BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI:NGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MOBILE ROBOT SỬ DỤNG BÁNH ĐA HƯỚNG MECANUM (DESIGN AND CONTROL OF AN OMNI-DIRECTIONAL MOBILE ROBOT WITH MECANUM WHEELS) Giáo viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN KHÁNH HƯNG Sinh viên thực hiện: Ngành : Chuyên ngành : LƯƠNG NGỌC ĐÔNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG Lớp : Đ6ĐCN2 Khoá : 2011-2016 Hà Nội, tháng 01 năm 2016 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI:NGHIÊN CỨU , THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MOBILE ROBOT SỬ DỤNG BÁNH ĐA HƯỚNG MECANUM (DESIGN AND CONTROL OF AN OMNI-DIRECTIONAL MOBILE ROBOT WITH MECANUM WHEELS) Giáo viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN KHÁNH HƯNG Sinh viên thực hiện: Ngành : Chuyên ngành : LƯƠNG NGỌC ĐÔNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG Lớp : Đ6ĐCN2 Khoá : 2011-2016 Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum LỜI NÓI ĐẦU Trên đường công nghiệp hóa đại hóa đường phát triển khoa học kỹ thuật cao mấu chốt hàng đầu, Với xu hướng giảm tối thiểu sức người tăng suất lao động đòi hỏi phải có nhiều trang thiết bị, nhiều dây chuyền tự động hóa, lấy sức máy móc thay sức người… Để đáp ứng nhu cầu này, chắn cần phải nghiên cứu phát triển thiết bị tự động để phục vụ cho nhà máy, xí nghiệp hay sản xuất nông nghiệp… Trong Robot lĩnh vực mà nước ta nghiên cứu bước chế tạo để ứng dụng vào trình sản xuất góp phần nâng cao suất lao động Việc xây dựng chương trình hoạt động cho robot điều thiết yếu đặc biệt robot di động Bài toán robot di động đa hướng (Ominidirectional mobile robot – OMR) quan tâm lớn nhiều người năm gần đây, chúng ứng dụng rộng rãi ngành khác công nghiệp, nông lâm nghiệp, y tế, dịch vụ … khả di chuyển linh hoạt Ngày nay, nhu cầu xã hội ngày cao, hàng hóa sản xuất nhiều, nảy sinh nhu cầu lưu trữ vận chuyển hàng hóa ngày tăng Khi kho chứa ngày chật chội việc lấy hàng hóa từ kho lại gặp khó khăn Từ suy nghĩ đó, nhóm chúng em thực đồ án này, định chế tạo Robot đa hướng sử dụng bánh xe mecanum có khả di chuyển xoay trở không gian chật chội, khó quay đầu, góp phần làm giảm thời gian, tiết kiệm diện tích kho bãi, làm cho việc sử dụng kho bãi lưu trữ hàng hóa cách hiệu kinh tế GVHD :Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum LỜI CẢM ƠN Trước vào nội dung đồ án em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo ThS.NGUYỄN KHÁNH HƯNG giảng viên trường Đại học Điện lực tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình thực để hoàn thành đồ án Cùng toàn thể thầy cô khoa Kỹ Thuật Điện trường Đại học Điện lực tận tình giảng dạy, bảo, truyền đạt nguồn kiến thức sâu rộng kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian học trường Mặc dù nỗ lực hết mình, khả năng, kiến thức thời gian có hạn nên tránh sai sót lúc thực đồ án này, em kính mong quý thầy cô dẫn, giúp đỡ em để ngày hoàn thiện kiến thức tự tin bước vào sống với vốn kiến thức có Hà Nội, ngày… tháng… năm Sinh viên thực đồ án tốt nghiệp: Lương Ngọc Đông GVHD :Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD :Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN GVHD :Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum MỤC LỤC GVHD :Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum DANH MỤC HÌNH ẢNH GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH XE MECANUM Giới thiệu bánh xe mecanum Bánh xe mecanum hay bánh xe Ilon loại bánh đa hướng phổ biến Bánh Mecanum thiết kế chế tạo Thụy Điển vào năm 1975 Bengt Ilon kỹ sư công ty Thụy Điển Mecanum AB Bánh xe Mecanum có cấu trúc gồm bánh trung tâm lăn đặt nghiêng góc 45 biên bánh trung tâm Góc nghiêng lăn so với bánh làm thay đổi (chuyển hướng) phần lực sinh chuyển động quay bánh Tùy theo hướng tốc độ bánh xe độc lập , kết tổng hợp tất vector lực sinh tạo vector lực tổng hợp theo hướng , theo cho phép robot di chuyển theo hướng mà không cần thay đổi hướng bánh xe Hình 1.1 cho thấy thiết ké bánh mecanum cổ điển Ilon Hình 1.1Thiết kế bánh Mecanum Ilon Thiết kế làm việc tốt bề mặt tương đối phẳng , gặp bề mặt làm việc nghiêng không cân vành bánh xe tiếp xúc với bề mặt thay lăn khiến bánh xe làm việc không xác Để tránh gặp tình trạng Ilon đề xuất thiết kế khác bánh trung tâm kết nối với lăn điểm lăn thể hình 1.2 GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 10 Hình 1.2 Bánh Mecanum với kết nối điểm lăn Thiết kế đảm bảo lăn tiếp xúc bề mặt làm việc , mang lại hiệu tốt bề mặt không cân Sử dụng bốn bánh mecanum cho phép tạo chuyển động đa hướng cho xe mà không cần có hệ thống lái thông thường.Trượt vấn đề thường gặp bánh mecanum chúng có lăn với điểm tiếp xúc với bề mặt làm việc thời điểm Do đặc điểm động lực học bánh xe mecanum , chúng tạo vector lực theo phương x phương y cần điều khiển theo phương y Lắp đặt bốn bánh mecanum vào bốn góc khung xe ( cặp bánh đối xứng ) cho phép mạng lực hình thành theo phương x, y quay( hình 1.3) GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 4.3.2 59 Mạch công suất Hình 4.44Sơ đồ thiết kế mạch lực cho động GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 60 Hình 4.45 Bản vẽ mạch in mạch lực cho động Hình 4.46Mạch lực cho động sau hoàn thiện 4.3.2.1 Nguyên lí hoạt động công suất: Mạch công suất cấp nguồn 24v 5v riêng biệt cách li nhờ opto PC817, điện áp 12 v tạo từ điện áp 24v nhờ IC7812 Mạch sử dụng IC chức IR2184 IC điều khiển nửa mạch cầu H MosFET kênh N IRF3205 GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 61 Mạch công suất có tác dụng cung cấp dòng áp cho động điện chiều hoạt động Hai opto(cách ly quang) mạch có tác dụng cách ly giữ hai nguồn điện nguồn 5V nguồn 12V Đồng thời cách ly nhiễu từ phần công suất phía sau động sinh với mạch điều khiển Mạch cầu H loại mạch cầu có tác dụng đảo chiều quay động cung cấp đủ dòng áp cho động hoạt động 4.3.3 Thiết kế , chế tạo khung khí Hình 4.47 Hình ảnh vẽ khung khí Do không đào tạo chuyên sâu khí , phần khung khí thiết kế thiếu tỉ mỉ , đảm bảo robot di chuyển tốt bề mặt phẳng , cứng không trơn trượt Các bánh xe gắn trực tiếp vào khung thông qua vòng bi đỡ trục Các động nối đồng trục với bánh xe gắn chặt lên khung GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 62 Để khung robot di chuyển tốt bề mặt thiếu cân mà phân giảm sóc khung robot chia làm nửa xoay độc lập với giới hạn góc quay chốt pin hai đầu Thiết kế bộc lộ nhiều điểm hạn chế cho robot di chuyển bề mặt không phẳng, bề mặt mềm Hình 4.8 cho thấy hình dạng thật khung khí robot Hình 4.48 Khung khí robot Hình 4.49 Bánh xe gá vào chặt vào khung thông qua ổ bi giá đỡ GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 63 Hình 4.50 Động nối đồng trục với bánh xe qua khớp nối Hình 4.51 Khớp nối trục động GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 64 Hình 4.52 Ổ bi đỡ trục bánh xe GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum KẾT LUẬN Thuận lợi khó khăn Thuận lợi 65 Khi thực đồ án chúng em có thuận lợi sau: - Được hướng dẫn nhiệt tình thầy cô giáo khoa Kỹ Thuật Điện Công Nghệ Tự Động đặc biệt thầy Nguyễn Khánh Hưng - Sự học hỏi, trao đổi kinh nghiệm, giúp đỡ thành viên lớp Đ6ĐCN2 - Sự đoàn kết, hợp tác thành viên nhóm thực đồ án Khó khăn Do không đào tạo chuyên sâu chưa tiếp xúc nhiều nên chúng em gặp nhiều khó khăn thiết kế khí , việc gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng , độ xác chuyển động robot Hướng phát triển đề tài Sản phẩm robot có khả chịu tải tốt di chuyển mang theo lượng khoảng 100kg phát triển để làm xe cho người tàn tật , người già khả di chuyển lại khó khăn Do giới hạn đồ án tốt nghiệp chưa khai thác hết ưu điểm bánh xe mecanum , phát triển tiếp chế tao robot di chuyển với tất hướng hướng kết hợp di chuyển với xoay , sử dụng joystick điều khiển từ xa khoảng cách 200m sóng RF khoảng cách lớn sóng viễn thông(cần có thiết bị truyền dẫn hình ảnh) , di chuyển theo đường định sẵn đồ điện tử kết hợp với định vị GPS , GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 66 Phụ Lục Phần mềm chương trình điều khiển Chương trình viết phần mềm mikroC PRO for PIC phiên v6.6.2 void main() { bit a , t , l , tr , ph; unsigned int s_yadc , s_xadc , s_y , s_x , cp1 , cp2 ; unsigned short dc; a=0; TRISB=0x01; TRISD=0x00; PORTD=0x00; PWM1_Init(2000); PWM1_Set_Duty(dc); PWM1_Start() ; while(1) { s_yadc = ADC_READ(0); s_xadc = ADC_READ(3); s_y = s_yadc * 5000.0f / 1023; s_x = s_xadc * 5000.0f / 1023; if(s_y < 2400) { ph = 1; cp1 = 2500.0 - s_y ; } if(s_y > 2600) { tr=1; cp1 = s_y - 2500.0 ; } if(s_y >2400 && s_y 2600) { l=1; cp2 = s_x - 2500.0 ; } if(s_x >2400 && s_x = cp2)dc = cp1 / 2500.0 * 155.0 ; if(cp1 < cp2)dc = cp2 / 2500.0 * 155.0 ; PWM1_Set_Duty(dc); if(BUTTON(&PORTB,0,20,0)) { a=!a; while(BUTTON(&PORTB,0,20,0)); } if(a==0) { if(cp1==0) GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum { 68 if(t==1)PORTD=0xff; if(l==1)PORTD=0xf0; if(cp2==0)PORTD=0x00; } if(cp2==0) { if(cp1==0)PORTD=0x00; if(tr==1)PORTD=0xf6 ; if(ph==1)PORTD=0xf9; } if(t==1&&tr==1)PORTD=0x66; if(t==1&&ph==1)PORTD=0x99; if(l==1&&tr==1)PORTD=0x90; if(l==1&&ph==1)PORTD=0x60; } if(a==1) { if(cp2==0)PORTD=0x00; if(tr==1)PORTD=0x62; if(ph==1)PORTD=0x91; } } } GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum Một số linh kiện dùng cho đề tài • IRF3205 69 Hình p53IRF3205 Hình p54 Các thông số cực đại IRF3205 • IR2184 Hình p55 IR2184 GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 70 Hình p56 Các thông số cực đại điều kiện làm việc khuyên dùng IR2184 GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 71 Hình p57Các chân chức IR2184 GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 72 Hình p58 Đồ thị điều khiển điện áp đầu IR2184 GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông Tìm hiểu chế tạo robot sử dụng bánh xe mecanum 73 Tài Liệu Tham Khảo PICVIETNAM.NET Diễn đàn Điện Tử Việt Nam (www.dientuvietnam.net ) Datasheet Linh kiện Điện tử (www.datasheetcatalog.com) Trang tìm kiếm thông tin (www.google.com) Nguyễn Đình Phú , Giáo trình vi xử lí , Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TS Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh (2007), Điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật GVHD: Nguyễn Khánh Hưng SVTH: Lương Ngọc Đông