Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ROBOT OSIN DỌN VỆ SINH NHÀ 1.1. KHÁI NIỆM VỀ ROBOT Từ lâu con người đã không còn xa lạ với robot nữa, bởi lẽ robot đã xuất hiện rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta. Vậy robot là gì? Có rất nhiều định nghĩa về robot theo những quan điểm khác nhau. Dưới đây là một số quan điểm về robot: Robot là những máy móc có khả năng thay thế sức lao động của con người (Soka-1985) Hình 1.1. Robot Ansendro Robot là một cơ cấu chấp hành đa chức năng dùng để vận chuyển vật liệu, các chi tiết hay các máy móc thiết bị. Các cơ cấu này được lập trình thay đổi chuyển động cho phù hợp với công việc(Schulusel- 1985). SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 1 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Hình 1.2. Robot thổi sáo Robot là những thiết bị được lập trình một số công việc nào đó. Theo hướng này máy tính là một mạch điện có thể lập trình để làm một số công việc, như vậy máy tính được xem như là một robot(Mckerrow-1986). Hình 1.3. Robot Nanofly Hình 1.4. Robot Asimo Ở Việt Nam trước đây khái niệm robot không còn xa lạ, nhưng với sự tìm tòi học hỏi của mình những sinh viên kỹ thuật đã chứng tỏ việt Nam không hề thua kém các nước phát triển khác. Chứng minh điều đó là mấy lần ta vô địch robot châu Á Thái Bình Dương. Đặc biệt gần đây chúng ta gây ấn tượng rất mạnh đối với thế giới tại International Robot Exhibition 2007- triển lãm robot lớn nhất khai mạc ngày 28-11 tại SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 2 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Tokyo. TOPIO người máy biết chơi bóng bàn và bày tỏ cảm xúc, do một nhóm chuyên gia thuộc công ty TOSY ở Hà Nội chế tạo. TOPIO viết tắt của Tosy Pingpong Playing Robot có đầu 2 cánh tay và 6 chân bên dưới (tổng cộng 20 khớp), giúp nó vận động một cách linh hoạt nhờ cơ chế thủy lực. Vận động viên này được làm bằng vật liệu carbon tổng hợp siêu bền, siêu nhẹ để có thể cử động với tốc độ cao. TOPIO tích hợp 4 camera tốc độ cao và 2 máy tính cấu hình mạnh để nhận diện đường đi và độ xoáy của trái bóng ngay sau khi rời khỏi vợt đối phương và đập trả lại rất nhanh và mạnh. Được lập trình bằng module trí thông minh nhân tạo (AI) tiên tiến, robot còn có khả năng tự nâng cấp khả năng mình ngay trong mỗi ván bóng bàn. Hình 1.5. Hình ảnh giới thiệu robot TOPIO Điều đó khiến nhóm tác giả tin rằng việc “ Tạo ra một robot đánh bại dân chơi bóng bàn chuyên nghiệp” là hoàn toàn khả thi. Chưa dừng lại, TOPIO còn có thể chủ động phát bóng, ghi nhớ, thông báo điểm và tỏ thái độ của mình theo nhiều cách hài hước khi thắng hoặc thua. Hiện nay, robot được ứng dụng rất phong phú và đa dạng trong đời sống con người trong mọi lĩnh vực giáo dục, kinh tế, nông nghiệp, công nghiệp, đặc biệt với sự phát triển công nghệ, robot đã đi vào mọi đời sống con người, nó có thể làm công việc nhà như lau rữa chén dĩa, chùi gương, lau nhà…Tùy vào môi trường làm việc các SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 3 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ robot chế tạo có kích thước khác nhau ứng dụng tương ứng mục đích sử dụng, hoạt động hoàn toàn tự động. Hình 1.6. TOPIO đang giao đấu bóng bàn với người 1.2. MỘT SỐ MÔ HÌNH ROBOT LAU NHÀ: 1.2.1. GatorVar: Tác giả M.Gabriel Jiva, University of Horida. GatorVar là robot hút bụi tự hành. Khi nó hoạt động nó hút bụi trong phòng theo cách ngẫu nhiên theo tường và tránh vật cản. Việc này được thực hiện bằng cách kết hợp các cảm biến hồng ngoại và cảm biến va chạm, tín hiệu hồng ngoại tại điểm xuất phát và các motor servo momen lớn. Thân robot được làm để có thể mang được máy hút bụi. Khi hoàn tất công việc, GatorVar tự động về vị trí xuất phát. SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 4 Servo 2 Servo 1 Vi điều khiển ATMega323 Cảm biến hồng ngoại (Vật thể gần) Cảm biến va chạm Cảm biến hồng ngoại (Vật thể xa) Hình 1.7.Cấu trúc của GatorVar Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Hệ thống tích hợp: Robot có 4 cảm biến lấy tín hiệu từ môi trường ngoài và mội vi điều khiển để xử lý tín hiệu và điều khiển tín hiệu ngõ ra cho động cơ. Như vậy GatorVac thực sự chỉ là robot theo tường và tránh vật cản có gắn thêm máy hút bụi. Giải pháp này thực sự chưa là giải pháp hay, nhưng đơn giản dễ thực hiện. 1.2.2. Mop’n Bot: Tác giả Micheal Hall, University of Horida. Robot Mop’n Bot cũng lau nhà bằng cách tìm một mép tường và đi theo tường, bám tường và di chuyển theo hành trình xoắn ốc, tránh vật cản cho đến khi bao phủ toàn bộ mặt sàn của phòng tránh vật cản cho đến khi bao phủ toàn bộ mặt sàn của phòng. Tuy nhiên Robot Mop’n Bot sử dụng giẻ lau thấm nước gắn trên nó để làm sạch sàn nhà thay vì hút bụi như GatorVac. Một điều lưu ý nữa là Mon’n Bot không thể làm sạch các tấm thảm và hành trình của nó phải chạy lên thảm. SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 5 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Hình 1.8. Mô hình robot Mop’n Bot Cấu trúc của Mop’n Bot gồm 6 phần kết hợp với nhau: - Cơ cấu chấp hành: là hai động cơ servo và bơm piston để bơm dung dịch lau nhà. - Công tắc va chạm: để phát hiện vật cản, ở đây dùng công tắc hành trình. - Cảm biến tiệm cận: phát hiện vật cản, giữ khoảng cách với tường. Ở đây là các cảm biến hồng ngoại. - Bộ phận phát hiện ra thảm: là hai lò xo phía trước, giúp robot phát hiện ra thảm và tránh sang đường khác. - Dung dịch nước lau nhà và giẻ lau: dung dịch nước lau nhà được bơm ra sàn nhà trong khi giẻ lau được đặt ở phía sau robot lau và hút lại nước lau nhà đó, nhờ vậy lau sạch sàn nhà. - Bộ điều khiển : nhận tín hiệu từ cảm biến và điều khiển hoạt đọng của robot 1.2.3. Roomba: Sản phẩm của công ty iRobot Corporation. Khác với robot loại lau nhà trên, Roomba là robot lau nhà thương mại của hãng iRobot Corporation thiết kế với sự giúp đỡ của Massachusetts Insitue of Technology(MIT) robotics lab. Robot này có hình dáng nhỏ gọn đẹp. Tuy nhiên về nguyên tắc hoạt động cũng giống như Gator Vac và Mop’n Bot. SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 6 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Roomba được đặt ở trung tâm phòng, nó sẽ tự di chuyển dần hướng ra các biên của phòng theo hướng đường xoắn ốc. Các cảm biến giúp nó có thể tránh các vật cản mà nó gặp trên đường. Hình 1.9. Robot Roomba Hình 1.10. Hành trình của robot roomba Dưới đây là một dạng kiểu khác của robot Roomba: Clean mate 365 là loại robor hút bụi thông minh cho cá nhân, văn phòng cho phép bạn tiết kiệm thời gian để làm các công việc khác. Cho dù sàn nhà của bạn trải bằng thảm mềm, sàn gổ hay lát đá bằng gạch hoa, Clean Mate đều làm sạch dễ dàng các loại sàn nhà. Hình 1.11.Robot CleanMate 365 Hình 1.12. Robot IVO SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 7 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ IVO là loại robot hút bụi thông minh thế hệ mới tích hợp thêm chức năng tự động tìm về trạm sạc điện khi hết pin hay khi xong nhiệm vụ. Khi hết pin sau khi no điện IVO lại tiếp tục công việc. SCOOBA: do 30 kỹ sư của iRobot đã khắc phục nhiều khó khăn của robot Roomba để chế tạo Roomba hoàn chỉnh. Scooba có nhiều đặc tính như Roomba nhưng nó có nhiều điểm phức tạp hơn vì nó được thiết kế để hút bụi hoàn toàn tự động, biết cọ rửa và sấy khô sàn chứ không phải đơn thuần là hút bụi. Hình 1.13. Robot Scooba Với đường kính 33cm, cao 10 cm, Scooba trông giống như robot có chiếc máy hát đĩa Roomba. Điểm khác biệt giữa Scooba và Roomba là nó có hai cái thùng, một để đựng nước lau nhà và một để đựng nước bẩn. Scooba xịt nước lau nhà và cọ rửa, sau đó lại lau bằng nước sạch. Nó có thể hút hết chất bẩn sau quá trình lau rửa, giúp sàn nhà nhanh chóng sạch sẽ. Scooba có giá khoảng từ 150 đến 300USD ( tương đương từ 2,3 triệu – 4,7 triệu đồng VN) tùy các kiểu khác nhau, được xem là một người giúp việc khá tiện lợi và hiện đại dành cho các gia đình. SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 8 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ 1.2.4. Robot lau nhà của Hàn Quốc: “Robot làm sạch nhà” với kiểu dáng sang trọng và thân thiện tự động lau sạch sàn nhà trên mọi bề mặt chất liệu như sàn gổ, gạch men sơn, thảm theo chương trình đã cài đặt sẵn, với tính năng vượt trội kết hợp giữa việc hút bụi bẩn và lau sạch những bụi bẩn trên sàn nhà. Robot có thể hút và lau sạch những bụi bẩn trên sàn nhà. Robot có thể hút và lau tới 99,8% diện tích sàn nhà. Tự động tránh những vật cản, hoạt động được trong gầm ghế, gầm giường và những chỗ ngóc ngách khác và những góc sâu nhất trong căn nhà. “Robot lau nhà tự động”: chức năng giống robot làm sạch nhà nhưng được trang bị các bộ phận cảm ứng hồng ngoại để tự động tránh những vật cản và không bị rơi xuống bậc cầu thang, hoạt động trong gầm ghế, gầm giường và những chỗ ngóc ngách khác. Với bộ điều khiển từ xa ta có thể điều khiển Robot theo ý muốn, đi vào tận những góc sâu nhất trong căn nhà. Hình 1.14. Robot làm sạch nhà Hình 1.15. Robot lau nhà tự động Đặc điểm hoạt động như sau: 1. Robot tự động lau sạch sàn nhà, hoạt động hiệu quả trên mọi bề mặt chất liệu như sàn thảm, gỗ, vải sơn lót sàn, gạch lát… đơn giản chỉ cần bấm nút. 2. Robot hoạt động di chuyển theo chương trình cài đặt sẵn: ngẫu nhiên đường xoắn ốc → dọc theo chân tường → xoắn ốc → ngẫu nhiên . 3. Dễ dàng tháo hộp đựng rác để vệ sinh sau mỗi khi lau xong nhà 4. Giấy lau (vải lau) thay đổi dễ dàng. SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 9 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ 1.2.5. Máy lau nhà bằng hơi nước: Mới đây công ty Hann đã cho ra mắt sản phẩm máy lau nhà kết hợp cả 2 chức năng, cùng một lúc có thể hút bụi và lau nhà. Trước đây, máy lau nhà chỉ có chức năng lau sàn nhà nhưng giờ đây nó thực hiện cả hai việc hút bụi và lau nhà cùng một lúc nên giúp cho các bà nội trợ có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian và công sức lao động. Hiện nay ở thị trường Hàn Quốc xuất hiện rất nhiều máy lau nhà nhưng vẫn chưa có sản phẩm nào có môtơ máy hút bụi và lau nhà hơi nước dạng ướt. Loại môtơ nay rất quan trọng về mặt an toàn. Sản phẩm cũng được thiết kế rất thuận tiện cho người sử dụng. Hàng ngày chỉ cần 10 phút là các bà nội trợ đã có thể lau nhà xong một diện tích rộng khoảng gần 100mm 2 . Đúng như tên gọi, máy hút bụi dạng ướt có thể hút được cả dung dịch nước và các chất lỏng khác. Với mô tơ 500watt, máy có thể lau sạch các chất lỏng bám trên nền nhà, kể cả hơi ẩm phát sinh sau khi lau nhà. Máy lau nhà Han-Kyung-Hee cũng đã đảm bảo được độ an toàn vì loại trừ độ rủi ro có thể bị bỏng khi hút nước và hơi nước. Mặt trong bình nước của máy lau nhà được tráng bằng hạt nano bạc để ngăn ngừa sự sinh sôi của vi khuẩn. Bạc có thể tiêu diệt được 650 loại vi khuẩn khác nhau nên tráng hạt nano bạc là bắt buộc đối với máy lau nhà hơi nước. SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 10 [...].. .Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Hình 1.16 Máy lau nhà bằng hơi nước SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 11 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT VỚI ROBOT LAU NHÀ: 2.1.1 Đặt vấn đề: Ngày nay tại các nước trên thế giới như Mỹ, Nhật… các robot sử dụng trong... robot lau nhà Robot gồm 2 bánh dẫn hướng ở phía trước Phía sau gồm 2 bánh xe được nối với nhau qua 1 ống( điều này giúp ta khỏi phải lắp ráp đồng tâm 2 động cơ sau) Vẫn đảm bảo robot tiếp xúc sàn nhà qua 3 điểm và vẫn có thể chuyển hướng nhờ 2 bánh sau SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 15 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Hình 2.6 Hình chiếu đứng mô hình robot. .. của các loại robot này là lau nhà, giải trí… Robot lau nhà là đề tài quen thuộc với sự tiện lợi mà nó đem lại cho người nội trợ Chính vì vậy trong tương lai nó sẽ nắm vững thị trường lớn Với nhu cầu xã hội ngày càng cao thử thách các nhà sản xuất robot phải đáp ứng yêu cầu đặt ra nhưng giá thành vừa phải Đối với robot lau nhà vấn đề đặt ra là sự định hướng, việc định hướng cho robot lau nhà có thể dùng... 2.20 Lưu đồ thuật toán di chuyển theo đường thẳng SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 25 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ 2.4.3 Di chuyển khi trong nhà có vật cản: a Trong nhà có cột nhà: Trong quá trình di chuyển, các cột nhà sẽ gây cản trở cho robot Cụ thể chúng sẽ làm thay đổi quỹ đạo di chuyển của robot tạo thành các khoảng trống trên sàn nhà Theo hình,... ra robot lau nhà còn có nhược điểm đó là không phát hiện được những vật sắc cạnh như chân ghế Hệ thống quạt hút sẽ tăng tốc nếu gặp lớp bụi dày chắn ngang màng hút bụi hay thùng chứa bụi bị đầy 2.1.2 Yêu cầu robot lau nhà phải thực hiện: - Robot hoạt động ở hai chế độ: Tự hành tránh vật cản và điều khiển từ xa - Robot lau được một số không gian nhất định trong phòng - Lau tương đối khô trên sàn nhà. .. hình robot lau nhà Hình 2.7 Hình chiếu cạnh mô hình robot lau nhà SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 16 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ 2.3 CHỌN VẬT LIỆU CHẾ TẠO KHUNG 2.3.1 Robot chỉ hút những hạt bụi nhỏ: Bụi là tên chung cho các hạt chất rắn có đường kính nhỏ cỡ vài micromets đến nửa milimets Các hạt to hơn có thể gọi là cát hoặc sỏi Khi phân tán mạnh... đối khô trên sàn nhà Hút sạch bụi trong nhà - Hạn chế lặp lại những nơi đã lau xong - Sau khi lau trong khoảng thời gian thì phải biết tự động dừng lại SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 12 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ 2.1.3 Yêu cầu lập trình cho robot lau nhà - Hạn chế gặp vạt cản trong quá trình di chuyển - Tránh được các vật cản trong khi di chuyển... động của chúng bằng cách cho các bánh xe sau hoặc trước có thể điều khiển hướng của xe Hình 2.4 Cơ cấu trục nhún SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 14 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Trong các thiết kế ở trên, ta thấy robot được dẫn động bằng hai động cơ gắn ở hai bánh xe Hai bánh này vừa giúp robot đi thẳng, vừa giúp robot có thể rẽ sang hướng khác Cách... Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 13 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Kết cấu đơn giản nhất, robot được dẫn động bằng hai động cơ gắn ở hai bánh xe sau Hai bánh này vừa giúp xe chuyển động vừa giúp rẽ hướng Cách di chuyển này dễ điều khiển 2.2.3 Phương án 3: Cơ cấu có 4 bánh xe Hình 2.3 Cơ cấu 4 bánh xe Cả 4 bánh được cố định trong khi lái, do đó rất kém linh... khác nhau, tự động hoặc điều khiển từ xa Robot sẽ tự động dừng khi hoàn thành công việc và sẽ có còi báo hiệu Bước 10: Nếu tiếp tục lau thì ta tiến hành thay chổi , thêm nước, chọn lại chế độ Tùy theo yêu cầu mà ta có thể lập trình cho robot hút bụi trước rồi lau nhà sau hoặc đồng thời thực hiện hút bụi và lau nhà 2.6 BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC ROBOT: Chuyển động của robot chỉ giới hạn trong mặt phẳng Xét một . 10 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi Trương Vỹ Hình 1.16. Máy lau nhà bằng hơi nước SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 11 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà. trước, giúp robot phát hiện ra thảm và tránh sang đường khác. - Dung dịch nước lau nhà và giẻ lau: dung dịch nước lau nhà được bơm ra sàn nhà trong khi giẻ lau được đặt ở phía sau robot lau và hút. chiếu đứng mô hình robot lau nhà Hình 2.7 Hình chiếu cạnh mô hình robot lau nhà SVTH: Nguyễn Xuân Nhi_Hồ Văn Dũng- Lớp 05CĐT1 Trang: 16 Đồ án tốt nghiệp: Robot OSIN lau nhà GVHD: Th.S Bùi