Luận văn Thiết kế, chế tạo robot tự động vùng Krathong tham dự cuộc thi
MỤC LỤC
1.1. Yêu cầu công nghệ.......................................................................................8
1.2. Chủ đề và luật thi Robocon 2011.................................................................8
1.2.1. Chủ đề của cuộc thi ..................................................................................8
1.2.2. Ý tưởng: ....................................................................................................8
1.2.3. Luật thi đấu...............................................................................................8
3.1. Thiết kế cơ khí...........................................................................................16
3.1.2. Bản vẽ lắp: phần phụ lục. .......................................................................19
3.1.3. Tính toán động học. ................................................................................19
3.2 . Chế tạo cơ khí...........................................................................................24
3.2.1. Đế............................................................................................................24
3.2.1.1. Vật liệu sử dụng làm đế. ......................................................................24
3.2.3. Cánh tay lấy hoa.....................................................................................32
3.2.3. Cánh tay gắp ngọn lửa đèn.....................................................................34
3.3. Thiết kế và chế tạo mạch điện ...................................................................37
3.3.1. Khối nguồn..............................................................................................39
3.3.2.Khối vi điều khiển. ...................................................................................42
3.3.3 Khối tạo dao động: ..................................................................................43
3.3.4. Khối nạp chương trình ...........................................................................44
3.3.5. Khối lựa chọn chương trình. ..................................................................45
3.3.6. Khối cảm biến.........................................................................................47
3.3.7. ENCODER – Hiển thị.............................................................................60
4.1. Giải thuật dò đường...................................................................................69
1
4.2. Giải thuật đếm vạch ngang ........................................................................71
4.3. Lưu đồ thuật toán.......................................................................................71
4.4.Thuật toán kiểm tra vùng cảm biến : ..........................................................74
4.5.Thuật toán điều khiển vùng: .......................................................................75
4.6. Giải thuật encoder......................................................................................77
4.7. Giải thuật cua trái, cua phải .......................................................................79
5.1.1. Nguyên nhân cơ khí ................................................................................84
5.1.2. Nguyên nhân do điện ..............................................................................84
5.2 Các phương án xử lý nhiễu.........................................................................85
5.2.1. Xử lý cơ khí.............................................................................................85
5.2.2. Xử lý về điện ...........................................................................................86
5.2.3. Xử lý do môi trường................................................................................86
5.2.4. Xử lý lập trình.........................................................................................86
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN ..............................................................................88
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Đài hoa Krathong. ................................................................................11
Hình 2.2:Hoa Krathong .......................................................................................12
Hình 2.3: Ngọn lửa đèn. ......................................................................................12
Hình 2.4: Kích thước cột. ....................................................................................13
Hình 3.2: Đế toàn diện của robot. ........................................................................17
Hình 3.4: 2 cánh tay lấy hoa. ...............................................................................18
Hình 3.5: Cánh tay kẹp lửa đèn ........................................................................... 18
Hình 3.8: Hình dạng nhôm. ................................................................................24
Hình 3.10: Kích thước của đế. .............................................................................26
Hình 3.11:Các loại bánh omni. ............................................................................27
Hình 3.13: Bánh xe nhôm đúc ............................................................................. 28
Hình 3.14: Động cơ trục vít bánh răng. ...............................................................29
Hình 3.15. Tấm phíp dùng để bắt động cơ ..........................................................29
Hình 3.16. Động cơ bắt vào phíp .........................................................................30
Hình 3.18 : Động cơ nâng hạ trục vít bánh vít ....................................................31
Hình 3.21:Tay xúc đường kính 280 mm ..............................................................33
Hình 3.22: Tay xúc đường kính 400 mm .............................................................33
Hình 3.23: Hộp trượt tay ......................................................................................34
Hình 3.24: Cánh tay hoàn thiện ...........................................................................34
Hình 3.25: Cơ cấu gắp lửa ...................................................................................35
Hình 3.26: Van 5/2 ..............................................................................................35
Hình 3.27: Xinh lanh tác động kép ......................................................................36
Hình 3.28: Sơ đồ thiết kế điện khí nén ...............................................................36
Hình 3.29: Sơ đồ chung .......................................................................................37
Hình 3.34 : Mạch RESET ....................................................................................43
Hình 3.35 : Mạch dao động .................................................................................43
Bảng 1.3: Bảng chân lý của IC 74151 .................................................................46
Hình 3.41 : Các loại công tắc hành trình .............................................................48
Hình 3.42 : Cách bố trí Led thu – phát ................................................................49
Hình 3.45 : Sơ đồ board khối cảm biến............................................................... 53
Hình 3.49 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị. ..........................................................63
Hình 3.50 Sơ đồ broad mạch hiển thị. .................................................................63
Hình 3.51 Mạch công suất ...................................................................................64
Hình 4.1 : Cách bố trí led-dò đường.................................................................... 69
Hình 4.2 : Giải thuật dò đường. ..........................................................................71
Hình 4.3 : Giải thuật đếm vạch ngang. ................................................................66
LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án tốt nghiệp là mốc quan trọng để kiểm tra khả năng nhận thức của
mỗi sinh viên đối với những kiến thức đã được giảng dạy trong nhà trường. Đồng
thời nó còn đánh giá khả năng áp dụng lý thuyết để phân tích tổng hợp để giải
quyết các bài toán kỹ thuật trong thực tế. Khi làm đồ án tốt nghiệp sinh viên có
quyền trao đổi, học hỏi, nghiên cứu và trau dồi thêm kiến thức.
Nhận thức được tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc với tinh thần
nghiêm túc vận dụng những kiến thức của bản thân, những ý kiến đóng góp của
bạn bè và đặc biệt là sự chỉ bảo của các thầy cô trong khoa để chúng em hoàn
thành đồ án tốt nghiệp này. Đề tài “ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ
ĐỘNG VÙNG KRATHONG THAM DỰ CUỘC THI ROBOCON 2011 ”.
Nội dung thuyết minh gồm có 6 chương:
Chương I : Giới thiệu về đề tài.
Chương II : Ý tưởng thiết kế.
Chương III: Thiết kế và chế tạo robot.
Chương IV : Lưu đồ thuật toán điều khiển.
Chương V : Phương án xử lý nhiễu.
Chương VI : Kết luận
Do kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong đồ án chắc chắn còn nhiều
thiếu sót, chúng em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô để có thể
hoàn thiện được đồ án cũng như hoàn thiện được kiến thức của mình nhằm phục
vụ công việc tốt hơn sau khi ra trường.
Qua đồ án tốt nghiệp này em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Văn
Diên và cô Trịnh Thanh Nga - những người đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ
chúng em trong quá trình học tập trong trường và trong suốt thời gian làm đồ án
tốt nghiệp vừa qua. Qua đây chúng em gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ
môn đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm SV thực hiện:
Ngô Văn Hải – Nguyễn Văn Hòa – Ngô Đức Duy
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Hưng Yên, ngày tháng 6 năm 2011
Giảng viên hướng dẫn
Ks. Trịnh Thanh Nga
Th.s. Nguyễn Văn Diên
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Hưng Yên, ngày tháng 6 năm 2011
Giảng viên phản biện
Trịnh Xuân Thắng
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Yêu cầu công nghệ.
“Thiết kế chế tạo robot điều khiển tự động vùng Krathong tham dự
cuộc thi Robocon 2011”.
Mục tiêu của đề tài:
-
-
-
-
Thiết kế và chế tạo phần cơ khí.
Thiết kế và chế tạo mạch điện điều khiển robot.
Lập trình điều khiển robot.
Hình thành cho sinh viên có khả năng sáng tạo, vận dụng những kiến thức
được trang bị trong nhà trường vào trong thực tế, khả năng làm việc theo nhóm.
1.2. Chủ đề và luật thi Robocon 2011
1.2.1. Chủ đề của cuộc thi
“LOY KRATHONG, TÌNH BẠN THẮP SÁNG NIỀM VUI”.
1.2.2. Ý tưởng:
Những ý tưởng chính để tạo nên đề thi năm nay:
-
-
-
-
-
-
Dễ hiểu đối với khán giả.
Trò chơi giải trí sinh động và hấp dẫn.
Những robot thông minh trình diễn linh hoạt.
Gắp và đặt các khối cấu kiện trong không gian 3 chiều.
Có sự cộng tác giữa các đội cùng thi đấu.
Trò chơi được phỏng theo văn hóa và truyền thống Thái Lan.
Đề thi được thiết kế sao cho tất cả các đội tham gia đều cảm thấy thích
thú. Tuy nhiên với nhiệm vụ cuối cùng, chính là điểm nhấn của trò chơi, đội nào
phải có robot thật sự linh hoạt để có thể đặt được ngọn lửa lên trên đỉnh nến thì
đội đó mới xứng đáng là đội chiến thắng.
1.2.3. Luật thi đấu.
- Tóm tắt cuộc thi.
Mỗi đội bao gồm không quá 3 robot. Một robot điều khiển bằng tay và
một hoặc hai robot tự động. Robot điều khiển bằng tay phải hoàn thành công việc
đầu tiên bằng cách nhấc 3 bát nến và đặt ở vùng Chung trước khi thực hiện các
công việc khác. Sau đó robot bằng tay sẽ mang giá đèn đặt tại điểm trang trí được
định vị trên khu vực Sala. Robot bằng tay sẽ tiếp tục thu thập những ngọn nến ở
vùng Chung trong thời gian Krathong được lắp ráp.
Các robot tự động sẽ thu thập đài hoa và hoa Krathong rồi đặt chúng tại
các vị trí chuẩn bị. Các robot tự động sẽ trang trí Krathong bằng cách xếp đài
hoa, rồi sau đó là hoa Krathong lên giá đèn vùng Sala. Sau khi nhiệm vụ này đã
hoàn thành, robot bằng tay sẽ đặt 3 ngọn nến vào Krathong đã được trang trí.
Robot tự động sẽ mang Krathong đã hoàn thành đặt lên bề mặt sông phía đội
mình. Không có bất kỳ phần nào của robot được chạm hay tiếp xúc với mặt sông.
Cuối cùng robot tự động sẽ mang ngọn lửa đèn đặt nhẹ lên trên đỉnh đèn
trong Krathong đã được hoàn thành và đang nổi trên bề mặt sông. Khi thao tác
các robot cũng không được chạm hay tiếp xúc với mặt sông và Krathong đã hoàn
thành. Đội đầu tiên đặt được ngọn lửa đèn thành công sẽ là đội chiến thắng.
Chiến thắng này được gọi là “ Loy Krathong”.
Nếu không đội nào đạt được “ Loy Krathong” trong vòng 3 phút thì đội
chiến thắng sẽ quyết định bằng cách tính điểm cho những phần việc đã hoàn
thành.Mỗi trận đấu được diễn ra giữa đội đỏ và đội xanh. Mỗi trận đấu kéo dài
trong 3 phút.
Hình 1.1: Sân thi đấu
CHƯƠNG II: Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
2.1. Những yêu cầu chung của Robot Krathong.
- Kích thước của robot: Trong vùng xuất phát của robot tự động, robot tự động
phải có kích thước không lớn hơn 1000mm chiều rộng và 1000mm chiều dài và
chiều cao không quá 1400mm. Không có giới hạn về kích thước khi trận đấu bắt
đầu. Tổng trọng lượng của cả ba con robot không được vượt quá 50kg.
- Nhiệm vụ của robot tự động vùng Krathong:
+ Nhiệm vụ 1: Robot tự động vùng Krathong sẽ thu thập đài hoa và hoa
Krathong tại vị trí lưu trữ rồi đặt chúng tại các vị trí chuẩn bị.
Hình 2.1: Đài hoa Krathong.
2.2. Ý tưởng và phương án thiết kế kết cấu cơ khí.
Từ những nhiệm vụ của robot điều khiển tự động vùng Krathong nhóm đưa ra
những phương án thiết kế cơ khí như sau:
- Ý tưởng phần cánh tay : Do đài hoa Krathong làm bằng xốp hình trụ với đáy có
đường kính trong là 76mm và đường kính ngoài là 400mm, hoa Krathong được
làm bằng xốp hình trụ có đường kính trong là 76mm và đường kính ngoài là
280mm và có chiều cao 100mm. Ngọn lửa đèn có đáy là một hình trụ làm bằng
một ống nhựa rỗng có đường kính ngoài 76mm, chiều cao 55mm và bề dày là
2mm. Cơ cấu cánh tay để lấy được đài hoa và hoa Krathong của chúng em là sử
dụng cơ cấu xúc, còn ngọn lửa đèn sử dụng cơ cấu kẹp bằng khí nén.
- Ý tưởng phần đế : Yêu cầu khi thiết kế robot phải đảm bảo được độ vững chắc
và thăng bằng cao vì vậy phần cơ khí quan trọng nhất phần đế vững chắc, gọn
nhẹ và chịu lực tốt, có khối lượng vừa phải phù hợp với yêu cầu đề thi. Khung đế
được làm bằng nhôm ống có bổ sung gỗ ở bên trong ống đê gia tăng độ cứng,
giảm chấn động và thuận tiện cho quá trình lắp ghép. Các chi tiết được lắp ghép
với nhau bằng đinh vít, không phải gia công nhiều.
- Ý tưởng phần thân: Sử dụng nhôm hình chữ nhật có chiều dài khoảng 1,2m để
lấy được khối quà trên các cột trụ.
Hình 2.4: Kích thước cột.
- Yêu cầu về động cơ: Do yêu cầu của luật chơi robocon năm nay là sự kết hợp
chặt chẽ giữa các robot và phải hoàn thành công việc trong thời gian 3 phút nên
tốc độ của các robot làm nhiệm vụ phải nhanh, chính xác nên yêu cầu tốc độ của
động cơ bánh chủ chủ động lớn.
Số lượng động cơ
Công dụng
2
1
2
Động cơ di chuyển
Động cơ nâng hạ
Động cơ đẩy tay lấy hoa và tay kẹp lửa
Bảng 1.1: Số lượng động cơ.
2.3. Ý tưởng và phương án thiết kế mạch điện
Trong robot, mạch điện có thể ví như mạch máu trong cơ thể con người,
nó có tác dụng liên kết tất cả các phần của robot lại với nhau thành một thể thống
nhất. Mạch điện sử dụng cho robot phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
•
•
•
Đảm bảo cung cấp đủ công suất cho các động cơ của robot hoạt động.
Hoạt động chính xác và ổn định.
Có tính linh hoạt cao trong việc thay thế và sử dụng.
Để thiết kế được mạch cho robot chúng ta phải căn cứ vào những đặc
điểm, yêu cầu kĩ thuật, chiến thuật của robot từ đó đi lựa chọn phương án và các
phần tử cho mạch.
2.4. Ý tưởng và phương án về lập trình điều khiển cho robot.
2.4.1. Lựa chọn chíp điều khiển 89V51RD2.
Để điều khiển cho robot có thể sử dụng một trong các loại vi điều khiển
như: 89C51, P89V51RD2, AVR, PIC (Programmable Interface Controller)…
Trong quá trình tìm hiểu nhóm đã lựa chọn P89V51RD2 làm chíp để điều khiển
cho robot của mình. Con chíp này có ưu điểm sau:
- Có những đặc tính gần giống với vi điều khiển 89C51 mà đã được giảng dạy
trong chương trình đào tạo của nhà trường.
- Có giá thành rẻ, dễ mua và dễ tìm hiểu.
- Ngôn ngữ để lập trình quen thuộc dễ tiếp cận và dễ sử dụng.
- Mạch nạp cho chíp rất đơn giản dễ chế tạo.
- Có khả năng nạp nạp trực tiếp chương trình vào chíp ngay trên mạch mà không
cần phải tháo chíp ra khỏi mạch.
- Bên cạnh đó P89V51RD2 có những chức năng mới dễ dàng vận dụng cho việc
lập trình cho robot: PCW, PCA, Timer2…
Vậy có thể nói chíp P89V51RD2 rất ưu việt. Đây là những lý do mà nhóm
sử dụng nó.
2.4.2. Một số giải thuật phương án lập trình.
Với đề thi năm nay chúng ta có thể sử dụng một số giải thuật sau:
+ Giải thuật dò đường:
- Bám vạch
- Đếm số vạch ngang…
+ Giải thuật bẻ lái: kết hợp giữa encoder và cơ cấu bẻ lái bằng trục vít.
+ Ngắt ngoài sử dụng cho encoder.
+ Hiện thị bằng led 7 thanh…
Hình 3.5: Cánh tay kẹp lửa đèn.
3.1.2. Bản vẽ lắp: phần phụ lục.
3.1.3. Tính toán động học.
3.1.3.1.Phương trình động học thuận.
* Phương trình động học thuận là phương trình biểu diễn quan hệ vị trí và hướng
của robot thông qua các biến khớp, các biến khớp này là các góc qua của khớp
quay và độ dịch chuyển tịnh tiến đối với khớp tịnh tiến.
- Căn cứ vào phương trình động học thuận này khi biết vị trí của các khớp ta có
thể xác định vị trí và hướng của robot.
- Căn cứ vào các thông số và hệ toạ độ đã được thiết lập ta có bảng DH của robot
như sau:
*Thiết lập phương trình động học Robot
l2
z1
O2
y2
z2
O1
X2
x1 y1
Miền làm việc
l1
z0
Y0
O
x0
Khâu
1
d
a
i
i
i
i
*
0
l1
0
-90
*
0
2
0
l2
0
Bảng 1.2: Bảng DH.
-Phương trình động học thuận của robot.
Ma trận tổng quát Ai:
Ci Si Ci Si Si ai C
i
Si Ci Ci Ci Si ai Si
A
i
0
0
Si
Ci
di
0
0
1
1
0
0
0
0 0
1 0
A
1
0 1 0 l1
0
0
0 1
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 l2
0 0 0 1
A2
Vậy ta có phương trình động lực học:
1
0
0
0
0
0 0
0 1 l2
1 0 l1
T A .A
2
1 2
0
0 1
Mà
n
s
s
s
a
a
a
p
x
y
z
x
x
x
y
z
n
n
p
p
y
z
y
z
T
2
0
0
0
1
Vậy :
n 1
x
n 0
y
n 0
z
s 0
x
s 0
y
s 1
z
ax 0
a 1
y
a 0
z
p 0
x
p l2
y
p l1
z
Kết luận :Từ phương trình động học thuận sẽ xác định được tọa độ điểm 02 trong
miền làm việc của robot.
3.1.3.2. Phương trình động học ngược.
Phương trình động học của robot nhằm xác định các giá trị biến khớp từ các vị trí
và hướng của tay robot mong muốn. Phương trình động học ngược thường khó
giải và ko có lời giải tổng quát cho mọi robot:
Ta có :
1
1T2
A
T
(1)
(2)
1
2
1 1
2
A
A
T T
2
1
2
0
0
1
0
2
1
0
0
0
0
1
0
0
l1
1
A
1
0
1
0
n
n
s
s
a
p
x
y
x
y
x
y
x
y
a
a
p
p
T
2
n
s
z
z
z
z
0
0
0
1
1
0
0 0
0
0
0
0 1
l
2
1
T A .A
1 2
2
1 0
l
0
0 1
Từ phương trình (1) ta được :
1 0
0
0
1 0 0 0
n
n
s
s
a
a
p
p
l1
x
y
x
y
x
y
x
y
0 0 1
0 1 0 0
=
0 1
0 0
0
0
0
1
0 0 1 l2
n
s
a
p
z
z
z
z
0 0 0 1
0
0
0
1
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 l2
0 0 0 1
n
n
s
a
p
x
y
x
y
x
x
y
s
s
a
a
p
y
=
n
p l1
z
z
z
z
0
0
0
1
Từ phương trình trên ta được hệ phương trình:
nz 0 sin0n
z
p l1l2 p l1 l2
z
z
Kết luận : Từ phương trình trên cho thấy khi biết tọa độ của điểm 02 sẽ tính được
sự thay đổi của l1 và l2..
3.1.3.3. Tính toán chọn xi lanh khí nén cho tay kẹp lửa.
Chọn xi lanh tác dụng kép hành trình ra là 5cm, đường kính (D) pittong là 10mm
Sơ đồ thiết kế khí nén:
Hình 3.6 : Hình ảnh phần khí nén và điện khí nén.
* Tính toán lực xilanh
Ta có phương trình cân bằng lực :
+
+
= 0
Suy ra: F= F1-F2 =
p1 - (
-
)p2
( coi như lý tưởng p1 = p2 = p)
=
=
= 628N ( biết d = 4mm)
3.2 . Chế tạo cơ khí.
3.2.1. Đế
Cũng giống như tất cả các cuộc thi Robocon của mọi năm thì công việc
chế tạo phần đế robot phải được tiến hành đầu tiên và quan trọng nhất. Robot có
hoạt động tốt được hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc chế tạo phần đế của
robot. Đế robot là bộ phận chịu cả tải trọng của robot và dùng để lắp những cơ
cấu khác của robot. Chính vì vậy nhóm đã chế tạo robot theo ý tưởng đã được
đưa ra tối ưu nhất.
Hình 3.7. Đế thiết kế trên phần mềm Inventor
3.2.1.1. Vật liệu sử dụng làm đế.
Hình 3.8: Hình dạng nhôm.
Loại nhôm được sử dụng làm đế robot là loại nhôm ống hình chữ nhật (
loại sử dụng làm cửa nhôm) có kích thước 25mm×50mm. Loại nhôm này có bán
rất nhiều trên thị trường, vì vậy rất tiện lợi khi cần thay thế hay sửa chữa bộ phận
nào đó của robot. Khi sử dụng loại nhôm này để chế tạo robot thì chúng em nhận
thấy khi dựng đứng nhôm để lắp ghép thì sẽ tạo ra độ cứng vững cho đế robot khi
phải chịu tải trọng từ phía trên xuống. Để tạo độ cứng vững cho phần đế chúng
em sử dụng các tấm phíp nhựa và các thanh nhôm hình chữ V để ghép nối chúng
với nhau.Việc ghép nối này đảm bảo độ chắc chắn và có trọng lượng nhẹ hơn so
với việc sử dụng gỗ nhét vào trong ống nhôm.
Hình 3.9: Kích thước của nhôm được sử dụng làm đế.
* Ưu điểm:
- Nhôm nhẹ hơn so với cái vật liệu khác như sắt, thép làm giảm tải trọng cho
robot.
- Dễ chế tạo.
- Dễ tìm .
- Dễ tháo lắp khi vận chuyển.
- Ít tốn kém.
- Chịu lực tốt.
- Không bị han gỉ
* Nhược điểm :
- Tuổi thọ không cao.
- Độ cứng thấp.
3.2.1.2. Kích thước phần đế.
Theo kinh nghiệm của những năm trước đế robot được thiết kế theo hình chữ I
có thông số kỹ thuật như sau :
- Chiều dài của đế : 550 mm.
- Chiều rộng của đế phía trước : 320 mm.
- Chiều rộng của đế phía sau : 480 mm.
Kích thước tổng thể của đế robot:
Hình 3.10: Kích thước của đế.
- Đối với kích thước tổng thể được cho như trên sẽ giúp cho robot có độ vững
chắc cao ,và có thể di chuyển một cách linh hoạt cho dù nó mang trên mình nhiều
khối quà. Đế robot được thiết kế theo hình chữ I với 4 bánh được bố trí tại 4 góc
của phần đế tạo lên sự vững chắc cho robot. Ngoài ra thì đế robot được làm bằng
nhôm hộp lên có khối lượng nhẹ mà vẫn bảo đảm sự vững chắc.
3.2.1.3. Bánh xe.
- Bánh trước
Chọn bánh Omni : Đây là loại bánh được sản xuất bên Mỹ,có kích thước
lớn hơn loại bánh 4 khía của Việt Nam sản xuất, khả năng chịu tải của nó lớn .
* Ưu điểm :Có khả năng di chuyển được theo hai hướng vuông góc của bánh dẫn
hướng Omni, bánh Omni có thể giúp robot thực hiện những chuyển động phức
tạp khác nhau hoặc không thể đối với các loại robot di động sử dụng các bánh lái
độc lập. Điểm đặc biệt của Omni là kết hợp hướng di chuyển và chuyển động
quay tròn.
Trong thiết kế robot ,để phù hợp với yêu cầu của đề thi, mang tính thẩm mỹ mà
vẫn đảm bảo được độ cứng vững ,dễ di chuyển bám đường tốt... Do đó ta chọn
bánh xe Omni cho bánh trước của robot . Bánh xe Omni giúp di chuyển một
cách ổn định hơn, linh hoạt hơn, mặc dù bánh Omni sẽ làm cho cả phần khung
robot bị rung động do kết cấu đặc biệt của bánh nhưng điều này không tác động
đáng kể đến quá trình hoạt động của robot.
a.
b.
c.
Hình 3.11:Các loại bánh omni.
Trong trường hợp này chúng ta sẽ sử dụng bánh omni như hình vẽ dưới đây. Đây
là loại bánh có bán sẵn trên thị trường, được rất nhiều đội robocon trong và ngoài
nước sử dụng mang lại hiểu quả rất tốt.
Hình 3.12:Bánh Omni dùng trong robot.
Bánh Omni có đặc điểm khác biệt với các loại bánh khác là khi đứng yên hoặc
khi chuyển động theo các hướng khác nhau bánh chỉ luôn tiếp xúc điểm với mặt
sàn. Nếu robot đi lên phía trước hoặc lùi lại thì bánh sẽ quay quanh trục quay
chính của bánh, khí robot thực hiện rẽ sang ngang thì bánh sẽ thực hiện đồng thời
2 chuyển động: Chuyển động 1 là bánh sẽ quay quanh trục quay lớn; chuyển
động 2 là các bánh hành tinh sẽ tự quay quanh trục riêng của mình. Điều này tạo
tạo cho robot có chuyển động mau lẹ, linh hoạt, dễ thực hiện các chuyển động
phức tạp có độ cua ngoặt cao.
Lựa chọn bánh trước hợp lý sẽ giảm bớt những vấn đề liên quan đến các
yếu tố vật lý.
- Bánh sau.
Hình 3.13: Bánh xe nhôm đúc.
Ở đây em lựa chọn sử dụng bánh hợp kim nhôm đúc. Đặc điểm nổi bật
của bánh là trọng lượng nhẹ, lớp vỏ bánh được làm bằng silicon nên bám đường
rất tốt. Mặt khác trên thân bánh được chế tạo sẵn 2 rãnh dành cho loại đai truyền
động từ động có bán sẵn với đường kính đai là 5. Trong cụm bánh có sẵn 2 ổ bi
được lắp chặt với thân bánh khá thuận tiện cho việc thiết kế và lắp đặt.
3.2.1.5. Chọn động cơ và lắp ráp bánh
- Lắp bánh chủ động phía sau
Việc sử dụng động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng động cơ được
chọn trong cuộc thi robot thường có những yêu cầu chung sau :
-Tốc độ cao.
- Khả năng chịu tải tốt.
- Khả năng hãm tốt, thường sử dụng loại động cơ có hộp giảm tốc.
- Dòng , áp.
- Đối với động cơ dùng cơ cấu chuyển động yêu cầu đặt ra có tốc độ nhanh và có
độ hãm tốt.
Động cơ sử dụng để di chuyển là động cơ cá ngựa ( động cơ trục vít bánh
răng) có tốc độ từ 250-300 (vòng / phút). Ưu điểm của loại động cơ này là chịu
lực khỏe, tốc độ nhanh.
Hình 3.14: Động cơ trục vít bánh răng.
Bánh chủ động của robot được gắn trực tiếp vào trục truyền động chính
của động cơ và được bố trí phía sau của phần đế.
Để tạo thêm sự vững chắc cho bánh động cơ thì tại vị trí của phần nhôm
bắt bánh ta cho thêm gỗ vào. Động cơ được bắt chặt vào phần đế nhờ miếng
phíp.
Hình 3.15. Tấm phíp dùng để bắt động cơ
Hình 3.16. Động cơ bắt vào phíp
- Lắp bánh Omni
Bánh Omni (hay bánh đa hướng) được sử dụng rất nhiều trong các cuộc
thi robocon. Ưu điểm của loại bánh này là khả năng di chuyển linh hoạt theo các
hướng khác nhau. Điều này giúp cho robot có thể di chuyển một cách mềm mại
và linh hoạt. Khi hoạt động robot có thể chuyển hướng một cách chính xác khi
đang di chuyển.
Để đảm bảo cho robot hoạt động ổn định khi mang những khối cấu kiện
tương đối lớn thì giải pháp bắt bánh chúng em đưa ra đó là: bắt trực tiếp bánh đa
hướng trực tiếp lên đế của robot. Do đề thi năm nay không đòi hỏi robot phải di
chuyển nhiều thì việc bắt bánh cứng có ưu điểm hơn so với cách bắt bánh theo
kiểu tự lựa. Trong quá trình di chuyển sẽ tạo lên độ vững chắc hơn khi mang
nhiều khối cấu kiện một lúc,ngoài ra khi robot dừng thì khả năng hãm của robot
tốt hơn.
3.2.2. Thân
3.2.2.1. Vật liệu sử dụng làm thân.
Do yêu cầu của đề thi năm nay thì kích thước và khối lượng của các khối
quà là không lớn và không quá nặng nhưng phải đưa lên cao chính vì vậy chiều
cao của robot là tương đối cao ( chiều cao tối đa là 1,4m). Chiều cao cột lưu trữ
Tải về để xem bản đầy đủ
91 trang
13/09/2024
290
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Thiết kế, chế tạo robot tự động vùng Krathong tham dự cuộc thi", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_thiet_ke_che_tao_robot_tu_dong_vung_krathong_tham_d.doc
