và nút 6 là ít nhạy nhất Sau khi điều chỉnh, đưa thiết bị vào vạch trắng trên sân để kiểm tra Nếu kết quả chưa đạt yêu cầu, hãy đưa ra nền sân để chụp lại và thử lại Khi kết quả đạt yêu cầu, nhấn nút mode để thoát khỏi chế độ cài đặt và lưu kết quả vào EEPROM, lúc này 8 đèn LED sẽ chạy từ trong ra ngoài.

Ngoài ra nếu các chế độ trên vẫn còn nhạy các bạn có thể tổ hợp nút mode + nút

Để vào chế độ setup, nhấn nút mode cùng với nút 1, giúp giảm độ nhạy của modul Các bước thao tác sau đó thực hiện tương tự như trước, và có dấu hiệu phân biệt giữa 3 chế độ khác nhau.

 mode là khi nhấn xong không có led sáng

 mode + nút 0 khi nhấn tổ hợp thì có led 0 sáng.

 mode + nút 1 khi nhấn tổ hợp thì có led 1 sáng

 Tín hiệu trả về MCU:

Các chân tín hiệu từ 0 -> 7 trên module chuyển đổi tương ứng với các kênh từ

Trên module dò line, khi các kênh không phát hiện line trắng, chân tương ứng sẽ duy trì ở mức 1 (5V) Ngược lại, nếu bất kỳ kênh nào phát hiện line trắng, chân tương ứng với kênh đó sẽ giảm xuống mức 0 (0V).

3.6.HỆ THỐNG TRÁNH VẬT CẢN

Hình 3 9: Cảm biến vật cản hồng ngoại DS30c4

Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.

Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.

Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

Dòng kích ngõ ra: 300mA.

Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép điều chỉnh linh hoạt điện áp ngõ ra Cụ thể, trở treo lên điện áp bao nhiêu sẽ tạo ra điện áp ngõ ra tương ứng với giá trị đó.

Chất liệu sản phẩm: nhựa.

Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.

ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH XE AGV

CỤM BÁNH ĐỘNG LỰC

Bánh động lực cần có khả năng chịu tải tốt và ma sát lớn với mặt nền xưởng để ngăn chặn tình trạng trượt, đảm bảo sự ổn định cho xe trong quá trình hoạt động Do đó, nhóm đề xuất sử dụng cụm bánh động lực phù hợp.

Hình 4 1: Module cụm bánh động lực

ThépCT3 tấmCắt lazer, khoan, taro

4 Gá vòng bi và trục bánh xe

Cắt lazer, Phay CNC, khoan, taro

Cắt lazer, dập tấm, khoan, taro

CỤM NÂNG

- Yêu cầu module phải nâng, hạ được một khối lượng hàng hóa nhất định, tối đa là 50 kg.

- Đảm bảo được sự vững chắc để hàng hóa an toàn trong quá trình vận chuyển.

- Khả năng nâng hạ trơn chu để thuận tiện cho điều khiển lấy hàng.

Nhóm đề xuất mô hình cụm module nâng hàng như sau:

ThépCT3 tấmCắt lazer,khoan

Cắt lazer, dấp, uốn, hàn, khoan taro

Cắt lazer, dấp, uốn, hàn, khoan taro

ThépCT3Tiện, khoan,taro

Cắt lazer, dấp,uốn, hàn,khoan taro

KHUNG VÀ VỎ MÔ HÌNH AGV

Khung xe cần đảm bảo khả năng chịu tải trọng cao và dễ dàng lắp ráp với các module như bánh xe, cảm biến, module mạch và hệ thống nút điều khiển, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tính linh hoạt của xe.

- Kích thước phù hợp với chức năng và không gian làm việc.

- Đảm bảo được sự an toàn của hàng hóa trong quá trình di chuyển.

- Có được sự bền chắc và có tính thẩm mỹ.

Nhóm để xuất mô hình vỏ AGV như sau:

Hình 4 3:Khung và mô hình AGV

1 Đế xe Thép tấm CT3

Cắt lazer, gấp, khoan, taro

Cắt lazer, uốn, sơn tĩnh điện

Cắt lazer, sơn tĩnh điện