Đồ án Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot vượt địa hình (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình robot vượt địa hình (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VƯỢT ĐỊA HÌNH GVHD: ThS.TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: ĐỒNG MINH TẤN MSSV: 11146101 SVTH: BÙI XUÂN THỌ MSSV: 11146113 SVTH: NGUYỄN VĂN TIỂN MSSV: 11146117 S K L 0 0 3 8 6 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VƢỢT ĐỊA HÌNH” Giáo viên hƣớng dẫn: ThS.TƢỞNG PHƢỚC THỌ Sinh viên thực hiện: ĐỒNG MINH TẤN 11146101 BÙI XUÂN THỌ 11146113 NGUYỄN VĂN TIỂN 11146117 Lớp: 111461 Khoá: 2011 - 2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2015
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn:ThS. TƢỞNG PHƢỚC THỌ Sinh viên thực hiện: ĐỒNG MINH TẤN MSSV: 11146101 BÙI XUÂN THỌMSSV: 11146113 . NGUYỄN VĂN TIỂN MSSV: 11146117 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình Robot vƣợt địa hình. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Thiết kế và chế tạo Robot vƣợt địa hình có kích thƣớc: 70cm x 50cmx 50cm. - Thiết kế hệ thống camera quan sát và tay máy gắp vật thể. 3. Nội dung chính của đồ án: - Chế tạo mô hình Robot vƣợt địa hình, quan sát, gắn tay máy gắp vật thể. - Nghiên cứu thuật toán và viết chƣơng trình điều khiển hoạt động của robot từ xa bằng máy tính qua sóng wifi. 4. Các sản phẩm dự kiến: - Hoàn thành mô hình Robot vƣợt địa hình, gắn tay máy và camera quan sát. - Hoàn thành chƣơng trình điều khiển Robot từ xa bằng máy tính qua sóng wifi. 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình Robot vƣợt địa hình. - GVHD: ThS.Tƣởng Phƣớc Thọ - Họ tên sinh viên: Đồng Minh Tấn MSSV : 11146101 Bùi Xuân Thọ MSSV : 11146113 Nguyễn Văn Tiển MSSV : 11146117 - Lớp: 111461 - Địa chỉ sinh viên: - Email và số điện thoại liên lạc: dongtanspkt93@gmail.com 01672132431 thoxuanpro@gmai.com 01675737859 nguyentien1511@gmail.com 01694060502 - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kì một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày . tháng . năm 20 Ký tên ii
5. LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến ThS.Tƣởng Phƣớc Thọ, thầy đã tận tình hƣớng dẫn, quan tâm và động viên chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Đồng thời, xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn Cơ điện tử đã nhiệt tình giúp đỡ, góp ý, hỗ trợ trong quá trình học và thực hiện đồ án. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp Cơ Điện Tử 111461, đóng góp ý kiến và hỗ trợ để chúng mình hoàn thành đề tài tốt hơn. Nhóm SVTH: Đồng Minh Tấn 11146101. Bùi Xuân Thọ 11146113. Nguyễn Văn Tiển 11146117. iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VƢỢT ĐỊA HÌNH Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, các sản phẩm công nghệ ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống của con ngƣời. Trong đó, Robot là sản phẩm công nghệ mang tính chất sáng tạo cao. Các Robot có chức năng nhƣ con ngƣời ngày càng đóng vai trò quan trọng. Đặc biệt trong môi trƣờng mà khả năng làm việc của con ngƣời bị hạn chế nhƣ những môi trƣờng có nhiều hóa chất độc hại, có nồng độ phóng xạ cao, gây nguy hiểm cho con ngƣời. Robot có thể thay thế cho conngƣời làm việc trong các môi trƣờng nguy hiểm. Tuy nhiên, môi trƣờng có rất trênnhiều địa hình phức tạp, gồ gề mà robot bình thƣờng khó có thể vƣợt qua. Với lý do này, nhóm muốn thiết kế một Robot vƣợt địa hình để thay thế con ngƣời thực hiện những công việc theo nhu cầu của con ngƣời. Trong đề tài này nhóm nghiên cứu đã tính toán và thiết kế mô hình Robot với bộ truyền động đai và thực hiện công việc bằng tay gắp. Đồng thời xây dựng đƣợc phƣơng án di chuyển cho Robot là điều khiển từ xa bằng máy tính. Chế độ di chuyển của Robot đƣợc ứng dụng việc truyền tín hiệu sóng wifi. Kết quả thực nghiệm và phân tích thể hiện tính khả thi và lợi ích của đề tài. iv
7. ABSTRACT Research, Design and Produce Model of Terrain Travelling Robot. With the development of science and technics, technology products nowadays become more and more popular in human’s daily life. Robot is one of technology products having highly creative property. Especially in some harsh, toxic ,radioactive environments where human’s ability to work is limited.Robot can work on behalf of human in all the above environments with high productivity. But, in the real working environments, there are many kind of complicated terrains that normal robot can’t work with. For that reason, our team have urge to design an all terrain travelling Robot to get some works done on behalf of human’s need. In this project, our team have calculated and designed the model of Robot with belt drivers that performs task by grippers. In addition, our team have make up a movement plan for the Robot which is remote control and computer control. Modes use Wifi signal transfer. Experimental and diagnosed results show the possibility and profit of this project. v
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiii 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1 1.1 Giới thiệu tổng quan. 1 1.1.1 Giới thiệu chung. 1 1.1.2 Lịch sử phát triển của Robot vƣợt địa hình. 1 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc. 3 1.2.1 Trong nƣớc. 3 1.2.2 Ngoài nƣớc. 4 1.3 Tính cấp thiết của đề tài. 5 1.4 Mục tiêu nghiên cứu. 6 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 6 1.6 Phƣơng án nghiên cứu. 6 1.6.1 Cơ sở phƣơng pháp luận. 7 1.6.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. 7 1.7 Kết cấu của đồ án. 7 2 CHƢƠNG II: THIẾT KẾ CHẾ TẠO PHẦN CƠ KHÍ 8 2.1 Lựa chọn phƣơng án thiết kế cơ khí cho Robot vƣợt địa hình. 8 2.1.1 Phƣơng án chế tạo mới toàn bộ. 8 2.1.2 Phƣơng án sử dụng những thiết bị và linh kiện có trên thị trƣờng. 8 2.1.3 Phƣơng án thiết kế mới một số hệ thống. 8 2.2 Phân tích và lựa chọn phƣơng án di chuyển của Robot vƣợt địa hình. 9 2.2.1 Phƣơng án 1: Robot di chuyển bằng 2 cơ cấu bánh đai. 9 2.2.2 Phƣơng án 2: Robot di chuyển bằng 6 cơ cấu bánh đai. 9 2.2.3 Phƣơng án 3: Robot di chuyển bằng 4 cơ cấu bánh đai. 10 vi
9. 2.3 Lựa chọn vật liệu. 10 2.4 Xác định các tính năng kỹ thuật của Robot. 12 2.5 Tính toán thiết kế trục. 13 2.5.1 Trục sau. 13 2.5.2 Trục trƣớc. 14 2.6 Tính toán thiết kế khung xe. 15 2.7 Tính toán và thiết kế cơ cấu di chuyển. 16 2.7.1 Lựa chọn phƣơng án. 16 2.7.2 Cơ sở lý thuyết bộ truyền đai. 17 2.7.3 Tính toán và thuyết kế. 20 2.8 Tính công suất và chọn động cơ. 23 2.8.1 Động cơ truyền dộng. 23 2.8.2 Động cơ nâng. 24 2.9 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC. 27 2.9.1 Cấu tạo. 27 2.9.2 Nguyên lý làm việc. 27 2.9.3 Điều khiển động cơ DC. 27 2.10 Tính toán và thiết kế cơ cấu truyền động. 28 2.10.1 Lựa chọn phƣơng án. 28 2.10.2 Cơ sở lý thuyết bộ truyền xích. 29 2.10.3 Tính toán và thiết kế. 33 2.11 Thiết kế cơ khí và xây dựng kích thƣớc tổng thể của Robot. 33 2.11.1 Thiết kế cơ khí Robot. 33 2.11.2 Xây dựng kích thƣớc tổng thể của thân Robot. 43 2.12 Thiết kế cánh tay máy. 44 2.12.1 Bậc tự do của tay máy. 44 2.12.2 Không gian làm việc. 44 2.12.3 Động cơ sử dụng cho cánh tay máy. 44 2.12.4 Mô hình và kích thƣớc tổng thể cánh tay máy. 49 2.12.5 Biểu diễn hƣớng và vị trí. 50 2.12.6 Bài toán động học thuận. 52 2.12.7 Bài toán động học nghịch. 55 2.13 Camera quan sát. 57 2.14 Sơ đồ khối phần cứng. 58 vii
10. 2.15 Các mạch điện trong hệ thống. 59 2.15.1 Mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560. 59 2.15.2 Module Driver IBT-2 H-Bridge. 60 2.15.3 Module WiFi ESP8266. 61 2.15.4 Nguồn cung cấp cho hệ thống điện của Robot. 64 2.16 Hệ thống điều khiển trung tâm. 65 3 CHƢƠNG IV: ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT 66 3.1 Cơ sở lý thuyết chuyển động. 66 3.1.1 Trƣờng hợp đi thẳng. 66 3.1.2 Trƣờng hợp rẽ. 67 3.1.3 Trƣờng hợp quay tại chỗ. 67 3.1.4 Trƣờng hợp vƣợt vật cản. 68 3.1.5 Trƣờng hợp leo bậc thang. 68 3.2 Điều khiển chuyển động Robot bằng máy tính. 69 3.2.1 Giao diện điều khiển. 69 3.2.2 Thuật toán điều khiển. 70 4 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 71 4.1 Kết quả đạt đƣợc. 71 4.1.1 Các bộ phận cơ khí của Robot vƣợt địa hình. 72 4.1.2 Hệ thống điều khiển. 75 4.2 Kết quả thực nghiệm. 76 5 CHƢƠNG VI: KẾT LUẬN 78 5.1 Kết quả nghiên cứu đề tài. 78 5.1.1 Về cơ sở lý thuyết. 78 5.1.2 Về mặt thực nghiệm. 78 5.1.3 Áp dụng thực tiễn. 78 5.2 Hƣớng phát triển. 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 80 viii
11. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Bảng vật liệu. 11 Bảng 2-2: Bảng thông số bộ truyền đai răng gờ hình thang. 22 Bảng 2-3: Bảng chú thích động cơ servo. 45 Bảng 2-4: Bảng giá trị D-H: 54 Bảng 3-1: Bảng chú thích chân Module WiFi ESP8266. 63 Bảng 5-1: Đặc điểm của Robot. 71 ix
12. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1-1: Robot Hanwha robot. 2 Hình 1-2: Robot cứu thƣơng. 2 Hình 1-3: Robot BEAR 3 Hình 1-4: Robot 510 Packbot . 3 Hình 1-5: Robot quân sự Vietbot1. 4 Hình 1-6: Robot leo cầu thang Đại học Lạc Hồng. 4 Hình 1-7: Robot quân sự TALON của quân đội Mỹ. 5 Hình 1-8: Robot BigDog. 5 Hình 2-1: Robot di chuyển bằng 2 cơ cấu bánh đai. 9 Hình 2-2: Robot di chuyển bằng 6 cơ cấu bánh đai. 9 Hình 2-3: Khả năng chuyển động của Robot di động bằng 6 cơ cấu bánh đai. 9 Hình 2-4: Robot di chuyển bằng 4 cơ cấu bánh đai. 10 Hình 2-5: Khả năng chuyển động của Robot di động bằng 4 cơ cấu bánh đai. 10 Hình 2-6: Sơ đồ phân bố lực của trục sau. 13 Hình 2-7: Ứng suất tác dụng lên trục sau. 13 Hình 2-8: Chuyển vị của trục sau khi có lực tác dụng. 14 Hình 2-9: Sơ đồ phân bố lực của trục trƣớc. 14 Hình 2-10: ứng suất tác dụng lên trục trƣớc. 14 Hình 2-11: Chuyển vị của trục trƣớc khi có lực tác dụng. 15 Hình 2-12: Ứng suất tác dụng lên khung xe. 15 Hình 2-13: Chuyển vị của khung xe khi có lực tác dụng. 16 Hình 2-14: Đai và bánh đai. 17 Hình 2-15: Vận tốc bộ truyền đai. 18 Hình 2-16: Lực tác dụng trên bộ truyền đai. 19 Hình 2-17: Ứng suất trong bộ truyền đai 20 Hình 2-18: Sơ đồ phân tích lực. 23 Hình 2-19: Sơ đồ phân tích lực khi nâng Robot. 25 Hình 2-20: Sơ đồ phân tích hình học. 25 Hình 2-21: Động cơ gạt nƣớc. 26 Hình 2-22: Khoảng cách trục. 31 Hình 2-23: Bộ truyền xích. 32 Hình 2-24: Khung Robot. 34 Hình 2-25: Kích thƣớc khung Robot. 34 Hình 2-26: Bánh răng dẫn động. 35 Hình 2-27: Kích thƣớc bánh răng dẫn. 35 Hình 2-28: Bánh răng bị dẫn. 36 Hình 2-29: Kích thƣớc bánh răng bị dẫn. 36 Hình 2-30: Dây đai. 37 Hình 2-31: Kích thƣớc đai. 37 Hình 2-32: Tay lật và kích thƣớc. 38 x
13. Hình 2-33: Bánh đai dẫn. 39 Hình 2-34: Kích thƣớc bánh đai dẫn. 39 Hình 2-35: Bánh đai truyền động. 40 Hình 2-36: Kích thƣớc bánh đai truyền động. 40 Hình 2-37: Bánh đai bị dẫn. 41 Hình 2-38: Kích thƣớc bánh đai bị dẫn. 41 Hình 2-39: Mô hình thân Robot hoàn chỉnh. 42 Hình 2-40: Hình chiếu đứng. 43 Hình 2-41: Hình chiếu cạnh. 43 Hình 2-42: Hình chiếu bằng. 43 Hình 2-43: Trƣờng công tác của tay máy. 44 Hình 2-44: Cấu tạo của động cơ Servo 45 Hình 2-45: Hệ bánh răng trong động cơ servo. 46 Hình 2-46: Điều khiển vị trí trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung. 47 Hình 2-47: Động cơ Servo MG946R. 49 Hình 2-48: Mô hình tay máy. 49 Hình 2-49: Kích thƣớc tay máy. 50 Hình 2-51: Biểu diễn một điểm trong hệ trục tọa độ. 50 Hình 2-52: Biểu diễn một hệ trục trong một hệ trục khác. 51 Hình 2-53: Biểu diễn sự chuyển động tịnh tiến. 51 Hình 2-54: Mô hình hóa robot và các thông số động học theo quy tắc D-H. 53 Hình 2-55: Đặt hệ trục lên cánh tay máy. 54 Hình 2-56: Camera quan sát. 57 Hình 3-1: Sơ đồ khối chức năng 58 Hình 3-2: Sơ đồ phần cứng. 58 Hình 3-3: Mạch Arduino Mega 2560. 59 Hình 3-4: Sơ đồ khối mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560. 59 Hình 3-5: Mạch Driver IBT-2 H-Bridge. 60 Hình 3-6: Sơ đồ khối Module Driver IBT-2 H-Bridge. 60 Hình 3-7: Sơ đồ chân IBT-2 H-Bridge. 61 Hình 3-8: Sơ đồ khối mạch Module Wifi ESP8266. 61 Hình 3-9: Module Wifi ESP8266. 62 Hình 3-10: Sơ đồ chân Module WiFi ESP8266. 62 Hình 3-11: Sơ đồ nguyên lý Module WiFi ESP8266. 63 Hình 3-12: Sơ đồ khối nguồn cho robot. 64 Hình 3-13: Sơ đồ điều khiển trung tâm của Robot. 65 Hình 4-1: Đi thẳng. 66 Hình 4-2: Rẽ phải - trái. 67 Hình 4-3: Quay tại chỗ. 67 Hình 4-4: Vƣợt vật cản. 68 Hình 4-5: Leo bậc thang. 68 Hình 4-6: Giao diện điều khiển trên web. 69 xi
14. Hình 4-7: Giao diện camera. 69 Hình 4-8: Sơ đồ thuật toán điều khiển Robot 70 Hình 5-1: Mô hình Robot hoàn chỉnh 71 Hình 5-2: Bánh đai dẫn. 72 Hình 5-3: Tay nâng 72 Hình 5-4: Bộ truyền xích của bánh dẫn. 73 Hình 5-5: Bộ truyền xích của tay nâng. 73 Hình 5-6: Mô hình Robot thực tế. 74 Hình 5-7: Tay máy. 74 Hình 5-8: Camera quan sát. 75 Hình 5-9: Mạch điều khiển 75 Hình 5-10: Robot vƣợt qua địa hình nhấp nhô. 76 Hình 5-11: Robot leo dốc 30o. 76 Hình 5-12: Robot leo bậc thang. 76 Hình 5-13: Robot gắp vật thể. 77 xii
15. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT - RVE: Robotic Extraction Vehicle - CNC: Computerized Numerical Control - SoC: System On Chip - IOT: Internet Of Thing xiii
16. 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu tổng quan. 1.1.1 Giới thiệu chung. Ngày nay, việc sử dụng Robot để phục vụ trong nhiều lĩnh vực nhƣ: công nghiệp, nông nghiệp, quân sự và trong cuộc sống hằng ngày là rất phổ biến và đang đƣợc phát triển trong tƣơng lai. Robot sẽ là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho con ngƣời và giúp con ngƣời vƣơn lên tầm cao mới. Việc khảo sát, thăm dò và vƣợt địa hình là rất phổ biến trong quân sự, robot có thể di chuyển ở những môi trƣờng độc hại có thể gây nguy hiểm cho con ngƣời nhƣ: môi trƣờng có hóa chất độc hại, có nồng độ chất phóng xạ cao, Nhận thức đƣợc xu hƣớng và tầm quan trọng đó, nhóm đã nghiên cứu và thực hiện việc thiết kế và thi công “ Robot vƣợt địa hình“ với mục đích phục vụ cho nhu cầu của con ngƣời. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống Cơ-Điện Tử, robot vƣợt địa hình càng ngày đƣợc hoàn thiện và cho thấy lợi ích của nó trong quân sự, trong nghiên cứu. Nó có khả năng thăm dò những khu vực mà con ngƣời không đến đƣợc thậm chí khám phá trong vũ trụ. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật. Cộng với nhu cầu con ngƣời ngày càng cao, tiềm năng ứng dụng của robot vƣợt địa hình ngày càng rộng lớn. Có thể kể tới một vài ứng dụng của robot nhƣ : Kiểm tra trong các môi trƣờng nguy hiểm, khắc nghiệt những nơi nhiễm khí độc, chất phóng xạ, Trong lĩnh vực quân sự, do thám, Trong các môi trƣờng có địa hình phức tạp, hiểm trở, 1.1.2 Lịch sử phát triển của Robot vƣợt địa hình. Sáng tạo Robot là niềm vinh hạnh của con ngƣời, khẳng định sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật. Năm 1930, xe tăng không ngƣời lái đầu tiên đƣợc Liên Xô phát triển và điều khiển bằng sóng vô tuyến với khoảng cách từ 500 đến 1500m. Năm 1940, xe dò mìn đƣợc quân đội Đức phát triển và đƣa vào sử dụng ở chiến tranh thế giới thứ hai, đƣợc điều khiển thông qua dây nối. Đến ngày nay robot đƣợc phát triển khá phong phú, thực hiện đƣợc rất nhiều chức năng khác nhau. Một số loại Robot địa hình: Robot Hanwha robot: Robot địa hình di chuyển linh hoạt trên địa hình phức tạp, có thể làm việc trong môi trƣờng khắc nghiệt và những nơi nguy hiểm mà không thích hợp với con ngƣời đặt biệt là robot có lắp camera, đƣợc tích hợp với bộ điều khiển từ xa. Vì thế robot Chương I: Tổng quan đề tài Trang1
17. vƣợt địa hình sử dụng nhiều trong quân sự, sử dụng để do thám canh gác, tham gia công tác cứu hộ ở những nơi con ngƣời khó tiếp cận. Hình 1-1: Robot Hanwha robot. Những chiếc xe cứu thƣơng không ngƣời lái REV (Robotic Extraction Vehicle) mang theo một robot thứ hai nhỏ hơn có khả năng đƣa những ngƣời bị thƣơng ra khỏi chiến trƣờng. Hình 1-2: Robot cứu thƣơng. Robot BEAR: Robot BEAR sẽ tiếp cận và mang ngƣời bị thƣơng đến nơi an toàn, đƣợc thiết kế để có thể đi đến những vùng nguy hiểm nhất, nơi mà con ngƣời không thể hoặc Chương I: Tổng quan đề tài Trang2
18. không nên tiếp cận nhƣ: các bãi mìn, trong các vụ cháy, những khu vực bị rò rỉ hóa chất độc hại. Hình 1-3: Robot BEAR Robot 510 Pack. Robot 510 Packbot là robot vƣợt địa hình để thâm nhập và do thám ở những nơi nguy hiểm, chúng còn đƣợc trang bị cánh tay máy để gắp vật thể. Hình 1-4: Robot 510 Packbot . 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc. Hiện nay Việt Nam và nhiều nƣớc trên thế giới đã và đang tập trung nghiên cứu nhiều trong lĩnh vực Robot vƣợt địa hình 1.2.1 Trong nƣớc. Robot quân sự Vietbot1: Vietbot1 có hình dạng tƣơng tự nhƣ một chiếc xe bọc thép,kích thƣớc dài 1,5m, rộng 0,8m, cao 2m, khối lƣợng 300kg, di chuyển trên 6 bánh hơi. Điểm nổi bật ở Vietbot1 là sử dụng cánh tay công gắp RP có khả năng quay 360o, có thể tháo lắp và Chương I: Tổng quan đề tài Trang3
19. thay thế bằng một module, tùy theo yêu cầu nhiệm vụ. Cánh tay máy có tầm vƣơn xa 2m, gồm 5 bậc tự do đƣợc vận hành bằng động cơ điện có thể gắp và giữ vật nặng 20kg. Hình 1-5: Robot quân sự Vietbot1. Robot leo cầu thang: Robot leo cầu thang chuyển động bằng 4 bánh xe robot leo cầu thang do Trƣờng Đại Học Lạc Hồng chế tạo, có thể vƣợt đƣợc những địa hình phức tạp và leo cầu thang. Hình 1-6: Robot leo cầu thang Đại học Lạc Hồng. 1.2.2 Ngoài nƣớc. Robot quân sự TALON của quân đội Mỹ: TALON đƣợc trang bị hệ thống cảm biến quang hồng ngoại hoạt động bất kể ngày đêm. Nó đƣợc điều khiển từ xa qua một thiết bị điều khiển cầm tay, robot TALON sẽ thay thế vai trò của các binh lính hoạt động chiến đấu trong các khu vực nguy hiểm. Chương I: Tổng quan đề tài Trang4
20. Hình 1-7: Robot quân sự TALON của quân đội Mỹ. Robot BigDog: Robot BigDog là robot đƣợc thiết kế 4 chân tƣơng tự nhƣ một con la nhỏ, đƣợc trang bị các hệ thống cảm biến hiện đại cho phép hoạt động trên nhiều địa hình khác nhau. Hình 1-8: Robot BigDog. 1.3 Tính cấp thiết của đề tài. Bên cạnh lĩnh vực Robot công nghiệp đã phát triển lâu đời, Robot dịch vụ trong suốt 30 năm qua đã thu hút ngày càng nhiều nghiên cứu. Dựa theo thống kê mới nhất của Liên đoàn quốc tế về Robot ( International Federation of Robotics), khoảng 77 nghìn Robot dịch vụ (Service Robot) đã đƣợc tiêu thụ trong năm vừa qua với giá trị thị trƣờng khoảng 13 tỉ USD. Tổ chức này cũng dự báo thị trƣờng Robot dịch vụ thế giới sẽ đạt mức 17 tỉ USD tiêu thụ hàng năm vào cuối năm 2013. Phạm vi nghiên cứu Robot dịch vụ rất đa dạng về chủng loại, chức năng của Robot ngày càng tinh vi hơn. Robot biết chơi nhạc trong dàn nhạc nhà hát, hỗ trợ chức Chương I: Tổng quan đề tài Trang5
21. năng thể chất cho ngƣời ốm hoặc ngƣời già, Robot làm các công việc lau chùi bề mặt (cửa sổ các tòa nhà cao tầng), chơi bóng chày, làm các thủ thuật phụ mổ (y tế) và Robot có thể làm thay con ngƣời làm các công việc liên quan đến bảo vệ an ninh. Đây rõ ràng là một hƣớng khoa học và một ngành công nghiệp nhiều tiềm năng và cũng đầy thách thức. Nghiên cứu và phát triển Robot dịch vụ đòi hỏi một lƣợng kiến thức tổng hợp, chuyên sâu, từ các ngành khoa học tự nhiên, kỹ thuật công nghệ đến cà các ngành sinh học, xã hội học và thẩm mỹ. Ngày nay, Robot di động điều khiển từ xa ngày càng đƣợc đầu tƣ và pháttriển mạnh mẽ, sử dụng trong các môi trƣờng có nhiều hóa chất độc hại, có nồng độ phóng xạ cao, nguy hiểm với con ngƣời. Để thực hiện đƣợc nhiệm vụ đó đòi hỏi Robot phải có khả năng di chuyển qua các địa hình phức tạp, thu đƣợc hình ảnh từ xa, các môi trƣờng làm việc về máy tính để ngƣời điều khiển có thể nắm đƣợc tình hình và điều khiển robot hoạt động chính xác chứng năng của nó. Do đó, việc nghiên cứu Robot vƣợt địa hình đƣợc điều khiển từ xa là vấn đề thiết yếu. Chính vì vậy, chúng tôi quyết định chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo Robot vƣợt địa hình”. 1.4 Mục tiêu nghiên cứu. Với tính cấp thiết của đề tài đƣợc đề cập ở trên, mục tiêu của đề tài đƣợc đƣa ra nhƣ sau: - Kết hợp 3 kiến thức nền tảng là: cơ khí, điện tửvà lập trình vào đồ án chuyên ngành Cơ Điện Tử nhằm áp dụng kiến thức đã học vào trong thực tiễn. - Nghiên cứu về điều khiển không dây từ xa bằng sóng wifi. - Thiết kế và chế tạo Robot vƣợt địa hình phục vụ cho nhu cầu của con ngƣời. 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.  Nghiên cứu các cơ cấu truyền động, bánh xe vƣợt địa hình.  Thiết kế bản vẽ, chế tạo mô hình theo kích thƣớc thực.  Thiết kế mạch điều khiển trung tâm, mạch công suất điều khiển động cơ.  Tìm hiểu và sử dụng bộ thu phát wifi để điều khiển robot từ xa.  Xây dựng và phát triển thuật toán điều khiển, hệ thống điều khiển.  Nâng cao khả năng vƣợt địa hình và đảm bảo độ bền vững cho Robot. 1.6 Phƣơng án nghiên cứu. Đề tài kết hợp giữa cơ sở phƣơng pháp luận và phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể. Chương I: Tổng quan đề tài Trang6
22. S K L 0 0 2 1 5 4